В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Интересно, что в написанной им книге в качестве идеального топлива предлагалась каменноугольная пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; а также большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в емкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи.
Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т.е. он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность. Может, это и было причиной того, что используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т.к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20–30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.
В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотистый дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях. В 50–60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьезное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
В дальнейшие годы происходит рост популярности дизеля на легковых и грузовых автомобилях, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время предлагают как минимум по одной модели с дизельным двигателем.
Сто пятьдесят пять лет тому назад, 18 марта 1858 года, родился Рудольф Дизель — изобретатель нового типа двигателя внутреннего сгорания.
В конце сороковых годов прошлого века в СССР предприняли попытку лишить дизель имени его создателя. Этот тип мотора придумали именовать «двигатель с самовоспламенением топлива от сжатия» — длинно, однако эта формулировка точно отражает суть происходящих в нем процессов.
Рудольф Дизель (1858—1913)
В цилиндр сперва засасывается воздух, который сильно сжимается. Степень сжатия в дизеле достигает 20—22 единиц — почти вдвое выше, чем в бензиновых моторах! Под действием чудовищного давления воздух раскаляется настолько, что впрыскиваемое затем топливо самовозгорается, Электрического зажигании не требуется — свечи здесь служат лишь для предварительного разогрева камеры сгорания или впускного коллектора.
Дизель неприхотлив к качеству топлива и может работать на нефти и ее погонах — этого как раз и добивался изобретатель. По сравнению с бензиновым мотором он менее «оборотистый» и экономнее расходует горючее. Однако дизель сильнее шумит при работе и требует повышенной точности изготовления. К тому же он тяжелее аналогичного бензинового силового агрегата — специалисты говорят: «более металлоемкий».
«Детище» Проспера Л’Оранжа — Mercedes-Benz 260D
Идеи Дизеля нашли практическое применение на автомобилях только в 1923 году, то есть ровно 80 лет назад. Впервые двигатель его конструкции установили на партию из 100 грузовиков Benz, a позже применили на грузовиках MAN. В те времена на фирму «Benz» работал видный теплотехник Проспер Л’Оранж, ускоривший использование дизелей на автомобилях. А после слияния «Benz» и «Daimler» в 1926 году он же способствовал внедрению дизельных моторов на легковых машинах. Уже в 1936-м начался серийный выпуск Mercedes-Benz 260D — в основном он использовался в такси. Ведь дизельные двигатели дороже бензиновых в изготовлении и окупаются тем быстрее, чем больше автомобиль «намотает» за год километров.
Первый автомобильный дизель Benz (1923 год)
В СССР в 1934 году устроили испытательный пробег дизельных машин разных зарубежных фирм. Целью его было выявить лучший мотор для работы в наших дорожных и климатических условиях. Речь шла о возможной закупке лицензии, а в Уфе планировалось сооружение большого завода дизельных грузовиков. Однако в 1938 году завод передали авиационной промышленности. К автомобилям он вернулся лишь в 1967-м, когда начал выпуск бензиновых моторов для «Москвичей». Первый же советский серийный автомобильный дизель был освоен Ярославским автомобильным (ныне моторным) заводом в 1947 году — это был двухтактный агрегат но типу американского GMC 4-71.
Подавляющее большинство современных дизелей работает в четырехтактном цикле. Двигатели этого типа по характеру смесеобразования делятся на две группы; с объемным и пленочным смесеобразованием. В первом случае топливо подается в объем камеры сгорания, во втором — на ее стенки. К первому типу относятся, например, моторы КамАЗ.
В свою очередь дизели с пленочным смесеобразованием, наиболее распространенные в настоящее время, бывают предкамерными и вихрекамерными. У первых существует так называемая форкамера, соединенная узким каналом с камерой сгорания.
Автомобиль С 111-III для установления аэродинамических рекордов среди дизельных машин. Оборудован серийным пятицилиндровым турбодизелем с интеркулером Mercedes-Benz объемом 3л и мощностью 230 л.с. (1978 год)
В предкамере топливо быстрее воспламеняется и по узкому каналу «выстреливается» в основной объем. В вихрекамерных дизелях впрыскиваемому топливу за счет особой формы камеры сгорания придается вихреобразное движение, поэтому оно лучше распыляется. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки: например, вихрекамерные дизели менее экономичны, но мягче работают.
С середины 60-х годов начали распространяться дизели с турбо-наддувом. Миниатюрная турбина приводится в движение струей отработавших газов и вращает сидящий на общей с ней оси центробежный нагнетатель, который подает воздух под давлением в воздушный коллектор. Такая установка одновременно повышает мощность дизеля и снижает расход топлива. Но воздух, проходя через турбину, нагревается и теряет плотность. Поэтому между турбиной и коллектором, особенно на мощных дизелях, стали устанавливать радиатор предварительного охлаждения наддувочного воздуха — интеркулер.
В последние годы началось распространение дизелей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания. Это стало возможным благодаря появлению сложных высокоточных электронных систем управления этим процессом. Однако была еще одна важная проблема, которую предстояло решить. В обычном дизельном моторе каждая секция топливного насоса (ТНВД) порциями нагнетает солярку под давлением 1300—2000 атмосфер в «персональный» топливопровод, идущий к отдельной форсунке. В результате магистрали при работе пульсируют, каждый раз «подсасывая» лишние микродозы топлива. Все эти капли, сгорая, увеличивают расход горючего, повышают дымность выхлопа, да и двигатель из-за пульсаций излишне шумит.
Схема впрыска по технологии Common Rail
На новейших дизелях ТНВД подает горючее в единую магистраль топливную рампу Common Rail. Горючее в ней постоянно находится под давлением в 1300—1600 атм и точными дозами подается к форсункам. А открыванием их ведают уже не клапаны, срабатывающие от перепадов давления, а соленоиды и даже пьезоэлементы, получающие команды от компьютера. Электронный же «мозг» предварительно анализирует данные множества датчиков — например, положения педали акселератора, температурного режима двигателя, его нагрузки…Именно электроника открыла путь дальнейшему совершенствованию гибкости работы дизелей, повышению их тяговых характеристик, экономичности, экологичности… Многочисленные разработки подобного рода позволили поднять «оборотистость» дизелей с 2000 до 5000 об/мин.
Достижения прогресса прямо отразились на количестве дизельных машин мирового автопарка — сейчас они составляют в нем около трети, и в дальнейшем их доля будет только расти.
autoistok.com
История создания первого эффективного поршневого двигателя внутреннего сгорания, или дизельного двигателя, растянулась на долгие годы. Инженер Рудольф Дизель являлся одним из ключевых разработчиков данного агрегата.
Биография Рудольфа Дизеля
Рудольф Кристиан Карл Дизель появился на свет в Париже 18 марта 1858 года. Спустя некоторое время семья Дизель перебралась из Франции на территорию Германии, где будущий всемирно известный изобретатель и получил образование.
На протяжении долгих лет Рудольф Дизель работал над созданием и совершенствованием двигателя внутреннего сгорания с другими ведущими специалистами в этой области. В столь непростой работе немецкому инженеру помогали разработчики заводов Круппа и Эссене, а также машиностроительной фабрики в Аугсбурге, позже переименованная в МАН.
В ходе своей работы специалисты неоднократно сталкивались с проблемами и сбоями работы двигателя, однако к 1897 году команде специалистов и Рудольфу Дизелю все же удалось представить общественности функционирующий дизельный двигатель. На тот момент данный агрегат показывал самый высокий КПД по сравнению с имеющимися на тот день двигателями – 26%, а также выдавал мощность почти до 20 лошадиных сил.
Именно тогда изобретателю удалось стать миллионером благодаря посыпавшимся на него заявкам на сотрудничество. Однако несколько позже Рудольф Дизель начал испытывать проблемы в своем бизнесе, и его заводы становились банкротами. Сложившиеся проблемы несколько подкосили изобретателя.
29 сентября 1913 года Рудольф Дизель на борту парохода «Дрезден» отправился в Лондон на открытие нового завода Consolidated Diesel Manufacturing Co. На протяжении своего путешествия изобретатель находился в хорошем расположении духа, однако отправившись позже в свою каюту, исчез навсегда. Немного позже на палубе парохода обнаружили его плащ и шляпу, а когда несколько позже морякам удалось обнаружить тело утопленника в воде, сомнения в гибели Рудольфа Дизеля испарились. Однако по сей день остаются неизвестными обстоятельства его гибели, было ли это самоубийство или же кто-то намеренно избавился от известного инженера.
История развития дизельных двигателей
Впервые работа над данным агрегатом началась еще в 1824 году, когда первые разработки были представлены общественности Сади Карно. Именно Рудольф Дизель в 1890 году представил миру более усовершенствованные разработки, положив в основу принцип, разработанный Карно. В феврале 1892 года немецкому инженеру удалось получить патент на свое изобретение.
Первые двигатели Рудольфа Дизеля работали на основе растительных масел или легких нефтепродуктах. Дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой или «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» впервые был построен в Петербурге в 1898 году инженером Густавом Тринклером.
В том же году лицензию на дизельный двигатель Рудольфа Дизеля приобрел Эммануил Нобель, усовершенствовав его таким образом, что стало возможно использование в качестве горючего вещества керосин, а не нефть.
Первый настоящий скачек в развитии дизельных двигателей произошел в 20-х годах XX века. Именно тогда другой немецкий изобретатель Роберт Бош предложил свой способ усовершенствования конструкции топливного насоса, что позже позволило ему разработать и создать свой собственный дизельный двигатель. Принцип работы данного двигателя основывался на возгорании топлива от его сжатия.
После внедрения данного нововведения начали выпускать два типа дизельных двигателей. Первый агрегат использовал в своей работе насосную систему, а второй – аккумуляторную систему.
Другой серьезный скачек в развитии дизельных двигателей произошел в 60-х годах того же столетия. Тогда специалистам удалось изобрести новую совершенно систему непосредственного впрыска топлива. Нововведение получило название Common rail, что переводится как «общая магистраль». Однако данная система продолжительное время не использовалась. Лишь спустя 30 лет на нее обратили внимание японские специалисты, трудящиеся в стенах компании Denso и построившие новый дизельный двигатель на основе общей топливной магистрали.
В дальнейшем система Common rail лишь развивалась и совершенствовалась ведущими специалистами в области машиностроения. Тогда на нее обратили внимание известные итальянские компании Magnetti Marilli и Fiat. Последняя использовала данную систему на первом Alfa Romeo 156.
На сегодняшний день около 90% дизельных двигателей с системой Common rail выпускаются на мощностях таких автомобильных гигантов, как Delphi, Siemens, Denso и Bosch.
Специалисты предположили, что дальнейшие изменения, которые могут коснуться усовершенствования дизельных моторов могут быть связаны лишь в улучшении электронных компонентов или же программного обеспечения автомобиля.
Дизельные двигатели нашли широкое применение на железной дороге. Тепловозы, работающие на основе дизельного двигателя, широко используются на неэлектрофицированных участках железных дорог. Около 40% грузов и пассажирских перевозок в России лежат именно на тепловозах.
vistanews.ru
История дизельного двигателя начинается с блестящего ученого-изобретателя Рудольфа Дизеля, разработавшего революционную теорию для того времени. Он разработал совершенно новое устройство, в основе работы которого лежит работа сжатого воздуха, позволяющего значительно повысить температуру. Когда топливо впрыскивается в камеру поршня с этим воздухом, топливо воспламеняется от высокой температуры воздуха, взрываясь, заставляет поршень двигаться вниз. Дизель разработал двигатель в ответ на большие затраты ресурсов и низкую эффективность парового аналога, достигающую только 12% .
В феврале 1892 года, спустя пару лет после начала экспериментов, Дизель подал заявку на патент в Имперском Патентном Ведомстве Германии. В течение года он получил его, обозначенный номером 67207 на «новый эффективный, тепловой двигатель». При финансовой поддержке Фридриха Круппа и других промышленников Дизель начинает работу над воплощением идей в рабочие модели своего двигателя. В 1893 году его первая модель проработала на своем ходу с эффективностью в 26%, что превосходило показатель паровых двигателей того времени более чем в 2 раза. Наконец в феврале 1897 года он разработал первый дизельный двигатель, подходящий для практического использования, который работал с невероятной эффективностью 75%.
Дизель продемонстрировал свою очередную разработку на выставке в Париже. Это было его видением будущего, так как двигатель работал на арахисовом масле - оригинальном биодизельном топливе. Он считал использование биомассы в качестве топлива настоящим прорывом в науке. Он надеялся, что это станет возможностью для некрупных производств, фермеров, и "простого народа" конкурировать с монополиями, контролировавшими все производство энергии в то время, а также послужит альтернативой использованию низкоэффективных паровых двигателей. Так до 1920 года его двигатели приводились в действие биомассой, растительным маслом и биодизелем. Первые дизельные двигатели были достаточно громоздки и поэтому пригодны только для стационарного использования, в большинстве своем в промышленности и судоходстве. Так постепенно новый двигатель стал набирать популярность.
Неожиданно в 1913 году Рудольф Дизель буквально исчез. Причина по сей день остается загадкой, некоторые говорят о суициде, в то время как другие о политическом мотиве. Известно, что Дизель был не согласен с политикой Германии и не хотел, чтобы его двигатели использовались в национальном военно-морском флоте. Следуя в Англию, чтобы выразить свою поддержку и внедрить свои двигатели в производство, на полпути Дизель необъяснимо оказывается за бортом судна в Английском канале. Этот несчастный случай тем самым открыл дорогу немецкому подводному флоту к использованию двигателей Рудольфа Дизеля. Существует также и другая версия, согласно которой широкое применение технологий ученого было невыгодно уже имевшей дизельные двигатели на вооружении своих субмарин Франции.
1920 год принес видоизмененный топливный насос без использования сжатого воздуха и соответствующего бака. Этот двигатель теперь достаточно компактен, чтобы уместиться в транспортных средствах. В 1923 году мир увидел первые грузовики Мерседес Бенц с дизельным двигателем типа 260D. В то же самое время производители дизельных двигателей сталкиваются с серьезной проблемой, серьезно подорвавшую всю биотопливную промышленность. Этот период ознаменован ростом и укреплением позиций нефтяной промышленности.
Спустя 40 лет затишья, в 1973 году, когда под контролем ОПЕК оказалось большая часть мировых запасов нефти, американцы осознали, насколько сильно они привязаны к Среднему Востоку. ОПЕК, воспользовавшись своим превосходством, сократила предложение и повысила цены на нефть, втянув тем самым США в состояние кризиса. Похожая ситуация повторилась и позднее. Длинные очереди, паника заставили задуматься об альтернативе. Американская общественность вновь обратила внимание на более эффективные и экономичные автомобили с дизельными двигателями. Продажи устремились вверх и достигли неожиданных результатов. Успех был очевиден: более половины всех проданных автомобилей таких марок, как Пежо, Мерседес Бенц, Фольксваген, Ауди и Вольво были с дизельной начинкой. Впервые американские производители открыли производство автомобилей на основе дизельного двигателя. Невероятный всплеск продаж стих к 1980 году, когда цены на нефть стабилизировались, и к 1985 году Дженерал Моторс остановил их производство полностью.
Говоря о 21 веке, то мнению специалистов Bosch уже в 2012 году вредные выбросы и экономичность двигателя удастся сократить приблизительно на 10%. Всевозможные совершенствования и обновления дизельных двигателей привели к тому, что на эти двигатели приходится около 25 % мирового рынка производства новых автомобилей. К 2018 году этот процент ежегодно будет увеличиваться на один – два %. Первая половина 21 века – время дизельного двигателя!
www.antigeli.ru
