Дизельный двигатель: история создания и принцип работы

Дизельный двигатель — одно из важнейших изобретений человечества. Это наиболее универсальный и экономичный двигатель внутреннего сгорания, который получил широкое применение в автомобильной индустрии и промышленности. В данной статье мы расскажем о том, как возник дизельный мотор, как он работает и какой вклад внес в развитие автомобильной индустрии.

История создания дизельного двигателя

Впервые теоретический принцип работы идеальной тепловой машины описал французский физик Сади Карно в 1824 году. В своей работе «О движущей силе огня и о машинах», он привел цикл работы высокоэффективного двигателя состоящий из четырех этапов: нагревание, расширение, охлаждение и сжатие. При этом нагревать рабочее тело до температуры горения топлива, Карно предложил быстрым сжатием. Практическую реализацию этого принципа выполнил немецкий инженер Рудольф Дизель, который в 1893 году спроектировал первый дизельный двигатель.

Это был стационарный одноцилиндровый мотор с диаметром цилиндра 150 мм и ходом поршня 400 мм. В качестве топлива Дизель использовал обычную угольную пыль, однако контролировать скорость ее подачи в цилиндр было затруднительно, в результате чего первый запуск двигателя окончился неконтролируемым взрывом. В 1894 году немецкий конструктор усовершенствовал свой мотор и перевел его на питание нефтяным топливом. Этот агрегат успешно прошел весь цикл испытаний, и в 1897 году Рудольф Дизель представил свой первый коммерческий дизельный двигатель. Диаметр его единственного цилиндра составил 250 мм, ход поршня 400 мм, а рабочий объем достиг 19,6 л. Агрегат мощностью 20 л.с. демонстрировал впечатляющий КПД — 26,2%, на 10% больше бензинового двигателя Отто и на 16% больше классической паровой машины Уатта.

В 1898 году первый коммерческий дизельный двигатель был установлен на спичечной фабрике Vereinigte Zündholzfabriken AG — триумфальное шествие дизеля началось.

Первый легковой дизель

Судьба легкового дизеля сложилась непросто. В 1921 году одним из автомобилей достигших финала ралли Париж-Бордо, стал опытный Peugeot 156 оборудованный 2-цилиндровым 2-тактным дизелем мощностью 40 л.с. В серийное производство французская разработка не пошла, и только в 1936 году на производство поступил первый легковой дизельный автомобиль — Mercedes-Benz 260 D. Его 4-цилиндровый мотор объемом 2,5 л выдавал 45 л.с. и с трудом разгонял 1600-килогорамовый автомобиль до 95 км/ч. Впрочем, берлинским таксистам машина пришлась по душе и они по достоинству оценили экономичность нового двигателя.

Принцип работы дизельного двигателя

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя во многом схож с бензиновым. Но в отличие от бензинового двигателя, в котором смесь топлива и воздуха впрыскивается в цилиндр и зажигается искрой, в дизеле сначала сжимается только воздух. Он разогревается до очень высокой температуры 500-900°C и в этот момент происходит впрыск дизельного топлива, которое само по себе воспламеняется при контакте с разогретым воздухом.

Этот процесс называется самовоспламенением или воспламенением от сжатия. В результате происходит расширение газов, которые в свою очередь толкают поршень вниз и вращают коленчатый вал двигателя. Затем отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан. На первый взгляд устройство дизеля кажется простым, но подача топлива в цилиндры происходит под огромным давлением (до 2500 бар), что предъявляет очень высокие требования к конструкции ГБЦ, блока цилиндров и топливопадающей аппаратуре. Зато такой принцип работы обеспечивает высокую эффективность двигателя и низкий расход топлива. Тепловой КПД современных дизелей может достигать 50%, а в случае с гибридной дизель-электрической силовой установкой и того больше.

Преимущества и недостатки дизельного двигателя

Преимущества:

• Пониженный расход топлива — дизельные двигатели экономичней чем бензиновые на 10-30%
• Долговечность — дизельные двигатели имеют увеличенный срок службы по сравнению с бензиновыми аналогами. С правильным обслуживанием и уходом, они могут прослужить 1 млн километров и больше
• Большой крутящий момент — дизельные агрегаты развивают высокий крутящий момент, что делает их идеальными для применения в грузовых автомобилях, сельхозтехнике и промышленности
• Надежность — дизельные двигатели имеют простую конструкцию и более надежны

Недостатки:

• Высокий уровень шума и вибрации — дизельные моторы производят больше шума и вибрации
• Высокая стоимость — дизельные двигатели чаще всего дороже бензиновых
• Высокие требования к ГСМ — дизели требуют высококачественные топлива и масла

Заключение

Сегодня дизельный двигатель занимает очень важное место в хозяйственной деятельности человека. Он широко применяется в грузовых автомобилях, сельхозмашинах, строительной и морской технике, словом практически везде где требуется тяжелая и надежная работа. Развивается дизель и в легковой автотехнике, даже несмотря на «дизельгейт» и стремительное засилье электромобилей. Перспективы дизельных двигателей остаются весьма обнадеживающими в свете быстрого развития технологий, постоянного улучшения их конструкции и использования биотоплива.