Дизельные двигатели широко используются в автомобилях, сельскохозяйственной и строительной технике. Чем же привлекательны эти моторы и в чем заключается принцип их работы? Давайте разберемся!
История создания дизельного двигателя
Дизельный двигатель был изобретен немецким инженером Рудольфом Дизелем в конце XIX века. Рудольф Дизель родился в 1858 году в Париже, получил техническое образование в Германии. В 1890-х годах он начал работу над двигателем внутреннего сгорания, использующим в качестве топлива нефтепродукты.
Первый работающий дизельный двигатель был построен Дизелем в 1897 году. Он имел мощность 20 л.с. и КПД 26%, что превосходило показатели бензиновых двигателей того времени. Однако дизели получили широкое распространение не сразу. Главными препятствиями были дороговизна производства и отсутствие подходящего топлива.
Принцип работы дизельного двигателя
Главное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе воспламенения топливной смеси. В дизеле нет свечей зажигания, воспламенение происходит от сжатия воздуха внутри цилиндра.
- Поршень сжимает воздух внутри цилиндра.
- Воздух сильно нагревается, достигая температуры самовоспламенения дизельного топлива.
- Через форсунку в цилиндр впрыскивается топливо.
- Топливо воспламеняется от высокой температуры.
- Газы быстро расширяются, давят на поршень.
Такой двухтактный цикл повторяется многократно, приводя в движение коленчатый вал двигателя. Степень сжатия в дизеле в 2-3 раза выше, чем в бензиновом двигателе. Это позволяет достичь очень высокой температуры и обеспечить воспламенение топлива от сжатия.
Типы камер сгорания
Существует два основных типа камер сгорания в дизельных двигателях:
- Неразделенные камеры
- Разделенные камеры: Предкамерные Вихрекамерные
В неразделенных камерах топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Такие двигатели отличаются высокой экономичностью, но повышенной шумностью.
В разделенных камерах топливо сначала попадает в специальную предкамеру или вихрекамеру, где происходит предварительное смешивание и воспламенение. Это снижает шум и вибрацию двигателя, но приводит к некоторому увеличению расхода топлива.
Системы подачи топлива
Для точной подачи топлива в цилиндры дизельного двигателя используются различные системы:
- Механические системы впрыска
- Система насос-форсунка
- Система Common Rail
Механические ТНВД обеспечивают давление впрыска до 1000 атм, но не позволяют точно регулировать процесс подачи топлива.
В системе насос-форсунка давление может достигать 2200 бар, управление осуществляет электронный блок. Но зависимость давления от оборотов сохраняется.
Наиболее современная система Common Rail поддерживает постоянное давление впрыска до 2000 бар независимо от режима работы двигателя. ЭБУ управляет моментом и длительностью впрыска.
Турбонаддув
Для увеличения мощности дизельных двигателей широко применяется турбонаддув с помощью турбокомпрессора. Принцип действия турбокомпрессора:
- Выхлопные газы вращают турбину.
- Турбина приводит в действие компрессор.
- Компрессор нагнетает больше воздуха в цилиндры.
Благодаря турбонаддуву мощность двигателя может быть увеличена на 15-20% без изменения рабочего объема. К недостаткам турбодизелей относятся более высокая температура и давление, снижающие ресурс работы.
Экологичность дизельных двигателей
Одна из главных проблем дизельных двигателей - выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Основные токсичные компоненты в выхлопе дизеля: оксиды азота, сажа, несгоревшие углеводороды. Для снижения выбросов применяются различные технологии.
- Применение системы рециркуляции отработавших газов
- Использование сажевых фильтров и каталитических нейтрализаторов
- Модернизация процесса сгорания и системы впрыска
Благодаря этим мерам удается значительно снизить содержание вредных веществ в выхлопе и сделать дизельный двигатель более экологичным. Однако проблема до конца не решена.
Достоинства и недостатки дизельных двигателей
Рассмотрим основные преимущества и недостатки дизельных двигателей:
| Достоинства | Недостатки |
|
|
Как видно, достоинства дизельных двигателей во многом перевешивают их недостатки. Главное преимущество дизеля - высокая экономичность, позволяющая экономить топливо.
Тенденции развития дизельных двигателей
Основные направления совершенствования дизельных двигателей:
- Повышение топливной экономичности
- Снижение токсичности выхлопных газов
- Улучшение динамических и шумовых характеристик
- Упрощение конструкции и снижение стоимости
Развитие систем непосредственного впрыска топлива и электронного управления позволит улучшить экологичность и другие показатели дизелей. В будущем ожидается дальнейшее расширение использования этих экономичных двигателей.
Применение дизельных двигателей
Дизельные двигатели широко используются:
- На грузовых автомобилях, локомотивах, кораблях
- В строительной и сельскохозяйственной технике
- В нефтяной и газовой промышленности
- На тепловозах и в речном флоте
- В энергогенерирующих установках
Широкое распространение дизельных двигателей обусловлено их экономичностью и надежностью. Перспективным направлением является использование дизелей на легковых автомобилях.
Таким образом, мы рассмотрели принцип работы и устройство дизельных двигателей, их достоинства и применение. Эти экономичные моторы постоянно совершенствуются и находят все большее применение в различных отраслях.
Особенности дизельных двигателей
Рассмотрим некоторые конструктивные особенности дизельных двигателей.
Поршневая группа
Поршни дизельных двигателей имеют характерную форму днища, зависящую от типа камеры сгорания. Часто днище поршня является частью камеры сгорания. Поршни выполняются массивнее, чтобы выдерживать высокие нагрузки.
Топливная аппаратура
Важнейший узел дизеля - топливный насос высокого давления и форсунки. Они обеспечивают подачу топлива в камеру сгорания с необходимым давлением и в нужный момент цикла.
Система смазки
В дизелях используется усиленная система смазки для охлаждения поршней. Моторное масло под давлением подается к деталям двигателя через масляные каналы в блоке цилиндров.
Система охлаждения
Высокие температуры газов в камере сгорания требуют эффективной системы жидкостного охлаждения дизельного двигателя. Используются мощные центробежные насосы и радиаторы большой площади.
Крепежные детали
В конструкции дизеля широко применяются усиленные болты, шпильки, гайки. Это связано с большими нагрузками на детали и узлы двигателя.
Ремонт дизельных двигателей
Рассмотрим основные виды ремонтных работ для дизельных двигателей:
- Замена поршневых колец, поршней, шатунов
- Притирка клапанов
- Замена сальников коленвала
- Ремонт топливной аппаратуры
- Замена масляного насоса
Для качественного ремонта дизеля важны специальный инструмент, оригинальные запчасти и высокая квалификация механиков. Правильно отремонтированный дизельный двигатель может надежно проработать десятки тысяч часов.
Выбор дизельного двигателя
При выборе дизельного двигателя учитывают:
- Тип двигателя и его назначение
- Требуемая мощность и крутящий момент
- Условия эксплуатации
- Стоимость и расходы на обслуживание
- Надежность и ресурс работы
С этими факторами тесно связаны конкретные марки и модели дизелей. Правильный выбор позволит получить эффективный и экономичный двигатель.
Будущее дизельных двигателей
Несмотря на растущую популярность электромобилей, дизельный двигатель имеет большие перспективы. Ожидается дальнейшее повышение его экономичности, экологичности и ресурса. Развитие технологий непосредственного впрыска, турбонаддува, многотопливности сделает дизели еще более конкурентоспособными.
Производители дизельных двигателей
Рассмотрим крупнейших мировых производителей дизельных двигателей:
Cummins
Американская компания Cummins выпускает широкую гамму дизельных двигателей мощностью от 100 до 3500 л.с. Используются на грузовиках, в промышленности, энергетике. Отличаются высокой надежностью.
Caterpillar
Американский производитель тяжелой техники Caterpillar выпускает надежные и экономичные дизели большой мощности для тракторов, бульдозеров, экскаваторов.
Yanmar
Японская компания Yanmar специализируется на производстве компактных и легких дизельных двигателей для небольшой строительной и сельскохозяйственной техники.
MTU
Немецкая компания MTU производит дизели для морских судов, локомотивов, электростанций. Отличаются повышенной надежностью и долговечностью.
Kamaz
Российская компания КамАЗ выпускает надежные и неприхотливые V-образные дизельные двигатели для грузовиков и автобусов.
Таким образом, существует множество производителей, предлагающих широкий выбор дизельных двигателей для различных областей применения.
Дизель или бензин?
При выборе двигателя для автомобиля часто встает вопрос: дизель или бензин? Рассмотрим их основные различия:
- Дизель экономичнее, особенно при езде в городе
- У бензинового двигателя выше мощность на литр объема
- Дизельный двигатель долговечнее
- Бензиновый мотор проще в эксплуатации
- У дизеля выше крутящий момент
- Бензиновые машины тише и плавнее разгоняются
Правильный выбор зависит от потребностей и условий эксплуатации автомобиля. Оба типа двигателей имеют свои преимущества.
Дизельные двигатели в России
В России дизельные двигатели широко используются:
- На грузовиках и автобусах (КамАЗ, ЯМЗ, ММЗ)
- В сельхозтехнике (тракторах, комбайнах)
- На тепловозах и речных судах
- В нефтегазовой промышленности
- На электростанциях
Российские дизельные двигатели отличаются надежностью, неприхотливостью к топливу и условиям эксплуатации. Ведутся работы по повышению их экономичности и экологичности.
Дизельные двигатели для судов
Дизельные двигатели широко применяются в судостроении для привода гребных винтов и работы судовых электростанций:
- Используются дизели большой мощности (до 100 000 л.с.)
- Требуются надежность, долговечность, экономичность
- Применяются среднеоборотные и малооборотные двигатели
- Часто устанавливаются реверсивные дизели
- Необходимы автоматизация и дистанционное управление
Двигатели Wärtsilä
Финская компания Wärtsilä производит широкую линейку экономичных и надежных судовых дизелей мощностью от 500 до 80 000 л.с. Широко используются на танкерах, контейнеровозах, круизных лайнерах.
Двигатели MAN
Немецкий концерн MAN выпускает дизели для морских судов мощностью до 95 000 л.с. Отличаются повышенной надежностью и долговечностью.
Двигатели Морского Регистра
Российские судовые двигатели производства "Морского Регистра" мощностью до 25 000 л.с. Характеризуются простотой конструкции и обслуживания.
Дизель-электрические установки
Дизельные двигатели часто используются в составе дизель-электрических установок:
- Дизель приводит в действие электрогенератор
- Электроэнергия используется для питания электродвигателей или передается потребителям
- Применяются на теплоходах, локомотивах, в энергосистемах
- Позволяют получить электроэнергию в автономных условиях
- Обеспечивают высокую надежность и КПД установки
Такие установки с дизельным приводом отличаются надежностью, долговечностью, экономичностью.
Применение дизелей на железной дороге
На железнодорожном транспорте дизели используются:
- В тепловозах (дизель-генераторная или гидропередача)
- В мотовозах и дрезинах
- В автономных электростанциях
- Для привода вспомогательного оборудования
Дизели ценятся за надежность, экономичность, возможность работы в самых суровых условиях. Российские железные дороги активно используют отечественные дизели.
