Дизельный двигатель: устройство и схема работы

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.
Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Интеркуллер

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор. Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Занятие 5 Тема: Устройство дизельного двигателя
план-конспект занятия (9 класс) по теме

Занятие 5 Элективного курса «Введение в механизацию сельского хозяйства» для 9 класса коррекционной школы 8 вида

Тема: Устройство дизельного двигателя

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема: Устройство дизельного двигателя

1. Знакомство учащихся с устройством дизельного двигателя

2. Коррекция речи учащихся на основе использования в речи названий частей двигателя

3. Воспитание мотивации к приобретению технических знаний

II. Подготовительная часть.

— Сколько основных частей у трактора?

— Какая часть трактора по праву считается главной?

III. Сообщение темы

На сегодняшнем занятии мы будем знакомиться с устройством и принципами работы дизельного двигателя.

— Кто может ответить в чем отличие дизельного двигателя от бензинового?

IV. Основная часть.

Устройство двигателя трактора

В дизеле нашего трактора применена неразделенная камера сгорания с объемно- пленочным смесеобразованием (рис. 2). Одна часть впрыснутого топлива распыливается в объеме камеры сгорания, а другая — растекается по ее поверхности, образуя тонкую пленку. Первая часть топлива интенсивно перемешивается с потоком сжатого нагревшегося воздуха, активно испаряется и сгорает — происходит процесс так называемого предварительного воспламенения топлива. Камере сгорания придана шатровая форма, которая способствует созданию завихрений воздушного потока и лучшему перемешиванию топлива и воздуха. Вторая часть топлива (в виде пленки) испаряется, нагреваясь от стенки камеры сгорания и потока сжатого нагревшегося воздуха (последующее воспламенение топлива). Постепенно развивающийся процесс сгорания топлива создает условия для экономичной и, как говорят, мягкой работы дизеля, которая характеризуется плавно нарастающими нагрузками на кривошипно-шатунный механизм.

а — вид справа; 6 — вид слева; 1 — картер, 2 — задний лист; 3 — маховик; 4 — маслозаливнав горловина; 5 — фильтр грубой очистки топлива; 6 — воздухоочиститель; 7 — выпускной коллектор; 8 — головка цилиндров; 9 — сапун; 10 — бачок электрофакельного подогревателя; И — элегтрофакельный подогреватель; 12 — генератор; 13 — термостат: 14 — водяной насос; 15 — вентилятор; 16 — ремень вентилятора; 17 — передняя опора; IS — центробежный масляный фильтр; 19 — масломерная лннейка; 20 — топливный насос; — форсунка; 22— механизм аварийного останова; 23— впускной коллектор; — фильтр тонкой очистки топлива; 25 ‘ стартер.

Как и всякий дизель, двигатель Д-240 (Д-240Л) состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и систем: смазочной, охлаждения, питания и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения предназначен для впуска в цилиндр порции воздуха и выпуска из него отработавших газов в строго определенные моменты и промежутки времени.

Смазочная система служит для подвода смазочных материалов к трущимся деталям с целью уменьшения трения между ними, а также частичного отбора тепла.

Система охлаждения необходима для поддержания нормального теплового режима дизеля. В дизелях применяется жидкостная, обычно водяная, система охлаждения.

Система питания предназначена для точно дозированной и своевременной подачи топлива, а также воздуха в цилиндры дизеля и их тщательной фильтрации. БЛОК ЦИЛИНДРОВ, ГОЛОВКА ЦИЛИНДРОВ, КАРТЕР

Блок цилиндров основная деталь корпуса дизеля и представляет собой жесткую отливку из серого чугуна. На блоке и внутри его монтируются механизмы, сборочные единицы и детали дизеля, для крепления которых предусмотрены отверстия, плоскости и посадочные места.

В вертикальных расточках блока установлено четыре гильзы цилиндров, уплотняемых в нижней части внутренней горизонтальной перегородки резиновыми кольцами. В осевом направлении гильзы фиксируются буртами в расточках верхней плиты блока цилиндров. Гильзы отлиты из легированного чугуна. Основные легирующие элементы (хром, медь, никель, сурьма) значительно повышают сопротивляемость рабочих поверхностей гильзы износу, улучшают ее антифрикционные свойства, повышают коррозийную стойкость. Внутренняя поверхность гильзы (зеркало цилиндра) закалке не подвергается.

Три поперечные вертикальные перегородки с окнами делят верхнюю часть блока на четыре полости, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, подаваемая в каждую полость из бокового водяного канала через отверстия против каждой гильзы цилиндров. Объем между стенками блока и гильзами служит водяной рубашкой, которая через отверстия в верхней плите блока и прокладке соединяется с водяной рубашкой головки цилиндров. Стенки блока цилиндров выполнены в виде арок, опирающихся на межцилиндровые перегородки, благодаря чему вокруг гильзы по всему периметру образуется водяная рубашка равномерной толщины и снижается температурный перепад по окружности гильзы цилиндров.

В трех вертикальных перегородках, а также в передней и задней стенках блока сделаны так называемые постели для коренных подшипников коленчатого вала. Они закрыты крышками 8, каждая из которых прикреплена к блоку болтами 10. Для стабилизации усилия затяжки крышек постелей под головки болтов 10 установлены закаленные цилиндрические шайбы. Постели коренных подшипников расточены совместно с крышками 8 с большой точностью, поэтому замена крышек, а также перестановка их с одного блока на другой не допускаются. Крышки в блоке цилиндров установлены по точно обработанным боковым плоскостям с небольшим натягом, обеспечивающим правильную их посадку и исключающим перекосы. Чтобы предотвратить неправильную установку крышек коренных подшипников, расстояния от оси расточки постелей коренных подшипников до отверстий под болты 10 в крышках делают различными.

Вверху и справа картерной части блока, в передней и задней стенках и средней перегородке в бобышках расточены отверстия для втулок распределительного вала. Эти втулки растачивают после запрессовки в блок цилиндров.

В блоке цилиндров сделан продольный масляный канал, от которого по поперечным наклонным каналам масло подводится к каждому коренному подшипнику ко всем опорным шейкам распределительного вала. Продольный канал соединен с масляным фильтром через сверленный горизонтальный поперечный канал, проходящий в средней вертикальной перегородке над третьим коренным подшипником. Канал в средней вертикальной перегородке соединяет масляный фильтр с масляным насосом.

Правая наружная стенка блока колонного типа. В сверлениях вертикальных колонн установлены штанги толкателей, которые своим нижним сферическим концом упираются в толкатели, скользящие в обработанных отверстиях расширенной части колонн.

В зависимости от типа пускового устройства позади блока цилиндров устанавливают один из двух видов заднего листа 6, отличающихся друг от друга координатами и размерами центрирующего отверстия. Стенка заднего листа имеет резьбовое отверстие, куда ввернут специальный винт (щуп) для установки начала подачи топлива в первый цилиндр дизеля. Через отверстие в середине заднего листа проходит фланец коленчатого вала для крепления маховика. Цилиндрическая поверхность этого фланца и каркасная манжета обеспечивают заднее уплотнение коленчатого вала. К наружным отверстиям листа крепится корпус сцепления, центрируемый двумя штифтами, которые запрессованы в фланец корпуса.

Спереди к блоку цилиндров прикреплены болтами щит распределения 13, изготовленный из листового проката, и крышка распределения 14, отлитая из серого чугуна. Совместное центрирование их осуществляется двумя штифтами, запрессованными в переднюю стенку блока цилиндров. Точно обработанные отверстия в щите распределения обеспечивают правильную установку топливного и масляного (гидроусилителя рулевого управления) насосов и правильное зацепление шестерен привода. Центрированной установкой крышки распределения относительно блока цилиндров достигается также точность зубчатого зацепления привода пневмокомпрессора, привода редуктора тахомотосчетчика и переднего уплотнения коленчатого вала. Регулируемая передняя подвеска дизеля крепится двумя болтами к плоскому выступу в передней верхней части крышки распределения. В пространстве между щитом и крышкой распределения находятся шестерни распределения.

Головка цилиндров представляет собой чугунную отливку, которая устанавливается на блок цилиндров и крепится шестнадцатью шпильками. Гайки шпилек затягиваются динамометрическим ключом в определенной последовательности. Между поверхностями блока и головки находится специальная асбостальная прокладка. Внутренняя полость головки служит водяной рубашкой. Поступающая из блока цилиндров охлаждающая жидкость направляется по каналам к наиболее нагретым местам: перемычкам между клапанами и форсунками. Сверху на головке цилиндров установлены клапанный механизм и крышка головки, к которой крепятся впускной коллектор и колпак крышки с сапуном, закрывающий клапанный механизм. В нижней части головки расположены гнезда для впускных и выпускных клапанов. В каналы над этими гнездами запрессованы направляющие втулки клапанов. Картер представляет собой алюминиевую отливку коробчатой формы, которая болтами прикреплена к блоку цилиндров и крышке распределения. Передняя часть картера несколько углублена: здесь располагается маслоприемник масляного насоса.

V. Заключительная часть.

— Для чего служит двигатель?

— Из каких главных частей состоит двигатель?

— Что такое головка цилиндров?

— Как поступает масло в коленчатый вал?

— Какая разница между впускным и выпускным клапаном?