1897 от рождества Христова…
Именно в этом году Рудольф Дизель смонтировал опытный образец двигателя, у которого воспламенение в цилиндрах происходит за счет сжатия. Концепция была разработана им же, чуть раньше. Правда работа дизельного двигателя была основана на воспламенении не продуктов нефтепереработки, а угольной пыли. Конечно, ресурс такого двигателя сводился к нескольким часам работы. Позже Дизель стал применять в качестве топлива керосин.
Скептиков у такого двигателя появилось не мало, правда, к таким не относился Эммануэль Нобель…
До и после Нобеля
Уже через год Нобелем был приобретен патент на изготовление дизельного двигателя, который и стали собирать на заводе в Санкт-Петербурге. В качестве топлива начали использовать тяжелые фракции нефти, отказавшись от керосина.
Русский аль немецкий…
Через два года, после успешного испытания, опять же в Петербурге, Густавом Тринклером изготавливается двигатель, у которого отсутствует искусственное нагнетание воздуха. Устройство этого двигателя было точной копией Дизельного, кроме системы впрыска топлива, но об этом позже.
Прошло немного времени, и дизельный двигатель превратился в самый востребованный агрегат в автомобилестроении.
Ху из DIESEL
Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя основан на воспламенении рабочей смеси (воздух+топливо) при очень высоком давлении. Отличается дизельный от бензинового, тем, что смесеобразование у него происходит непосредственно в камере сгорания, а не в карбюраторе (воздух может нагнетаться турбиной).
Такты работы дизельного двигателя:
- Такт впуска, при котором открывается впускной клапан и цилиндр заполняется воздухом. Клапан через некоторое время закрывается.
- Такт сжатия. Поршень начинает двигаться вверх и сжимать воздух. Немного не доходя до верхней мертвой точки поршня, в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо.
- Рабочий такт. Взрыв смеси, при этом расширение газов заставляет двигаться поршень вниз, в конечном итоге повернуть коленчатый вал и маховик, совершая работу.
- Такт выпуска, при котором открывается выпускной клапан и все отработанные газы выталкиваются поршнем наружу.
От простого к сложному
Конструкторская мысль не стоит на месте, поэтому дизельный двигатель даже в наше время еще доводится до совершенства. Это значит, что разрабатываются новые принципы и устройства управления впрыском, подачи топлива и эффективного использования отработанных газов. Разработка воздушных турбин, со сложной геометрией и т.д. Но обо всем порядку…
Впрыск топлива осуществляется системой подачи топлива, в которую входят насос высокого давления, фильтры, топливопроводы, система управления и форсунки. По типу впрыска дизели разделяются на двигатели с прямым впрыском и непрямым.
- Прямой впрыск осуществляется непосредственно под поршень, в специальное углубление (именно с таким впрыском и был прототип современного двигателя)
- Непрямой впрыск отличается тем, что топливо подается в специальную камеру (фор-камера), которая связана воздушным каналом с цилиндром. При таком впуске, в результате большего завихрения лучше перемешивается топливо и воздух. Именно этот способ впрыска предложил Густав Тринклер, о чем говорилось выше.
Применяемые насосы высокого давления также отличаются и подразделяются в зависимости от принципа работы на роторные и плунжерные.
В более ранних версиях дизельных двигателей, распределение топлива (момент зажигания) происходило при помощи механического распределителя, находящегося в корпусе ТНВД (топливный насос высокого давления). Современный двигатель оснащен электронным распределением момента зажигания. Принцип очень прост – во время работы форсунки открывает ЭБУ (электронный блок управления). Время и угол открытия определяется при помощи данных датчиков двигателя.
В основу положен принцип работы бензинового инжектора.
Турбину в помощь и не только…
На протяжении всего времени существования дизельного двигателя конструкторы стремятся при сохраненных размерах увеличить КПД и тяговые свойства. Для этого применяются различные вспомогательные агрегаты: турбины, интеркуллеры (двигатель у которого отсутствуют турбина и интеркуллер называется атмосферным).
Турбина
Предназначена для нагнетания воздуха в камеры сгорания во время работы двигателя. Устройство турбины представляет собой две крыльчатки расположенные на одном валу и заключенные в корпуса – «ракушки». Одну крыльчатку раскручивают выхлопные газы, проходящие через канал «ракушки», соответственно вторая крыльчатка, соединенная с атмосферой, начинает нагнетать воздух. Чем выше обороты двигателя, тем больше воздуха нагнетает турбина. Но наступает момент, когда порция воздуха преобладает над порцией топлива и турбину следует «ограничить». Для этого применяются корректоры геометрии турбины. Смысл их работы сводится к «притормаживанию» отработанных газов и уменьшения оборотов крыльчатки.
Работу турбины можно посмотреть на макетах или на видео в сети Интернет.
Интеркуллер
Необходим для охлаждения воздуха, подаваемого в цилиндры. В его состав входят радиатор и воздухопроводы. Было замечено, что при смесеобразовании топлива с холодным воздухом, КПД двигателя можно увеличить до 20 %. Этот принцип и послужил толчком к использованию интеркуллера во время работы дизеля.
Работа интеркуллера выглядит следующим образом: воздух из атмосферы втягивается турбиной и по воздушным патрубкам подается в радиатор интеркуллера. После радиатора в воздушный коллектор двигателя. Проходя через радиатор, воздух для двигателя охлаждается потоком воздушных масс, поэтому радиатор интеркуллера устанавливается в подкапотном пространстве. Применение интеркуллера без турбины нецелесообразно.
Поглядеть воочию
Говорят: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», именно поэтому всю работу узлов дизельного двигателя и самого дизеля можно посмотреть на ознакомительных видео.
Конечно, вместо видео можно стать счастливым обладателем дизельного коня и понаблюдать воочию, как работает дизельный двигатель!