Дизельные Двигатели Не много истории В 1890

Дизельные Двигатели

Не много истории… В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя» , который, благодаря сильному сжатию в цилиндрах, значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец, названый «Дизель-мотором» , был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан. Интересно, что в написанной им книге в качестве идеального топлива предлагалась каменноугольная пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также наблюдались большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя Дизель и был первым, кто запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи.

Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность. В 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» , то есть дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором» . При сопоставлении двигателей постройки «Дизель-мотора» и «Тринклер-мотора» русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более совершенной и перспективной. «Тринклер-моторы» не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем Дизеля. Российская конструкция оказалась проще, надежнее и перспективнее немецкой. [2]

В 1898 г. Эммануэль Нобель приобрел лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля. Двигатель приспособили для работы на нефти, а не на керосине. С 1899 г. Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизелей. В 1900 г на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля получил Гран-при, чему способствовало известие, что завод Нобеля в Петербурге наладил выпуск двигателей, работавших на сырой нефти. Этот двигатель получил в Европе название «русский дизель» . [3] В настоящее время используется термин «двигатель Дизеля» , «дизельный двигатель» или просто «дизель» , т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20— 30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высокооборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.

В 20 -е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях: с 50 -х — 60 -х годов XX века дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70 -е годы после резкого роста цен на топливо на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилей, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время имеют модели с дизельным двигателем. Дизельные двигатели применяются также на железной дороге. Локомотивы, использующие дизельный двигатель — тепловозы — являются основным видом локомотивов на неэлектрифицированных участках, конкурируют с электровозами за счёт автономности, перевозят до 40 % грузов и пассажиров в России и выполняют 98 % маневровой работы[источник не указан 753 дня]. Существуют также одиночные автомотрисы, дрезины и мотовозы, которые повсеместно используются на электрифицированных и неэлектрифицированных участках для обслуживания и ремонта пути и объектов инфраструктуры. Иногда автомотрисы и небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами.

Перенесемся в наши дни… О дизельных двигателях говорят сегодня достаточно много, а все потому, что у автомобилистов они пользуются особой популярностью. Сегодня дизельными двигателями оснащаются многие автомобили, даже такой марки, как audi, к примеру, и многих других иностранных и отечественных. Такая широкая популярность дизельных двигателей объясняется тем, что у них есть несколько важных преимуществ перед двигателями, работающими на бензине.

Итак, во-первых, дизельные двигатели характеризуются низкими удельными расходами топлива, а во-вторых, дизельное топливо во всех странах мира, в том числе и на территории Российской Федерации, стоит намного дешевле бензина. Именно по этой причине многие автовладельцы переходят с бензина на дизельное топливо. Так, например, если ваш renault megane работает на бензине, то вы можете достаточно легко и быстро заставить его работать на дизеле, так как этим сегодня занимаются многие автосервисы. Но не забывайте, что у дизельных двигателей есть и некоторые недостатки.

Так, одним из главных минусов дизельного двигателя является его малая мощность. Кроме всего прочего, аппаратура для дизельного топлива стоит достаточно дорого, ее обслуживание также нельзя назвать дешевым, пусковые качества хуже, чем у бензиновых двигателей, а еще дизельные двигатели выбрасывают в окружающую среду много вредных веществ и шумят во время работы. Кстати говоря, иногда из-за шума работы дизельного двигателя его даже «капсулируют» - то есть помещают в специальную камеру, которая выполнена из материала, хорошо поглощающего шум.

Вообще, рабочие показатели дизельных двигателей во многом зависят от типа камеры сгорания. Так, дизельные двигатели могут иметь либо разделенную, либо неразделенную камеру сгорания. Дизельными двигателями с разделенной камерой сгорания чаще всего оснащаются грузовые авто с небольшой грузоподъемностью, а также и легковые машины. Это определяется важностью уменьшения уровня шума. Но дизельные двигатели с разделенной камерой сгорания расходуют несколько больше топлива, так как потери на охлаждение высоки из-за сравнительно большой поверхности камеры сгорания. Кроме того, у таких дизельных двигателей пусковые качества ухудшены. Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания расходуют намного меньше топлива, а также у них в несколько раз легче осуществляется пуск. Главным же недостатком является достаточно высокий уровень шума. Кроме того, дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания характеризуются и очень высокой жесткостью работы.

БУДУЩЕЕ ДИЗЕЛЯ: ТИХАЯ СИЛА Сажа и копоть уходят в прошлое. Современные дизельные автомобили отличаются бесшумностью, экологичностью и высокими скоростями. От 6 -цилиндрового двигателя на Mercedes Е- класса или 8 -цилиндрового V-образного двигателя на BMW 7 серии принято ожидать ровной и тихой работы. А вот от дизеля такого никто не ждет. И все же это дизельные двигатели! Куда же делись привычные прежде шум и тряска? Теперь с водительского места не слышно рокота, и понять, что двигатель включен, можно только взглянув на тахометр!

В поисках максимальной эффективности использования топлива мир обращает взоры на газо-электрические гибриды и водородные топливные элементы. Однако научные исследования показывают, что дизельный двигатель способен выйти на такие же и даже лучшие показатели, чем топливные элементы, и почти догнать бензиновый гибрид типа Toyota Prius. Детальные сравнительные исследования общего потребления энергии проводились General Motors, Массачусетсским Технологическим Институтом (MIT) и Университетом провинции Альберта (Канада). Ученые из MIT спроецировали развитие двигателей до 2020 года и пришли к выводу, что дизель по возможностям намного превосходит водородные топливные элементы и даже гибридные газо-электрические автомобили!

В Европе дизельные машины чрезвычайно популярны. Не исключено, что вскоре аналогичная ситуация сложится и в США, где любят большие машины, автоматические коробки передач и бензиновые движки. На сегодня единственная компания, которая ввозит в США легковые автомобили с дизельными двигателями, – Volkswagen. Сейчас здесь продаются только модели VW Jetta/Golf/Beetle с 1, 9 -литровым 4 -цилиндровым дизельным двигателем с турбонаддувом и прямым впрыском топлива (TDI). VW намерен поставить на Passat более продвинутый 2 -литровый дизель, а также рассматривает возможность установки на внедорожник Touareg 5 -литрового 10 цилиндрового V-образного дизельного мотора мощностью 308 л. с. с крутящим моментом 745, 8 Нм.

Однако скоро демонстрацию возможностей дизеля начнет и Daimler Chrysler. Дизельные машины фирмы будут продаваться в будущем году в экспериментальных объемах. Это означает, что в продажу попадет по несколько тысяч Jeep Liberty 2. 8 Four и Mercedes Е-класса с 3, 2 -литровым двигателем с однорядным расположением 6 цилиндров. Думают над этим и другие компании. Возможно, будет принято решение об установке дизельного двигателя на Ford Focus. 4 -литровый V-образный 8 цилиндровый дизель BMW попадет в Америку не скоро.

А как же он работает?

У дизеля нет свечей зажигания. Зато у него очень высокий коэффициент сжатия – примерно в два раза выше, чем у бензинового ДВС. Поэтому в такте сжатия создаются высокая температура и давление. В камеру сгорания впрыскивается уже готовая к взрыву смесь, которая воспламеняется из-за температуры, вызванной сжатием. В отличие от бензиновых двигателей с дроссельной заслонкой для регулировки подачи воздуха, дизель такой заслонки не имеет. Он постоянно всасывает весь доступный воздух, не расходуя энергию на забор воздуха через полузакрытую заслонку. Показатели (в границах степени сжатия) зависят от объема впрыскиваемого топлива, поэтому дизель может выдавать высокий крутящий момент при сравнительно низких оборотах. Надавив на педаль газа, мы даем команду инжекторам впрыскивать больше топлива. На турбодизелях мы еще и заставляем систему турбонаддува нагнетать дополнительный воздух. Двигатель выходит на чудовищные показатели крутящего момента, когда на тахометре нет еще и двух тысяч оборотов. Бензиновый двигатель воспламеняет смесь воздуха с бензином в пропорции 15: 1. Дизельный может работать на смеси, обедненной до соотношения 100: 1.

Не все гладко Несмотря на современный уровень развития дизельных технологий, этот тип двигателя все еще считается недостаточно экологичным. Серьезную проблему представляет образование больших объемов NOх из-за высоких температур при сгорании смеси в дизельном двигателе. Для эффективного сокращения числа твердых частиц и NOх требуется дополнительная обработка выхлопа. Однако разработка большинства технологий для такой очистки находится в начальной стадии.

Другой проблемой, стоящей перед дизельными автомобилями, является качество топлива. Нефтеперерабатывающие компании сосредоточены на производстве высокооктанового бензина, а дизельное топливо производится из того сырца, который остается. Вице-президент Chrysler Бернард Робертсон говорит, что в США самое плохое дизтопливо в мире. Очевидно, он не очень хорошо знаком с соляркой, продающейся на российских заправках. . . Дизельному двигателю нужно топливо с высоким цетановым, а не октановым, числом, чтобы он хорошо заводился и в нем поддерживалось устойчивое сгорание. Европейское цетановое число составляет несколько больше 50, а в Америке оно едва превышает 40. Это влияет на все аспекты регулировки дизеля и удлиняет время пус-ка – и увеличивает вредные выбросы. Содержащаяся в топливе сера участвует в смазке подвижных частей мотора, но является источни-ком неприятного запаха в выхлопе. А при нынешнем содержании в топливе она абсолютно несовместима с требующейся технологией дополнительной очистки выхлопа. Новые стандарты требуют серьезно сократить содержание серы – со среднего показателя 300 частиц на миллион до 15 частиц к 2006 -2007 гг.

Новая борозда старого коня Качество работы двигателя зависит от системы впрыска топлива. VW сегодня использует механическую систему с двумя импульсами на рабочий такт. В системах будущего будет использоваться электронный контроль импульсов инжекторов высокого давления. Топливный инжектор соленоидного типа способен обеспечить до 5 импульсов на один такт. Пьезоэлектрический инжектор обеспечивает 1

Сейчас весьма популярной стала разработанная компанией Bosch технология common rail – питательная система с общей топливной рампой и аккумулятором давления. Насос высокого давления подает топливо в накопитель трубообразной формы. Это означает, что при любом числе оборотов каждый инжектор будет получать максимальное давление. Сегодня у Bosch это прибли-зительно 1820 кг/кв. см, а скоро будет 2100 кг/кв. см. Чем выше давление, тем меньше можно делать диаметр форсунки инжектора, уменьшая тем самым объем импульса и достигая большей распыленности топлива

В сочетании с более частыми, стратегически правильно рассчитанными импульсами во время каждого впрыска в такте сжатия это даст более полное сгорание. Несмотря на пять лет успешной работы common rail, VW предпочитает другую систему впрыска топлива от Bosch – насос-инжектор на каждый цилиндр. Настройка сопоставима с аккумулятором давления и создает несколь-ко более высокое пиковое давление. Однако общая для всех цилиндров топливная рампа имеет больший потенциал устойчивой работы. Проблемой для дизельного двигателя всегда был холодный пуск, при котором помогали специальные свечи для подогрева воздушно-топливной смеси. Новые свечи накаливания от Bosch достигают температуры около 1200 o С менее чем за 2 секунды, поэтому предварительный минутный прогрев дизелей в холодную погоду уже в прошлом.

Выхлоп! Выход есть? У нынешних дизельных моторов не только низкий выброс углеводорода и окиси углерода, но и большое содержание воздуха в выхлопе, что может улучшить работу каталитического конвертера окислительного типа. Лучшие результаты показывают способы обработки выхлопа, где задействованы уловители, которые следует периодически заменять. Когда пропускная способность уловителя снижается (примерно после 150 км пути), производится впрыск в него небольшого количества топлива, поднимающий температуру в уловителе. Накопившаяся сажа сгорает примерно за 15 минут, рассказывает Гэри Смит из подразделения трансмиссии General Motors. PSA Peugeot Citroen для экономии горючего впрыскивает раствор церия, снижая температуру сгорания. Но это дополнительная головная боль для автомобилиста – раствор периодически заканчивается и его запас следует обновлять. GM проводит эксперименты с каталитическим покрытием, рассказывает Смит, которое будет работать весь срок службы машины.

Однако образование NOх остается серьезной проблемой, так как 3 -уровневые каталитические нейтрализаторы бензиновых двигателей на дизельных не работают. Неплохо помогает рециркуляция выхлопных газов, когда в систему включен охладитель для понижения температуры выхлопа. Это снижает пиковые температуры, при которых образуются оксиды азота. Возможно, в решении проблемы может помочь калибровка топливной системы и турбонагнетателя, а также изменение формы входного отверстия и камеры сгорания для обеспечения более равномерного сгорания. Сейчас идет разработка двух систем дополнительной обработки выхлопа, где проблема NOх решается. Обе системы используются в промышленных целях. Однако установка их на легковой автомобиль проблематична. Одна система называется SCR (Selective catalytic reduction), избирательное каталитическое сокращение вредных веществ. Она основана на впрыске раствора, содержащего мочевину (готовое соединение на основе аммиака). В сочетании с особым катализатором в выхлопной системе SCR разлагает NOх на азот и воду, не вызывая дополнительного расхода топлива. Другая возможность – это абсорбент NOх, также носящий название «обеднитель NOх» . Газы оседают на поверхности абсорбента в виде нитратов. Когда уловитель «наполняется» , происходит впрыск топлива. Это приводит к каталитической реакции: нитраты разлагаются на азот и воду. Однако даже без этих устройств современный дизель не похож на своего предшественника двадцатилетней давности. Чадящие и вибрирующие «дизеля» остались в прошлом.

Рекордсмены… Судовой, 14 цилиндровый — Wärtsilä-Sulzer RTA 96 -C, созданный финской компанией Wärtsilä в 2002 году, для установки на крупные морские контейнеровозы и танкеры, является самым большим дизелем в мире. Конфигурация — 14 цилиндров в ряд Рабочий объём — 25 480 литров Диаметр цилиндра — 960 мм Ход поршня — 2500 мм Среднее эффективное давление — 1, 96 МПа (19, 2 кгс/см²) Мощность — 108 920 л. с. при 102 об/мин. (отдача с литра 4, 3 л. с. ) Крутящий момент — 7 571 221 Н·м Расход топлива — 13 724 литров в час Сухая масса — 2300 тонн Габариты — длина 27 метров, высота 13 метров

Самый большой дизельный двигатель для грузового автомобиля Caterpillar 3524 B предназначен, для установки на карьерный самосвал Caterpillar 797 B, созданный в 1998 году. Состоит из двух совмещенных двигателей Caterpillar 3512 B HD. Конфигурация — Два последовательно соединенных V -образных 12 цилиндровых мотора (24 цилиндра) Рабочий объём — 117, 1 литров Диаметр цилиндра — 170 мм Ход поршня — 215 мм Мощность — 3550 л. с. при 1750 об/мин. (отдача с литра — 30, 3 л. с. ) Крутящий момент — более 16 000 Нм

Самый большой/мощный серийный дизельный двигатель для серийного легкового автомобиля Audi 6. 0 V 12 TDI с 2008 года устанавливается на автомобиль Audi Q 7. Конфигурация — 12 цилиндров V-образно, угол развала 60 градусов. Рабочий объём — 5934 куб. см Диаметр цилиндра — 83 мм Ход поршня — 91, 4 мм Степень сжатия — 16 Мощность — 500 л. с. при 3750 об/мин. (отдача с литра — 84, 3 л. с. ) Крутящий момент — 1000 Нм в диапазоне 1750 -3250 об/мин.

Мифы о дизелях… Дизельный двигатель слишком медленный. Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом. Об этом говорит дизельный прототип Audi R 10, выигравший 24 -х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.

Дизельный двигатель слишком громко работает. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления ( «Common-rail» ) у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично — от 2 -х до 5 -ти импульсов).

Дизельный двигатель гораздо экономичнее. Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 1 -5 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42, 7 МДж/кг) меньше, чем у бензина (44 -47 МДж/кг), основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше]. Срок службы дизельного двигателя больше бензинового и может достигать 400— 600 тысяч километров. Запчасти для дизельных двигателей несколько дороже, стоимость ремонта одинакова. По вышеперечисленным причинам, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя будут несколько меньше, чем у бензинового. Экономия по сравнению с бензиновыми моторами возрастает пропорционально их мощности, чем определяется популярность использования дизельных двигателей в коммерческом транспорте и большегрузной технике.

Дизельный двигатель плохо заводится в мороз. При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет[Например дизельный двигатель VWAudi 1, 9 TDI (77 к. Вт/105 л. с. ) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Полностью исправная система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.

Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешевого газа. Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе — газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также — кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.