Дизельный двигатель и его устройство¶

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором воспламенение топлива происходит от сжатия нагретого воздуха без применения электрической искры. Назван по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, предложившего в 1890-х годах рабочий цикл с воспламенением от сжатия. Работает на дизельном топливе, а также на тяжёлых фракциях нефти, судовом мазуте, газе и биодизеле. Отличается высоким КПД (у современных судовых и стационарных установок — свыше 50 %), большим крутящим моментом и экономичностью, но уступает бензиновым моторам по шумности и массе.

¶История

Рудольф Дизель получил патент на двигатель с воспламенением от сжатия в 1892 году, а рабочий образец испытал в 1897 году в Аугсбурге. Первоначально двигатель работал на керосине и растительных маслах. В 1898 году лицензию на производство приобрёл Эммануил Нобель для нефтяной промышленности России; первый российский дизель был построен на заводе «Людвиг Нобель» в Санкт-Петербурге в 1899 году. В 1903 году на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде начали выпуск дизелей, а теплоход «Вандал» стал первым судном с дизельной силовой установкой.

Массовое применение дизелей началось в 1920–1930-е годы: в грузовом транспорте, судоходстве, на электростанциях. В СССР в 1930-е годы выпускались тракторы и грузовики с дизельными моторами. После Второй мировой войны дизель стал основным двигателем для грузового автотранспорта, тепловозов, судов и военной техники.

¶Принцип работы

Основу составляет цикл, близкий к циклу Дизеля: в цилиндр засасывается чистый воздух, который сжимается поршнем в 14–24 раза, нагреваясь до 700–900 °C. В конце такта сжатия в камеру через форсунку впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется. Расширяющиеся газы толкают поршень, совершая рабочий ход. Отработавшие газы выбрасываются, цикл повторяется.

Различают:

• четырёхтактные двигатели — полный цикл за два оборота коленвала (автомобили, тепловозы, суда);
• двухтактные — цикл за один оборот (крупные судовые малооборотные дизели, некоторые мотоциклы).

Подача топлива осуществляется механическим топливным насосом высокого давления (ТНВД) или электронной системой Common Rail, обеспечивающей точное дозирование и многократный впрыск.

¶Классификация

Дизели различают по ряду признаков:

Наибольшее распространение в мире получили высокооборотные дизели с турбонаддувом для легкового и грузового транспорта, а также малооборотные двухтактные — для крупнотоннажных судов.

¶Устройство и системы

Основные системы дизеля:

• кривошипно-шатунный механизм — преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленвала;
• газораспределительный механизм — клапаны и распредвал, управляющие впуском и выпуском;
• топливная система — бак, фильтры, ТНВД, форсунки, трубопроводы высокого давления;
• система смазки — масляный насос, фильтры, каналы;
• система охлаждения — радиатор, насос, термостат;
• система пуска — стартер, свечи накаливания для холодного запуска;
• турбонаддув — турбокомпрессор, повышающий давление воздуха и мощность.

В современных двигателях применяются электронные блоки управления, датчики, системы рециркуляции отработавших газов (EGR) и нейтрализации (SCR с мочевиной).

¶Преимущества и недостатки

К преимуществам относят:

• высокий КПД (у лучших образцов до 50 % и более);
• экономичность расхода топлива на 25–30 % ниже бензиновых аналогов;
• большой крутящий момент при низких оборотах;
• долговечность и надёжность;
• топливная безопасность (дизель менее огнеопасен, чем бензин).

Недостатки:

• повышенная шумность и вибрация;
• большая масса и стоимость изготовления;
• чувствительность к качеству топлива, особенно в морозы;
• выбросы оксидов азота и сажи;
• сложность холодного запуска.

¶Применение

Дизели используются в грузовых автомобилях, автобусах, легковых машинах, тракторах, комбайнах, тепловозах, речных и морских судах, подводных лодках, дизель-генераторах, строительной и военной технике. В России дизельные двигатели выпускают предприятия «Автодизель» (ЯМЗ), КамАЗ, «Тутаевский моторный завод», а также зарубежные концерны, локализовавшие производство.

¶Экология и перспективы

Ужесточение экологических норм (Евро-5, Евро-6) стимулировало развитие систем нейтрализации, сажевых фильтров и электронного управления. Перспективные направления — гибридные дизель-электрические установки, применение биодизеля, синтетического и газового топлива, а также водородных добавок. В ряде стран обсуждается ограничение дизельных автомобилей в городах из-за выбросов, что стимулирует переход к электрификации грузового и пассажирского транспорта.

Источники: Большая российская энциклопедия; технические справочники по двигателестроению; материалы профильных отраслевых изданий.