| Многие ведущие японские автомобилестроительные фирмы традиционно производят и устанавливают на свои автомобили дизели собственной разработки. Исключение составляют фирмы Honda, Subaru и Suzuki, выпускающие только бензиновые моторы. Вообще, дизели японского производства весьма разнообразны по конструкции и интересны по техническим и технологическим решениям. Можно даже сказать, что японская техника имеет свой собственный "стиль", отличающий ее от конкурентов из Европы. В одной из статей мы отметили. например, меньшие запасы прочности отдельных деталей японских дизелей. Но «меньшие» — это не значит «недостаточные». Просто японские дизели технически более совершенны, спроектированы рациональнее и в эксплуатации демонстируют высокие надежность и моторесурс. Правда, когда они попадают в неумелые руки, то нередко быстро выходят из строя. Но, как известно, неумелые руки — зло даже для их обладателя. В то же время, как это ни покажется странным, японские инженеры по части конструкторских решений дизельных моторов довольно консервативны. К примеру, некоторые модели дизелей выпускаются в течение 15 и более лет без серьезных изменений, а последние новинки в дизелестроении. такие как электронное управление топливоподачей, иногда внедряются на несколько лет позже, чем в Европе. Да и не стоит забывать, что топливная аппаратура японских дизелей выпускается тремя фирмами — Diesel Kiki Nippon Densel и Zexel по лицензии фирмы Bosch. Правда,при сохранении ряда общих узлов и деталей она все же заметно отличается от немецкого «оригинала». Например, форсунки и распылители японских моторов обычно раза в полтора меньше европейских аналогов. Многообразие дизелей японских автомобилей не позволяет в рамках одной статьи рассмотреть те или иные особенности всех моторов. Поэтому мы остановимся только на самых распространенных в России, исключив, к примеру, редкие экземпляры фирм Toyota (дизели 12Н, В, 1KZ) и Daihatsu, а также дизели фирмы Isuzu, о которых мы уже рассказывали ранее. Не забудем при этом, что, в отличие от европейских, японские дизели, как и автомобили, имеют разные модификации для внутреннего рынка и для экспорта. Дизели фирмы Toyota Двигатели моделей 1С (1.8 л) атмосферный и 2С (2.0 л) атмосферный и с турбонаддувом устанавливались на модели малого класса Corsa, Corolla, Carina, Sprinter и микроавтобусы Lite Асе, Town Асе. Эти моторы - верхневальиые, с непосредственным приводом клапанов через толкатели с регулируемым шайбами зазорои (такая конструкция наиболее часто встречается у дизелей всех японских фирм). Привод гаэораспределительного механизма и ТНВД у моторов 1С и 2C осуществляется зубчатым ремнем. Топливная аппаратура Diesel Kiki. Из интересных особенностей топливной системы не только их двигателей, но и вообще всех японских автомобилей, можно отметить необычную конструкцию форсунок. Они не имеют штуцеров для присоединения резиновых шлангов обратного слива излишков топлива (на жаргоне механиков - "обраток"), а соединены между собой единой металлической трубкой, уплотняемой алюминиевыми кольцами и крепящейся к форсункам гайками. При правильном и своевременном техобслуживании такая система герметичнее и надежнее традиционной "европейской", а сама форсунка намного проще и дешевле в производстве. Однако если металлическая трубка "обратки" давно не снималась, то почти наверняка она будет сломана при демонтаже из-за "прикипания" к форсунке. Из эксплуатационных особенностей двигателей 1С и 2С можно отметить довольно высокую надежность механизма газораспределения - случаи разрушения зубчатого ремня редки и связаны обычно с грубым нарушением сроков его замены. Результат печален: гнутся клапаны, почти всегда ломается распредвал, а направляющие втулки клапанов получают трещины. Двигатели 2L (2.4 л) атмосферный, 2LT (2.4 л) турбодизель и 3L (2.8 л) атмосферный и турбодизель - одни из наиболее распространенных. Эти моторы устанавливаются на автомобили Hi-Асe, Hi-Lux, Camri, 4-Ranner, Landcruiser. Кстати, известны мелкосерийные образцы российских УАЗ, ГАЗ-31092, 3110 с двигателем 3L, который устанавливается на них одной из нижегородских фирм. Двигатели этой серии, как и предыдущей, тоже вихрекамерные верхневальные с непосредственным приводом клапанов цилиндрическими толкателями с регулировкой зазора шайбами. Отметим также простоту их конструкции, надежность, отсутствие конструктивных дефектов, доступность для обслуживания и ремонта специалистами даже не слишком высокой квалифиции. Пожалуй, это действительно оптимальный выбор для российских автомобилей, особенно атмосферные модификации. На автомобилях Landcruiser устанавливают также рядные шестицилиндровые диэели объемом 4.2 л. Такие моторы имеют несколько принципиально разных модификаций, среди которых самый простой и надежный - вихрекамерный дизель 1HZ без турбонаддува. Этот двигатель - верхневальный с непосредственным приводом клапанов толкателями и регулировкой зазора шайбами. Привод механизма газораспределения и ТНВД выполнен несколько необычно: от шестерни коленчатого вала через паразитную шестерню приводится ТНВД, а от последнего зубчатым ремнем осуществляется привод распредвала. Такая конструкция существенно снижает нагрузку на зубчатый ремень за счет исключения из его функции привода ТНВД. Правда, при этом повышаются нагрузки на шестерни и их оси, что при использовании низкокачественного масла приводит к быстрому износу этих деталей. Для увеличения жесткости блока цилиндров коренные крышки подшипников коленвала диэеля 1HZ выполнены в виде единой "плиты", представляющей собой нижнюю часть блока. Еще одной особенностью моторов 1НZ является наличие у стандартных вкладышей нескольких размерных групп (5 для шатунных и 5 для коренных вкладышей). При замене стандартных вкладышей надо устанавливать новые той же группы, чтобы точно выдержать оптимальный зазор в подшипниках. Двигатели 1HD-T и 1HD-FT аналогичны по конструкции блока цилиндров двигателю 1НZ но имеют непосредственный впрыск топлива, а двигатель 1HD-FT - еще и четырехклапанное газораспределение. Оба двигателя - с турбонаддувом, топливные насосы - обычные, с механическим управлением подачей. Двигатели очень требовательны к качеству топлива и масла: несмотря на большой ресурс, нередки случаи попадания в капитальный ремонт моторов этой серии с небольшим пробегом из-за задиров в поршневой группе. Атмосферным вихрекамерным двигателям 1НZ это свойственно в гораздо меньшей степени. Кстати, отсюда следует наша однозначная рекомендация: при покупке автомобилей Landcruiser для России простой мотор намного предпочтительнее турбонаддувного и особенно 24- клапанного с точки зрения надежности и долговечности. Дизели фирмы Nissan Эта фирма, так же как и Toyota, выпускает полную гамму двигателей - от 1.7 л до рядных "шестерок" 4.2 л (есть и большего объема, но это уже не для легковых автомобилей). Дизели СD17и СD20 объемом 1.7л и 2.0л соответственно применяются на автомобилях малого класса Sunny, Almera, Primera. Двигатель СD17 в настоящее время не выпускается. Оба мотора вихрекамерные верхневальные с прямым приводом клапанов и регулируемыми шайбами клапанными зазорами. Привод ГРМ зубчатым ремнем, а ТНВД приводится отдельным зубчатым ремнем. Моторы этой серии не имеют выраженных конструктивных особенностей и недостатков. Средний ресурс их около 200 тыс. км. У двигателя CD20 разных лет выпуска имеются отличия в головке блока, приносящие большие проблемы при поиске нужных запчастей. Особенно это относится к прокладкам головки блока - их легко перепутать и даже установить не ту, которую надо. Двигатель LD20 - довольно "древний " агрегат, устанавливавшийся в разные годы на автомобили Bluebird и микроавтобусы Vanette Это верхневальный вихрекамерный двигатель с ременным приводом распредвала и ТНВД. На части моторов применен привод распредвала двухрядной цепью, а привод ТНВД - зубчатым ремнем. Такая конструкция дороже, но надежнее. На моделях Bluebird устанавливалась также модификация с наддувом. Из регулировочных особенностей дизелей Nissan надо отметить следующее. У двигателей с единым ремнем привода ТНВД и ГРМ меткам на шкивах соответствуют метки не на корпусных деталях, а на зубчатом ремне. На старом ремне эти метки, естественно, стерты, поэтому без применения нового ремня осуществить правильную установку фаз газораспределения и впрыска может только очень опытный механик. Цена ошибки велика - чаще всего это будет поврежденная головка блока. Дизель LD28 - рядная "шестерка", аналогичная по конструкции LD20, но с цепным приводом ГРМ и ременным приводом ТНВД. Этот мотор выпускается как с турбонаддувом, так и без него. Особенность двигателя - рядный ТНВД фирмы Nippon Denso, обычно не применяемый японцами на легковых автомобилях. А устанавливался этот дизель в основном на легковые Laurel и Cedric. Семейство двигателей TD23, TD25 и TD277 объединяет моторы, аналогичные по конструкции, но различающиеся по объему (соответственно 2.3, 2.5 и 2.7 л). Эти дизели устанавливались на микроавтобусы Urvan, джипы Теггапо, Теггапо II, Pathfinder. Двигатели данной серии - вихрекамерные, с чугунной головкой блока, нижним расположением распредвала (OHV) и приводом клапанов штангами и коромыслами. Привод распредвала и ТНВД - шестернями. Двигатели довольно надежные, хотя тяжелые и шумные. На последних модификациях Terrano // механический ТНВД заменен на электронный. При этом электронным стало также управление турбокомпрессором и клапаном рециркуляции (EGR). Двигатель RD28T - рядный вихрекамерный шестицилиндровый объемом 2.8 л, устанавливался в основном на Patrol. В большинстве случаев выпускался с турбонаддувом, атмосферные модификации встречаются очень редко. Двигатель верхневальный (ОНС), с прямым приводом клапанов через гидротолкатели. Привод ТНВД и распредвала - зубчатым ремнем. Вообще это хорошо уравновешенный "тихий" мотор. Топливный насос фирмы Zexel до 1997 года механический, а с 1997 года - с электронным управлением. Метки ТНВД и ГРМ нанесены аналогично двигателю LD20 - на ремне ГРМ. Основные проблемы этого дизеля обычно связаны с головкой блока цилиндров, которая не отличается надежностью. В эксплуатации известны даже случаи, когда из-за сильного износа фасок клапанов и последующей посадки на упор плунжеров гидротолкателей "зависали" клапаны, и происходило резкое падение компрессии. Тем не менее, надо заметить, что повреждения головки нередко вызываются неисправностями топливной системы, охлаждения или несвоевременным техобслуживанием. Двигатель SD33T - вихрекамерный турбодизель объемом 3.3 л, устанавливался на старые джипы Patrol до 1989 г. Реже встречаются безнаддувные модификации этого мотора. Дизель данной серии нижневальный (OHV) с приводом распредвала и ТНВД шестернями. Применен рядный ТНВД Diesel Kiki. В целом SD33T - надежный неприхотливый силовой агрегат, не имеющий явных недостатков. Дальнейшим развитием модели является TD42 - рядный вихрекамерный шестицилиндровый атмосферный двигатель объемом 4.2 л. По конструкции он аналогичен: шестеренчатый привод ГРМ и ТНВД, нижнее расположение распредвала (OHV), ТНВД Diesel Kiki распределительного типа. Дизель ТD42 устанавливается на Patrol с 1987г. Дизели фирмы Nissan Дизели фирмы Mitsubishi На автомобилях Lancer, Galant, Space и Delica ставится дизель 4D65 объемом 1.8 атмосферный и турбодизель. Этот двиг верхневальный, с приводом ТНВД и ГРМ: тым ремнем, а клапанов - коромыслами. Для повышения уравновешенности и снижения вибраций на нем, как и на других двигателях Mitsubishi (в том числе, бензиновых) применены два балансирных вала, приводимых во вращение отдельным зубчатым ремнем. Несмотря на очень сложную конструкцию, трудно отметить их преимущества по шумности и вибронагруженности по сравнению, например, с двигателями Toyota или Nissan аналогичного объема. Дизели 4D55, 4D56 - двигатели объемом 2.3л и 2.5л турбодизели и атмосферные. Устанавливались на микроавтобусы L200, L300 и джипы Pajero, а по лицензии - на корейские Hyundai. По конструкции они похожи на 4065, но, естественно, значительно больших размеров. Это, пожалуй, самый распространенный у нас двигатель Mitsubishi, который при грамотном и своевременном техобслуживании достаточно надежен и долговечен. Основные его неисправности - обрыв ремня ГРМ вследствие несвоевременной замены или разрушения подшипника натяжного ролика. "Ломающиеся" коромысла привода клапанов при этом не предохраняют сами клапаны от повреждений. Частой неисправностью этого мотора является заклинивание одного из балансирных валов (чаще верхнего) из-за недостатка смазки. Правда, это обычно проявляется после некачественного ремонта. Вообще же замена втулок балансирных валов с проверкой их посадочных мест при капремонте обязательна. Часто встречаются у этих дизелей трещины и прогары форкамер из-за нарушений регулировок топливной аппаратуры (применена топливная аппаратура фирмы Nippon Denso с ТНВД распределительного типа и механическим управлением). Одна из последних разработок Mitsubishi - турбодизель 4M40 объемом 2.8 л, с 1993 года устанавливается на микроавтобусы и джипы Pajero. Это вихрекамерный верхневальный двигатель, имеющий шестеренчатый привод ТНВД и привод распредвала цепью от ТНВД. Топливная аппаратура фирмы Zexel, ТНВД распределительного типа с механическим управлением. По надежности дизель 4М40 превосходит 4D56, причем явных недостатков не имеет. Дизели фирмы Mazda Самый маленький из них имеет шифр PN. Этот атмосферный вихрекамерный дизель объемом 1.7 л устанавливался на легковые автомобили Mazda 323. Двигатель имеет верхнее расположение распредвала, привод ГРМ и ТНВД зубчатым ремнем, привод клапанов непосредственно через толкатели с регулируемым зазором. Топливный насос Diesel Kiki распределительного типа. На автомобили среднего класса Mazda 626 ставился двигатель RF - вихрекамерный дизель объемом 2.0 л. Это тоже верхневальный двигатель с прямым приводом клапанов и регулируемыми шайбами зазорами. Привод ТНВД и ГРМ - зубчатым ремнем, причем до 1987 г. ТНВД приводился отдельным ремнем, после - общим. Интересной особенностью этих моторов, правда, для моделей внутреннего рынка Японии является применение компрессора наддува с принудительным ременным приводом. Такое решение на дизелях нигде больше не встречается. Другой атмосферный дизель модели R2, имеет объем 2.2 л и является одним из самых распространенных, правда, не на автомобилях Mazda, а на корейских, куда он устанавливался по лицензии. А вообще R2 ставился иа микроавтобусы Mazda E2200 и Kia Besta, джипы Kia Sportrage и Asia Rocsta. R2, как и RF, вихрекамерный дизель с верх ним расположением распредвала, прямым приводом клапанов и с регулировкой зазора шайбами. Привод ГРМ и ТНВД зубчатым ремнем, топливный насос DieselKiki распределительного типа с механическим управлением, правда, на некоторые Kia Sportrage устанавливались ТНВД с электронным управлением. В целом это надежный мотор, хотя и чуть шумноватый. В заключение - о некоторых общих для всех "японцев" особенностях эксплуатации дизелей. Выше мы отметили, что металлические "обратки" всех японских моторов часто повреждаются при снятии. Если их неудачно запаять (что делают на некоторых СТО), то проходное сечение топливопровода может недопустимо сузиться. В этом случае двигатель перестает нормально работать, начинают плавать обороты, пропадает тяга, появляется дым. Данную неисправность обнаружить непросто, хотя она встречается часто. К таким же последствиям приводит и повторное использование алюминиевых уплотнительных шайб под "обратку", если они недопустимо деформированы. Другой неисправностью, тоже характерной для всех "японцев", является подсос воздуха через насос ручной подкачки топлива - "лягушку". Не стоит ее пытаться ремонтировать - надо сразу менять. При замене распылителей нельзя использовать номера распылителей, не соответствующие каталожным - японские моторы очень чувствительны к правильной регулировке системы топливоподачи. Ну и, конечно, следует соблюдать все рекомендации по срокам замены ремня ГРМ и масла, действующие для любых моторов. Только так можно рассчитывать на высокие надежность и ресурс японского дизеля. (С) Григорий ЦВЕЛЕВ |
dizelist.ru
dic.academic.ru
Ди́зель, поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе с воспламенением от сжатия. Топливо впрыскивается в цилиндр двигателя в конце сжатия и воспламеняется от высокой температуры сжатого воздуха. Дизели отличаются экономичностью.
Немецкий инженер Р. Дизель получил патент на это изобретение в 1892 и сумел заинтересовать им два ведущих завода Германии. Основная конструкция двигателя Дизеля получила оформление в результате многолетней работы конструкторов Аугсбургского машиностроительного завода и завода Круппа. К 1897 двигатель был изготовлен, испытан и поступил на рынок.На основной плите монтируется А-образная станина, отлитая в одно целое с рубашками водяного охлаждения. Кривошипно-шатунный механизм выполнен без направляющих. Рабочую поверхность цилиндра представляет запрессованная в станину чугунная втулка, которая при нагревании во время работы свободно удлиняется вниз, вследствие чего температурные деформации перестают быть опасными.
Коленчатый вал расположен внизу и опирается на подшипники, нижняя часть которых отлита в одно целое с основной плитой.
На станине сбоку укреплен двухступенчатый компрессор, необходимый для снабжения двигателя сжатым воздухом для распыления топлива и для пуска его в ход. Движение поршню компрессора передается от шатуна с помощью двух серег через балансир и шатун компрессора.
Распределительный вал укреплен на станине на уровне крышки цилиндра и вращается с числом оборотов вдвое меньшим, чем коленчатый вал, с помощью двух пар винтовых шестерен. Для этого служит вертикальный промежуточный вал, на котором укрепляется регулятор.
Двигатель работает по четырехтактному циклу: при первом ходе поршня вниз засасывается чистый воздух, который при обратном ходе сжимается до 30-34 атм. За 8-9о до верхней мертвой точки открывается игла для распыливающего воздуха, и поданное несколько раньше топливо вдувается в цилиндр, распыливается и воспламеняется от соприкосновения с горячим сжатым воздухом. Для этого компрессор делается двухступенчатым, чтобы давление сжатого в нем воздуха превышало максимальное давление газов в цилиндре двигателя.
При третьем такте происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания. Четвертый такт начинается с подъема поршня. За этот такт продукты сгорания выталкиваются поршнем через выпускные органы в атмосферу или к турбине нагнетателя. После этого процесс вновь начинается с первого такта.
Охлаждающая вода подводится внизу рубашки двигателя, затем через отверстие проходит в крышку цилиндра, откуда отводится через верхний фланец. В крышке цилиндра расположены впускной и выпускной клапаны. В крышке по оси цилиндра имеется форсунка для подачи топлива.
Мощность двигателя составляла 25 л. с., на керосине двигатель показал при испытании КПД в несколько раз выше, чем паровые машины того времени, а именно целых 26%.
Уже в 1897 патент на постройку нового двигателя был приобретен механическим заводом «Л. Нобель» в Петербурге, ставшим потом «Русским Дизелем», а в 1898 этот завод приступил к постройке дизелей. Уже в январе 1899 первый одноцилиндровый двигатель мощностью 20 л. с. при двухстах оборотах в минуту работал на сырой нефти с расходом 220 г / (л.с. в ч.).
Еще в 1898 выдающийся русский кораблестроитель К. П. Боклевский впервые выдвинул идею о целесообразности использования двигателей внутреннего сгорания на судах. Он считал: «Будущее принадлежит теплоходам». Именно в эти годы в русском языке появилось новое слово «теплоход».Весной 1903 от причала Выборгской стороны в Петербурге отошел первый в мире теплоход — волжский танкер «Вандал» грузоподъемностью 820 тонн. В качестве главных двигателей на нем были установлены три трехцилиндровых четырехтактных дизеля мощностью по 120 л. с. каждый при частоте вращения 240 об/мин. Эти дизели вращали генераторы электрического тока. Три электродвигателя вращали три винта теплохода. Реверс осуществлялся переменой направления тока в обмотках электромоторов.
Второй танкер тех же размеров «Сармат» вступил в эксплуатацию годом позже, чем «Вандал». На новом теплоходе были установлены два четырехцилиндровых четырехтактных дизеля мощностью по 180 л. с. каждый. При прямом ходе дизели непосредственно вращали винты теплохода, а при обратном ходе двигатели переключались на вращение роторов генераторов электрического тока. При этом гребные винты при заднем ходу вращались электродвигателями. Это новшество, внесенное русскими инженерами, существенно повышало КПД всей силовой установки.
В 1907-1909 гг. заводы «Л. Нобель» и Коломенский совместно построили дизели для восьми амурских мониторов. На каждом мониторе было установлено по четыре дизеля общей мощностью 1000 л. с. при 350 об/мин, что обеспечивало скорость хода 11 узлов или 20, 4 км/ч.
На Коломенском заводе работал известный инженер-конструктор Р. А. Корейво, который предложил для реверса судовых дизелей передачу из зубчатых колес с разобщительными пневматическими муфтами.
По конструкции дизели подразделяются на двухтактные и четырехтактные. Рабочий цикл в двухтактном двигателе происходит за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Очистка цилиндра двигателя и наполнение его свежим зарядом воздуха происходит в тот период, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. При этом поршень открывает нижние окна, через которые в цилиндр поступает свежий заряд, а перед этим открывался выпускной клапан, и газы покидали цилиндр двигателя, освобождая место для свежего воздуха. При этой системе очистки цилиндра свежий воздух поднимается вверх и часть его может покинуть цилиндр. Такая прямоточная продувка цилиндра обеспечивает наилучшую очистку от продуктов сгорания. При движении поршня вверх закрывается сначала впускной клапан, а затем и продувочные окна. После этого начинается процесс сжатия воздуха. Около высшей мертвой точки форсункой подается топливо, которое воспламеняется от горячего воздуха, и начинается сгорание и расширение продуктов сгорания при ходе поршня вниз. В конце второго такта открываются выпускные органы и открываются впускные, и процесс повторяется. Недостатком этой системы является наличие двух коленчатых валов и, соответственно, двух узлов с самостоятельными кривошипно-шатунными механизмами. Другой вид продувки — петлевой — применяется в настоящее время реже, так как качество очистки цилиндра в этом случае хуже, чем у прямоточной. К недостаткам двухтактных дизелей следует отнести потерю части мощностина процессы очистки и наполнения цилиндра очередной порцией горючей смеси. Эта потеря составляет около 20 %.
Дальнейшая классификация дизелей связана с их мощностью и назначением. По этим признакам их можно разделить на три группы: мощностью 100-736 кВт с применением в самых разнообразных областях промышленности, строительства и транспорта, дизели мощностью 736-5000 кВт, применяемые для мощных магистральных тепловозов и, наконец, мощные тихоходные двигатели морских теплоходов, когда количество кВт изменяется в пределах от 6000 до 25000.
megabook.ru
Реферат на тему:
Ди́зельный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения распыленного топлива от соприкосновения со сжатым разогретым воздухом. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе (в просторечии — «солярка»).[1]
Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель, Германия, Аугсбург, 1906
Патент, выданный Рудольфу Дизелю на его изобретение
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец, названый «Дизель-мотором», был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.
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; также наблюдались большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя Дизель и был первым, кто запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, 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.
В 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», т.е. дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором». При сопоставлении двигателей постройки «Дизель-мотора» и «Тринклер-мотора» русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более совершенной и перспективной. «Тринклер-моторы» не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем Дизеля. Российская конструкция оказалась проще, надежнее и перспективнее немецкой.[2]
В 1898 г. Эммануэль Нобель приобрел лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля. Двигатель приспособили для работы на нефти, а не на керосине. С 1899 г. Механический завод "Людвиг Нобель" в Петербурге развернул массовое производство дизелей. В 1900 г на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля получил Гран-при, чему способствовало известие, что завод Нобеля в Петербурге наладил выпуск двигателей, работавших на сырой нефти. Этот двигатель получил в Европе название "русский дизель".[3]
В настоящее время 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 высокооборотистых 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 высокооборотный 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 серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилей, 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.
Дизельные двигатели применяются также на железной дороге. Локомотивы, использующие дизельный двигатель — тепловозы - являются основным видом локомотивов на неэлектрифицированных участках, конкурируют с электровозами за счёт автономности, перевозят до 40 % грузов и пассажиров в России и выполняют 98 % маневровой работы[источник не указан 461 день]. Существуют также одиночные автомотрисы, дрезины и мотовозы, которые повсеместно используются на электрифицированных и неэлектрифицированных участках для обслуживания и ремонта пути и объектов инфраструктуры. Иногда автомотрисы и небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами.
Далее повторяются все 4 такта.
В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:
Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла. Поршень идёт вниз, открывая впускное и выпускное окно. Воздух поступает в цилиндр и в это же время выходят отработавшие газы. Когда поршень идёт вверх—все окна закрываются. Происходит сжатие—это первый такт. Через форсунки распыляется топливо и оно загорается. Происходит такт расширения — поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т.д.
Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.
Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой. Существует также клапанно-щелевая продувка, когда отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха. Есть ещё двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (такая система использовалась на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10, танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Юнкерс).
Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6—1,7 раз.
В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100 000 л.с.
В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.
Крейцкопфный (слева) и тронковый (справа) двигатели. Номером 10 обозначен крейцкопф.
Двигатели могут быть тронковыми (когда шатун непосредственно присоединяется к поршню) и крейцкопфными (когда верхняя часть шатуна присоединяется к крейцкопфу — специальной скользящей конструкции, которая соединяется с поршнем штоком). Крейцкопфные двигатели позволяют снизить износ цилиндра и поршня, поскольку они освобождены от боковых усилий; зато тронковые двигатели намного меньше по размеру и весу. В настоящее время крейцкопфные двигатели используются только на больших морских судах.
Крейцкопфные двигатели могут быть двойного действия, когда рабочие полости устраиваются с обеих сторон поршня или 2 поршня движутся навстречу. Из-за сложности конструкции двигатели двойного действия почти не используют.
Цех судовых дизелей завода «Даймлер-Бенц» в Штутгарте
Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор. Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе.
Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива).
Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4 %).[4] Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя. Это послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Юнкерс, а также советский тяжелый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А. Д. Чаромского и Т. М. Мелькумова). На максимальной эксплуатационной мощности смесь в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи («тепловоз дает медведя»).
Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки (современные дизеля их уже имеют, т.к. имеют необходимость взаимодействовать с системой EGR, процессом управляет электроника/программистика), регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива, т. к. дизель (исправный) всегда работает на обеднённых смесях (неисправный -- чадит). Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя, а более высокий теоретический КПД (см. Карно) даёт более высокую топливную эффективность.
По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NOх) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Они могут привести к астме и раку лёгких. Больше всего загрязняют атмосферу дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта, в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности (мощности, снимаемой с единицы массы мотора), а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата (хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц).
Конечно, существуют и недостатки, среди которых — характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность и более высокая цена в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным и высоким крутящим моментом в своём рабочем объёме. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common rail. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронно-управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров (сложности) и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар (приблизительно эквивалентно "атмосфер"), то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра» (EGR). «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим «очистки сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы — и так называемого «интеркулера» — то есть устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбонагнетателем - чтобы после охлаждения получить бОльшую массу воздуха (кислорода) в камеры сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.
В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя (Отто). Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля, в частности, хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, но твёрдость стенок блока цилиндров выше. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней (верхние плоскости) в дизельном двигателе находятся выше (как правило) верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания ("прямой впрыск").
Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.
Дизельный двигатель с турбонадувом
Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.
Правильно настроенный дизель лишь немного «громче» бензинового, что заметно лишь на холостых оборотах. В рабочих режимах разницы практически нет[источник не указан 258 дней]. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично — от 2-х до 5-ти импульсов).
Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 1-5 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 МДж/кг) меньше, чем у бензина (44-47 МДж/кг)[5], основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше[6]. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400—600 тысяч километров.[источник не указан 634 дня] Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут меньше, чем у бензинового.[источник не указан 634 дня]
При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет[источник не указан 258 дней]. Например дизельный двигатель VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.
Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе — газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также — кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.
Самый большой/мощный дизельный двигатель
Судовой, 14 цилиндровый — Sultzer RT-flex96c, созданный компанией Wartsila в 2002 году, для установки на крупные морские контейнеровозы и танкеры, является самым большим дизелем в мире [7].
Конфигурация — 14 цилиндров в ряд
Рабочий объём — 25 480 литров
Диаметр цилиндра — 960 мм
Ход поршня — 2500 мм
Среднее эффективное давление — 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)
Мощность — 108 920 л.с. при 102 об/мин. (отдача с литра 4,3 л.с.)
Крутящий момент — 7 571 221 Н·м
Расход топлива — 13 724 литров в час
Сухая масса — 2300 тонн
Габариты — длина 27 метров, высота 13 метров
Самый большой дизельный двигатель для грузового автомобиля[источник не указан 741 день]
Caterpillar 3524B предназначен, для установки на карьерный самосвал Caterpillar 797B, созданный в 1998 году. Состоит из двух совмещенных двигателей Caterpillar 3512B HD.
Конфигурация — Два последовательно соединенных V-образных 12 цилиндровых мотора (24 цилиндра)
Рабочий объём — 117,1 литров
Диаметр цилиндра — 170 мм
Ход поршня — 215 мм
Мощность — 3550 л.с. при 1750 об/мин. (отдача с литра — 30,3 л.с.)
Крутящий момент — более 16 000 Нм
Самый большой/мощный серийный дизельный двигатель для серийного легкового автомобиля[источник не указан 741 день]
Audi 6.0 V12 TDI с 2008 года устанавливается на автомобиль Audi Q7.
Конфигурация — 12 цилиндра V-образно, угол развала 60 градусов.
Рабочий объём — 5934 куб. см
Диаметр цилиндра — 83 мм
Ход поршня — 91,4 мм
Степень сжатия — 16
Мощность — 500 л.с. при 3750 об/мин. (отдача с литра — 84,3 л.с.)
Крутящий момент — 1000 Нм в диапазоне 1750-3250 об/мин.
wreferat.baza-referat.ru
