Рудольф дизель. дизельный двигатель

История создания дизельного двигателя.

Для начала напомним, что дизельный двигатель – это уникальный механизм, направленный на получение энергии внутреннего сгорания. Спектр используемого топлива для дизелей очень широк, и включает в себя даже растительные варианты горючего (масла и жир).

Предпосылкой для создания дизельного двигателя стала идея цикла Карно (1824 г.), которая заключалась в процессе теплообмена с максимальным КПД на выходе. Более современный вид эта идея получила в 1890 году, когда знаменитый Рудольф Дизель создал практический образец реализации цикла Карно, а в 1892 году, он уже получил патент на создание данного вида двигателя. Первый действующий образец движка был создан Дизелем в начале 1897 года, а в конце января он уже подвергся испытаниям.

В начале своего пути, дизельный двигатель значительно уступал паровому в плане размеров, и не имел успеха в практическом применении. Первые образцы двигателей работали исключительно на легких нефтепродуктах и маслах. Но были попытки запускать двигатель и на угольном топливе, что повлекло за собой полный провал, из-за проблем с подачей угольной пыли в цилиндры.

В 1898 году, в Петербурге также был сконструирован двигатель, который по своему принципу был полностью схож с дизельным. В России данный тип механизма получил название «Тринклер-мотор», который по своим характеристикам, согласно испытаниям, был гораздо более совершенным, чем немецкий аналог. Преимуществом «Тринклер-мотора» стало использование гидравлики, которая значительно улучшала показатели по сравнению с воздушным компрессором. Плюс, сама конструкция была в разы проще и надежнее немецкой.

В том же 1898 году, Эммануил Нобель выкупил права на производство дизельного двигателя, который был усовершенствован, и работал уже на нефти. А на рубеже веков, гениальный российский инженер Аршаулов, изобрел уникальную систему – топливный насос высокого давления, что также стало прорывом в процессе усовершенствования дизельного двигателя.

В двадцатых годах 20-го века, немецкий ученый Роберт Бош провел еще одно усовершенствование топливного насоса высокого давления, а также создал уникальную конструкцию бескомпрессорной конструкции. С тех пор, дизельные двигатели начали получать массовое распространение, и использоваться в общественном транспорте и железной дороге, а 50-60-е годы, дизельные двигатели массово используются при сборке обычных пассажирских автомобилей.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Что такое дизельный автомобиль?

Дизельный автотранспорт использует двигатель, у которого цикл сгорания не такой как у бензинового мотора.

Сравнение дизельного и бензинового двигателей

В бензиновом двигателе, топливо смешивается с воздухом, поступает в цилиндр и воспламеняется свечой зажигания. В дизельном же, воздух нагнетается в цилиндр и сжимается сначала без топлива. Эта компрессия нагревает воздух до такой высокой температуры, что, когда топливо затем впрыскивается в цилиндр, оно воспламеняется.

Используя более высокий уровень компрессии и более высокие температуры сгорания, дизели работают более энергоэффективно. В результате этого, автомобили с дизельным двигателем достигают лучшей экономии топлива, чем их бензиновые аналоги. Кроме того, в литре дизельного топлива примерно на 10 % больше энергии, чем в литре бензина. Эти два фактора помогают современным дизелям достичь примерно на 50 % лучшей топливной экономичности, чем у их бензиновых аналогов. В настоящее время на дизельные транспортные средства приходится почти половина всех продаж новых автомобилей в Европе, и небольшая, но растущая доля рынка в США. В России же в 2009 году доля рынка новых автомобилей занятого дизелем составила всего 5,6 % по данным агентства «Автостат».

Вынужденный отъезд

Всё закончилось в 1870 году с началом франко-прусской войны. Этническим немцам в Париже становится жить небезопасно. Теодор Дизель был вынужден оставить всё своё имущество, и вместе с женой и 12-летним сыном Рудольфом перебраться в Лондон. Немецкие войска на тот период полностью оккупировали столицу Франции. Столица Великой Британии неприветливо встретила новых жителей.

Семья Дизелей испытывала большую нужду. Работы не было, приходилось перебиваться случайными заказами на переплёт книг. Тогда, в 1871 году, семьёй было принято решение для продолжения учёбы отправить юного Рудольфа Дизеля в Аугсбург, к брату матери, профессору математики Кристофу Барнекелю.

История создания первого автомобиля

Первый автомобиль — паровой

Внешне, первый автомобиль в мире даже отдалённо не напоминал современные модели. По конструкции и внешнему виду это была обыкновенная телега, снабжённая паровым двигателем. Её мощности хватало только на передвижение самой себя и водителя. Первый в мире автомобиль был создан в 1768 году, имя создателя этого парового автомобиля неизвестно. Эта модель была создана всего в единственном экземпляре, так спроса на него не было, из-за слишком неуклюжей конструкции, некрасивого внешнего вида и неудобства при загрузке топлива.

Вторая попытка создания автомобиля

Но идея создания автомобиля не была полностью похоронена, изобретатели старались создать более совершенную конструкцию, и вторая попытка была удачнее первой. Уже в 1806 году был создан первый автомобиль в мире с двигателем внутреннего сгорания. По своей конструкции это тоже была несовершенная модель, но его использование было более удобным, и поэтому дальнейшее развитие и усовершенствование автомобилей пошло именно по этому пути, на основе двигателей внутреннего сгорания.

Автомобиль с бензиновым двигателем

Только через 80 лет был создан, представлен к продаже и готов к серийному производству первый автомобиль в мире с бензиновым двигателем. Его создателем стал Карл Бенц. Конечно, это авто очень сильно отличалось от современных моделей, а главное его отличие состояло в том, что у него было три колеса. Двигатель этого первого автомобиля в мире имел объём 954 кубических сантиметров, а руль был сделан в виде буквы Т. Мощность его составляла 0,9 лошадиных силы при 400 оборотах в минуту. Он мог достигать скорости 16 км в час. Сейчас такая скорость кажется смешной, но тогда это было неплохим результатом.

Хотя, создание такого автомобиля стало настоящей сенсацией среди мирового сообщества, он не был запущен в серийное производство, так как стоило это чудо техники очень дорого.

Первый автомобиль в мире с массовым производством

Через несколько лет, видимо, были произведены какие-то операции, несколько удешевившие стоимость этого автомобиля, и в 1890 году он стал выпускаться массово.

Прадедушка современного четырёхколёсного автомобиля

Настоящий изобретатель никогда не может удовлетвориться достигнутым. Карл Бенц думал над усовершенствованием своей модели. Он понял, что четыре колеса у автомобиля вместо трёх, решают некоторые проблемы в его эксплуатации. Четырёхколёсный автомобиль был более прост в эксплуатации и продолжительность его жизни увеличилась за счёт меньшей нагрузки на два передних колеса. Кроме добавления ещё одного колеса, ничем существенным новый вариант от старого не отличался.

Ещё один изобретатель автомобиля

Параллельно с Бенцем работы, над созданием первого автомобиля в мире, вёл Готлиб Даймлер. Он шёл несколько иным путём, и свои первые модели он конструировал, как обыкновенные конные экипажи (без коней), приводились они в движение с помощью мотора.

Было выпущено несколько таких экипажей. Но их конструктивные особенности и большая нагрузка от двигателя на всю конструкцию, не устраивали изобретателя, и он продолжал усовершенствование своего детища.

Он поручил работу над дальнейшим усовершенствованием автомобиля своей команде инженеров, а сам занялся разработкой принципиально нового двигателя внутреннего сгорания.

И вскоре был выпущен первый автомобиль марки «Daimler».

У него был четырёхцилиндровый двигатель, мощностью уже в 24 лошадиных силы, и он мог развивать скорость 80 км/час. В то время, это был настоящий прорыв в автомобилестроении. И, тем не менее, не смотря на свою скорость, это авто было ещё слишком громоздким, плохо управляемым и даже не самым безопасным в эксплуатации. Компания Даймлера продолжала работы над усовершенствованием конструкции.

Первый автомобиль Мерседес Даймлер

К концу 1890 года был выпущен первый автомобиль марки «Мерседес». Это название не потеряло актуальности и в наши дни. Полное название этого нового произведения компании Даймлера было «Мерседес Даймлер». Владелец компании назвал так свой автомобиль в честь дочери Мерседес. И сейчас марка Мерседес очень популярена.

Именно это авто стало прототипом современных автомобилей. Для того времени это была вершина инженерного мастерства. В автомобиле уже была коробка переключения передач, рама была штампованной, что делало её более надёжной и качество корпуса тоже для того времени было отменным. Более качественными стали тормоза и, вообще, автомобиль стал более надёжным и послушным в управлении.

Пути развития

Инновации дизельного двигателя заключаются в эволюции топливной аппаратуры. Усилия конструкторов направлены на то, чтобы добиться точного момента впрыска и максимального распыления топлива.

Создание топливного «тумана» и деление процесса впрыска на фазы позволило достигнуть большей экономичности и повышения мощности.

Наиболее архаичные экземпляры имели механический ТНВД и отдельную топливную магистраль к каждой форсунке. Устройство двигателя и ТА такого типа обладали большой надежностью и ремонтопригодностью.

Дальнейший путь развития заключался в усложнении ТНВД дизельного двигателя. В нем появились изменяемые моменты впрыска, множество датчиков и электронное управление процессами. При этом использовались все те же механические форсунки. В таком типе конструкции давление впрыскиваемого топлива было от 100 до 200 кг/см².

Основная конструктивная сложность заключается в форсунках. Именно с их помощью регулируется момент, давление и количество ступеней впрыска. Форсунки системы аккумуляторного типа очень требовательны к качеству топлива. Завоздушивание такой системы приводит к быстрому выходу из строя ее основных элементов. Дизельный двигатель с Common rail работает тихо, потребляет меньше топлива и имеет большую мощность. За все это приходится платить меньшим ресурсом и более высокой стоимостью ремонта.

Еще более высокотехнологичной является система с применением насос-форсунок. В ТА такого типа форсунка соединяет в себе функции нагнетания давления и распыления топлива. Параметры дизельного двигателя с насос-форсунками на порядок выше аналоговых систем. Впрочем, как и стоимость обслуживания и требования к качеству топлива.

Эксплуатационные качества

К тому же многим не по душе такие качества дизельных моторов, как меньшие мощность и диапазон рабочих оборотов, более высокий уровень шума и вибраций.

Бензиновый двигатель действительно обычно превосходит в производительности, в том числе и литровой мощности, аналогичный дизель. Мотор рассматриваемого типа при этом имеет более высокий и ровный график крутящего момента. Повышенная степень сжатия, обеспечивающая больший крутящий момент, вынуждает применять более прочные детали. Так как они тяжелее, снижается мощность. К тому же это сказывается на массе двигателя, а следовательно, и автомобиля.

Небольшой диапазон рабочих оборотов объясняется более длительным возгоранием топлива, вследствие чего на высоких оборотах оно не успевает догореть.

Повышенный уровень шума и вибраций вызывает резкое нарастание давления в цилиндре при воспламенении.

Основными достоинствами дизелей считают более высокую тяговитость, экономичность и экологичность.

Тяговитость, то есть высокий крутящий момент на малых оборотах, объясняется сгоранием топлива по мере впрыска. Это обеспечивает большую отзывчивость и облегчает эффективное использование мощности.

Экономичность обусловлена как низким расходом, так и тем, что топливо для дизеля дешевле. К тому же возможно использовать в качестве него низкосортные тяжелые масла благодаря отсутствию строгих требований к испаряемости. А чем топливо тяжелее, тем выше эффективность мотора. Наконец, дизели работают на бедных смесях в сравнении с бензиновыми моторами и при высокой степени сжатия. Последнее обеспечивает меньшие потери тепла с отработанными газами, то есть большую эффективность. Все данные меры снижают расход топлива. Дизель, благодаря этому, тратит его на 30-40% меньше.

Экологичность дизелей объясняется тем, что в их выхлопных газах ниже содержание окиси углерода. Это достигается применением сложных систем очистки, благодаря чему сейчас бензиновый двигатель соответствует тем же экологическим нормам, что и дизель. Мотор такого типа ранее значительно уступал бензиновому в данном отношении.

Преимущества и недостатки.

Мощность КПД современных дизелей составляет 40-45 %, а некоторых образцов – 50%. Несомненным плюсом таких двигателей являются низкие требования к качеству топлива, что позволяет использовать не самые дорогие нефтяные продукты для работы механизма.

При использовании дизелей в автомобилях, такой двигатель дает высокий вращающийся момент, при низких оборотах самого механизма, что делает авто комфортным в движении. Благодаря этому данный тип движка и популярен в промышленных автомобилях, где ценится мощь механизма.

Дизельные двигатели имеют гораздо меньшую вероятность возгорания, благодаря нелетучему топливу, что делает их максимально безопасными при эксплуатации. Именно дизельные двигатели стали залогом для прогресса военной бронированной техники, делая ее максимально безопасной для экипажа.

Недостатков у дизеля также хватает, и заключаются они в топливе, которое имеет свойство застаиваться в зимнее время, и выводит механизм из строя. Плюс ко всему, дизельные двигатели делают слишком много вредных выбросов в атмосферу, что и стало причиной борьбы экологов с данным типом механизма. Само изготовление дизельного двигателя обходится производителям дороже, чем бензинового, что заметно отображается на бюджетных затратах производства.

Эти основные моменты и послужили причиной того, что количество дизельных двигателей в мировом машиностроительстве будет уменьшаться и, с большой долей вероятности, ограничится лишь промышленным автопромом, где дизель является незаменимым агрегатом. Но, именно дизель оставил глубокий след в процессе создания автопромышленности, как таковой, и всегда будет оставаться важнейшим прорывом в мировой автомобильной инженерии.

Методика проверки дизеля в процессе покупки автомобиля

Выбрав предварительно автомобиль с устраивающим желания дизелем следует приступить к изучению двигателя.

При покупке нового автомобиля методика проверки проще и состоит из частей общей методики для подержанного автомобиля.

Проверку лучше разбить по шагам.

1. На этом шаге необходимо провести осмотр дизеля на присутствие потёков жидкостей характерных для перегрева двигателя. Лучше если потёки будут отсутствовать на сальниках и в других проверяемых местах.
2. Надо снять патрубок, которым соединён воздушный фильтр с коллектором впуска, а если дизель турбированный, то с турбиной. Если в патрубке обнаруживаются следы масла, то возможен износ, который бывает, значителен цилиндропоршневой группы или в лучшем случае сильно грязен воздушный фильтр.
3. Следует запустить дизель и если не запустится с первого раза, то возможен скрытый дефект. Повторить запуски движка через разные интервалы, не трогая педаль газа:
   • Запуск нормальный, тогда на холостых оборотах надо смотреть выхлопные газы. Допускается небольшой выброс дыма при первом пуске мотора, но далее он не должен присутствовать в выхлопных газах.
   • Тихое постукивание при работающем дизеле допустимо, остальные звуки должны быть приемлемыми.
   • На холостом ходу надо увеличить обороты до 3000-4000 в минуту, дёрганье и вибрации не допустимы. Цвет выхлопа не должен быть сизым, иначе выставлено позднее зажигание, другие неточности настроек агрегата.
   • Если на холостом ходу резко газануть и при высоких оборотах появился сизый выхлоп и вибрация, то на этих режимах будет потеря мощности.
   • Если выхлоп чёрный, движок стучит, то не следует далее интересоваться такой машиной.

Топливная система в дизельном двигателе

Основой любого двигателя дизельного типа является его топливная система. Основной задачей топливной системы является своевременная подача нужного количества топливной смеси под заданным рабочим давлением.

Важными элементами топливной системы в дизельном двигателе являются:

• насос высокого давления для подачи топлива (ТНВД);
• топливный фильтр;
• форсунки

Топливный насос

Насос отвечает за подачу топлива к форсункам по установленным параметрам (в зависимости от числа оборотов, рабочего положения регуляторного рычага и давления турбонаддува). В современных дизельных двигателях могут применяться два типа насосов для топлива – рядные (плунжерные) и распределительные.

Топливный фильтр

Фильтр является важной составляющей частью двигателя дизельного типа. Топливный фильтр подбирается строго в соответствии с типом двигателя

Фильтр предназначен для выделения и удаления из топлива воды, и лишнего воздуха из топливной системы.

Форсунки

Форсунки не менее важные элементы топливной системы в дизеле. Своевременная подача топливной смеси в камеру сгорания возможна только при взаимодействии топливного насоса и форсунок. В дизелях применяются два типа форсунок – с многодырчатым и шрифтовым распределителем. Распределитель форсунок определяет форму факела, обеспечивая более эффективный процесс самовоспламенения.

Холодный пуск и турбонаддув дизельного двигателя

Холодный пуск отвечает за механизм предпускового подогрева. Это обеспечивается за счет электрических нагревательных элементов – свечей накаливания, которыми оснащена камера сгорания. При запуске двигателя свечи накаливания достигают температуры в 900 градусов, подогревая воздушную массу, которая попадает в камеру сгорания. Питание со свечи накаливания снимается через 15 секунд после запуска двигателя. Системы подогрева перед запуском двигателя обеспечивают его безопасный запуск даже при низких атмосферных температурах.

Турбонаддув отвечает за повышение мощности и эффективности работы дизеля. Он обеспечивает подачу большего количества воздуха для более эффективного процесса сгорания топливной смеси и увеличения рабочей мощности двигателя. Для обеспечения нужного давления наддува воздушной смеси во всех рабочих режимах двигателя применяется специальный турбонагнетатель.

Остается только сказать, что споры относительно того, что лучше выбрать рядовому автолюбителю в качестве силовой установки в свой автомобиль, бензин или дизель, не утихают до сих пор. Преимущества и недостатки есть у обоих типов двигателя и выбирать необходимо, исходя из конкретных условий эксплуатации автомобиля.

Развитие идеи

Производством всех ДВС Отто занималась компания «Ланген, Отто и Розен», созданная в 1869 г. Отто совместно с немецкими предпринимателями Э. Лангеном и Л. Розеном. Современные четырёхтактные ДВС сохранили принципиальную схему Отто, но топливо в них поджигается искрой от электрической свечи. Для увеличения мощности ДВС повышали объём его цилиндра, чтобы большим объёмом топлива усилить мощь его расширения. Но увеличение цилиндра не могло быть бесконечным, и тогда придумали усиливать двигатель путём увеличения числа цилиндров, поршни которых крутили один рабочий вал двигателя. Первые двухцилиндровые ДВС появились в конце XIX в., а четырёхцилиндровые — в начале XX в. Сейчас встречаются шести — , восьми — и 20 — цилиндровые ДВС. Светильный газ был довольно дорогим топливом, и в Европе, и в России его производили не так много

В поисках нового вида топлива для ДВС обратили внимание на другие вещества, содержащие углеводороды — продукты нефтепереработки

Сотрудники компании Отто Г. Даймлер и В. Майбах в 1883 г. создали первый бензиновый ДВС, который в 1885 г. установили на первом мотоцикле, а в 1886 г. — на первом автомобиле.

Четырёхтактный цикл работы современного одноцилиндрового ДВС. Такт — это один ход поршня (1), т. е. прохождение поршня от крайнего верхнего положения, верхней мёртвой точки (ВМТ), до крайнего нижнего положения, нижней мёртвой точки (НМТ).
I такт. Впуск. Поршень идёт вниз, создавая в цилиндре (2) разряжение. Открывается впускной клапан (3), и под воздействием атмосферного давления из впускного трубопровода (4) в цилиндр засасывается горючая смесь — распылённый в воздухе бензин (5).
II такт. Сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень идёт вверх, сжимая горючую смесь (6).
III такт. Рабочий ход (расширение). Между электродами свечи зажигания (7) проскакивает электрическая искра, поджигающая смесь. Газы расширяются (8), под их давлением поршень идёт вниз и передаёт усилие через кривошипно — шатунный механизм (9) на коленчатый вал (10), проворачивая его.
IV такт. Выпуск. Поршень по инерции идёт вверх. Открывается выпускной клапан (11), и под давлением поршня отработанные газы (12) вытесняются в атмосферу.

Однако бензин при испарении плохо смешивался с воздухом, реакция при возгорании протекала неравномерно, и бензиновые ДВС, работая ненадёжно, не могли вытеснить газовые ДВС. Выход нашёл венгерский инженер Д. Банки — в 1893 г. он придумал устройство для распыления бензина в воздухе — карбюратор с жиклёром. Бензиновая взвесь, равномерно смешанная с воздухом, поступала в цилиндр, где при зажигании быстро превращалась в газовую смесь, обеспечивая хорошее протекание реакции и мощное расширение при взрыве. В России первый бензиновый двигатель с карбюратором сконструировал в 1880-х гг. О. С. Костович. В 1897 г. немецкий инженер Р Дизель придумал дизельный двигатель, в котором топливо воспламенялось не от огня или электрической искры, а от высокой температуры, которая возникает при сильном сжатии воздуха. В России производство дизельных двигателей, усовершенствованных российским инженером Г. В. Тринклером, началось в 1899 г. Эти дизели устанавливали на стационарных машинах (станках и пр.).

Поделиться ссылкой