У вересні 1913 серед пасажирів порома «Дрезден», наступного в Англію, був Рудольф Дизель. Відомо, що він піднявся на борт судна, і більше його ніхто не бачив. Таємниче зникнення знаменитого німецького інженера досі залишається однією з найцікавіших і загадкових історій XX століття.
Народження та дитинство генія
18 березня 1858 року в сім'ї емігрантів із Німеччини народився майбутній великий німецький інженер. Людина, чий винахід поставило його в один ряд з найвідомішими людьмикінця XIX та початку XX століття. Саме до Парижа з Аугсбурга (Німеччина) перебралися Теодор Дізель та Еліз Штробель.
Батько Рудольфа був спадковим палітурником, одним з його пристрасних захоплень, був винахід іграшок. Так, з раннього дитинства Рудольф Дизель починає долучатися до праці, розвозячи французькою столицею переплетені батьком книги замовникам. Можливо, що перше знайомство Рудольфа Дизеля зі світом техніки відбулося у технічному музеї, що знаходився неподалік його будинку.
Щовихідних батько водив хлопчика до музейної зали, де знаходилися парові машини, історія появи яких починається з 1770 року. Життя йшло своєю чергою, розмірено і спокійно. Сім'я працьовитих німців не мала великого достатку, але й не бідувала.
Вимушений від'їзд
Все закінчилося 1870 року з початком франко-прусської війни. Етнічним німцям у Парижі стає жити небезпечно. Теодор Дізель був змушений залишити все своє майно, і разом із дружиною та 12-річним сином Рудольфом перебратися до Лондона. Німецькі війська на той період повністю окупували столицю Франції. Столиця Великої Британії непривітно зустріла нових мешканців.
Сім'я Дизелів відчувала велику потребу. Роботи не було, доводилося перебиватися випадковими замовленнями на палітурку книг. Тоді, в 1871 році, сім'єю було прийнято рішення для продовження навчання відправити юного Рудольфа Дизеля до Аугсбурга, до брата матері, професора математики Крістофа Барнекеля.
Рудольф Дизель: біографія майбутнього винахідника
Перед від'їздом Рудольф твердо пообіцяв батькам, що після закінчення навчання повернеться додому, щоб допомагати батькові. Проте за сином через два роки до Аугсбурга переїхали і його батьки.
Сім'я професора Барнекеля зустріла племінника з теплотою, хлопчик був оточений турботою та увагою. Здібності Рудольфа зачарували професора, за що дядько дозволив йому користуватися великою бібліотекою. Першим заняттям Рудольфа у ній професора стало переплетення всіх старих книжок, мистецтво, якому навчив його батько. Спілкування з освіченим родичем, безперечно, пішло на користь молодій людині. Сьогодні весь світ знає, хто винайшов дизельний двигун. А тоді все лише починалося.
Після прибуття племінника до Німеччини професор Барнекель влаштовує хлопчика у реальне училище, яке Рудольф Дізель закінчує як найкращий учень. Після початкової освіти юне обдарування в 1873 році вступає до Аугсбурзької політехнічної школи, яку закінчує через два з половиною роки з найвищими показниками. Наступним кроком молодого вченого стає вступ до Мюнхенської Вищої технічної школи, яка була успішно закінчена в 1880 році.
Мюнхенський технічний університет у Баварії (Німеччина) досі зберігає у своєму музеї результати випускних іспитів студента Рудольфа Дизеля, перевершити які не може жоден студент за всю майже півторавікову історію вишу.
Зустріч, яка перевернула його життя
Під час навчання Рудольф Дізель познайомився із відомим німецьким інженером, розробником холодильного обладнання, професором Карлом фон Лінде. Так сталося, що через захворювання на черевний тиф студенту Дизелю не вдалося вчасно скласти іспити професору. Рудольф був змушений на якийсь час покинути університет і вирушити на практику до Швейцарії, влаштувавшись в машинобудівну компанію братів Шульцер.
Через рік Дизель повертається до Німеччини, де успішно завершує навчальний процес, склавши випускні іспити професору Карлу фон Лінде. На той час наставник вирішує залишити викладацьку діяльність і впритул зайнятися прикладними дослідженнямив організованій ним же компанії Холодогенератори Лінде. Рудольф Дизель отримує місце в паризькій філії компанії як керуючий.
Протягом десяти років Рудольф Дізель удосконалив свої знання у галузі термодинаміки. Механічний холодильник – ось над чим працювали весь цей час німецькі винахідники у компанії Карла Лінде. Принципом роботи холодильної установки було випаровування та конденсат аміаку за допомогою механічного насоса.
Ще під час навчання в університеті Р. Дизеля хвилювала проблема автономного джерела живлення для виробництва. Індустріальна революція ґрунтувалася на неефективних і громіздких парових двигунах, чий 10-відсотковий коефіцієнт корисної дії (ККД) явно не відповідав зростаючим потребам в енергетичній галузі. Світу потрібні були компактні та дешеві джерела енергії.
Дизельний двигун: перший робочий екземпляр
Крім основної роботи, Рудольф Дизель проводив наукові дослідженнязі створення ефективного теплового пристрою, яке перетворювало б теплову енергію на механічну. У лабораторних експериментах Рудольф спочатку використовував аміак як робоче тіло установки. Як паливо застосовувався порошок із кам'яного вугілля.
За теоретичними розрахунками, двигун Рудольфа Дизеля мав працювати від стиску в робочій камері тіла, яке при з'єднанні з паливом створювало б критичну температуру для займання.
Вже під час експериментів було встановлено, що дослідні зразки дизельного двигуна мали невелику перевагу над паровими установками. Це надихало винахідника на подальшу роботу та експерименти.
В один із днів робота зі створення дизельного двигуна мало не стала фатальною для його винахідника. Вибух машини мало не призвів до загибелі Рудольфа Дизеля. Німецького інженера було госпіталізовано до однієї з паризьких клінік. Під час вибуху Рудольф зазнав пошкодження очного яблука. До кінця життя ця проблема супроводжувала винахідника.
Забігаючи вперед, слід зазначити, що в 1896 Рудольф Дизель винайшов свій перший робочий екземпляр, який представив на загальний огляд. За фінансової підтримки братів Щульцер та Фрідріха Круппа світ побачив двигун потужністю 20 кінських силіз ККД 26% при вазі механічного агрегату п'ять тонн. Сьогодні це диво технічного прогресу можна споглядати серед експонатів Машинобудівного музею у місті Аугсбурзі (Німеччина).
Берлінський філіал
Після часткового відновлення зору в паризькій клініці Рудольф на запрошення свого вчителя Карла фон Лінда очолив Берлінську філію компанії. Окрилений успіхом Рудольф Дизель створює промисловий зразок двигуна, який мав комерційний успіх. Нову силову установку винахідник назвав атмосферним газовим двигуном.
Однак така назва надовго не прижилася, і винахід стали називати просто дизель на честь творця агрегату. Численні контракти, фінансові потоки та стійкий попит на новий винахід змушують Дизеля залишити філію Карла фон Лінда та відкрити свій власний завод із виробництва дизельних двигунів.
Фінансовий успіх
Чи могли припустити батьки, відправляючи свого сина на навчання до дядька, що вже до 40 років він стане відомим усьому світу? Восени 1900 року у Лондоні з'являється нова компаніяз промислового виробництва дизельних двигунів.
Подальша хронологія подій розгортається дуже швидко:
- У 1903 році світ побачив перший корабель із двигуном Рудольфа Дизеля.
- 1908 року автомобільна промисловість отримала компактний дизельний двигун для вантажного транспорту.
- У 1910 році із залізничного депо в Англії вийшов перший локомотив із дизельним двигуном.
- Німецька компанія «Мерседес» почала випускати свої автомобілі виключно з дизельними двигунами.
На той час Рудольф Дизель досяг успіхів у роботі. Особисте життя винахідника склалося досить успішно. Кохана дружината троє дітей надихали його на подальшу роботу.
Світова криза
Найбільші машинобудівні компанії Європи та Сполучених Штатів Америки стояли у черзі на придбання ліцензій з виробництва дизельних двигунів. Світова преса постійно підігрівала інтерес до винаходу Рудольфа Дизеля, даючи приємні характеристики переваг нового агрегату над іншими силовими установками.
Р. Дизель став дуже багатим. Альфонс Буш, американський магнат із виробництва пива, запропонував конструктору один мільйон доларів за право виробництва двигунів у США. Але все закінчилося відразу.
У 1913 році вибухнула світова криза. Невмілий розподіл фінансових потоків призводив до поступового банкрутства підприємств Дизеля.
Таємниця зникнення
29 вересня 1913 року з Антверпена до Лондона вирушав пароплав «Дрезден». Серед пасажирів був і Рудольф Дизель. Як загинув великий промисловець та винахідник двигуна, досі залишається таємницею.
Відомо, що Р. Дизель вирушив до Англії на відкриття нового заводу компанії Consolidated Diesel Manufacturing, де мали вироблятися його двигуни. Однак у кінцевому пункті призначення пасажира з прізвищем Дизель не було...
Того ж року його успішно випробували. Дизель активно зайнявся продажем ліцензій на новий двигун. Незважаючи на високий ККД та зручність експлуатації порівняно з паровою машиною практичне застосування такого двигуна було обмеженим: він поступався паровим машинамтого часу за розмірами та вагою.
Перші двигуни Дизеля працювали на рослинних оліях чи легких нафтопродуктах. Цікаво, що спочатку як ідеальне паливо він пропонував кам'яновугільний пил. Експерименти ж показали неможливість використання вугільного пилу як паливо - насамперед через високі абразивні властивості як самого пилу, так і золи, що виходить при згорянні; також виникали великі проблемиз подачею пилу до циліндрів.
Принцип роботи
Чотирьохтактний цикл
- 1-й такт. Впуск. Відповідає 0 ° - 180 ° повороту коленвала. Через відкритий ~ від 345-355 ° впускний клапан повітря надходить у циліндр, на 190-210 ° клапан закривається. Принаймні до 10-15 ° повороту колінвалу одночасно відкритий вихлопний клапан, час спільного відкриття клапанів називається перекриттям клапанів .
- 2-й такт. Стиснення. Відповідає 180 ° - 360 ° повороту коленвала. Поршень, рухаючись до ВМТ (верхньої мертвої точки), стискає повітря в 16(у тихохідних)-25(в швидкохідних) разів.
- 3-й такт. Робочий хід, розширення. Відповідає 360 ° - 540 ° повороту коленвала. При розпорошенні палива в гаряче повітрявідбувається ініціація згоряння палива, тобто часткове його випаровування, утворення вільних радикалів у поверхневих шарах крапель і парах, нарешті, воно спалахує і згоряє в міру надходження з форсунки, продукти горіння, розширюючись, рухають поршень вниз. Упорскування і, відповідно, займання палива відбувається трохи раніше моменту досягнення поршнем мертвої точки внаслідок деякої інертності процесу горіння. Відмінність від випередження запалення в бензинових двигунах у цьому, що затримка необхідна лише через час ініціації, що у кожному конкретному дизелі - величина стала і зміні у процесі роботи підлягає. Згоряння палива в дизелі відбувається таким чином тривало, стільки часу, скільки триває подача порції палива з форсунки. Внаслідок цього робочий процес протікає при відносно постійному тиску газів, через що двигун розвиває великий момент, що крутить. З цього випливають два найважливіші висновки.
- 1. Процес горіння в дизелі триває рівно стільки часу, скільки потрібно для впорскування даної порції палива, але не довше часу робочого ходу.
- 2. Співвідношення паливо/повітря в циліндрі дизеля може істотно відрізнятися від стехіометричного, причому дуже важливо забезпечити надлишок повітря, так як полум'я факела займає невелику частину об'єму камери згоряння і атмосфера в камері повинна забезпечити потрібне вміст кисню. Якщо цього не відбувається, виникає масивний викид вуглеводнів, що не згоріли, з сажею - «тепловоз „дає“ ведмедя».).
- 4-й такт. Випуск. Відповідає 540 ° - 720 ° повороту коленвала. Поршень йде вгору, через відкритий на 520-530 ° вихлопний клапан поршень виштовхує відпрацьовані гази з циліндра.
Залежно від конструкції камери згоряння існує кілька типів дизельних двигунів:
- Дизель із нерозділеною камерою: камера згоряння виконана в поршні, а паливо впорскується в надпоршневий простір. Головна перевага – мінімальна витрата палива. Недолік - підвищений шум(«жорстка робота»), особливо на холостому ході. В даний час ведуться інтенсивні роботи щодо усунення зазначеного недоліку. Наприклад, у системі Common Rail для зниження жорсткості роботи використовується (часто багатостадійний) передприскування.
- Дизель із розділеною камерою: паливо подається до додаткової камери. У більшості дизелів така камера (вона називається вихровою або передкамерою) пов'язана з циліндром спеціальним каналом так, щоб при стисканні повітря, потрапляючи в цю камеру, інтенсивно завихрювався. Це сприяє хорошому перемішування палива, що впорскується, з повітрям і більш повного згоряння палива. Така схема довго вважалася оптимальною для легких дизелів та широко використовувалася на легкових автомобілях. Однак, внаслідок гіршої економічності, останні два десятиліття йде активне витіснення таких дизелів двигунами з нероздільною камерою та системами подачі палива Common Rail.
Двотактний цикл
Продувка двотактного дизельного двигуна: внизу - вікна продувки, випускний клапан верху відкритий
Крім вищеописаного чотиритактного циклу, у дизелі можливе використання двотактного циклу.
При робочому ході поршень йде вниз, відкриваючи випускні вікна в стінці циліндра, через них виходять вихлопні гази, одночасно або дещо пізніше відкриваються і впускні вікна, циліндр продувається свіжим повітрям з повітродувки - здійснюється продування , що поєднує такти впуску та випуску. Коли поршень піднімається, усі вікна зачиняються. З моменту закриття вікон впускних вікон починається стиск. Ледве не досягаючи ВМТ, з форсунки розпорошується і загоряється паливо. Відбувається розширення – поршень йде вниз і знову відкриває всі вікна і т.д.
Продування є вродженим слабкою ланкоюдвотактний цикл. Час продування, порівняно з іншими тактами, невеликий і збільшити його неможливо, інакше падатиме ефективність робочого ходу за рахунок його скорочення. У чотиритактному циклі ті ж процеси відводиться половина циклу. Повністю розділити вихлоп і свіжий повітряний заряд теж неможливо, тому частина повітря губиться, виходячи прямо в вихлопну трубу. Якщо ж зміну тактів забезпечує один і той самий поршень, виникає проблема, пов'язана з симетрією відкривання та закривання вікон. Для кращого газообміну вигідніше мати випередження відкриття та закриття вихлопних вікон. Тоді вихлоп, починаючись раніше, забезпечить зниження тиску залишкових газів у циліндрі до початку продування. При закритих вихлопних вікнах і відкритих - ще - впускних здійснюється дозарядка циліндра повітрям, і, якщо повітродувка забезпечує надлишковий тиск, стає можливим здійснення наддуву.
Вікна можуть використовуватися і для випуску газів, що відпрацювали, і для впуску свіжого повітря; така продування називається щілинною або віконною. Якщо гази, що відпрацювали, випускаються через клапан в головці циліндра, а вікна використовуються тільки для впуску свіжого повітря, продування називається клапанно-щілинною. Існують двигуни, де в кожному циліндрі знаходяться два зустрічно рухаються поршня; кожен поршень управляє своїми вікнами - один впускними, інший випускними (система Фербенкс-Морзе - Юнкерса - Корейво: дизелі цієї системи сімейства Д100 використовувалися на тепловозах ТЕ3, ТЕ10, танкових двигунах 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6 -80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авіації – на бомбардувальниках Junkers (Jumo 204, Jumo 205).
У двотактний двигунробочі ходи відбуваються вдвічі частіше, ніж у чотиритактному, але через наявність продування двотактний дизель потужніший за той же за обсягом чотиритактний максимум в 1,6-1,7 разів.
В даний час тихохідні двотактні дизелідуже широко застосовуються на великих морських суднах з безпосереднім (безредукторним) приводом гребного гвинта. Зважаючи на подвоєння кількості робочих ходів на тих самих оборотах двотактний цикл виявляється вигідним при неможливості підвищити частоту обертання, крім того, двотактний дизель технічно простіше реверсувати; такі тихохідні дизелі мають потужність до 100 000 л.
У зв'язку з тим, що організувати продування вихрової камери (або передкамери) при двотактному циклі складно, двотактні дизелі будують тільки з нерозділеними камерами згоряння.
Варіанти конструкції
Для середніх та важких двотактних дизельних двигунів характерно застосування складових поршнів, у яких використовується сталева головка та алюмінієва спідниця. Основною метою даного ускладнення конструкції є зниження загальної масипоршня при збереженні максимально можливої жаростійкості денця. Найчастіше використовуються конструкції з масляним рідинним охолодженням.
В окрему групу виділяються чотиритактні двигуни, що містять у конструкції крейцкопф . У крейцкопфних двигунах шатун приєднується до крейцкопфа - повзуна, з'єднаного з поршнем штоком (качалкою). Крейцкопф працює за своєю напрямною - крейцем, без впливу підвищених температурповністю ліквідуючи вплив бічних сил на поршень. Дана конструкція характерна для великих довгохідних суднових двигунів, часто - подвійної дії, Перехід поршня в них може досягати 3 метрів; тронкові поршні таких розмірів були б перетяженими, черенки з такою площею тертя суттєво знизили б механічний ККД дизеля.
Реверсивні двигуни
Згоряння палива, що впорскується в циліндр дизеля, відбувається в міру впорскування. Тому дизель видає високий крутний момент при низьких оборотах, Що робить автомобіль з дизельним двигуном більш «чуйним» у русі, ніж такий же автомобіль з бензиновим двигуном. З цієї причини і через більш високу економічність в даний час більшість вантажних автомобілів обладнаються дизельними двигунами.. Наприклад, у Росії у 2007 році майже всі вантажівки та автобуси були оснащені дизельними двигунами (остаточний перехід цього сегменту автотранспорту з бензинових двигунів на дизелі планувалося завершити до 2009 року). Це є перевагою також і в двигунах морських суден, тому що високий крутний момент при низьких оборотах робить більш легким ефективне використання потужності двигуна, а вищий теоретичний ККД (див. Цикл Карно) дає більш високу ефективність палива.
У порівнянні з бензиновими двигунами, вихлопних газахдизельного двигуна, як правило, менше окису вуглецю (СО), але тепер, у зв'язку із застосуванням каталітичних конвертерів на бензинових двигунах, ця перевага не така помітна. Основні токсичні гази, які присутні у вихлопі у помітних кількостях - це вуглеводні (НС або СН), оксиди (оксиди) азоту (NO х) та сажа (або її похідні) у формі чорного диму. Найбільше забруднюють атмосферу в Росії дизелі вантажівок та автобусів, які часто є старими та невідрегульованими.
Іншим важливим аспектом, Що стосується безпеки, є те, що дизельне нелетюче паливо (тобто легко не випаровується) і, таким чином, ймовірність спалаху у дизельних двигунів набагато менше, тим більше, що в них не використовується система запалювання . Разом із високою паливною економічністю це спричинило широкого застосуваннядизелів на танках, оскільки у повсякденній небойовій експлуатації зменшувався ризик виникнення пожежі у моторному відділенні через витік палива. Менша пожежонебезпека дизельного двигуна в бойових умовах є міфом, оскільки при пробитті броні снаряд або його осколки мають температуру, що сильно перевищує температуру спалаху парів дизельного палива і так само здатні досить легко підпалити пальне, що витік. Детонація суміші парів дизельного палива з повітрям у пробитому паливному бакуза своїми наслідками можна порівняти з вибухом боєкомплекту, зокрема, у танків Т-34 вона призводила до розриву. зварних швівта вибивання верхньої лобової деталі бронекорпусу. З іншого боку, дизельний двигун у танкобудуванні поступається карбюраторному в плані питомої потужності, а тому в ряді випадків ( висока потужністьпри малому обсязі моторного відділення) більш виграшним може бути використання саме карбюраторного силового агрегату(хоча це характерно для надто легких бойових одиниць).
Звичайно, існують і недоліки, серед яких характерний стукіт дизельного двигуна при його роботі. Однак вони помічаються в основному власниками автомобілів з дизельними двигунами, а для сторонньої людини практично непомітні.
Явними недоліками дизельних двигунів є необхідність використання стартера великої потужності, помутніння та застигання (запарафінування) літнього дизельного палива при низьких температурах, складність та вища ціна в ремонті паливної апаратури, так як насоси високого тискує прецизійними пристроями. Також дизель-мотори дуже чутливі до забруднення палива механічними частинками та водою. Ремонт дизель-моторів, як правило, значно дорожчий за ремонт бензинових моторів аналогічного класу. Літрова потужність дизельних моторів також, як правило, поступається аналогічним показникам бензинових моторів, хоча дизель-мотори мають більш рівний і високий крутний момент у своєму робочому обсязі. Екологічні показники дизельних двигунів значно поступалися до останнього часу двигунам бензиновим. На класичних дизелях з механічно керованим упорскуванням можливе встановлення тільки окислювальних нейтралізаторів відпрацьованих газів, що працюють при температурі відпрацьованих газів понад 300 °C, які окислюють тільки CO і CH до нешкідливих для людини вуглекислого газу (CO 2 ) та води. Також раніше дані нейтралізатори виходили з ладу внаслідок отруєння їх сполуками сірки (кількість сполук сірки у газах, що відпрацювали, безпосередньо залежить від кількості сірки в дизельному паливі) і відкладенням на поверхні каталізатора частинок сажі. Ситуація почала змінюватися лише останніми роками у зв'язку з впровадженням дизелів так званої системи Common rail. У даному типі дизелів упорскування палива здійснюється електронно-керованими форсунками. Подачу електричного імпульсу керуючого здійснює електронний блок управління, що отримує сигнали від набору датчиків. Датчики відстежують різні параметри двигуна, що впливають на тривалість і момент подачі паливного імпульсу. Так що, за складністю сучасний - і екологічно такий чистий, як і бензиновий - дизель-мотор нічим не поступається своєму бензиновому побратиму, а за рядом параметрів (складності) і значно його перевершує. Так, наприклад, якщо тиск палива у форсунках звичайного дизеля з механічним упорскуванням становить від 100 до 400 бар (приблизно еквівалентно «атмосфер»), то в новітніх системах«Common-rail» воно знаходиться в діапазоні від 1000 до 2500 бар, що спричиняє чималі проблеми. Також каталітична система сучасних транспортних дизелів значно складніша за бензинові мотори, оскільки каталізатор повинен «вміти» працювати в умовах нестабільного складу. вихлопних газів, а в частині випадків потрібне введення так званого « сажевого фільтра»(DPF – фільтр твердих частинок). «Сажевий фільтр» є подібною до звичайного каталітичного нейтралізатораструктуру, що встановлюється між вихлопним колекторомдизеля та каталізатором у потоці вихлопних газів. У сажевому фільтрі розвивається висока температура, коли він частинки сажі здатні окислитися залишковим киснем, які у вихлопних газах. Однак частина сажі не завжди окислюється, і залишається в «сажевому фільтрі», тому програма блоку керування періодично переводить двигун в режим «очищення фільтра сажі» шляхом так званої «постинжекції», тобто впорскування додаткової кількості палива в циліндри в кінці фази згоряння з метою підняти температуру газів, і, відповідно, очистити фільтр шляхом спалювання сажі, що накопичилася. Стандартом де-факто в конструкціях транспортних дизель-моторів стала наявність турбонагнітачів, а в останні роки - і «інтеркулера» - пристрої, що охолоджує повітря післястиснення турбонагнітачом - щоб після охолодження отримати велику масуповітря (кисню) в камері згоряння при колишній пропускну здатністьколекторів, аНагнітач дозволив підняти питомі потужні характеристики масових дизель-моторів, оскільки дозволяє пропустити за робочий цикл більшу кількість повітря через циліндри.
У своїй основі конструкція дизельного двигуна подібна до конструкції бензинового двигуна. Однак, аналогічні деталі у дизеля важчі і стійкіші до високих тисків стиснення, що мають місце у дизеля, зокрема, хон на поверхні дзеркала циліндра грубіший, але твердість стінок блоку циліндрів вище. Головки поршнів, проте, спеціально розроблені під особливості згоряння в дизельних двигунах і майже завжди розраховані на підвищений ступінь стиснення. Крім того, головки поршнів у дизельному двигуні знаходяться вище (для автомобільного дизеля) верхній площині блоку циліндрів. У деяких випадках - у застарілих дизелях - головки поршнів містять камеру згоряння («пряме упорскування»).
Сфера застосування
Дизельні двигуни застосовуються для приводу стаціонарних силових установок, на рейкових (тепловози, дизелевози, дизель-поїзди, автодрезини) і безрейкових (автомобілі, автобуси, вантажівки) транспортних засобівах, самохідних машинахта механізми (трактори, асфальтові катки, скрепери і т. д.), а також у суднобудуванні як головні та допоміжні двигуни.
Міфи про дизельні двигуни
Дизельний двигун з турбонаддувом
- Дизельний двигун надто повільний.
Сучасні дизельні двигуни з системою турбонаддува набагато ефективніші за своїх попередників, а іноді і перевершують своїх бензинових атмосферних (без турбонаддуву) побратимів з таким же обсягом. Про це говорить дизельний прототип Audi R10, який виграв 24-х годинну гонку в Ле-Мані, і нові двигуни BMW, які не поступаються за потужністю атмосферним (без турбонаддуву) бензиновим і при цьому мають величезний момент, що крутить.
- Дизельний двигун занадто гучно працює.
Гучна робота двигуна свідчить про неправильну експлуатацію та можливі несправності. Насправді деякі старі дизелі з безпосереднім упорскуваннямдійсно відрізняються дуже жорсткою роботою. З появою акумуляторних паливних систем високого тиску («Common-rail») у дизельних двигунів вдалося значно знизити шум, насамперед за рахунок поділу одного імпульсу упорскування на кілька (типово - від 2-х до 5-ти імпульсів).
- Дизельний двигун набагато економічніший.
Основна економічність обумовлена вищим ККД дизельного двигуна. У середньому сучасний дизель витрачає палива до 30% менше. Термін служби дизельного двигуна більший за бензиновий і може досягати 400-600 тисяч кілометрів. Запчастини для дизельних двигунів дещо дорожчі, вартість ремонту також вища, особливо паливної апаратури. З перерахованих вище причин, витрати на експлуатацію дизельного двигуна трохи менше, ніж у бензинового. Економія в порівнянні з бензиновими моторами зростає пропорційно потужності, чим визначається популярність використання дизельних двигунів у комерційному транспорті та великовантажній техніці.
- Дизельний двигун не можна переобладнати під використання як паливо дешевшого газу.
З перших моментів побудови дизелів будувалося і будується безліч їх, розрахованих до роботи на газі різного складу. Способів переведення дизелів на газ, в основному, два. Перший спосіб полягає в тому, що в циліндри подається збіднена газо-повітряна суміш, стискається і підпалюється невеликим запальним струменем дизельного палива. Двигун, що працює у такий спосіб, називається газодизельним. Другий спосіб полягає в конвертації дизеля зі зниженням ступеня стиснення, установкою системи запалення і фактично з побудовою замість дизеля газового двигуна на його основі.
Рекордсмени
Найбільший/потужний дизельний двигун
Конфігурація - 14 циліндрів у ряд
Робочий об'єм – 25 480 літрів
Діаметр циліндра – 960 мм
Хід поршня – 2500 мм
Середній ефективний тиск - 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)
Потужність – 108 920 к.с. при 102 об/хв. (віддача з літра 4,3 л.с.)
Крутний момент - 7571221 Н·м
Витрата палива - 13 724 літрів на годину
Суха маса – 2300 тонн
Габарити – довжина 27 метрів, висота 13 метрів
Найбільший дизельний двигун для вантажного автомобіля
MTU 20V400призначений для установки на кар'єрний самоскид БелАЗ-7561.
Потужність – 3807 к.с. при 1800 об/хв. ( Питома витратапалива при номінальній потужності 198 г/кВт*год)
Крутячий момент – 15728 Н·м
Найбільший/потужний серійний дизельний двигун для серійного легкового автомобіля
Audi 6.0 V12 TDIз 2008 року встановлюється на автомобіль Audi Q7.
Конфігурація – 12 циліндрів V-образно, кут розвалу 60 градусів.
Робочий об'єм - 5934 см³
Діаметр циліндра – 83 мм
Хід поршня – 91,4 мм
Ступінь стиску - 16
Потужність – 500 к.с. при 3750 об/хв. (віддача з літра – 84,3 л.с.)
Крутний момент - 1000 Нм в діапазоні 1750-3250 об/хв.
Принцип роботи якого ґрунтується на самозайманні палива при дії гарячого стисненого повітря.
Конструкція дизеля загалом мало чим відрізняється від бензинового двигуна , крім те, що у дизелі відсутня як система запалювання, оскільки займання палива відбувається за іншим принципом. Не від іскри, як у бензиновому двигуні, а від високого тиску, за допомогою якого стискається повітря, через що той сильно розігрівається. Високий тиск у камері згоряння накладає особливі вимоги до виготовлення деталей клапанів, які призначені для більш серйозних навантажень (від 20 до 24 одиниць).
Дизельні двигуни застосовуються не тільки на вантажних, а й на багатьох моделях легкових автомобілів. Дизелі можуть працювати на різних типахпалива - на ріпаковій та пальмовій олії, на фракційних речовинах та на чистій нафті.
Принцип дії дизельного двигуна
Принцип дії дизеля заснований на компресійному займанні палива, яке потрапляє в камеру згоряння і поєднується з гарячою повітряною масою. Робочий процес дизеля залежить виключно від неоднорідності ТВС (паливно- повітряної суміші). Подача ТВС у такому типі двигуна відбувається окремо.
Спочатку подається повітря, яке в процесі стиснення нагрівається до високих температур (близько 800 градусів за Цельсієм), потім камеру згоряння під високим тиском (10-30 МПа) подається паливо, після чого відбувається його самозаймання.
Сам процес займання палива завжди супроводжується високими рівнем вібрацій та шуму, тому двигуни дизельного типує більш галасливими порівняно з бензиновими побратимами.
Подібний принцип роботи дизеля дозволяє використовувати більш доступні та дешеві (донедавна) види палива, знижуючи рівень витрат на його обслуговування та заправку.
Дизелі можуть мати як 2, так і 4 робочі такти (впуск, стиснення, робочий хід і випуск). Більшість автомобілів оснащено 4-х тактовими дизельними двигунами.
Типи дизельних двигунів
За конструкційними особливостями камер згоряння дизелі можна розділити на три типи:
- З розділеною камерою згоряння. У таких пристроях подача палива здійснюється над основну, а додаткову, т.зв. вихрову камеру, яка розташовується в головці циліндрового блоку та з'єднується з циліндром каналом. При попаданні у вихрову камеру повітряна маса максимально стискається, тим самим покращуючи процес займання палива. Процес самозаймання починається у вихровій камері, потім перетворюється на основну камеру згоряння.
- З нерозділеною камерою згоряння. У таких дизелях камера знаходиться в поршні, а паливо подається в простір над поршнем. Нероздільні камери згоряння з одного боку дозволяють заощаджувати витрати палива, з іншого боку - підвищують рівень шуму під час роботи двигуна.
- Двигуни передкамерні. Подібні дизелі оснащуються вставною форкамерою, яка з'єднується з тонким циліндром каналами. Форма та розмір каналів визначають швидкість руху газів при згорянні палива, знижуючи рівень шуму та токсичності, збільшуючи ресурс роботи двигуна.
Паливна система у дизельному двигуні
Основою будь-якого двигуна дизельного типу є його паливна система. Основним завданням паливної системи є своєчасне подання потрібної кількості паливної суміші під заданим робочим тиском.
Важливими елементами паливної системи у дизельному двигуні є:
- насос високого тиску для подачі палива (ТНВД);
- паливний фільтр;
- форсунки
Паливний насос
Насос відповідає за подачу палива до форсунок по встановленим параметрам(залежно від кількості оборотів, робочого положення регуляторного важеля та тиску турбонаддуву). У сучасних дизельних двигунах можуть застосовуватися два типи насосів для палива – рядні (плунжерні) та розподільні.
Фільтр є важливою складовою двигуна дизельного типу. Паливний фільтр підбирається відповідно до типу двигуна. Фільтр призначений для виділення та видалення з палива води та зайвого повітря з паливної системи.
Форсунки
Форсунки є не менш важливими елементами паливної системи в дизелі. Своєчасне подання паливної суміші в камеру згоряння можливе лише при взаємодії паливного насоса та форсунок. У дизелях застосовуються два типи форсунок - з багатодирчастим та шрифтовим розподільником. Розподільник форсунок визначає форму факела, забезпечуючи ефективніший процес самозаймання.
Холодний пуск та турбонаддув дизельного двигуна
Холодний пуск відповідає за механізм передпускового підігріву. Це забезпечується за рахунок електричних нагрівальних елементів – свічок розжарювання, якими оснащена камера згоряння. При запуску двигуна свічки розжарювання досягають температури 900 градусів, підігріваючи повітряну масу, яка потрапляє в камеру згоряння. Живлення зі свічки розжарювання знімається через 15 секунд після запуску двигуна. Системи підігріву перед запуском двигуна забезпечують його безпечний запускнавіть за низьких атмосферних температур.
Турбонаддув відповідає за підвищення потужності та ефективності роботи дизеля. Він забезпечує подачу більшої кількості повітря для більш ефективного процесу згоряння паливної суміші та збільшення робочої потужності двигуна. Для забезпечення потрібного тискунаддува повітряної суміші у всіх робочих режимах двигуна застосовується спеціальний турбонагнітач.
Залишається тільки сказати, що суперечки щодо того, що краще вибрати рядовому автоаматору як силової установкиу свій автомобіль, бензин або дизель, не вщухають досі. Переваги та недоліки є в обох типів двигуна і вибирати необхідно, виходячи з конкретних умов експлуатації автомобіля.
Дуже поширені на легкових автомобілях. Багато моделей мають хоча б один варіант у моторній гамі. І це без урахування вантажівок, автобусів та будівельної техніки, де їх застосовують повсюдно. Далі розглянуто, що таке дизель, конструкція, принцип роботи, особливості.
Визначення
Цей агрегат є функціонування якого засноване на самозайманні розпорошеного палива від нагрівання чи стискування.
Особливості конструкції
Бензиновий двигун має ті ж конструктивні елементи, що дизель. Схема функціонування загалом також аналогічна. Відмінність полягає у процесах формування паливоповітряної суміші та її згоряння. До того ж дизельні двигуни відрізняються більш міцними деталями. Це зумовлено приблизно вдвічі більш високим ступенем стиснення, ніж у бензинових двигунів (19-24 проти 9-11).
Класифікація
По конструкції камери згоряння дизелі поділяють варіанти з роздільною камерою згоряння і з безпосереднім упорскуванням.
У першому випадку камера згоряння відокремлена від циліндра та з'єднана з ним каналом. При стисканні повітря, що надходить в камеру вихрового типу, закручується, що покращує сумішоутворення і самозаймання, яке починається там і триває в основній камері. Дизельні двигуни цього типу раніше були поширені на легкових автомобілях у зв'язку з тим, що вони відрізнялися зниженим рівнем шуму і більшим діапазоном оборотів від розглянутих варіантів.
З безпосереднім упорскуванням камера згоряння знаходиться в поршні, а паливо подається в надпоршневий простір. Така конструкція спочатку використовувалася на низькооборотних двигунах великого об'єму. Вони відрізнялися високим рівнем шуму та вібрацій та низькою витратоюпалива. Пізніше, з появою з електронним керуваннямта оптимізацією процесу згоряння, конструктори досягли стабільної роботи при діапазоні до 4500 об/хв. До того ж зросла економічність, знизилася шумність та рівень вібрацій. Серед заходів щодо зменшення жорсткості роботи - багатостадійне уприскування. Завдяки цьому двигуни даного типу набули останні два десятиліття широкого поширення.
За принципом функціонування дизелі поділяють на чотиритактні та двотактні, як і бензинові мотори. Їхні особливості розглянуті далі.
Принцип функціонування
Щоб розуміти, що таке дизель та чим зумовлені його функціональні особливості, необхідно розглянути принцип роботи. Наведена вище класифікація поршневих ДВС заснована на кількості тактів, що входять до робочого циклу, які виділяють за величиною кута повороту колінчастого валу.
Отже, включає 4 фази.
- Впуск.Відбувається при повороті колінвала від 0 до 180 °. При цьому повітря проходить у циліндр через відкритий на 345-355 ° впускний клапан. Одночасно з ним під час повороту колінвала на 10-15 ° відкритий випускний клапан, що називають перекриттям.
- Стиснення.Поршень, рухаючись вгору при 180-360 °, стискає повітря в 16-25 разів (ступінь стиснення), а впускний клапан закривається на початку такту (при 190-210 °).
- Робочий хід, розширення.Відбувається за 360-540°. На початку такту до досягнення поршнем верхньої мертвоїточки паливо подається в гаряче повітря і займається. Це особливість дизельних двигунів, що відрізняється від бензинових, де відбувається випередження запалення. Продукти горіння, що виділяються при цьому, штовхають поршень вниз. При цьому час згоряння палива дорівнює часу його подачі форсункою і триває не довше за тривалість робочого ходу. Тобто при робочому процесі тиск газів постійно, внаслідок чого дизелі розвивають більший момент, що крутить. Також важливою особливістю таких двигунів є необхідність забезпечення надлишку повітря в циліндрі, оскільки полум'я займає невелику частину камери згоряння. Тобто відрізняється пропорція паливоповітряної суміші.
- Випуск.При 540-720 ° повороту колінвала відкритий випускний клапан поршень, рухаючись вгору, витісняє вихлопні гази.
Двотактний цикл відрізняється укороченими фазами і єдиним процесом газообміну в циліндрі (продувкою), що відбувається між кінцем робочого ходу та початком стиснення. При русі поршня вниз продукти горіння видаляються через випускні клапани або вікна (у стінці циліндра). Пізніше відчиняються впускні вікна для надходження свіжого повітря. Коли поршень піднімається, усі вікна зачиняються, і починається стиск. Трохи раніше досягнення ВМТ упорскується і займається паливо, починається розширення.
Через складність забезпечення продування вихрової камери двотактні мотори бувають тільки з безпосереднім упорскуванням.
Продуктивність таких двигунів вища у 1,6-1,7 разів, ніж характеристики дизеля чотиритактного типу. Її приріст забезпечується вдвічі більш частим здійсненням робочих ходів, але частково скорочується через їхню меншу величину і продування. Внаслідок подвоєної кількості робочих ходів двотактний цикл особливо актуальний у разі неможливості збільшення частоти обертання.
Основною проблемою таких двигунів є продування через її нетривалість, що неможливо компенсувати без зниження ефективності за рахунок скорочення робочого ходу. До того ж неможливо розділити вихлоп та свіже повітря, через що частина останнього видаляється з відпрацьованими газами. Цю проблему можна вирішити шляхом забезпечення випередження випускних вікон. У такому разі гази починають віддалятися до продування, і після закриття випуску циліндр доповнюється свіжим повітрям.
До того ж при використанні одного циліндра виникають складності із синхронністю відкриття/закриття вікон, тому існують двигуни (ПДП), в яких кожен циліндр має два поршні, що рухаються в одній площині. Один із них контролює впуск, інший – випуск.
За механізмом здійснення продування підрозділяють на щілинну (віконну) та клапанно-щілинну. У першому випадку вікна служать і впускними та випускними отворами. Другий варіант передбачає їх використання як впускні отвори, а для випуску служить клапан в головці циліндра.
Зазвичай двотактні дизелі застосовують на важких транспортних засобах на зразок кораблів, тепловозів, танків.
Паливна система
Паливна апаратура дизельних двигунів значно складніше, ніж у бензинових. Це пояснюється високими вимогами до точності подачі палива за часом, кількістю та тиском. Основні компоненти паливної системи – ТНВД, форсунки, фільтр.
Широко застосовується система подачі палива із комп'ютерним управлінням (Common-Rail). Вона впорскує його двома порціями. Перша з них маленька, що служить для підвищення температури в камері згоряння (передприскування), що дозволяє знизити шум та вібрації. До того ж дана система підвищує на малих оборотах момент, що крутить, на 25%, знижує витрату палива на 20% і вміст сажі у вихлопних газах.
Турбонаддув
На дизельних двигунах широко застосовують турбіни. Це пояснюється вищим (в 1,5-2) рази тиском вихлопних газів, які розкручують турбіну, що дозволяє уникнути турбоями, забезпечивши наддув із нижчих оборотів.
Холодний запуск
Можна знайти безліч відгуків про те, що за негативних температур Складність запуску таких моторів в холодних умовах обумовлена тим, що для цього потрібно більше енергії. Для полегшення процесу їх оснащують передпусковим підігрівачем. Даний пристрій представлений свічками розжарювання, розміщеними в камерах згоряння, які при включенні запалювання підігрівають повітря в них і працюють ще протягом 15-25 секунд після запуску для забезпечення стабільності непрогрітого двигуна. Завдяки цьому дизелі заводяться за температур -30...-25 °С.
Особливості обслуговування
Для забезпечення довговічності під час експлуатації необхідно знати, що таке дизель та як його обслуговувати. Відносно невисока поширеність цих двигунів у порівнянні з бензиновими пояснюється в тому числі більш складним обслуговуванням.
Насамперед це стосується паливної системи високої складності. Через це дизелі вкрай чутливі до вмісту у паливі води та механічних частинок, а її ремонт дорожчий, як і двигуна загалом у порівнянні з бензиновим того ж рівня.
У разі наявності турбіни також високі вимоги до якості моторної олії. Її ресурс зазвичай становить 150 тис. км., а вартість висока.
У будь-якому випадку на дизельних двигунах міняти масло слід частіше, ніж на бензинових (у 2 рази за європейськими нормами).
Як було зазначено, у цих моторів зустрічаються проблеми холодного запуску, коли при низьких температурах У деяких випадках це викликано використанням невідповідного палива (залежно від сезону на таких двигунах застосовують різні сорти, оскільки літнє паливопри низьких температурах застигає).
Експлуатаційні якості
До того ж багатьом не до душі такі якості дизельних моторів, як менші потужність та діапазон робочих оборотів, вищий рівень шуму та вібрацій.
Бензиновий двигун дійсно зазвичай перевершує у продуктивності, у тому числі й літровій потужності, аналогічний дизель. Мотор даного типу при цьому має більш високий і рівний графік крутного моменту. Підвищена ступінь стиснення, що забезпечує більший момент, що крутить, змушує застосовувати більш міцні деталі. Так як вони важчі, знижується потужність. До того ж це позначається на масі двигуна, а отже, і автомобіля.
Невеликий діапазон робочих оборотів пояснюється тривалішим займанням палива, внаслідок чого на високих оборотахвоно не встигає догоріти.
Підвищений рівень шуму та вібрацій викликає різке наростання тиску в циліндрі при запаленні.
Основними перевагами дизелів вважають більш високу тяжкість, економічність та екологічність.
Тяговитість, тобто високий момент, що крутить на малих оборотах, пояснюється згорянням палива в міру впорскування. Це забезпечує велику чуйність та полегшує ефективне використання потужності.
Економічність обумовлена як низькими витратами, так і тим, що паливо для дизеля дешевше. До того ж можливо використовувати як нього низькосортні важкі олії завдяки відсутності суворих вимог до випаровування. А чим паливо важче, тим вища ефективність двигуна. Нарешті, дизелі працюють на бідних сумішах у порівнянні з бензиновими моторами та при високого ступенястиснення. Останнє забезпечує менші втрати тепла із відпрацьованими газами, тобто більшу ефективність. Всі ці заходи знижують витрату палива. Дизель завдяки цьому витрачає його на 30-40% менше.
Екологічність дизелів пояснюється тим, що в їх вихлопних газах нижче вміст оксиду вуглецю. Це досягається застосуванням складних систем очищення, завдяки чому зараз бензиновий двигун відповідає тим же екологічним нормам, що дизель. Мотор такого типу раніше значно поступався бензиновим у цьому відношенні.
Застосування
Як відомо з того, що таке дизель і які його характеристики, такі мотори найбільше підходять для тих випадків, коли необхідна висока тяга на низьких оборотах. Тому ними оснащують майже всі автобуси, вантажівки та будівельну техніку. Щодо приватних транспортних засобів, серед них такі параметри найбільш важливі для позашляховиків. Завдяки високій економічності цими двигунами оснащують і міські моделі. До того ж вони зручніші в управлінні за таких умов. Тест-драйви дизелів свідчать про це.
Почати варто з того, що ККД дизельного двигуна набагато вищий, ніж у бензинового аналога. Простіше кажучи, цей двигун витрачає набагато менше палива. Подібного результату конструкторам вдалося досягти за рахунок створення унікальної конструкції.
Важливо! Принцип роботи дизельного двигуна дуже відрізняється від бензинового.
Безумовно, сучасні бензинові двигуни мають безліч різноманітних технологічних інновацій. Досить згадати пряме упорскування. Незважаючи на це, показник корисної дії бензинового двигуна становить близько 30 відсотків. У дизеля цей параметр досягає 40. Якщо ж згадати турбонаддув, то цифра може сягнути 50%.
Не дивно, що дизельні двигуни поступово завойовують Європу. Дорогий бензин стимулює покупців до покупки більше економічних машин. Виробники у режимі реального часу відстежують зміни у споживчих уподобаннях, впроваджуючи відповідні корективи у виробничий процес.
На жаль, конструкція дизельного двигуна не позбавлена недоліків. Одним із найістотніших є велика вага. Безумовно, інженери пройшли величезний шлях, поступово зменшуючи вагу мотора, але все є межа.
Справа в тому, що у пристрої дизельного двигуна всі деталі повинні бути підігнані одна до одної максимально точно. Якщо в бензинових аналогах допускається можливість маленького люфту, то тут все по-іншому. Як результат на самому початку впровадження технології дизельні агрегативстановлювали тільки на великі машини. Достатньо згадати ті ж вантажівки початку минулого століття.
Історія створення
Важко уявити, але перший працездатний дизельний двигун сконструював інженер Рудольф Дизель ще в XIX столітті. Тоді як паливо використовувався звичайний гас.
З розвитком технології вчені почали експериментувати. В результаті, які тільки види палива не використовувалися, щоб досягти найкращих результатів. Наприклад, якийсь час мотори заправлялися ріпаковою олією і навіть сирою нафтою. Безперечно, подібний підхід не міг дати по-справжньому серйозних досягнень.
Багаторічні дослідження привели вчених до ідеї використання мазуту та солярки. Їхня низька собівартість і непогана займистість дозволили скласти серйозну конкуренцію бензиновим аналогам.
Увага! Мазут та солярка робляться без застосування складних технологічних процесів. Саме це є запорукою їхньої низької ціни. Фактично вони є побічний продуктвід переробки нафти
Спочатку системи упорскування палива у пристрої дизельних двигунів були вкрай недосконалі. Це не дозволяло використовувати агрегати у машинах, які працювали на високих оборотах.
Перші зразки автомобілів, оснащених дизельними двигунами, з'явилися у 20-х роках минулого століття. Це був вантажний та громадський транспорт. До цього мотори такого класу застосовувалися лише на стаціонарних верстатах чи кораблях.
Лише за 15 років з'явилися перші машини, які працювали за рахунок дизельного двигуна. Незважаючи на це ще дуже довго дизель, будучи потужним і таким, що має імунітет до детонації, не мав широкого поширення в автомобілебудуванні. Справа в тому, що за наявності вагомих перевагу агрегату був цілий ряднедоліків, таких як підвищений шум при роботі та велика вага.
Лише у 70-х роках, коли почали зростати ціни на нафту, все кардинально змінилося. Автомобілебудівники та споживачі спрямували свої погляди до автомобілів, у своєму пристрої, що мають дизельні двигуни. Саме тоді вперше з'явилися компактні дизелі.
Дизельний двигун
Пристрій дизельного двигуна
Пристрій дизельного двигуна складається з чотирьох основних елементів:
- циліндрів,
- поршнів,
- паливної форсунки,
- впускного та випускного клапана.
Кожен елемент конструкції виконує своє завдання та має свої конструкційні особливості. У процесі розвитку дана технологія доповнилася багатьма деталями, які дозволили досягти набагато більшої продуктивності, ось основні з них:
- Паливна форсунка,
- інтеркулер.
Кожна з цих деталей дозволила значно збільшити ККД дизельного двигуна.
Принцип роботи
Дизельний двигун працює за рахунок стиснення. Завдяки цьому процесу рідина під тиском потрапляє до камери згоряння. Пропускними елементами є форсунки інжектора.
Важливо! Паливо потрапляє всередину лише тоді, коли повітря має потрібну силу стиснення та високу температуру.
Повітря має бути достатньо гарячим, щоб паливо спалахнуло. Перед тим, як потрапити всередину, рідина проходить через ряд фільтрів, які затримують чужорідні частинки, здатні нашкодити системі.
Щоб зрозуміти принцип роботи дизельного двигуна, потрібно розглянути весь процес подачі та займання палива від початку і до кінця. На початковому етапі повітря подається через впускний клапан. При цьому поршень рухається донизу.
Деякі впускні системи додатково облаштовуються заслінками. Завдяки їм у конструкції створюється два канали, через які повітря потрапляє усередину. Внаслідок цього процесу відбувається завихрення повітряних мас.
Увага! Впускні заслінки можуть бути відкриті лише за високої частоти обертання коленвала.
Коли поршень досягає верхньої точки,повітря стискається у 20 разів.Граничний тиск становить близько 40 кілограмів на квадратний сантиметр. При цьому температура сягає 500 градусів.
Форсунка впорскує паливо всередину камери в заданій кількості. Запалення відбувається виключно через високу температуру. Саме цей факт пояснює те, що у пристрої дизельного двигуна немає свічок. Мало того, система запалення відсутня як така.
Відсутність у конструкції дросельної заслінкидозволяє розвинути великий момент, що крутить. Але кількість оборотів при цьому перебуває на стабільно низькій позначці. За один цикл може здійснюватися кілька впорскування рідини.
Вниз поршень штовхає тиск газів, що розширюються. Результатом цього процесу є те, що повертається колінвал. Сполучною ланкою в цьому мікропроцесі є шатун.
Дійшовши до нижньої точки, поршень знову піднімається нагору, тим самим виштовхуючи вже відпрацьовані гази.Вони виходять назовні за допомогою випускного клапана. Такий робочий цикл повторюється щоразу в дизельному двигуні.
Щоб знизити відсоток сажі у газах, що виходять через вихлопну систему, існує спеціальний фільтр. Він дозволяє значною мірою зменшити шкоду, що завдається екології.
Додаткові вузли
Як працює турбіна
Турбіна у пристрої дизельного двигуна дозволяє значною мірою збільшити загальну продуктивність системи. Проте автомобільні інженерине одразу дійшли цього рішення.
Поштовхом до створення турбіни та впровадження її в загальний пристрійдизельного двигуна стало те, що паливо не встигає повністю згоріти, поки поршень рухається до мертвої точки.
Принцип роботи турбіни на дизельному двигуні полягає в тому, що даний конструкційний елемент дозволяє досягти повного згорянняпалива. Як результат потужність двигуна значно зростає.
Пристрій турбонагнітачів складається з таких елементів:
- Два кожухи один кріпиться на турбіну, другий на компресор.
- Підшипники є опорою вузла.
- Захисту виконує сталева сітка.
Весь цикл роботи турбіни дизельного двигуна складається з наступних етапів:
- Повітря всмоктується з допомогою компресора.
- Підключається ротор, що починає рухатися рахунок ротора турбіни.
- Інтеркулер охолоджує повітря.
- Повітря проходить кілька фільтрів і потрапляє усередину через впускний колектор. В кінці даної діїклапан закривається. Відкриття відбувається після завершення робочого ходу.
- Через турбіну дизельного двигуна проходять відпрацьовані гази, тим самим чинячи тиск на ротор.
- На цьому етапі швидкість обертання турбіни дизельного двигуна може досягати близько 1500 обертів на секунду. Це змушує обертатися ротор компресора у вигляді вала.
Цей цикл повторюється щоразу. Завдяки використанню турбіни потужність дизельного двигуна зростає.
Важливо! За рахунок охолодження густина повітря зростає.
Збільшення щільності повітря дозволяє подавати його значно більшій кількостівсередину двигуна. Збільшення потоку сприяє тому, що паливо всередині системи повністю згоряє.
Інтеркулер та форсунка
Під час стиснення збільшується як щільність повітря, а й його температура. На жаль, це дуже впливає на довговічність дизельного двигуна. Тому вченими було придумано такий пристрій, як інтеркулер. Він ефективно знижує температуру повітряного потоку.
Важливо! Інтеркулер працює за допомогою охолодження повітря шляхом теплообміну.
У пристрої може бути одна або дві форсунки. Їхнє завдання полягає в тому, щоб розпорошувати та дозувати паливо. Принцип роботи форсунки дизельного двигуна реалізується рахунок кулачка, який відходить від розподільчого валу.
Увага! Форсунки дизельного двигуна працюють у імпульсному режимі.
Підсумки
За рахунок використання нових технологій та додаткових вузлів дизельний двигун дозволяє досягти разючого показника корисної дії від згоряння палива. Цей показник сягає 40—50 відсотків. Що майже вдвічі більше, ніж у бензиновому аналогу.
