Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ПРИНЦИП РАБОТЫ

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — 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 топливо-воздушной смеси. 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.

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 дизелей
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.

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 дизеля.

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
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 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.

Читать еще:  Ets 2 как изменить мощность двигателя

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. 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.

Компактный дизельный двигатель: зачем нужен субкомпактный поршневой мотор

В нашей предыдущей статье мы уже рассказывали о самом большом двигателе внутреннего сгорания. При этом ни для кого не секрет, что постоянный рост цен на нефтепродукты и сложная экологическая ситуация являются основными факторами, которые сильно влияют на ДВС. Указанное влияние фактически сводится к одному – максимальное снижение расхода топлива и эффективная очистка отработавших газов.

При этом важно понимать, что наиболее качественно снизить потребление горючего удается за счет уменьшения рабочего объема двигателя. Однако такое уменьшение закономерно приводит к тому, что двигатель становится менее мощным и надежным, теряется приемлемая динамика разгона ТС и т.д.

Если говорить о бензиновых двигателя, изготовление слишком маленьких агрегатов по рабочему объему для авто и широкого списка другой техники в наши дни попросту нецелесообразно по целому ряду причин. При этом маленькие дизельные двигатели вполне имеют право на жизнь и активно разрабатываются. Давайте остановимся на этом более подробно.

Самые маленькие дизельные моторы, бензиновые и роторно-поршневые ДВС

Как уже было сказано выше, решение задачи по снижению токсичности выхлопа и общего количества вредных выбросов в атмосферу потребовало всесторонних изменений. Определенные доработки затронули как сами ДВС, так и топливо для них.

Бензиновые моторы стали использовать горючее, в котором допускается наличие большого количества спирта (в отдельных случаях до 75-80%), в дизельные ДВС заливается биодизель.

  • Что же касается миниатюрных версий, самые маленькие бензиновые двигатели сегодня используются в авиамоделировании (ставятся на авиамодели), а также на маленьких моделях радиоуправляемых машин, судов и т.п.

Если просто, необходимый КПД в процессе преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное значительно понижается в агрегатах на бензине, чего становится недостаточно для прокручивания колес автомобиля или выполнения другой полезной работы.

Вернемся к микромоторам. Еще отметим, что некоторые ошибочно считают известные микродвигатели инженера Йесуса Уайлдера V12 и V16 наглядным образцом самого маленького бензинового двигателя. Однако на практике такой мотор скорее игрушка, чем практичный ДВС. Дело в том, что агрегат работает не на жидком топливе. В действие двигатель приводит сжатый воздух, а КПД находится на весьма низкой отметке.

  • Если же говорить о дизелях, этот тип двигателя имеет сегодня все шансы стать не просто маленьким, а фактически микроскопическим. Начнем с того, что сегодня часто встречаются маленькие дизельные двигатели, которые имеют рабочий объем чуть больше 0.2 л. и выдают, в среднем, 3.2 л.с.

Такие субкомпактнтые дизели прижились на небольшой мототехнике, а также приводят в действие различные механизмы. Вместительность топливного бака для такого мотора обычно составляет около 2.5 л. солярки.

Примечательно то, что рабочий объем цилиндра составляет всего лишь 1 миллиметр кубический. Таких малых размеров удалось добиться посредством изготовления ультратонких плоских элементов. Поршни больше напоминают прочные тонкие пластинки, а общие габариты ДВС составляют 5*15*3 мм. Для сравнения, такой двигатель можно разместить на ногте большого пальца человеческой руки. При этом коленвал раскручивается до 50 тыс. об/мин, а мощность установки составляет чуть более 11 Ватт.

  • Еще добавим, что отдельного внимания заслуживает и роторно-поршневой двигатель Ванкеля (роторный двигатель). Особенностью такого мотора является то, что в нем нет привычных поршней, цилиндров, элементов КШМ и т.д.

Детали внутри него совершают только вращательное движение, а сам агрегат больше похож на электродвигатель. В роторном агрегате почти в половину меньше деталей по сравнению с дизельным или бензиновым поршневым ДВС, то есть данная силовая установка компактнее по размеру и легче по весу.

Однако и это не главное. Такой тип двигателя имеет очень высокий КПД. Например, роторно-поршневой мотор, объем которого составляет всего 1.3 литра, при этом выдает целых 220 л.с. Если же оснастить этот агрегат турбонаддувом, тогда мощность можно поднять до 350 л.с. Главный недостаток — высокий расход горючего.

Что касается субкомпактных версий, самый маленький роторный двигатель весит всего 335 г. и является мотором с индексом OSMG 1400. Его рабочий объем составляет 0.005 литра, при этом мощность почти 1.3 л.с.

Что в итоге

Как видно, если учесть значительную потерю КПД при уменьшении объема бензинового двигателя, а также специфические особенности в виде повышенного расхода топлива и сниженной надежности роторно-поршневого мотора, компактный дизельный двигатель является наиболее перспективным вариантом во всех отношениях.

При этом такие агрегаты будут потреблять уже не литры, а граммы топлива, показатель КПД вполне может оказаться на отметке около 7-10%. Это значит, что такой двигатель в качестве источника энергии окажется более эффективным и намного более долговечным решением по сравнению с различными аккумуляторными батареями, которые могут быть схожи по габаритам.

Дизельный оппозитный двигатель Субару (Subaru Boxer Diesel). Устройство и особенности оппозитного мотора, преимущества и недостатки указанного типа ДВС.

Какой срок службы двигателя является нормой для современных моторов. Почему не осталось двигателей «миллионников». Как увеличить ресурс современного ДВС.

Основные отличия, а также преимущества и недостатки 8-и клапанных моторов по сравнению с 16-и клапанными двигателями. Какой силовой агрегат лучше выбрать.

Особенности и отличия оппозитного двигателя от других поршневых ДВС. Преимущества оппозитного мотора, минусы данной конструкции, нюансы обслуживания.

Назначение и функции форкамеры в устройстве предкамерных бензиновых и дизельных двигателей. Внедрение предкамеры для повышения мощности и экономии топлива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Восхождение Дизеля Биография Рудольфа Дизеля

Патент

История изобретения началась — на основании собственных расчетов Дизель написал небольшую брошюру о принципе работы предлагаемого им двигателя и принес в патентное ведомство заявку на свою идею. Через год заявка была удовлетворена.
С патентом и брошюрой в руках Дизель принялся искать предприятие для реализации своих замыслов. Наиболее благоприятные условия предложило предприятие Машиненфабрик Аугсбург-Мюнхен, или сокращенно MAN.

Рудольф Дизель Фото: Источник

Предприятие обязалось нести все расходы по реализации патента, да еще платить Дизелю чрезвычайно высокую зарплату, пока он проводит испытания, — 800 марок в месяц. MAN приобрел права на производство, но без права переуступать другим.

Двигатель Тойота 1N-T


Тойота 1N-T

В том же 1986 году, через несколько месяцев после запуска мотора Тойота 1N, началось производство турбодизеля 1N-T. Поршневая группа изменений не претерпела. Даже степень сжатия оставили прежней — 22:1, что обусловлено невысокой производительностью установленного турбокомпрессора.

Мощность двигателя увеличилась до 67 л.с. при 4500 об/мин. Максимальный крутящий момент сместился в зону более низких оборотов и составил 130 Н.м при 2600 об/мин. Агрегат устанавливался на автомобили:

  • Toyota Tercel L30, L40, L50;
  • Toyota Corsa L30, L40, L50;
  • Toyota Corolla II L30, L40, L50.


Toyota Tercel L50

Двигатель

Дизель сразу окунулся в работу. Первоначальная идея была такой: в цилиндры впрыскивают угольную пыль, воспламеняющуюся от тепла сжатия. Двигатель должен работать в соответствии с циклом Карно, то есть у него не будет внешнего охлаждения.

Уже при первой попытке Дизель обнаружил, что некоторые из его идей практически невыполнимы. Угольная пыль содержала минеральные частицы, оседавшие на поршневых кольцах и приводящие к катастрофическому абразивному износу цилиндров. Отсутствие внешнего охлаждения приводило к заклиниванию поршня в цилиндре.

Схема двигателя, нарисованная Дизелем Фото: Источник

Дизель — гений, он сразу же обнаружил недостатки разработки и предложил новый циклический процесс, носящий теперь его имя. Не буду утомлять читателя техническими подробностями, скажу лишь, что уже самый первый двигатель внутреннего сгорания, работавший согласно этому процессу, показал удивительные результаты.

Профессор Герлах и его ассистенты из Политеха в Мюнхене измерили эффективный коэффициент полезного действия (КПД) дизельного двигателя и получили поразительный результат: эффективный КПД нового двигателя составил почти 27%, в то время как у парового двигателя он был равен 3−5%, а у бензинового двигателя Отто — 10−12%.

Кроме того, дизельный двигатель работал на более дешевом и труднее воспламеняемом топливе.

Два новых тепловых двигателя

В конце XIX века работа над двигателями представлялась весьма инновационной деятельностью. В двигателях Отто светильный газ уже начали заменять на весьма перспективные углеводороды – бензины. Однако оставались ещё не имевшие применения в двигателях керосин, солярка, мазуты и газойли, используемые лишь как топочное топливо. Эксперименты с ними показывали, что они вполне годятся в качестве рабочего тела и вполне могут заменить газ и бензин для привода тепловых машин, использующих кривошипно-шатунную схему с крейцкопфным механизмом. Главное достоинство керосина и солярки заключалось в воспламенении рабочей смеси от сжатия. Это упрощало конструкцию двигателя, и в теории давало более высокий эффект, нежели в двигателях с искровым и капризных моторах с калильным зажиганием.

Читать еще:  Что такое gdi двигатель на мицубиси

Способ применения новых бросовых видов топлива занимал не только Дизеля, поэтому и новых союзников в среде нарождающейся промышленной аристократии Германии искать долго не пришлось. Одним из протеже, верящим в счастливую звезду Дизеля и проявлявшего максимум терпения в ходе его экспериментов, стал Генрих фон Буц – владелец аугсбургского машиностроительного завода MAN.

27 февраля 1892 года Дизель подал заявку на получение патента на «новый рациональный тепловой двигатель», через день её зарегистрировали. Параллельно фон Буц уговаривает фирму Krupp и Sulzer Brothers Ltd Р. на финансовое участие в проведении экспериментов Дизеля по созданию нового двигателя. Годовой оклад в 30 тыс. марок и инвестиции в 600 тыс. марок позволили уже через год создать работоспособный экспериментальный двигатель «А». К этому времени в императорском патентном бюро в Берлине 34-летнему изобретателю за номером 67207 был выдан патент под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу». Второй патент с модифицированным циклом Карно был зарегистрирован 29 ноября 1893 года. А в феврале 1894 года были начаты испытания второго опытного двигателя «В», который впервые в истории устойчиво работал на холостом ходу.

Зенит

После такого успеха Альфред Нобель приобрел патент на двигатель за 100000 марок. Производители двигателей бросились покупать патент Дизеля. Изобретатель начал буквально купаться в золоте.

Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия, Аугсбург, 1906 г. Фото: ru.wikipedia.org

Но именно тогда Дизель разминулся с реальностью. Он достиг зенита своих возможностей и уже не мог сделать ничего лучше. Он создал самую экономичную тепловую машину. И через сто, и через миллиард лет никто не сможет превзойти ее эффективность, поскольку, как показывают теоретические расчеты, цикл Дизеля является наиболее экономичным в тепловых двигателях.

Именно этого Дизель не захотел понять. Он решил, что всегда будет превосходить всех, что его патенты никогда не перестанут продаваться. Но патент можно в большей или меньшей степени обойти, и в этом случае все развивается по другому сценарию. Никто не крадет идеи Дизеля, но все их усовершенствуют.

Роберт Бош создает топливный насос, впрыскивающий топливо без использования сжатого воздуха, как это делал Дизель, и процесс невероятно упрощается.

Р. Дизель, К. Буц и профессор М. Шрётер после доклада в Касселе, 1898 г. Фото: Источник

Метрополитен-Виккерс, огромный военно-промышленный комплекс в Великобритании, создает такие улучшения в конструкции двигателя для кораблей, что тот коренным образом отличается от прототипа, продаваемого компанией Дизеля.

Каждое улучшение патентуется и становится гораздо более ценным, чем основная идея, патентная защита которой быстро истекает.

Другие имена

Параллельно с Дизелем разработку нового мотора вел русский инженер Густав Тринклер. Он представил свой двигатель с аналогичной системой высокого давления, «Тринклер-мотор», опоздав на год по сравнению с Дизелем и, несмотря на превосходство конкурента по части эффективности и технологического совершенства, успеха не получил. Дело в том, что крупнейшие корпорации и заводы к тому моменту за огромные деньги выкупили патенты на производство двигателей системы Дизеля – в их интересах было скрыть разработку Путиловского завода.

Что же касается технологической доработки мотора Дизеля, ею занялся в 1909 году инженер завода Benz&Cie Проспер Леранж. Он не только изобрел предкамеру двигателя, но и спроектировал форсунки с игольчатым клапаном и первые насос-форсунки.

Закат

Рудольф Дизель дал зеленый свет мощным дизельным двигателям, но заработал ненависть как коллег, инженеров-создателей двигателей, так и наиболее влиятельной силы на то время — угольных компаний.

За период 1904—1905 годов цена на нефть выросла в 2,5 раза, а доходность увеличилась более чем в 7 раз. Это напрямую повлияло на множество интересов. Наиболее сильно пострадали немецкие промышленники, владевшие самыми большими запасами угля в то время. Германия потеряла свое превосходство над Англией, и Дизель был объявлен виновником этого.

Промышленники начали подрывную войну против изобретателя: привели его предприятия к банкротству, и он потерял огромную часть своих вложений. Враги пытались уничтожить его и морально, вкладывая огромные средства в пропаганду, утверждая, что он не был отцом своего изобретения, а заимствовал чужие идеи.

Финансово противники его победили, но Дизелю осталось признание в научном мире, опровергшее клевету против него.

История создания дизельного двигателя

По привычному нашему уху слову «дизель» далеко не каждый догадается, что это название произошло от имени собственного. Рудольф Кристиан Карл Дизель – изобретатель двигателя сгорания, который стал один из самых популярных среди своих поршневых аналогов.

Рудольф Дизель появился на свет 18 марта 1858 в Париже. С самых ранних лет проявился его интерес к технике, поэтому нет ничего удивительного в том, что в 1872 году он принимает решение стать механиком. Закончив училище в статусе лучшего ученика, он столь же успешно завершает и Аугсбургскую политехническую школу. Продолжать образование Дизель решает в политехнической школе Мюнхена. В 1880 году эта школа выпускает своего лучшего ученика со времени основания. Это еще раз доказывает целеустремленность будущего изобретателя. Здесь в 1897 году Дизель придумал свой первый функционирующий двигатель, мощность которого составляла 20 л.с. с 172 оборотами в минуту при КПД 26,2%. Весил такой агрегат 5 тонн. По своим характеристикам он уже превосходил существующий на тот момент двигатель Отто и судовые паровые турбины, чья мощность составляла соответственно 20% и 12%. Это вызвало серьезный интерес промышленных предприятий. Двигатель немедленно получил применение во многих странах, а 1 января 1898 года был основан и завод, который принялся за производство дизельных двигателей. В 1900 году была зарегистрирована компания, ориентированное на это производство. В 1903 году был построен первый корабль, задействовавший дизельный двигатель, а уже 1908 год подарил миру первый дизельный двигатель малых габаритов. В этом же году двигатель был использован в оснащении грузового автомобиля и локомотива. В 1936 году началось производство первых в мире легковых автомобилей с дизельными двигателями, разработанными .

Особенность созданного Дизелем двигателя в том, что он функционирует с использованием дизельного топлива. Под ним обычно подразумевают горючее из газойлево-керосиновых фракций, образующихся при прямой перегонке нефти. Основной его показатель — цетановое число, характеризующее способность горючего воспламеняться в камере сгорания. Оно равняется объёмному содержанию цетана в смеси с присутствием α-метилнафталина. В обычных условиях оно имеет одинаковую воспламеняемость в сравнении с исследованным топливом. Для дизельного топлива температура вспышки, если определять по ASTM D93, не должна превышать 70 °C. А температура перегонки для него, определённая по ASTM D86, не может быть ниже, чем 200 и выше, чем 350 °C. Таким образом, оказалось, что дизельное топливо — экономичнее и экологически чище, чем бензин.

История создания дизельного двигателя (страница 2)История создания дизельного двигателя (страница 3)История создания дизельного двигателя (страница 4)История создания дизельного двигателя (страница 5)

Солидаризм

Примерно в то же время Дизель начал заниматься социальными теориями, создал труд «Солидаризм. Естественное экономическое освобождение людей». В нем объясняется возможность возникновения общества, в котором большинство членов будут иметь свой собственный малый бизнес. Такое общество избежит революций, мятежей, беспорядков, жертв и обречено на процветание, думал Дизель.

Рудольф Дизель Фото: wikipedia.org

Эта теория не нашла большой поддержки в бурные годы перед Первой мировой войной и грядущей революцией. На пропаганду своей теории Дизель растратил большую часть денег, полученных в результате изобретения дизельного двигателя.

Берлинский филиал

После частичного восстановления зрения в парижской клинике Рудольф по приглашению своего учителя Карла фон Линда возглавил Берлинский филиал компании. Окрылённый успехом Рудольф Дизель создаёт промышленный образец двигателя, который имел коммерческий успех. Новую силовую установку изобретатель назвал атмосферным газовым двигателем.


Однако такое название надолго не прижилось, и изобретение стали называть просто «дизель» в честь создателя агрегата. Многочисленные контракты, финансовые потоки и устойчивый спрос на новое изобретение заставляют Дизеля покинуть филиал Карла фон Линда и открыть свой собственный завод по производству дизельных двигателей.

Конец

Таким образом, после нескольких лет изнурительной борьбы Рудольф Дизель зашел в тупик. Надо было выдавать замуж дочь, но денег на приданое не было. 19 сентября 1913 года он сел на корабль, чтобы поехать в Англию, и исчез. Три дня спустя в Северном море в рыболовные сети попал труп, опознанный как Дизель.

Убийство? Вряд ли — нет мотивов. Самоубийство? Может быть. Причин предостаточно: полный финансовый крах, огромные неоплаченные обязательства. Тем не менее смерть Рудольфа Дизеля остается одной из самых больших загадок современного мира. Раскроет ли ее кто-либо, мы можем только гадать.

Может, вы возьметесь?

Теги: инженер, изобретатель, двигатель, изобретения, Рудольф Дизель, история изобретения, двигатель внутреннего сгорания

Мировой кризис

Крупнейшие машиностроительные компании Европы и Соединённых Штатов Америки стояли в очереди на приобретение лицензий по производству дизельных двигателей. Мировая пресса постоянно подогревала интерес к изобретению Рудольфа Дизеля, давая лестные характеристики преимуществам нового агрегата над другими силовыми установками.

Р. Дизель стал очень богат. Альфонс Буш, американский магнат по производству пива, предложил конструктору один миллион долларов за право производства двигателей в США. Но всё закончилось в одночасье.

В 1913 году грянул мировой кризис. Неумелое распределение финансовых потоков приводило к постепенному банкротству предприятий Дизеля.

Популярные дизельные двигатели в Беларуси и их «болезни». Дизели Fiat / Opel

Продолжаем наш рассказ о популярных на вторичном рынке дизельных моторах, на очереди те, что стоят в автомобилях Opel, Fiat, Alfa Romeo.

Двигатели собственного производства у концерна General Motors хоть и получались надёжными, но быстро устаревали. Как нельзя кстати пришлось сотрудничество с итальянцами из Fiat, которые с конца 1990-х разрабатывали революционную систему впрыска и конструировали моторы, не уступающие «немцам» того времени ни по ресурсу, ни по надёжности.

Так, итальянский турбодизель 1.9 JTD стал первым двигателем для легкового автомобиля с впрыском Common Rail. И сама разработка аккумуляторного впрыска принадлежит итальянцам, правда, довести до массового производства они свою идею не смогли и продали все наработки Bosch.

В целом же сотрудничество GM и его европейских «дочек», включая Opel, и итальянцев из Fiat, можно считать крайне удачным в плане создания прогрессивных, экономичных и мощных турбодизелей своего времени.

Fiat 1.9 JTD / Multijet

1.9 JTD, который появился в 1997 году на Alfa Romeo 156, стал первым двигателем с революционной системой впрыска Common Rail. Культурная работа, экономичный топливный расход и хорошая тяговитость сразу обеспечила ему популярность. Первые экземпляры 1.9 JTD получили 8-клапанную ГБЦ и турбину с постоянной геометрией, а мощность их составляла 105 л.с.

С 2002 года Fiat выпустил модернизированную 16-клапанную версию мотора с системой впрыска CR следующего поколения, которая делила дозы топлива прямо в цилиндре для ещё более мягкой работы двигателя, и эта версия мотора получила обозначение MultiJet.

Время выпуска турбодизеля пришлось на время активного сотрудничества концернов Fiat и General Motors, поэтому 1.9 CDTi стали монтировать на разные модели Opel и Saab, а с 2005 года — собирать на заводе GM в Германии. Топовые версии турбодизели оснащались двойным наддувом, развивали 100 л.с. с одного литра объёма и ставились на Saab 9-3 и Cadillac BLS.

Читать еще:  Двигатель 4g15 как установить ремень грм

Что касается мощности двигателя, то в зависимости от модификации, 8-клапанные версии 1.9 JTD развивали от 80 л.с. (195 Нм) до 120 л.с. (280 Нм), 16-клапанные развивали от 140 л.с. (305 Нм) до 190 л.с. (400 Нм).

  • Между собой отличить 8-клапанный и 16-клапанный дизель можно, посмотрев на маслозаливную горловину: в версиях на 8 цилиндров она распложена справа, на 16 цилиндров — слева.

Ставили 1.9 JTD/ Multijet на разные модели итальянских авто и авто концерна GM:

  • Opel — Astra H, Zafira B, Vectra C, Signum
  • Fiat — Punto II /Grande Punto, Doblo, Bravo/Brava, Multipla и др.
  • Alfa Romeo — 145/146, 147, 156, 159, GT
  • Lancia — Musa, Delta, Lybra
  • Suzuki SX4
  • Saab — 9-3 II, 9-5
  • Cadillac BTS

Конструкция этого двигателя достаточно надёжна, его можно сравнить с VAGовскими дизельными моторами тех же лет — и итальянский дизель от такого сравнения даже выиграет.

Но досадные поломки не обошли 1.9 JTD стороной.

  • Ожидаемо 8-клапанные версии дизеля устроены проще. У них нет гидрокомпенсаторов клапанов, в зазоры регулируются подбором шайб в толкателях-стаканчиках каждые 60 тыс. км. Впускной коллектор не располагает заслонками.
  • 16-клапанные версии отличаются между собой только мощностью и «прошивкой» ЭБУ. В головке блока этих версий есть гидрокомпенсаторы и рокеры, а за распределение потоков воздуха на впуске отвечают вихревые заслонки.

Вихревые заслонки 16-клапанных версий со временем теряют подвижность, зарастают нагаром, которого полно во впускном коллекторе, и заклинивают. Штатная пластиковая планка заслонок обламывается, могут даже прогореть предохранители. Дизель не набирает обороты выше 2000 об/мин, на панели приборов появляется ошибка. В худшем варианте, заслонка или её фрагмент попадает в цилиндр. Чтобы решить проблему заклинивающих заслонок, можно поменять весь впускной коллектор на новый в сборе. Другой вариант — убрать заслонки и заглушить их посадочные колодцы.

Выпускной коллектор двигателя может деформироваться из-за близкого расположения к «улитке» турбокомпрессора. В этом случае коллектор перестаёт прилегать к головке блока, под ним скапливается копоть, а в салон машины попадают выхлопные газы. При этом к работе самой турбины в плане надёжности и ресурса нареканий у владельцев нет.

Клапан EGR, как и на других дизельных моторах, способен подкинуть неприятных сюрпризов владельцу. При его заклинивании двигатель уходит в аварийный режим. Отдельные владельцы просто вырезают его, перепрошивая блок управления.

Что касается системы впрыска, то двигатели JTD известны прочными ресурсными форсунками и ТНВД. Перебои с подачей топлива в цилиндры спустя 150 тыс. ки пробега скорее всего объясняются загрязнением системы. Чистка форсунок не принесёт стабильного результата, лучше менять их на новые.

В целом, 1.9 CDTi / Multijet считается удачным семейством дизелей. Такой мотор нужно ещё постараться довести до необходимости капитального ремонта. Конструктивных недостатков у этого мотора нет, до пробега 200 тыс. км он практически не требует вложений, а после речь идёт о замене изношенных элементов.

Хвалят этот дизель за экономичный расход, неплохую тяговитость и мягкую работу версий, которые относятся к MultiJet.

Fiat 1.3 CDTi / Multijet

Этот маленький дизель был разработан в 2003 году итальянцами, а затем перекочевал и остальным европейским «дочкам» концерна General Motors. Производители мотор на совместном предприятии Fiat-GM Powertrain в Польше, а ещё в Индии. Этот базовый 4-цилиндровый дизель концернов Fiat и Opel — первая совместная разработка производителей и вместе с тем один из самых малообъёмных дизельных моторов в мире.

Минимальный рабочий объём требовал ультраточного управления топливным впрыском, поэтому в конструкции системы питания мотора предусмотрено дозирование топлива в каждом цилиндре: в начале выпуска горючее делилось на 5 частей, после модернизации 2009 года делится на 8. Такое решение смягчает работу двигателя и способствует более чистому выхлопу.

1,3-литровый дизель выпускали в нескольких вариациях мощности, от 70 до 150 л.с. Для версий мощнее 90 л.с. включительно производитель предусмотрел турбину с изменяемой геометрией.

Под общим названием скрываются разные аббревиатуры в зависимости от того, на какие марки авто устанавливали 1.3 CDTi (Multijet), включая такие обозначения как JTDM, DDiS, TDCi.

Ставили этот 1,3-литровый дизель на разные модели:

  • Opel — Agila A/B, Corsa C/D, Astra H/J, Meriva A/B, Tigra TwinTop
  • Fiat — 500, Punto/Grande Punto, Idea, Linea, Palio, Panda, Doblo и др.
  • Alfa Romeo MiTo
  • Lancia — Musa, Ypsilon
  • Suzuki — Ignis II, Splash, Swift III/IV, SX4, Wagon R+.
  • Ford Ka II

У отдельных версий встречались специфические неисправности, вроде разрушения лопаток турбины или перемерзания канала вентиляции картера после коротких зимних поездок.

Но в целом, маленький дизель оказался довольно живучим и без проблем «по железу».

Вспомогательное навесное оборудование способно преподнести немало неприятных сюрпризов, особенно если владелец верит рекомендациям производителя и экономит на обслуживании.

В приводе ГРМ 1,3-литрового дизеля используется тонкая однорядная цепь, которую легко повредить при попытке завести двигатель с буксира, например. Ситуации с перескоком и даже разрывом цепи привода ГРМ на данном моторе всегда заканчивались тотальным уроном для двигателя.

Чтобы не отправить 1.3 CDTi на покой раньше времени, критично важно следить за состоянием системы смазки. В двигатель получается вместить всего 3 литра масла, поэтому оно быстро загрязняется, а при высоких нагрузках просто сгорает в цилиндрах. Непонятно чем руководствовался производитель, предложивший интервал масляного сервиса в 30 тыс. км для Fiat и 50 (!) тыс. км для Opel. При таком подходе двигатель долго не протянет: адекватные владельцы меняют масло и фильтр каждые 10 тыс. км, а на качестве самого масла и фильтра не экономят.

Состояние натяжителя цепи ГРМ тоже напрямую зависит от уровня и качества масла в системе. Маленький дизель чувствительно реагирует даже не небольшое снижение уровня смазки в системе: работа натяжителя нарушается и цепь может перепрыгнуть. Отдельные владельцы сталкивались с проблемой, когда дешёвый масляный фильтр просто выкрашивался в канал подачи смазки к натяжителю цепи, в результате цепь перескакивала или сильно растягивалась.

Натяжитель цепи ГРМ стоит проверять каждые 60 тысяч километров, а при замене — доверять эту процедуру профессионалу: если не затянуть болт с нужным усилием, натяжение привода ГРМ ослабнет и при запуске мотора владелец услышит характерный грохот или стрёкот.

Отдельная проблема двигателя 1.3 Multijet / CDTI при большом пробеге — масложор и падение компрессии в цилиндрах. Характерна эта проблема для тяжёлых автомобилей, в которые ставили эти дизели. При высоких нагрузках в двигателе залегают поршневые кольца, отсюда и снижение компрессии, и масложор. В этом случае придётся перебрать двигатель.

Увеличившийся в полтора-два раза объём смазки в двигателе говорит о том, что сажевый фильтр вышел из строя и прожигается на холостых оборотах. Для профилактики владельцы советуют регулярно выезжать за город на трассу, чтобы активировать режим самоочищения фильтра от сажи.

Турбина на этом моторе страдает от внешних факторов и отсутствия должного ухода: сомнительного масла, засорившегося сажевого фильтра. Чтобы провод управления геометрией турбины на мощных версиях этого мотора не закисал, его смазывают «вэдэшкой». Встречались случаи, когда обламывались опоры турбины.

Сбои в электронном управлении турбиной обычно связаны с неисправностью клапана EGR. Особенность в том, что нарушения в работе клапана не регистрируются борткомпьютером, вместо этого ЭБУ пишет ошибки бедной смеси, ошибки работы турбины или вообще не выявляет ошибок. Заклинивший клапан EGR проявляется тем, что мотор глохнет сразу после запуска. Для профилактики проблем клапан системы ОГ нужно регулярно снимать и чистить от нагара.

К другим мелким неисправностям относятся загрязнение датчика массового расхода воздуха, что проявляется снижением мощности двигателя, троением и сложностям с «холодным» пускностям с «холодным» пуском.

Антифриз, бывает, утекает из системы по уплотнениям термостата, поэтому за его уровнем важно следить.

В целом же этот мотор, с учётом его сложной конструкции и часто неаккуратной эксплуатации на служебных авто и коммерческих фургонов, достаточно надёжен. Даже в городском цикле расход топлива на 1.3 CDTi держится на уровне чуть выше 4-х литров на 100 км пути. Владельцам остаётся по достоинству ценить такую экономичность и не пренебрегать своевременным обслуживанием, особое внимание уделяя системе смазки и состоянию цепи ГРМ.

Fiat 1.6 / 2.0 CDTi / Multijet

Этот двухлитровый агрегат получил авансовую симпатию покупателей, потому что вышел на рынок сразу после хвалёного 1.9 JTD.

Предшественник поделился и конструктивными особенностями, но и новых решений в 1.6 / 2.0 Multijet хватает. Он получил новое навесное оборудование. Все версии этого мотора —16-клапанные, турбина имеет изменяемую геометрию и фильтр твёрдых частиц.

В результате разделения концернов среди моторов появилось разнообразие модификаций. Двигатели на автомобилях Fiat и Alfa Romeo не повторяют моторы Opel. У последних есть эко-версии в 100 л.с. и даже спортивные 195-сильные агрегаты Twin Turbo. В итальянских авто стоят усреднённые варианты мощностью от 135 до 170 л.с. Для Opel 1.6 / 2.0 CDTi выпускают в Германии, для Fiat — в Италии.

В 2008 году, когда дебютировал данный агрегат, на сцену вышло сразу два его варианта — на 1.6 и 2.0 литра.

По сути это один и тот же двигатель, который устанавливался на:

  • Opel — Astra, Cascada, Insignia
  • Fiat — Doblo, Bravo/Brava, Sedici, Freemont
  • Alfa Romeo — 159, Giulietta
  • Lancia Delta
  • Suzuki SX4
  • Saab 9-5
  • Chevrolet — Cruze, Malibu

Несмотря на в целом хорошую репутацию, кое-какие проблемы с этим дизелем всё же огорчали владельцев.

Водяная помпа системы охлаждения печально известна тем, что с пробегом она начинает течь, а её крыльчатка деформируется. Это обстоятельство перегружает ремень ГРМ, что грозит очень серьёзными проблемами.

Другая неисправность этих моторов, связанных с системой охлаждения — растрескивание термостата, через который может утекать антифриз. Особенно характерна эта проблема для дизелей на Alfa Romeo.

Проблема с заклинивающими заслонками впускного коллектора характерна для двигателей Opel. Итальянские моторы в отдельных версиях вообще не оснащаются вихревыми заслонками на впуске.

При большом пробеге и износе сальников и уплотнителей в системе смазки двигателя уровень масла понижается, на приборной панели загорается сигнальная лампа, а двигатель испытывает масляное голодание.

Проблемы с сажевым фильтром типичны для большинства дизельных двигателей и требуют профилактических поездок по трассе на скорости. Как правило, к зарастанию сажевого фильтра отложениями приводит ситуация с неисправностью клапана EGR, которая характерна для всех версий мотора.

В целом же репутация у этих моторов надёжная. Как и 1.9 CDTi, они способны пройти 300 тыс. км без серьёзных неисправностей и даже без замены форсунок, а их мощностные характеристики и экономичный расход радуют владельцев.

Не пропустите обзоры других популярных дизельных моторов:

  • о дизелях производства BMW можно узнать здесь
  • о дизелях производства Mercedes можно узнать здесь
  • о дизелях производства VAGможно узнать здесь
  • о дизелях производства Renaullt можно узнать здесь
  • о дизелях производства PSA/Ford можно узнать здесь.

Топливные дизельные форсунки найдёте в нашем каталоге

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector