Дизельный двигатель грузового автомобиля


Современные дизельные двигатели грузовиков

Подробности Родительская категория: Статьи Категория: Обзоры автотранспорта Просмотров: 9032

Дизельные двигатели для грузовых автомобилей как никакие другие должны отвечать постоянно растущим экологическим требованиям. Основной диапазон мощностей двигателей, применяемых на тяжелых грузовых автомобилях, составляет от 250 до 500 л.с. и более. Все изготовители грузовых автомобилей предпочитают использовать серии двигателей, унифицированных по конструкции и размерам цилиндров. У фирмы Mersedes это шести- и восьмицилиндровые V-образные двигатели с цилиндрами объемом около 2 л каждый. V-образные шестицилиндровые двигатели развивают мощность от 320 до 456 л.с. в зависимости от модификации. У компании DAF диапазон двигателей еще шире – мощность рядных двигателей рабочим объемом 12,6 л – от 340 до 530 л.с. в зависимости от модификации.

У двигателей Scania стандартным является цилиндр объемом 1,95 л; таким образом, рабочий объем шестицилиндрового двигателя составляет 11,7 л

Одним из факторов, от которых зависит мощность двигателя внутреннего сгорания, является расход воздуха. Турбонагнетатель – надежный, хорошо себя зарекомендовавший инструмент точного регулирования расхода воздуха. Для получения нужной мощности необходимо в определенное количество воздуха подать строго дозированное количество топлива. Чем выше давление в камере сгорания, тем больше мощность двигателя. Максимальное значение мощности при этом ограничивается только допустимым давлением в камере сгорания дизельного двигателя.

Звучит просто, да и на самом деле все было очень легко до момента, когда вступили в силу экологические нормы Euro 1 и другие нормативы по токсичности отработавших газов (ОГ). Дело в том, что с повышением значения давления в камере сгорания возрастает температура сгорания и повышается содержание окислов азота (NOx) в ОГ. И наоборот, чем меньше давление в камере сгорания, тем меньше температура и больше содержание углеводородов (СН) в ОГ. При этом увеличивается количество окиси углерода CO и сажи, содержание которой традиционно выражается в количестве частей на миллион (Parts per Million, PM) или в мг/м3. Чтобы снизить содержание токсичных составляющих в ОГ, конструкторы двигателей увеличивают количество воздуха в топливовоздушной смеси. Идеально низкая токсичность ОГ достигается, когда в камеру сгорания поступает воздуха на 20% больше, чем топлива. Учесть все эти факторы, а также уменьшить расход топлива сегодня возможно, используя электронный впрыск топлива при высоком давлении. Электронная система впрыска достаточно точно управляет его началом, продолжительностью и остальными параметрами.

Однорядные двигатели компании IVECO рабочим объемом от 7,8 до 12,9 л развивают мощность в диапазоне от 245 до 545 л.с. в зависимости от модификации

Содержание NOx и CH в отработавших газах напрямую зависит от параметров рабочего процесса в двигателе. Примером здесь может служить хотя бы тот факт, что из-за увеличения начала впрыска на 1° по углу поворота коленчатого вала содержание NOx в отработавших газах может по выситься на 5%, а содержание СН увеличиться на 15%. (Кроме конструктивных методов снижения токсичности ОГ существуют различные методы последующей обработки ОГ – использование каталитических нейтрализаторов, сажевых фильтров, рециркуляция отработавших газов и понижение температуры воздуха на впуске, но в данной статье мы рассматривать это не будем.) Такие сложные зависимости конструкторы двигателей стремятся учитывать при их разработке: тщательно подбирается форма камеры сгорания, от чего в значительной степени зависят токсичность ОГ и расход топлива, подбирают оптимальные объем и размеры цилиндров.

От экскаваторов до шаттлов

Аналогичные по конструкции со Scania двигатели Volvo имеют рабочий объем 9,4; 12,1 и 18,1 л

Компания Cometto выпустила несколько новых полуприцепов для перевозки крупногабаритных грузов. Модель 61MS оснащена шестью рядами осей по 8 колес на каждом. Грузоподъемность этого полуприцепа 183 т. Он был разработан для транспортировки компонентов электростанций. Напомним, что ранее для транспортировки турбин компания выпускала модель X64DAH/2530, которая использовалась совместно с грузовиком 6x4. Платформа полуприцепа 61MS раздвижная и может увеличиваться с 14 до 29 м. Модель XA4TAH/36 – полуприцеп с одноуровневым полом также может увеличиваться с 13 до 36 м. Максимальная грузоподъемность модели 52 т, она предназначена для транспортировки лопастей турбин.

Две другие модели итальянской компании Cometto служат для перевозки строительной техники. R04 грузоподъемностью 48 т разработана специально для перевозки тяжелой землеройной техники. Модель ZS4EAH грузоподъемностью 81 т способна перевозить и крупные строительные конструкции.

Двигатели DAF-XE рабочим объемом 12,6 л развивыют мощность в диапазоне между 340 и 530 л.с. в зависимости от модификации

Немецкая компания Doll Fahrzeugbau расширила свой модельный ряд тремя низкопольными прицепами со съемным гузнеком. T4H-S3 – это четырехосный полуприцеп для перевозки крупной дорожной техники, например камнедробилок. Модель T3H-S3 – трехосный полуприцеп со специальным соединением между грузовой платформой и ходовой частью. Такая конструкция позволяет приспосабливать полуприцеп для перевозки самых разных грузов. Двухосная модель D2P-O с четырехшарнирными осями и нагрузкой на ось 12 т оснащена системой рулевого поворота с углом поворота 60°. Все большегрузные прицепы оснащаются электронной системой гидравлических поворотных осей, пневматическими или гидравлическими подвесками.

Затем создается серия двигателей широкого диапазона мощностей, различающихся числом цилиндров. У двигателей Scania, например, объем такого цилиндра 1,95 л. Именно из таких цилиндров состоят выпускаемые в настоящее время рядные шестицилиндровые и V-образные восьмицилиндровые двигатели. Шведская компания считает такие цилиндры не только оптимальными, но и универсальными, а потому планирует выпуск пятицилиндрового двигателя рабочим объемом 9,75 л. Видимо, по этой причине Scania разработала цилиндр меньшего размера, чтобы получи ть шестиц илиндровый двигатель рабочим объемом почти 10 л. Чтобы удовлетворить потребность в двигателях мощностью от 250 до 500 л.с. и более, появилась необходимость создать три типоразмера двигателей с оптимальным расходом топлива, увеличенной мощностью и долговечностью, а также низкой токсичностью ОГ. Похоже, что у двигателей двух производителей (Merсedes и Scania), выпускающих модельные ряды двигателей с одинаковыми камерами сгорания, проблем с реализацией задуманного не возникнет.

На таком шасси фирмы Actros устанавливают V-образный шести и восьмицилиндровые двигатели

Volvo и IVECO также ориентируются на создание серий двигателей в трех диапазонах мощности с возможно бо’льшим числом унифицированных деталей. В настоящее время существуют только два варианта расширить границы возможностей двигателей. Один предлагают Scania и Volvo в виде турбокомпаундного привода, другой – IVECO в виде турбонагнетателя с изменяемой геометрией. Турбокомпаундный привод представляет собой две турбины, установленные последовательно по направлению движения отработавших газов. Такая конструкция позволяет полнее использовать остаточную энергию ОГ. Турбины не только закачивают свежий заряд в камеру сгорания, но и имеют кинематическую связь с маховиком, подкручивая коленчатый вал двигателя. Это техническое решение позволяет, по данным Scania, повысить КПД и мощность двигателя без увеличения давления в камере сгорания до 30...40 л.с. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией позволяет при относительно небольшом объеме двигателя получить большой крутящий момент.

Других приемов увеличения мощностных показателей современных двигателей без кардинального изменения конструкции пока не разработано.

www.truck.a7.ua

Дизельные грузовые автомобили

В конструкции грузовых автомобилей и автобусов с самого начала «золотого века» обозначились тенденции к экономически выгодному повышению грузоподъемности и вместимости, к специализации. Но в течение 10—15 лет грузовики и автобусы все еще оставались грубыми, массивными, с тяжелым управлением и сохраняли заимствованную у легковых автомобилей классическую схему с капотом перед кабиной водителя. Эта схема приводила к неэффективному использованию длины машины и конструктивной массы; задняя стенка кабины находилась примерно посередине колесной базы.

Несколько улучшились условия работы водителя благодаря переходу на пневматические шины, введению закрытых кабин и электрического освещения. Появились тормоза на всех колесах с гидравлическим или пневматическим приводом, амортизаторы, дизели.

Подробнее надо сказать о дизеле. Разговор об автомобиле редко обходится без упоминания о бензине. Понятия «бензин» и «автомобиль» тесно связаны в нашем сознании; ведь до сих пор большинство автомобилей работает на бензине.

Бензин, как известно, получают из нефти, после чего остаются тяжелые виды жидкого топлива. Оно воспламеняется не так легко, как бензин. Но мысль превратить тяжелое топливо в горючее для транспортного двигателя издавна занимала конструкторов. Еще в начале XX века они приспособили двигатель, созданный Рудольфом Дизелем (1858—1913) и работающий на тяжелом топливе, для теплоходов, подводных лодок, локомотивов. Позже был осуществлен перевод на тяжелое топливо автомобиля. Только в 20-х годах дизели начали применять на грузовых автомобилях.

Работа дизеля на первый взгляд мало отличается от работы бензинового двигателя. Но в цилиндр дизеля засасывается не горючая смесь, а воздух. Поршень сжимает воздух, при этом его температура повышается. В момент наибольшего сжатия насос впрыскивает в цилиндр порцию топлива. От нагрева оно воспламеняется. В этом существенное отличие дизеля от бензинового двигателя.

Дизель не нуждается в электрическом зажигании. Топливо подается в цилиндр под давлением, а его испарению способствует высокая температура в цилиндре, поэтому оно может быть более тяжелым. Дешевизна потребляемого топлива — не единственное достоинство дизеля. Он расходует в 1,5 раза меньше топлива, чем карбюраторный бензиновый двигатель. Эта экономия достигается за счет примерно вдвое более высокой степени сжатия.

В 30-х годах еще сказывалось несовершенство дизеля. От карбюратора он избавился ценой использования очень точных и дорогих насоса и форсунок. Высокое давление требовало прочной, а следовательно, и тяжелой конструкции. Тяжелые детали ограничивали частоту вращения вала дизеля, он был не так быстроходен, как бензиновый двигатель. Запуск дизеля в холодную погоду был затруднен, для пуска требовались мощные и тяжелые стартер и аккумулятор. Дизели были более шумны, чем карбюраторные двигатели. Все это задерживало их применение на легковых автомобилях, но к 30-м годам они уже стали распространяться на большегрузных автомобилях и многоместных автобусах.

Появление грузовиков с передней кабиной

Незадолго до второй мировой войны у «классического» грузовика появился соперник — с так называемой передней (т. е. смещенной на самый передний конец рамы) кабиной. Основное преимущество: длина машины хорошо используется по прямому назначению, для перевозки груза.

Появление машин этого типа именно в 30-х годах объясняется не одним стремлением автомобильных заводов угодить транспортникам и не одной изобретательностью конструкторов. Ведь передняя кабина встречалась уже на ранних грузовых автомобилях. Но она смогла получить распространение лишь после улучшения дорог. Дело в том, что при сдвиге кабины и грузовой платформы неизбежна перегрузка передних колес. Переходу на новую схему способствовало усовершенствование шин, подвески, двигателя: можно было создать комфортабельную кабину, несмотря на ее расположение над колесами и двигателем.

Автобус вагонного типа

Развитие автобуса идет теми же путями и даже опережает развитие грузового автомобиля, хотя автобусы оставались производными от него вплоть до 30-х годов, когда появились городские машины так называемого вагонного типа.

Что такое автобус вагонного типа? Чтобы разместить в прежнем автобусе (у которого двигатель находился под капотом впереди корпуса кузова) пассажиров в соответствии с грузоподъемностью базового грузовика, пришлось бы удлинить таковой на 2—3 м (пассажиров ведь не упакуешь как груз). Он стал бы громоздким, неповоротливым, тяжелым. В вагонном же автобусе двигатель устанавливают рядом с сиденьем водителя, под кузовом или сзади; почти вся длина машины предоставлена пассажирам. Перевозка одного пассажира обходится в вагонном автобусе в 1,5 раза дешевле, чем в «капотном».

На изготовление рамы уходило до 1000 кг металла — это масса пятнадцати пассажиров. Причем никак не удавалось облегчить раму. Даже наоборот, чем мягче выполняли рессоры, чем эластичнее крепили кузов к раме для улучшения комфорта, тем более жесткой приходилось делать раму, чтобы она не прогибалась, не скручивалась и не ломалась. Кроме того, рама препятствовала понижению пола кузова. До тех пор пока кузова были каретными, деревянными, казалось, что выхода нет. Он наметился после внедрения металлических кузовов. Их коробчатую конструкцию ведь можно использовать в качестве несущей системы, жестко соединив кузов с рамой и соответственно облегчив ее. А затем и вовсе устранили раму, и все механизмы стали крепить непосредственно к кузову (у грузовиков с бортовыми платформами такой жесткой коробчатой конструкции нет, и рама у них до сих пор сохраняется).

На некоторых автобусах 30-х годов водитель находился даже в лучших условиях, чем на легковом автомобиле: его сиденье регулировалось по высоте, по углу наклона и было установлено в самой передней части кузова, откуда хорошо видна дорога. Водителю не нужно было тратить силы и внимание на переключение передач — трансмиссию ставили автоматическую, рычаг передач и педаль сцепления устранили.

Автобус — транспорт общественный, коммерческий. Пусть он стоит дорого, но если это позволит перевезти больше пассажиров, то расходы оправдаются. Пусть он несколько напоминает вагон, пассажирам общий вид машины менее важен, чем возможность быстро добраться до нужного места.

В 40-х годах грузовые автомобили и автобусы занимают ведущее место по объему перевозок среди других средств транспорта, они ослабляют напряженность пассажирооборота на железных дорогах, полностью вытесняют гужевой грузовой и извозчичий транспорт в городах. Тогда же начался ныне в основном завершившийся процесс полного отделения конструкции и производства грузовых автомобилей и автобусов от легковых.

Источник: Ю A. Долматовский «Автомобиль за 100 лет»

www.thingshistory.com

Российские двигатели для грузовиков

Данная статья, посвященная отечественным производителям двигателей для грузовой автотехники, является продолжением предыдущей статьи, в которой говорилось про отечественные двигатели для легковых автомобилей.

Как уже говорилось в статье про двигатели для отечественных легковых автомобилей, в России, несмотря на засилье импортной автотехники, все еще высока доля машин российского производства. И для всех них нужны двигатели. Если с легковыми автомобилями ситуация для отечественного автопрома весьма удручающая, то с грузовиками все не так плохо. Грузовые автомобили российского производства пока что занимают весьма значительную часть местного рынка. Разумеется, для всех этих грузовиков нужны моторы. Ниже рассматриваются основные отечественные производители двигателей для грузовой техники.

Ярославский моторный завод (ОАО «Автодизель») — один из крупнейших отечественных производителей двигателей для грузовых автомобилей и разнообразной техники. Завод основан еще в 1916 году и с самых первых лет своей деятельности был одним из локомотивов развития автомобилестроения в России. Сегодня «Автодизель» входит в «Группу ГАЗ», производит двигатели, коробки передач и другие компоненты автомобилей. Предприятие предлагает свыше 60 базовых моделей моторов. Мы рассмотрим лишь основные семейства.

Обширное семейство 6-ти и 8-цилиндровых V-образных дизельных двигателей мощностью от 150 до 420 л.с. Это одни из самых старых моторов — они выпускаются с начала 1960-х годов, но за счет постоянно проводимых модернизаций все еще остаются актуальными (хотя современным экологическим нормам уже не соответствуют). Устанавливаются на автомобили МАЗ, КрАЗ, «Урал», специальную технику и т.д.

Тяжелые 12-цилиндровые V-образные дизельные моторы мощностью 360 л.с., выпускаются с середины 1960-х годов, но все еще остаются востребованными на рынке. Применяются на тракторах, самосвалах (в том числе карьерных БелАЗах), специальной и другой технике.

Семейство рядных 4-х и 6-цилиндровых дизельных двигателей мощностью от 136 до 312 л.с. Это одна из самых новых разработок (серийный выпуск начался в 2011 году), моторы соответствуют экологическим нормам «Евро-4», применяются на автобусах и автомобилях предприятий «Группы ГАЗ», технике МАЗ и других производителей.

Обширное семейство (порядка десяти базовых модификаций) рядных 6-цилиндровых дизельных двигателей мощностью от 362 до 412 л.с., соответствуют нормам экологических классов «Евро-3» и «Евро-4». Находят применение на грузовых автомобилях МАЗ, «Урал» и других.

Семейство мощных 8-цилиндровых V-образных дизельных двигателей, устанавливаются, преимущественно, на грузовые автомобили МАЗ, КрАЗ и «Урал».

Семейство 8-цилиндровых V-образных дизельных моторов мощностью 390-400 л.с., находит применение в мощных автомобилях МАЗ, МЗКТ и БАЗ, комбайнах, специальной технике, а также в судах малого водоизмещения.

Семейство 6-цилиндровых V-образных дизельных двигателей мощностью 330 л.с., применяются на автомобилях «Урал» и спецтехнике.

Наиболее мощные дизельные двигатели ЯМЗ, V-образные, 12-цилиндровые, могут иметь мощность до 800 л.с., находят применение в карьерных самосвалах, мощных тягачах, промышленных тракторах, трубоукладчиках и другой технике, а также устанавливаются в некоторые образцы военной техники.

Камский автомобильный завод — крупное отечественное машиностроительное предприятие, ведущее свою деятельность с 1976 года. Завод производит грузовые автомобили и полную гамму двигателей для них, также силовые агрегаты КАМАЗ поставляются на другие автомобилестроительные заводы. Сегодня на КАМАЗе производится 13 семейств и десятки модификаций моторов, в том числе и работающих на природном газе.

Дизельный V-образный 8-цилиндровый двигатель мощностью 210-220 л.с. Имеет две модификации, устанавливается на автомобили КАМАЗ-5320, КАМАЗ-5410, КАМАЗ-54112, КАМАЗ-55102, КАМАЗ-5511 (одиночные фургоны, бортовые и с прицепами).

Дизельный V-образный 8 цилиндровый двигатель мощностью 260 л.с., используется на различных грузовиках КАМАЗ.

Семейство дизельных 8-цилиндровых V-образных двигателей мощностью 240 и 260 л.с. Устанавливаются на различные автомобили КАМАЗ и «Урал», автобусы ПАЗ, ЛАЗ и ЛиАЗ.

Дизельные 8-цилиндровые V-образные моторы мощностью 240 и 260 л.с. Находят применение на автомобилях КАМАЗ, автобусах ПАЗ, НЕФАЗ и «Волжанин», а также на различных тракторах, сельскохозяйственной и спецтехнике.

Мощный 400-сильный V-образный 8-цилиндровый дизельный двигатель, находит применение на тяжелых автомобилях КАМАЗ, а также спецтехнике, вездеходах и т.д.

Еще одна модель двигателя мощностью 400 л.с., мотор дизельный, V-образный 8-цилиндровый, оборудован топливной аппаратурой Bosch, соответствует экологическим нормам «Евро-3». Устанавливается на мощные автомобили КАМАЗ и разнообразную спецтехнику.

Дизельный V-образный 8-цилиндровый двигатель мощностью 360 л.с., соответствует экологическим нормам «Евро-2» и «Евро-3». Устанавливается на автомобили КАМАЗ и другую технику.

Большое семейство дизельных 8-цилиндровых V-образных двигателей мощностью от 260 до 360 л.с. и экологического класса «Евро-2». Применяется на автомобилях КАМАЗ, «Урал», тракторах, с/х-технике, спецтехнике, автобусах и т.д.

Обширное семейство 8-цилиндровых V-образных дизельных двигателей мощностью от 240 до 420 л.с. Находят самое широкое применение в грузовых автомобилях, автобусах, спецтехнике.

Одно из новых семейств дизельных 8-цилиндровых V-образных двигателей. Имеют мощность от 260 до 420 л.с., соответствуют нормам экологического класса «Евро-4». Широко используются в автомобилях КАМАЗ, автобусах и другой технике.

Современный дизельный 8-цилиндровый V-образный двигатель, в семействе 6 моторов мощностью от 280 до 440 л.с. Соответствуют экологическим нормам «Евро-4». Оснащены топливной аппаратурой Common Rail от Bosch, находят применение в новых модификациях автомобилей КАМАЗ и в другой технике.

Два семейства газовых V-образных 8-цилиндровых двигателей мощностью от 240 до 300 л.с. Соответствуют экологическим нормам «Евро-4». Используются преимущественно на автомобилях КАМАЗ.

Мы не зря включили ММЗ в обзор отечественных производителей двигателей: основные потребители Минских моторов расположены в России, поэтому сейчас этот завод всегда рассматривается, как одна из важных частей отечественного машиностроения. С ММЗ у российских производителей автомобилей, автобусов и тракторов самые тесные связи, поэтому логично рассмотреть ассортимент и особенности его продукции.

Минский моторный завод (ММЗ) был создан в 1963 году. Сегодня он специализируется на выпуске дизельных двигателей различного назначения: автомобильных, тракторных, автобусных, комбайновых, а также промышленных. Всего в ассортименте ММЗ присутствует 13 основных моделей и десятки модификаций двигателей.

Дизельный четырехцилиндровый рядный двигатель мощностью 62 л.с. Представлен в восьми модификациях, находит применение в тракторах МТЗ и ЮМЗ, а также в передвижных сварочных аппаратах «Уралтермосвар» и компрессорных станциях.

Дизельные четырехцилиндровые рядные двигатели мощностью 81 л.с. Представлены в 14 модификациях, используется для установки в тракторы МТЗ и ТТЗ, в автопогрузчики, экскаваторы, передвижные сварочные аппараты и компрессорные станции.

 

Дизельный четырехцилиндровый рядный двигатель мощностью 81 л.с. Находит применение на небольшом количестве моделей тракторов МТЗ.

Дизельный четырехцилиндровый рядный двигатель мощностью 90 л.с. Применятся для установи на тракторы МТЗ, а также в качестве двигателя привода барабана в автобетоносмесителях и другой технике.

Дизельные четырехцилиндровые рядные двигатели мощностью от 108 до 156 л.с. Имеют большое количество модификаций, часть из которых оборудуется турбокомпрессорами. Устанавливается на автомобили ГАЗ «Валдай» и «Садко», ЗИЛ «Бычок», МАЗ «Зубренок», автобусы ПАЗ и ЛАЗ.

Дизельные шестицилиндровые рядные двигатели мощностью от 130 до 209 л.с. Имеют большое количество модификаций, находят самое широкое применение в тракторах МТЗ, дорожной спецтехнике и комбайнах.

 

Новые линейки дизельных двигателей, соответствующих нормам экологического класса «Евро-4». Серийно выпускаются с 2012 года, на сегодняшний день доступны модификации мощностью до 177 л.с., находят применение на автомобилях МАЗ, ЗИЛ, автобусах ПАЗ.

   

Тутаевский моторный завод, расположенный в городе Тутаев Ярославской области, начал работу в 1973 году. Предприятие специализируется на выпуске мощных дизельных двигателей, используемых в тяжелой автомобильной технике, тракторах и технике иного назначения.

Несколько дизельных 8-цилиндровых V-образных двигателей мощностью 425-470 л.с. Устанавливаются на тягачах МАЗ, МЗКТ, автомобилях БелАЗ, а также специальном шасси БЗКТ.

 

Дизельные 8-цилиндровые V-образные двигатели мощностью от 350 до 420 л.с. Применяются на колесных тракторах «Кировец» («Кировский завод»).

Дизельный 8-цилиндровый V-образный двигатель мощностью 415 л.с., устанавливается на тракторы «Кировец» и трубоукладчики ТГ-321 («Промтрактор»).

Дизельный 8-цилиндровый V-образный мотор мощностью 500 л.с., применяется на специальном шасси МЗКТ.

Дизельные V-образные 8-цилиндровые двигатели специального назначения. Имеют мощность 420 л.с., устанавливаются на промышленные тракторы, бульдозеры и другую технику Komatsu.

 

Дизельный восьмицилиндровый V-образный мотор мощностью 470 л.с., применяется на самосвалах БелАЗ грузоподъемностью до 30 тонн.

 

Мощный 470-сильный дизельный V-образный 8-цилиндровый двигатель, устанавливается на самосвалы БелАЗ грузоподъемностью до 30 тонн, а также на тягачи МАЗ и МЗКТ.

   

В данной статье рассматривались основные производители двигателей для отечественных грузовых автомобилей. Подобный обзор по двигателям для сельскохозяйственной автотехники и промышленности — в следующей статье.

Еще в этом разделе

www.autoopt.ru

Дизельный двигатель

В последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами. Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, продаваемых в Европе. Густой черный дым из выхлопной трубы, громкое тарахтение и неприятный запах остались далеко в прошлом. Дизельные моторы сегодня – это не только экономичность, но также высокая мощность и достойные динамические характеристики.

Современный дизель стал тихим и экологически чистым. Как же удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели? Рассмотрим все по порядку…

Принцип работы

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового – те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте.

В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре – отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

Конструкция

Особенности

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки – ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.

Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода.

Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Поршни и свечи дизеля

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

Камеры сгорания дизельного двигателя

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Системы питания

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название – рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима.

Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо – воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом.

В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как “волновое гидравлическое давление”. При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, “бегающие” по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

Насос-форсунка дизельного двигателя

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок – высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля.

Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала – “турбоямы”. Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха – интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения “высотности” двигателя – в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

avtonov.info


Смотрите также


Интересующую Вас информацию Вы можете уточнить у наших специалистов, заполнив форму, приведенную ниже. Мы с радостью Вас проконсультируем!
Почта:
Ваше Имя:
Сообщение:
30+5