В XIX веке во всем мире широко использовались паровые машины. Они пришли на смену гужевой силе и стали настоящим открытием в промышленности.
Однако у них был серьезный недостаток — низкий коэффициент полезного действия. Увеличение мощности влекло за собой рост их габаритов, так как для повышения КПД требовалось конструировать камеры сгорания и цилиндры значительных размеров. А это в свою очередь приводило к удорожанию всей конструкции.
Тысячи ученых пытались придумать более эффективную альтернативу и в итоге пришли к мысли, что для получения компактного силового агрегата необходимо добиться того, чтобы сжигание топлива происходило внутри рабочих цилиндров. Именно тогда начали появляться первые прототипы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Одним из первопроходцев в данном направлении был конструктор из Германии Николаус Отто. Он учел ошибки своих предшественников (Ф.И. де Реваса, Э. Ленуара) и в 1864 году представил научному сообществу ДВС, работавший на смеси воздуха и светильного газа, которая воспламенялась при помощи газовой горелки.
Стоит отметить, что светильный газ был достаточно дорогостоящим, поэтому через некоторое время его заменили продуктами нефтепереработки. В итоге, в 1885 году был выпущен первый бензиновый двигатель.
В феврале 1892 года немецкий изобретатель Рудольф Дизель зарегистрировал патент на свою разработку, которая описывала принципиально новый алгоритм работы двигателя. Он принялся искать инвесторов, способных профинансировать дальнейшие исследования. Таким образом началось его сотрудничество с автоконцерном «Машиненфабрик Аугсбург-Мюнхен», более известном по аббревиатуре «MAN».
Первый же выпущенный им образец имел КПД в районе 25-27%, в то время как у бензиновых он был не более 3-5%. Результаты были просто поражающими, но ученый не стал останавливаться на достигнутом и продолжил изыскания, которые также увенчались успехом.
Так что же он предложил?
Конструкция
Принцип работы заключается в преобразование движений КШМ (кривошипно-шатунного механизма) в механическую работу.
Главное отличие от бензинового агрегата заключается в том, что горючая смесь образуется непосредственно в камере сгорания, а ее воспламенение происходит при взаимодействии с воздухом, нагретом в ней же в результате сжатия.
Таким образом, отпадает необходимость в бензонасосе, катушках зажигания, дополнительных высоковольтных проводах и свечах, а также прочих узлах, без которых работа бензинового ДВС просто невозможна.
После запуска в цилиндре начинается сжатие воздуха, в результате чего тот достигает колоссальных температур (700°C). Затем в него впрыскивается порция дизельного топлива. При таких температурах оно начинает испаряться и его пары воспламеняются, что приводит в движение поршень. После этого цикл повторяется заново.
Топливная система дизельного двигателя включает в себя:
- Бак (предназначен для хранения топлива);
- Топливопроводы;
- ТННД (топливный насос низкого давления отвечает за забор топлива и его дальнейшее перемещение по системе);
- Фильтры (очищают солярку);
- ТНВД (топливный насос высокого давления обеспечивает перемещение солярки в отсеке высокого давления и является одним из самых дорогостоящих элементов всего двигателя);
- Форсунки (смешивают топливо с воздухом в необходимой пропорции).
Когда стала появляться необходимость в больших мощностях, был разработан дизельный двигатель с турбиной, которая преобразует энергию выхлопных газов.
Вкупе с компрессором (насос, который подаёт в цилиндры сжатые атмосферные массы) она обеспечивает поступление в ДВС большего количества кислорода, благодаря чему происходит значительное увеличение мощности (до 30%) без увеличения физического объема агрегата.
Использование турбины связано с рядом минусов:
- Повышенные требования к качеству топлива и масла;
- Увеличенный расход топлива;
- Сложность конструкции и ее ремонта;
- Более короткий интервал обслуживания;
Однако, плюсов от ее применения оказалось больше, поэтому сейчас они установлены практически на всех автомобилях.
Эксплуатация дизельного двигателя, учитывая сложность их конструкции, должна осуществляться при соблюдении некоторых важных требований:
- Не допускается использование топлива низкого качества. Наличие в нём различных примесей или воды может привести к коррозии элементов топливной системы;
- Важно строго придерживаться рекомендованных межсервисных интервалов: замена масла и фильтров, проверка состояния ремня ГРМ;
- Важно подбирать оптимальные обороты. Данные силовые агрегаты являются низкооборотистыми, поэтому не рекомендуется крутить их выше 3200 об/мин.
Зимой и при отрицательных температурах воздуха необходимо использовать специализированное топливо («арктическое», «зимнее»), которое обладает иными свойствами. Это позволит избежать кристализации парафинов, содержащихся в горючей смеси, и увеличит срок эксплуатации ДВС.
Также стоит отказаться от использования дешевых запчастей. В силу значительных нагрузок, испытываемых ими, к ним предъявляются повышенные требования, несоответствие которым может привести к дорогостоящему ремонту.
Современные дизеля отличаются надежностью, но пренебрежение вышеописанными рекомендациями может стать причиной серьезных поломок.