Дизельний двигун

                                      Дизельний двигун

Німецький інженер Р. Дизель у 1892 році запропонував новий тип двигуна внутрішнього згоряння, який він побудував у 1897 році. Двигун названий на честь винахідника  дизельним двигуном. Він одразу ж  набув широкого використання як економічний і надійний, простий в обслуговуванні та експлуатації.

                     Хід роботи двотактового дизельного двигуна:

З обох боків циліндра є отвори для випуску стисненого компресором повітря (зліва) і випуску відпрацьованих газів(справа). У верхній частині головки циліндра влаштовано спеціальний кран – форсунку для впорскування (в потрібний момент роботи) рідкого палива.

Нехай поршень перебуває в крайньому  нижньому положенні й починає  рух угору. Цей рух поршня вгору  здійснюється за рахунок енергії  махового колеса, яке певним чином уже почало обертатися. Протягом часу, коли поршень здійснює переміщення, стиснене повітря заповнює циліндр і водночас «продуває» його. При подальшому русі поршня випускний отвір (справа) уже перекритий поршнем, а впускний (зліва) ще є частково відкритим, і стиснене повітря продовжує заповнювати циліндр. Внаслідок подальшого переміщення поршня обидва отвори циліндра перекриті, а тому наявне в циліндрі повітря продовжує стискатися. Коли поршень доходить до крайнього верхнього положення, тиск повітря в циліндрі зростає ще в 14-17 разів, а температура стисненого таким чином повітря досягає 600-650*С. У цей момент через форсунку автоматично впорскується рідке паливо, яке розпилюється і тут же самозапалюється (спалахує). Утворений при цьому розріджений і стиснений газ тисне на поршень і з силою рухає його вниз, виконуючи механічну роботу. Ця робота витрачається на обертання вала, насаджених на нього махового колеса і споживачів, а також частково на забезпечення подальшого руху поршня вгору. Наприкінці руху поршня вниз, обидва отвори циліндра відкриваються. Відпрацьований газ виходить з циліндра через випускний отвір, а циліндр остаточно продувається новою порцією стисненого повітря, що надходить через уже відкритий впускний отвір. Так завершується повний цикл роботи дизельного двигуна, і розпочинається новий цикл.

У даному випадку один повний цикл роботи двигуна здійснюється за два ходи поршня, а тому такий двигун називають  двотактовим. Є дизельні двигуни, в  яких один повний цикл роботи здійснюється за чотири ходи поршня. У цих двигунах доступ повітря в циліндр здійснюється через впускний клапан, який відкривається  під час стискання повітря, коли іде вгору. Лише після цього здійснюється впорскування і згоряння палива і третій (робочий) хід поршня (вниз). При четвертому ході поршня (вгору) відкривається випускний клапан, і поршень виштовхує відпрацьований газ через вихлопний трубу в атмосферу.

Отже, економічнішим та легшим у використанні є чотиритактний дизельний двигун внутрішнього згоряння, оскільки він  працює на дешевих сортах рідкого палива; порівняно з бензиновим двигуном , має нескладну будову, не дуже велику швидкість обертання вала двигуна, більший коефіцієнт корисної дії (ККД) – до 40%.

Дизельний двигун відрізняється від бензинового більшою потужністю, економічністю і на даний момент більшою екологічністю. Потужність є більшою по тій причині, що пальне згорає при більшому тиску повітря у камері згорання - від 26 до 35 атм., в той час коли у бензиновому - від 8 до16 атм Паливо впорскується в камеру згорання під тиском до 180 атм. На новітніх двигунах із системою «Common Rail» - до 320 атм.

В зв’язку з тим, що в світі гостро постає питання екології, то в автомобільній промисловості в цілому, а в дизельних двигунах зокрема, питання екологічності двигунів стоїть на першому місті, навіть в ущерб потужності та економічності. В майбутньому ж це питання постане ще гостріше. Тому на даний момент існує 6 класів дизельних двигунів по екологічності. Від Євро 0 до Євро 5. Всі ці норми відрізняються кількістю викидів у атмосферу шкідливих речовин. Для дизельного двигуна, самими важливими параметрами шкідливих викидів в атмосферу є CH та NOх, а також сажа. На кожному етапі від Євро 1 до Євро5 вводилися нові системи двигуна, які корегували викиди шкідливих газів. Так у Євро 2 в систему випуску відпрацьованих газів врізався клапан рециркуляції відпрацьованих газів. Він працював таким чином, що частину відпрацьованих газів (до20%) направляв знову у впускний трубопровід. Таким чином гази, які не повністю згоріли у циліндрі, знову йшли на перепрацювання, і таким чином в атмосферу потрапляли більш очищені викиди. В Євро 3 і 4 крім цього були добавлені сажеві фільтри, які доочищали у випускному трубопроводі відпрацьовані гази. У Євро 5, які є самими високими нормами екологічності, є свої нововведення. Так у систему випускних газів впорскується карбамід (мочевина), або як її прийнято називати за кордоном AdBlue. Ця речовина міститься в окремому баку і впорскується в систему, коли іде випуск газів. Вона відновлює оксиди азоту (NOx) до більш екологічно чистих речовин.

             Технічне обслуговування

Будь-яка машина (механізм) може бути в двох станах - справному та несправному . Машина справна , якщо вона відповідає всім пропонованим до неї вимогам . 
Надійність вузлів і компонентів , що встановлюються на сучасні автомобілі настільки висока , що при своєчасному виконанні заміни зношених і поламаних в результаті старіння матеріалів деталей ймовірність раптового їх відмови вкрай мала. Відмови рідко відбуваються спонтанно і зазвичай є наслідком іноді тривалого розвитку дефекту. Ті ж компоненти , які можуть вийти з ладу несподівано , зазвичай не є життєво важливими для функціонування основних вузлів і систем автомобіля, або легко замінюються в дорожніх умовах. 
Основоположним кроком при виявленні причин будь-якого відмови є вибір точки початку пошуків . Часто причина виявляється лежачої на поверхні , однак до деяких ҏ иҳ випадках доводиться потрудитися , проводячи невелике дослідження . Автолюбитель , який здійснив півдюжини випадкових перевірок , замін і виправлень цілком має шанс виявити причину відмови ( або його симптом ) , однак такий підхід ніяк не можна назвати розумним , зважаючи на його трудомісткості і безцільності витрат часу і коштів. Набагато ефективніше виявляється спокійний логічний підхід до пошуку вийшов з ладу вузла або компонента. 
Обов'язково слід взяти до уваги всі передували поломки , іноді незначні , симптоми і насторожують сигнали , такі як: втрата розвивається двигуном потужності , зміна показань вимірювачів , виникнення незвичайних звуків і запахів , і т.п. 
Методи та засоби діагностування дизельного двигуна 
Прилади системи живлення дизельного двигуна принципово відрізняються від подібних для карбюраторного двигуна.  Інформація опублікована на  
У зв'язку з цим використання діагностичної апаратури для систем живлення карбюраторних двигунів неможливо для систем живлення дизельних двигунів. 
У систему живлення дизельного двигуна входять прилади , що роблять вплив на витрату палива, такі як очищувач повітря , фільтри попереднього і тонкого очищення палива , насос, що підкачує , паливний насос високого тиску і форсунки , регулятор частоти обертання двигуна і привід. Найбільш інтенсивному зношування піддаються плунжерні пари паливного насоса і форсунок , втрачають свою пружність пружини. Порушення герметичності та засмічення елементів паливної системи призводить до ᴨ ȇребоям в роботі двигуна , а порушення регулювань початку , величини і рівномірності подачі палива , кута про ᴨ ȇреженія уприскування , тиску початку підйому голки форсунки , а також мінімальної частоти обертання колінчастого валу в режимі холостого ходу - до підвищення витрати палива та димному випуску відпрацьованих газів.

       Основними показниками, що характеризують загальний технічний стан двигуна, є потужність та питома витрата палива, які визначають на гальмівних стендах або за допомогою спеціальних електронних приладів у режимі розгону дизеля. Однак застосування на практиці таких засобів потребує високої кваліфікації виконавців, а вартість засобів зависока. Тому для більш практичного та оперативного діагностування й конторолю роботи двигунів рекомендовано проводити пошук несправностей як за якісними ознаками технічного стану, так і з нескладних механічних засобів та діагностичних технологій.

                                            Колір вихлопних газів

За кольором та інтенсивністю  вихлопних газів можна визначити  стан дизельного двигуна. Вихлопні гази справного і відрегульованого двигуна не мають кольору. Отже, колір вихлопних газів є важливою діагностичною ознакою, що вказує на виниклі в двигуні несправності і допомагає поставити попередній діагноз двигуну, який уточнюють у процесі діагностування.

                                                 Чорний дим

• неповне згоряння палива, що може вказувати на зависання, закоксовування        або зношення розпилювача форсунки;
• недостатнє подавання повітря через засміченість повітроочисника і всмок тувального каналу.
• несправність турбіни нагнітання повітря;
• порушення кута початку подавання палива і фаз газорозподілення;
• надмірне подавання палива насосом і нерівномірність за лініями його         нагнітання;

порушення регулювання або  герметичності клапанів газорозподільного механізму

                                Білий дим

• низька компреся в циліндрах двигуна;
• потрапляння води в циліндри (біла пара води);
• пропуски спалаху через дефекти форсунок;
• засміченість фільтра тонкого очищення палива;
• зношення паливопідкачувального насоса;
• несправність перепускного клапана паливного насоса;
• запізніле подавання палива насосом.

                                      Синій дим

• вигоряння картерної оливи через її високий рівень у картері;
• зношення або закоксовування оливо- знімних кілець;
• великий зазор між стрижнями клапанів і їхніми напрямними втулками.
• За час роботи двигуна з невідрегульованими форсунками витрати палива збільшуються на 10%, а ресурс двигуна зменшується на 20%. Робота двигуна з димним випуском супроводжується збільшенням витрат палива на 3-6%
• Зовнішніми ознаками несправностей двигуна є поганий запуск, зниження потужності, димний випуск, прискорене вигоряння оливи, неприпустиме зниження тиску в системі мащення, виникнення нехарактерних стуків (див. табл. 1).
• Час запуску двигуна має тривати не більше 3 хв літньої пори і не більше 10 хв — узимку. У разі стартерного запуску двигун має запрацювати не більше ніж із четвертої спроби. Тривалість кожної спроби — не довше 5 с з інтервалами близько 1 хв.

                   Триваліший пуск може свідчити про:  

• занижені оберти пускового пристрою;  
• несправності стартера і розрядже- ність акумуляторної батареї;  
• несправності паливної апаратури;  
• зниження компресії циліндрів;  
• потрапляння води в циліндри;
•  несправності механізму газорозподілення.

 

Несправність	Ознаки несправності
Циліндро-поршнева група
Зношення гільз, поршнів  і поршневих  кілець, закоксовування кілець, наявність  на поршнях і кільцях лакових відкладень	Великі витрати картерної оливи, із отвору сапуна виходить велика кількість газів, низька компресія, утруднений пуск двигуна, передчасне старіння картерної оливи
Кривошипно-шатунний механізм
Зношення підшипників колінчастого вала	Низький тиск оливи в системі  мащення, глухі стуки в середній і нижній частинах блока циліндрів, які посилюються в разі різкої зміни частоти обертання колінчастого вала і припиняються після виключення подавання палива в контрольований циліндр
Зношення поршневого пальця і втулки верхньої головки шатуна	Металевий стук у верхній  частині блока циліндрів, який  посилюється із різкою зміною частоти обертання колінчастого вала і припиняється після виключення подавання палива в контрольований циліндр
Механізм газорозподілення
Наявність зазорів між  стрижнями клапанів і бойками    коромисел
Нещільне прилягання клапанів до гнізд (зношення або підгоряння фасок)	Металеві стуки в зоні клапанного механізму
Порушення фаз газорозподілення (зношення кулачків розподільного вала і шестерень  розподілення або їхнього  з'єднання, що не відповідає міткам)
Послаблення пружності  чи руйнування пружини клапана  (клапан зависає у втулці)	Двигун працює з перебоями  і не розвиває повної потужності
Послаблення кріплення головки до блока циліндрів,    прогоряння прокладки	із верхнього бака  радіатора в разі відкритої  заливної горловини виходять  пухирці газів, наявність води  в картерній оливі, утруднений  пуск двигуна
Система мащення двигунів
Зношення масляного насоса,зношення або порушення  регулювання редукційного або  зливного клапанів	Низький тиск оливи в магістралі
Зношення, порушення регулювання  перепускного клапана	На фільтрі мало відкладень або вони зовсім відсутні
Паливна апаратура
Зношення або закоксовування розпилювачів форсунок Погана якість розпилювання палива	Двигун димить і не розвиває повної потужності, утруднений запуск двигуна
Заїдання голки в корпусі  розпилювача форсунки	Двигун працює з перебоями, димить і не розвиває потужності, погано запускається
Форсунка не працює	Двигун працює з перебоями, за вимкнення подавання палива в  непрацюючий циліндр частота  обертання колінчастого вала не змінюється, спостерігається бездимність випускних  газів
Зношення плунжерних пар	Утруднений пуск двигуна, в картер паливного насоса потрапляє  велика кількість палива
Заїдання плунжерів у втулках	Двигун іде «врознос»  або зупиняється, керування подаванням палива утруднене або неможливе
Зношення нагнітальних клапанів	Двигун працює з  перебоями, зниження потужності  й економічності, швидко виходять із ладу розпилювачі (закоксовуються)
Граничне засмічення фільтра  тонкого очищення палива, зношений перепускний клапан, зношений підкачувальний насос	Двигун не розвиває повної потужності, циліндри працюють нерівномірно (нерівномірний звук вихлопу), спостерігається бездимність газів
Запізніле подавання палива в циліндри двигуна (малий кут випередження подавання)	Пуск двигуна утруднений, на холостому ходу та на  максимальному швидкісному режимі працює з перебоями, викидаючи із труби сірий  дим; в разі навантаження працює без перебоїв, але димить (чорний дим); зниження потужності й  економічності
Передчасне подавання палива в циліндр двигуна (збільшення кута випередження подавання)	Пуск двигуна утруднений, із випускної труби викидається  чорний дим; на холостому ходу димлення газів може бути малопомітним, із збільшенням навантаження — збільшується, особливо на малих обертах (жорстка робота); знижена потужність і економічність
Зменшення обертів колінчастого вала і подавання палива в циліндри	Двигун не розвиває повної потужності
Велика нерівномірність подавання палива	Циліндри працюють нерівномірно (визначають за звуком вихлопу)

 

 

Достовірнішу оцінку технічного стану двигуна можна отримати за допомогою спеціальних засобів.

Компресія в циліндрах

Важливість наявності  необхідної компресії на дизельному двигуні полягає в самому принципі роботи дизельного двигуна. Під час такту стиснення повітря в циліндрах сильно нагрівається. Коли ж температура повітря підвищується до свого максимального значення наприкінці такту стиснення, то відбувається впорскування палива в циліндр. Тому наявність необхідної величини компресії визначає величину температури повітря в циліндрах, за якої можливий запуск дизельного двигуна.

Для перевірки компресійних властивостей циліндрів застосовують компресиметр дизельний із комплектом фальш-форсунок (рис. 1).

                                  Етапи перевірки 

1. Перевірку проводять на прогрітому до номінального теплового режиму двигуні.  
2. Форсунку демонтують із двигуна і на місце штатної форсунки циліндра, в якому перевіряють компресію, встановлюють фальш-форсунку. 
3. До нарізного кінця фальш-форсунки під'єднують компресиметр.
4. Прокручують колінчастий вал двигуна пусковим пристроєм за закритого запірного гвинта 3.Максимальне значення тиску має відповідати даним таблиці 2. Якщо тиск нижчий за вказаний:

♦    зніміть фальш-форсунку;

♦    залийте через форсунковий отвір невелику кількість моторної оливи, достатньої для 

     потрапляння на поршневі кільця;

♦    перевірте компресію ще раз.

Зростання тиску свідчить про спрацювання поршневих кілець. А якщо тиск нижчий за граничний, то це свідчить про спрацювання клапанів. Для перевірки інших циліндрів операції треба повторити. Різниця між компресією в окремих циліндрах не може перевищувати 0,2 МПа. Зменшення компресії в циліндрах на 30-40% свідчить про поломку поршневих кілець.