Четыре такта, но вместо искры — сильное сжатие воздуха и впрыск топлива. Найди форсунку над поршнем.
Как работает дизель: устройство и принцип работы
Вдох — только воздух
Поршень опускается и впускает воздух. Топливо на этом шаге в цилиндр ещё не поступает.
Воздух становится горячим
Поршень сжимает воздух. При сильном сжатии он нагревается — как воздух в насосе, только гораздо сильнее.
Форсунка распыляет топливо
Около верхней точки форсунка впрыскивает мелкие капли дизельного топлива. Они воспламеняются в горячем воздухе. Свеча зажигания не требуется.
Толчок и выпуск
Расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Потом поршень поднимается и выталкивает газы через выпускной клапан.
Почему дизелю не нужна искра
Если воздух быстро сжать в 16–18 раз, он нагреется до 500–600 °C. Дизельное топливо, впрыснутое в такой воздух, загорается само примерно через миллисекунду (на холодную — дольше).
Только воздух. Мощность регулируют количеством топлива, а не дроссельной заслонкой: воздуха всегда с избытком (λ больше 1,3).
Впрыск в конце сжатия. Давление впрыска 1600–2000 бар. Сначала маленький предвпрыск, чтобы горение началось мягко, затем основной.
Задержка воспламенения. Чем холоднее воздух, тем дольше капли не загораются и тем резче потом вспышка — отсюда «стук» дизеля на холодную.
Наддув. Турбина использует энергию выхлопа, чтобы закачать больше воздуха. Без неё при том же объёме дизель заметно слабее.
Детали в модели «Дизельный двигатель»
Поршень с камерой. Камера сгорания выточена в днище поршня. Головка над ним плоская, зазор в ВМТ меньше миллиметра — так получается сжатие 16,5: воздух ужат в 16,5 раза.
Форсунка. Шесть отверстий диаметром около 0,12 мм распыляют топливо под давлением 1600–2000 бар прямо в камеру поршня. Блок управления делает предвпрыск и основной впрыск.
Свеча накаливания. Стержень, раскаляющийся до 900–1000 °C за несколько секунд. Нужен только на холодную: подогревает воздух и даёт горячую точку, пока стенки цилиндра холодные.
Клапаны. Впускной Ø36 и выпускной Ø32 мм. Тарелки стоят заподлицо с плоской головкой: в ВМТ до поршня меньше миллиметра. В настоящих дизелях в днище поршня обычно делают выборки под клапаны, в модели их нет.
Головка блока. Чугунная или алюминиевая, плоская снизу. Впускной канал закручивает воздух вихрем, чтобы струи топлива быстрее перемешались с ним.
Турбокомпрессор. Выхлоп крутит турбину до 200 000 об/мин, на одном валу с ней компрессор сжимает воздух до 2 бар. В цилиндр попадает вдвое больше воздуха — можно сжечь вдвое больше топлива.
Интеркулер. Сжатый воздух нагревается до 120–150 °C. Радиатор охлаждает его до 40–60 °C: холодный воздух плотнее.
Коленвал и шатун. Дизель тяжелее нагружен: давление сгорания вдвое выше бензинового, поэтому коленвал, шатуны и вкладыши массивнее.
Показ по шагам
Впуск — только воздух. Поршень идёт вниз, через впускной клапан входит воздух. Топлива во впуске нет.
Сжатие в 16,5 раза. Оба клапана закрыты, воздух сжимается до 60–80 бар и нагревается до 500–600 °C. Смотрите на график температуры.
Впрыск и самовоспламенение. За несколько градусов до ВМТ форсунка распыляет топливо шестью струями. Капли испаряются в горячем воздухе и загораются сами — без искры.
Давление вдвое выше бензинового. На графике пунктиром — бензиновый двигатель того же размера. У дизеля пик давления 120–160 бар.
Турбина. Выхлоп крутит турбину, компрессор на одном валу сжимает воздух. Интеркулер его охлаждает — в цилиндр входит вдвое больше воздуха.
Холодный пуск. В мороз сжатый воздух прогревается только до 300 °C. Свеча накаливания создаёт горячую точку — без неё дизель не схватит.
Что ломается и как это проявляется
Подтекает форсунка. Признаки: двигатель троит и дымит чёрным под нагрузкой, звук жёсткий, растёт расход. Иногда — уровень масла растёт от топлива. Что проверить: обратный слив с форсунок (тест «по стаканчикам»), коррекции подачи по цилиндрам в сканере. Проверка и ремонт на стенде.
Сгорели свечи накаливания. Признаки: В мороз двигатель долго крутится стартером и не схватывает или заводится с белым дымом и троит первые минуты. Летом всё в порядке. Что проверить: сопротивление каждой свечи (обычно 0,5–2 Ом), ток реле свечей, ошибки блока. Меняют комплектом.
Низкая компрессия. Признаки: плохо заводится на холодную, стучит, дымит сизым, мало тяги. Из сапуна идут газы. Что проверить: компрессометр для дизеля (до 40 бар): норма 28–32 бар, разница между цилиндрами не больше 3 бар.
Утечка наддува. Признаки: под нагрузкой двигатель не тянет, валит чёрный дым, слышно шипение под капотом, может гореть Check Engine с ошибкой давления наддува. Что проверить: опрессовка впуска, осмотр патрубков и хомутов, следы масла, фактическое давление наддува в сканере.
Упрощения модели
Давление и температура посчитаны по политропе сжатия и условной кривой тепловыделения, без реальной кинетики горения.
Показан двухклапанный цилиндр; турбина и интеркулер обслуживают все цилиндры, здесь показан один.
Порог самовоспламенения 450 °C условный: на деле задержка плавно зависит от температуры, давления и цетанового числа.
Блок, головка, коллекторы, турбина и интеркулер — учебная реконструкция по типовой компоновке, а не заводская модель конкретного двигателя.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.