Начало истории автомобильных двигателей
Современный автомобилист – в отличие от его «коллеги» еще полвека назад – зачастую весьма смутно представляет себе, как работает его автомобиль, что происходит под капотом и какие процессы при этом задействованы. Общие слова вроде и понятны – про рабочий объем, мощность и расход топлива. Но для многих это уже не столько технические показатели, сколько характеристика товара. Да, любой автовладелец знает, на бензине или на дизеле он ездит, но для подавляющего большинства эта информация исключительно про то, из какой колонки заправляться. Интерес к двигателю уступает вниманию к всяким мультимедийным фишкам и опциям, возможности подключить смартфон или услышать голосовые подсказки навигации. А порой и просто заменен вопросом «через какое приложение каршеринга здесь удобнее взять автомобиль?».
Антон Борисенко
В рамках спецпроекта с брендом моторных масел G-Energy рассказываем об истории автомобильных двигателей.
youtube
Нажми и смотри
А ведь современный автомобильный двигатель – это одна из наиболее ярких иллюстраций технического прогресса за последние столетия, конкуренции успешных решений с гениальными, учета меняющегося мира и его требований. И вообще, как говорится, «во-первых, это просто красиво!» В этом цикле статей мы постараемся убедить вас, что это создание инженерной мысли действительно красивое в своем совершенстве, а история автомобильных двигателей – захватывающая и разносторонняя.
Мушкеты, скороварки и светильники
Многие будут удивлены, но одним из первых прообразов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) стала когда-то… средневековая пушка. Ну или какой-нибудь мушкет, если угодно.
А в стрелковом оружии порох взрывается, выделяется энергия, силой расширяющихся газов выталкивается «поршень», в качестве которого выступает ядро или пуля. И именно на порохе пытались создать свой двигатель голландский физик Христиан Гюйгенс (весьма небезызвестный в истории науки персонаж) и французский изобретатель Дени Папен. Была предпринята эта попытка еще в далеком 1690 году. Обеспечить стабильную и безопасную работу такого двигателя на практике не удалось: порох все-таки слишком опасен.
А вот что использовать в качестве безопасного и стабильного топлива – этот вопрос повис перед учеными, инженерами и изобретателями на несколько веков.
Достаточно популярной идеей было использование газа (например, угольного). Первый газовый поршневой двигатель предложил в 1799 году британец Джон Барбер. На светильном газе работал двигатель Филиппа Лебона – первый из запатентованных (в 1801 году). Что, кстати, немудрено, ведь именно Лебон считается изобретателем газового освещения. Вот только на практике реализовать свой патент двигателя француз не успел – ушел из жизни.
Другая ветка изобретений основывалась на использовании в качестве топлива угольной пыли. Именно на ней работал Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс, Жозефа Нисифора и Клода Феликса.
В 1806 году десятилетний патент на него им выдал лично Наполеон Бонапарт. Но конструкция этого механизма скорее была прообразом водометного, а то и реактивного двигателя. Зато именно братья Ньепс стали одними из первых, кто додумался заменить угольную пыль на нефть и оснастить двигатель простейшим, но впрыском топлива – он и стал прародителем современных систем впрыска.
В 1807 году Исаак де Риваз предложил идею двигателя, работавшего на водороде и имевшего ультрасовременное электрическое зажигание: тогда разработки Алессандро Вольты в области электричества и гальваники как раз были на пике инноваций. Конечно, с современными водородными топливными ячейками это не имело ничего общего: водород был просто еще одной попыткой найти наиболее подходящее топливо. Хотя именно четырехколесная повозка с этим двигателем де Риваза и считается многими первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, это была только идея. Вторая итерация этого автомобиля смогла провезти груз (около 300 кг камней) и четырех человек аж целых 26 м со скоростью целых 3 км/ч, однако практически все в этом двигателе – от подачи топлива до прочистки цилиндра от выхлопных газов, да и сам поджиг рабочей смеси – оператор должен был делать вручную.
Эпоха первых патентов
Поиски продолжались еще более полувека. За это время британец Самюэль Браун подарил миру (1825 год) идею водяного охлаждения цилиндра, но работал в этом цилиндре все тот же водород. В 1826 году в Америке Самюэль Мори получил патент на ДВС, где в качестве топлива использовались спирт и скипидар. Америка, кстати, в эти годы сделала серьезный рывок в этой области. Чуть позже изобретатель Чарльз Дьюри впервые в Новом Свете использовал в качестве топлива бензин (который тогда бензином еще не назывался), а в 1833 году появился двигатель Райта. Нет, не того, который «один из братьев Райт» – до их авиационных экспериментов оставалось еще более 60 лет. Лемюэль Веллман Райт запатентовал двигатель, который работал на газе, но уже по двухтактному циклу, и имел систему водяного охлаждения.
Интересным шагом стали двигатели британца Уильяма Барретта.
Именно двигатели – в 1838 году он разом запатентовал сразу три. Они были двухтактными (а один и вовсе использовал практически сохранившуюся до настоящего времени схему газообмена), но принципиальным здесь было то, что смесь не просто подавалась в камеру сгорания – она там сжималась перед воспламенением. До этого практически во всех конструкциях топливовоздушная смесь просто сгорала и расширялась. Предварительное ее сжатие позволяло значительно повысить как мощность, так и коэффициент полезного действия (КПД).
К 1863 году был построен рабочий прототип запатентованного пятью годами ранее двухцилиндрового ДВС итальянцев Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи. Он был двухцилиндровым, развивал мощность 5 л. с. и обладал очень неплохим по тем временам КПД. Именно итальянские изобретатели могли стать первопроходцами в создании по-настоящему коммерчески успешного двигателя – заказы начали поступать весьма активно. Но не судьба. В ходе налаживания выпуска своего детища на заводе в Бельгии Барзанти заболел тифом и умер, а Маттеуччи в одиночку проект вытащить не смог.
Двигатель Отто, который действительно стал основоположником серийных ДВС, появился на свет в 1862 году и был вынужден выдержать серьезную конкуренцию за место на рынке с еще одной передовой по тем временам конструкцией – двигателем Жана Жозефа Этьена Ленуара. Ленуар впервые представил свой двигатель чуть раньше, в 1860 году, но бельгийцу потребовалось несколько лет на доводку систем охлаждения и смазки. Тем не менее в итоге 12-сильный агрегат был доведен до ума, и его коммерческий тираж в Старом Свете составил почти полторы тысячи единиц – по тем-то временам! Автомобильная версия появилась на свет в 1862–1863 годах и тоже использовала для работы вместо угольного газа жидкое топливо – керосин.
Точнее, ушло – но об этом чуть позже.Борьба конструкций
Так что официальным предком всех сегодняшних четырехтактных ДВС стал все-таки появившийся в 1862–1863 году двигатель Отто и его партнера Карла Ойгена Лангена. За несколько лет он был усовершенствован настолько, что удостоился высшей награды Всемирной выставки в Париже (1867 год) и пошел в серию, даже несмотря на то, что Отто и Ланген успели в 1872-м пережить банкротство своей крохотной фирмы N. A. Otto & Cie. Впрочем, основанная уже после этого банкротства компания и по сей день не просто жива, но и великолепно себя чувствует. Это Deutz AG – крупный производитель, как нетрудно догадаться, газовых и дизельных двигателей. Стоит отметить, что в то время слово «дизельный» еще не существовало: Рудольфу Дизелю едва минуло тогда 12 лет.
Даже из патентного конфликта с французами, отстаивавшими первенство прав на четырехтактный двигатель за де Роша (да-да, упомянутое «дело ушло» проявилось именно на этой стадии), Отто со товарищи вышли потрепанными (частью прав пришлось поделиться, как и монополией на изобретение цикла Отто), но непобежденными.
А более 40 тысяч (сравните со считавшимся успешным тиражом двигателя Ленуара!) этих двигателей, произведенных за три десятилетия, стали окончательным докозательством промышленного триумфа. Но слабое место у двигателей Отто было – топливо. В этом качестве снова выступал светильный газ. Дорогой и достаточно дефицитный, он производился к тому времени уже мало где.
Немудрено, что разработки продолжали идти и в первую очередь в направлении использования набиравшего все большую популярность и распространение жидкого топлива. Велись они в Новом Свете (Джордж Брайтон), Австро-Венгрии (Зигфрид Маркус), Британии (Дугальд Клерк), России (Огнеслав Костович). Здесь перечислены далеко не все, кто занимался этими исследованиями.
Кстати, бензиновый двигатель Костовича был очень интересной, весьма совершенной по тем временам и перспективной разработкой. 8 цилиндров по оппозитной схеме (горизонтальное расположение цилиндров друг напротив друга), перспективное и доступное топливо, электрическое зажигание, смазочные масленки, водяное охлаждение и целых 80 л.
с. мощности при массе агрегата всего в 2,5 центнера – такое было бы, пожалуй, актуально и век спустя. Неудивительно, что после шести лет разработки (1879–1885) последовали шесть лет патентного триумфа: Костович получил патенты не только в России, но и в Британии и США. А похоронила проект изначально «неавтомобильная» постановка задачи: российский инженер работал в первую очередь для авиации – для проекта дирижабля «Россия». А проект оказался неудачным.
Имя Костовича, увы, известно ныне лишь специалистам и историкам. А вот его «виртуального оппонента» помнит весь мир. Это Карл Бенц, запатентовавший в 1879 году двухтактный бензиновый двигатель, а в последующие годы совместивший его с гениальным «комплектом» решений. Тут были и катушечное электрическое зажигание с искрой на свече, и карбюратор с дроссельной заслонкой. Было предусмотрено и основное внешнее оборудование: выносной радиатор охлаждения, коробка передач и сцепление. А к 1886 году Бенц запатентовал и четырехтактный двигатель по циклу Отто, но своей – естественно, тоже очень совершенной по тем временам – конструкции.
Вот она – практически готовая основа автомобиля! Долго ждать не пришлось, Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца») появился на свет в том же 1886 году.
Одноцилиндровый двигатель имел рабочий объем всего 954 см3 и мощность аж 0,9 л. с. (вздохнем, вспомнив о 80 л. с. двигателя Костовича), но развивавший 16 км/ч «моторваген» навсегда остался «отцом всех автомобилей». Именно он, а не тоже вроде бы вполне себе умевшие двигаться самостоятельно конструкции Ленуара, Маркуса и других.
Но картина первооснов, на которые потом стали опираться (и опираются до сих пор) инженеры-мотористы, была бы неполна без еще нескольких фамилий.
Не Отто единым
В 1886 году англичанин Джеймс Аткинсон предложил усовершенствование для четырехтактного двигателя Отто – несколько иной рабочий цикл, с увеличенной за счет более сложного кривошипно-шатунного механизма длительностью рабочего хода.
В свое время это более экономичное решение оказалось слишком конструктивно сложным для практической реализации. Однако к концу ХХ века, когда остро встали вопросы экономичности, а с другими недостатками цикла Аткинсона (например, малый крутящий момент на низких оборотах) справляться научились, идея была возрождена и ныне используется все чаще.
Еще одной разработкой конца XIX века (если точнее, 1891 года) стал двигатель Герберта Эйкройда Стюарта. Его идея была в том, что топливовоздушная смесь воспламенялась в смежной с цилиндром предварительной камере, а затем уже работала в основной камере сгорания. Такая схема обеспечивала лучшее наполнение цилиндров, снижала ударные нагрузки, делала работу двигателя плавней и экономичнее. Однако форкамерные бензиновые двигатели всё-таки остались экзотикой из-за сложности конструкции и частого отличия реальных показателей от расчетных. С такой конструкцией экспериментировали многие, например, мотористы ГАЗа для советских «Волг», однако мейнстримом она так и не стала.
Форкамерные дизели более распространены (несмотря на то, что тоже имеют особенности вроде затрудненного холодного пуска), но это отдельная и более специализированная история, выходящая за границы данной статьи.
Интересной и конкурирующей с «моторвагеном» Бенца конструкцией мог бы стать автомобиль англичанина Эдварда Батлера. Он даже показан был двумя годами раньше немецкого. Но полноценных испытаний изобретатель провести не смог из-за нелепых по нынешним временам британских законов об ограничении скорости «безлошадных экипажей» («Закон красного флага»), в сердцах плюнул и уничтожил свое детище, отказавшись от дальнейшей программы. А двигатель передал для разработок силовых установок для малых лодок – но уже без своего участия. В истории Батлер остался в первую очередь человеком, который дал бензину именно такое название – бензин.
Ну и, конечно, Рудольф Дизель… В 1892–1893 годах он запатентовал идею двигателя, в котором необходимую для воспламенения топливной смеси температуру обеспечивало сжатие воздуха.
Дело в том, что, хотя разные виды топлива (угольная пыль, газ, керосин, нефть, бензин) воспламенялись при разных температурах, в любом случае она была достаточно низка, чтобы обеспечить высокую эффективность – тот самый коэффициент полезного действия. Идея Дизеля была в том, что поршень сначала сжимал воздух, и тот нагревался при сжатии до температуры, существенно превышавшей температуру воспламенения топлива. А впрыск топлива осуществлялся уже в момент максимального сжатия – при значительно большей температуре, чем вытерпело бы просто сжимаемое топливо. Больше сжатие – сильнее и отдача. Кстати, с топливом немецкий инженер тоже наигрался вдоволь: изначально в его качестве выступала угольная пыль, затем керосин, а к началу ХХ века – нефть.
Конструкция Дизеля попутно делала ненужной электрическую систему зажигания: искра тут просто не требовалась. Зато этот двигатель требовал более прочных материалов (из-за более высокой степени сжатия) и системы подачи топлива под очень высоким давлением.
Собственно, эти конструктивные особенности никуда не делись и поныне, порой делая дизельные двигатели сложнее и дороже бензиновых. Но зато КПД! Уже самый первый образец, построенный Дизелем (кстати, работа выполнялась на заводе компании, ныне известной под названием MAN), имел КПД минимум на четверть лучше, чем двигатели конструкции Отто – 26,2%. Такой показатель и сегодня для бензиновых двигателей, ставших более совершенными, был бы неплох! В среднем КПД современных бензиновых ДВС находится в пределах 30% (не будем углубляться в особо продвинутые примеры с КПД почти до 40% – таких единицы, и это технические шедевры даже по нынешним меркам). А современные дизели имеют этот показатель на уровне уже 35–40%.
Кстати, в России работы над двигателями, аналогичными разработанным Дизелем, шли поначалу весьма успешно. Разработка петербуржца Густава Тринклера («Тринклер-мотор») была представлена в 1898 году. Этот атмосферный двигатель с воспламенением от сжатия имел КПД целых 29% и вполне мог бы потеснить собственно «дизели», но вмешалась.
.. нездоровая конкуренция. Нефтепромышленник и владелец завода «Людвиг Нобель» в Санкт-Петербурге Эммануил Нобель к этому моменту уже успел приобрести патент на производство двигателей Дизеля (собственно, и его завод-то потом был переименован в «Русский дизель») и фактически «задушил» опасного конкурента. Тринклер почти на десятилетие уехал продолжать разработки в Германию, а когда вернулся в Россию в 1907 году, занялся судовыми двигателями на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Работал там он успешно и долгие годы, создав уже в советское время великолепную школу двигателестроения и воспитав немало учеников. Но для автомобилестроения этот блестящий специалист был утерян навсегда.
Без чего не обойтись
Итак, на рубеже XIX–XX веков сложилась уже не теоретическая, а вполне практическая база для прорывного – на промышленном, массовом уровне – развития двигателестроения и автомобилестроения в целом. Были созданы базовые концепции и конструкции, в качестве топлива «застолбили место» бензин и другие нефтепродукты.
Чего-то в этой схеме все-таки не хватает? Да… И это «что-то» – смазочные материалы. На самом деле специализированные моторные масла к этому времени уже имели свою историю: впервые такой продукт был запатентован еще в 1866 году. Причем не инженером и не химиком, а врачом. Американец Джон Эллис вообще-то изучал свойства нефти в медицинских целях. Но заметил, что продукты на нефтяной основе обладают весьма высокими смазывающими качествами. Проверив наблюдение на практике – починив при помощи такой смазки заклинившую паровую машину – доктор подал заявку на патент и фактически стал основоположником целой будущей индустрии.
Конечно, смазки существовали и ранее, и чего только в их качестве не выступало, начиная от животных и растительных жиров. Увы, даже первые смазки на нефтяной основе – тяжелые и густые «остаточные» составляющие – вполне бы устроили доктора для «расклинивания» своей паровой машины, но абсолютно не подходили для двигателей внутреннего сгорания. И скорость перемещения деталей относительно друг друга, и температурный режим, и нагрузки – все здесь требовало совсем иных качеств.
Даже первые примитивные машинные масла конца XIX века не справлялись с отложениями продуктов сгорания в цилиндрах и требовали слишком частой замены.
Кстати, мы только что озвучили требования, которые остались актуальны для моторных масел и по сей день (конечно, список колоссально расширился и отрасль стала технологичной и наукоемкой), но всё-таки…
Это моющие свойства, устойчивость характеристик в требуемых температурных диапазонах, способность противостоять нагрузкам и защищать от них детали двигателя, способность учитывать качество различных видов топлива и даже колебания этих качеств. Как и двигатели, современные масла прошли колоссальный путь в развитии. Речь уже очень давно идет не о примитивной «касторке» или «машинном масле» – в дело все активнее вступает синтетика, а химики создают самые точные по своему действию присадки. Великолепной иллюстрацией может послужить одна из новейших разработок отечественного производителя – линейка масел Synthetic бренда G-Energy.
В нее входит сразу несколько продуктов, и каждый из них обладает своим уникальным набором качеств. Если водитель использует автомобиль в городе, пробеги невелики, а двигатель порой не успевает даже толком прогреться, разумнее использовать масло Super Start. Любителям «покрутить» двигатель и апологетам спортивного стиля больше подойдет масло Active. Масло Long Life готово позаботиться об уже не новых и, соответственно, имеющих определенный износ двигателях – его рецептура подобрана именно для такого применения. А масло Far East (Дальний Восток) учитывает даже региональные особенности двигателей японских и корейских производителей. Впрочем, о региональных особенностях и о том, как конструкции двигателей развивались в ХХ веке и как при всей схожести они различались, о том, как совершенствовались вместе с ними системы смазки, нам еще предстоит поговорить.
Краткая история развития двигателей.
В
качестве энергетических установок для
транспорта наибольшее распространение
получили поршневые двигатели внутреннего
сгорания.
Особенностью тепловых двигателей этого типа является то, что процесс сгорания топливо-воздушной смеси и преобразование тепловой энергии в механическую происходят непосредственно в цилиндре двигателя.
Положительные свойства двигателей внутреннего сгорания: компактность, высокая экономичность и долговечность, а также возможность использования в них жидкого и газообразного топлива привели к тому, что после появления этих двигателей в начале второй половины XIXв. они вскоре заменили паровую машину.
Первыми двигателями внутреннего сгорания, работавшими на газовом топливе, были двухтактные двигатели Ленуара (1860 г., Франция), Н. Отто и Э. Лангена (1867 г., Германия) и четырехтактный двигатель с предварительным сжатием смеси Н. Отто (1876 г.).
Организация
в конце XIXв.
промышленной переработки нефти
способствовала созданию, а затем и
производству двигателей внутреннего
сгорания, работающих на жидком топливе:
карбюраторные двигатели с искровым
зажиганием, калоризаторные двигатели
и двигатели с воспламенением от сжатия
— дизели.
В России первый двигатель с искровым зажиганием был построен в 1889 г. по проекту инженера И. С. Костовича. В 1899 г. на заводе Э. Нобеля в Петербурге (ныне завод «Русский дизель») был построен промышленный образец высокоэкономичного двигателя с воспламенением от сжатия. Этот двигатель в отличие от двигателя, построенного немецким инженером Р. Дизелем (1897 г.) и работавшего на керосине, мог работать на природной (сырой) нефти и ее погонах. В течение короткого времени конструкция этого двигателя, названного дизелем, была значительно усовершенствована и он стал широко применяться в энергетических стационарных установках, на судах и т. п. В настоящее время дизели применяются на тепловозах, тракторах, автомобилях средней и большой грузоподъемности и на других транспортных машинах.
На автомобильном транспорте широкое применение получили карбюраторные двигатели. Они устанавливаются на всех легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности .
В
нашей стране после Великой Октябрьской
социалистической революции, особенно
в период первых пятилеток, стало быстро
развиваться производство двигателей
внутреннего сгорания различного
назначения, в том числе и автомобильных.
Автомобильные карбюраторные двигатели
и дизели непрерывно совершенствуются.
Модернизируются старые конструкции
двигателей и ставятся на производство
новые, имеющие большую экономичность
и надежность при меньшей массе,
приходящейся на единицу мощности.
Успешное развитие двигателей внутреннего сгорания, создание опытных конструкций и промышленных образцов в значительной мере связаны с исследованиями и разработкой теории рабочих процессов. В 1906 г. профессор Московского высшего технического училища В. И. Гриневецкий впервые разработал метод теплового расчета двигателя. Этот метод в дальнейшем был развит и дополнен чл.-корр. АН СССР Н. Р. Брилингом, проф. Е. К. Мазингом, акад. Б. С. Стечкиным и др.
Анализ развития энергетических установок для автомобильного транспорта показывает, что в настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным силовым агрегатом и еще возможно его дальнейшее совершенствование.
Двигатель — Энциклопедия Нового Света
Школьная модель двигателя.
Двигатель — это машина, которая может преобразовывать некоторую форму энергии (полученной из топлива) в полезную механическую энергию или движение. Если двигатель производит кинетическую энергию (энергию движения) из источника топлива, он называется первичным двигателем; если он производит кинетическую энергию из предварительно обработанного «топлива» (например, электричества, потока гидравлической жидкости или сжатого воздуха), он называется двигателем. Таким образом, основное устройство, приводящее в движение автомобиль, называется двигателем. Локомотив также часто называют двигателем.
Содержание
- 1 Использование термина «двигатель»
- 2 Двигатели в древности
- 3 Средневековые двигатели
- 4 Современные двигатели
- 5 Воздушно-реактивные двигатели
- 6 Воздействие на окружающую среду
- 7 См. также
- 8 Примечания
- 9 Каталожные номера
- 10 Внешние ссылки
- 11 кредитов
Использование термина «двигатель»
Первоначально двигатель представлял собой механическое устройство, преобразующее силу в движение.
Военные устройства, такие как катапульты, требушеты и тараны, назывались «осадными машинами». Термин «джин», как и в хлопковом джине, распознается как краткая форма старофранцузского слова 9.0039 engin, в свою очередь от латинского ingenium, связанного с гениальным . Большинство устройств, использовавшихся во время промышленной революции, назывались двигателями, поэтому паровой двигатель и получил свое название.
В более современном использовании термин «двигатель» используется для описания устройств, выполняющих механическую работу, являющихся продолжением исходного парового двигателя. В большинстве случаев работа обеспечивается крутящим моментом, который используется для работы других механизмов, выработки электроэнергии, перекачки воды или сжатого газа. В контексте двигательных установок воздушно-реактивный двигатель — это двигатель, который использует атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несет окислитель, как в ракете.
Этот термин используется в компьютерных науках в терминах «поисковая система», «движок трехмерной графики», «движок рендеринга» и «движок преобразования текста в речь».
Хотя эти «двигатели» не являются механическими и не выполняют никаких механических действий, они производят полезную продукцию.
Двигатели в древности
Простые механизмы, такие как дубина и весло (примеры рычага), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие силу человека, животных, воды, ветра и даже пара, относятся к древности.
Человеческая сила была связана с использованием простых двигателей, таких как кабестан, лебедка или беговая дорожка, а с помощью канатов, шкивов и блоков и талей эта сила передавалась и умножалась. Они использовались в кранах и на кораблях в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме. Писатели того времени, в том числе Витрувий, Фронтин и Плиний Старший, относятся к этим двигателям как к обыденным, поэтому их изобретение может быть гораздо более древним. К первому веку C.E. , различные породы крупного рогатого скота и лошадей использовались для мельниц с машинами, подобными тем, которые приводились в движение людьми в прежние времена.
Согласно Страбону, водяная мельница была построена в Каберии в царстве Митридата в I веке г. до н.э. Использование водяных колес на мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких столетий. Некоторые из них были довольно сложными, с акведуками, плотинами и шлюзами для поддержания и направления воды, а также с системами шестерен или зубчатых колес из дерева с металлом, используемых для регулирования скорости вращения. В поэме четвертого века Авзоний упоминает камнерезную пилу, работающую от воды. Герой Александрийский продемонстрировал как ветряные, так и паровые машины в первом веке, хотя неизвестно, нашли ли они какое-либо применение.
Средневековые двигатели
Во время мусульманской сельскохозяйственной революции с седьмого по тринадцатый века мусульманские инженеры разработали многочисленные инновационные промышленные способы использования гидроэнергетики, раннее промышленное использование энергии приливов, энергии ветра и ископаемого топлива (например, нефти), а также самые ранние крупные заводские комплексы ( тираз по-арабски).
[1] Промышленное использование водяных мельниц в исламском мире восходит к седьмому веку, а водяные мельницы с горизонтальными и вертикальными колесами широко использовались, по крайней мере, с девятого века.
В исламском мире были изобретены различные промышленные мельницы, в том числе валяльные мельницы, зернодробилки, шелушильные, бумажные, лесопильные, корабельные, штамповочные, сталелитейные, сахарные заводы, приливные мельницы и ветряные мельницы. К XI веку в каждой провинции исламского мира, от Ближнего Востока и Средней Азии до Аль-Андалуса и Северной Африки, работали эти промышленные предприятия. [2]
Мусульманские инженеры также изобрели коленчатые валы и водяные турбины, использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах, а также впервые использовали плотины в качестве источника энергии воды для обеспечения дополнительной энергией водяных мельниц и водоподъемных машин. [3] Такие достижения сделали возможным механизировать многие промышленные задачи, которые раньше выполнялись ручным трудом в древние времена, и до некоторой степени выполнять их с помощью машин в средневековом исламском мире.
Перенос этих технологий в средневековую Европу позже заложил основы промышленной революции в Европе восемнадцатого века. [2]
В 1206 году аль-Джазари изобрел коленчатый вал и шатун и использовал их в системе кривошип-шатун для двух своих водоподъемных машин. Его изобретение коленчатого вала считается одним из самых важных механических изобретений после колеса, поскольку оно преобразует непрерывное вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение и занимает центральное место в современных машинах, таких как паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания. [4] В 1551 году Таки ад-Дин изобрел практическую паровую турбину в качестве первичного двигателя для вращения косы. Спустя столетие аналогичная паровая турбина появилась в Европе, что в конечном итоге привело к паровому двигателю и промышленной революции в Европе. [5]
Современные двигатели
Анимация, показывающая четыре этапа цикла двигателя внутреннего сгорания
Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд предположительно использовал порох для привода водяных насосов в семнадцатом веке.
Для более традиционных поршневых двигателей внутреннего сгорания фундаментальная теория двухтактных двигателей была создана Сади Карно во Франции в 1824 г., а американец Сэмюэл Мори получил патент 1 апреля 1826 г. Сэр Дугальд Кларк (1854–1819 гг.).32) сконструировал первый двухтактный двигатель в 1878 году и запатентовал его в Англии в 1881 году.
В автомобилестроении используется целый ряд систем преобразования энергии. К ним относятся электрические, паровые, солнечные, турбинные, роторные и поршневые двигатели внутреннего сгорания. Бензиновый (бензиновый) двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, оказался наиболее удачным для автомобилей, тогда как дизельные двигатели применяются для грузовых автомобилей и автобусов.
Карл Бенц был одним из лидеров в разработке новых двигателей. В 1878 году он начал работать над новыми проектами. Он сосредоточил свои усилия на создании надежного газового двухтактного двигателя, который был бы более мощным, на основе конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто.
Однако Карл Бенц продемонстрировал свою истинную гениальность благодаря своим последовательным изобретениям, зарегистрированным при разработке того, что стало производственным стандартом для его двухтактного двигателя. Бенц получил на него патент в 1879 году..
В 1896 году Карл Бенц получил патент на свою конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями. Многие мотоциклы BMW используют этот тип двигателя. Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом, автоматически уравновешивая друг друга по отношению к их индивидуальным импульсам. Двигатели этой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и более низкого профиля. У них должно быть четное количество цилиндров, и все шести-, четырех- или двухцилиндровые плоские двигатели были обычным явлением. Самый известный двигатель этого типа, вероятно, двигатель Volkswagen Beetle. Двигатели этого типа по-прежнему являются общим принципом проектирования высокопроизводительных авиационных двигателей (для винтовых самолетов) и двигателей, используемых производителями автомобилей, такими как Porsche и Subaru.
Дальнейшее использование двигателя внутреннего сгорания в автомобилях отчасти связано с улучшением систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и электронный впрыск топлива). Принудительная подача воздуха за счет турбонаддува и наддува позволила увеличить выходную мощность и эффективность. Аналогичные изменения были применены к дизельным двигателям меньшего размера, что дало им почти те же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно в связи с популярностью в Европе автомобилей с дизельным двигателем меньшего размера. Дизельные двигатели большего размера по-прежнему часто используются в грузовиках и тяжелой технике. Они не так чисто горят, как бензиновые двигатели, но имеют гораздо больший крутящий момент.
Двигатель внутреннего сгорания изначально был выбран для автомобиля из-за его гибкости в широком диапазоне скоростей. Кроме того, мощность, развиваемая для двигателя данного веса, была разумной; его можно производить экономичными методами массового производства; и он использовал бензин, легкодоступное топливо по умеренной цене.
Двигатель Mercedes V6 1996 года выпуска.
Все большее внимание уделяется характеристикам автомобильных энергетических систем, вызывающим загрязнение окружающей среды. Это вызвало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателей внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с батарейным питанием, выпущенных ограниченным тиражом, они оказались неконкурентоспособными из-за стоимости и эксплуатационных характеристик. В двадцать первом веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев. Тем не менее, бензиновый двигатель с его новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов еще не подвергался серьезным испытаниям.
В первой половине двадцатого века наблюдается тенденция к увеличению мощности двигателей, особенно в американских моделях. Конструктивные изменения включали в себя все известные методы повышения мощности двигателя, в том числе увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размера двигателя и увеличение скорости выработки мощности.
Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создавали проблемы с вибрацией и размерами двигателя, что привело к созданию более жестких и компактных двигателей с V-образным и оппозитным расположением цилиндров, заменяющих более длинные прямолинейные конструкции. В легковых автомобилях компоновка V-8 была принята для всех поршней с рабочим объемом более 250 кубических дюймов (4 литра).
В Европе из-за экономических и других ограничений (таких как более узкие и извилистые дороги) принципы проектирования склонялись к меньшим автомобилям с более высокой эффективностью сгорания по сравнению с меньшими двигателями. Это привело к созданию более экономичных двигателей с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью всего 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью от от 250 до 350 л.с. (от 190 до 260 кВт).
Ранние разработки автомобильных двигателей производили гораздо более широкий ассортимент двигателей, чем широко используемые сегодня.
Двигатели имеют конструкцию от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в габаритных размерах, весе, смещении поршня и диаметре цилиндров. Четыре цилиндра и номинальная мощность от 19до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт) следовали в большинстве моделей. Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-образного типа, а также горизонтально расположенные двух- и четырехцилиндровые модели. Часто использовались верхние распределительные валы. Двигатели меньшего размера обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; степень сжатия была относительно низкой.
В 1970-х и 1980-х годах возрос интерес к экономии топлива, что привело к возврату к меньшим двигателям V-6 и четырехцилиндровым компоновкам с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, а это означает, что два расположения цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, создавая форму буквы W.
Таким образом, у Veyron самое большое количество цилиндров среди серийных автомобилей.
Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C. Это 14-цилиндровый двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был разработан для Emma Maersk, самого большого контейнеровоза в мире. Этот двигатель весит 2300 метрических тонн и при работе со скоростью 102 об / мин развивает мощность 109 000 л.с. (80 080 кВт), потребляя около 13,7 метрических тонн топлива в час.
Воздушно-реактивные двигатели
Воздушно-реактивные двигатели используют атмосферный воздух для окисления перевозимого топлива, а не несут окислитель, как ракета. Теоретически это должно обеспечить лучший удельный импульс, чем ракетные двигатели.
Воздушно-реактивные двигатели включают:
- Двигатель внутреннего сгорания
- Реактивный двигатель
- ПВРД
- ГПВРД
- Двигатель диафрагмы
- Импульсный детонационный двигатель
- Импульсная струя
- Двигатель жидкостно-воздушного цикла/SABRE
Воздействие на окружающую среду
Эксплуатация двигателей обычно отрицательно влияет на качество воздуха и уровень окружающего шума. Хотя выхлоп содержит в основном безвредный азот, водяной пар и углекислый газ; нежелательные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, составляют лишь небольшую часть выхлопных газов двигателя. Что касается уровней звука, то работа двигателя оказывает наибольшее влияние на мобильные источники, такие как автомобили и грузовики. Шум двигателя является особенно значительным компонентом шума от мобильных источников для транспортных средств, работающих на более низких скоростях, где аэродинамический шум и шум шин менее значимы. [6]
См. также
- Станок
- Двигатель
- Турбина
- Тепловая машина
- Паровой двигатель
- Двигатель внутреннего сгорания
- Ракета
Примечания
- ↑ Майя Шацмиллер, Труд в средневековом исламском мире (Нью-Йорк: EJ Brill, 1994, ISBN 98968).
- ↑ 2.0 2.1 Адам Роберт Лукас, «Промышленное измельчение в древнем и средневековом мире: обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура 46 (1): 1–30.
- ↑ Ахмад Ю. Хассан, Передача исламских технологий на Запад, Часть II: Передача исламской инженерии. Проверено 23 июля 2008 г.
- ↑ Ахмад Ю. Хассан, Система кривошип-шатун в машине с непрерывным вращением. Проверено 23 июля 2008 г.
- ↑ Ахмад Ю. Хассан, Таки ад-Дин и арабское машиностроение (Институт истории арабских наук, Университет Алеппо, 1976).
- ↑ К. Майкл Хоган, Анализ дорожного шума, Journal of Water, Air, and Soil Pollution 2 (3): 387-392. Проверено 23 июля 2008 г.
Ссылки
Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов
- Gunston, Bill. Разработка реактивных и турбинных авиационных двигателей, , 4-е изд. Спаркфорд, Великобритания: паб Haynes, 2006. ISBN 978-1852606183.
- Кирби, Ричард С. и др. Инженерное дело в истории. Нью-Йорк: Dover Publications, 19.90. ISBN 0486264122.
- Ландельс, Дж.Г. Инженерное дело в Древнем мире . Беркли, Калифорния: University of California Press, 1981. ISBN 0520041275.
- Ламли, Джон Л. Двигатели: введение. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999. ISBN 0521644895.
- Склейтер, Нил и Николас П. Хиронис. Справочник по механизмам и механическим устройствам. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2007. ISBN 0071467610.
- Стоун, Ричард. Введение в двигатели внутреннего сгорания, 3-е изд. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров, 1999. ISBN 0768004950 .
Внешние ссылки
Все ссылки получены 6 сентября 2017 г.
- Как работают автомобильные двигатели. Как это работает.
Кредиты
Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на New World Encyclopedia участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:
- Двигатель история
История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :
- История «Двигателя»
Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.
Разработка дизельного двигателя — обзор
Не случайно на заре двадцать первого века производители автомобилей ускорили темпы разработки дизельных двигателей до скорости, невиданной за столетие или около того со времен Рудольфа. Дизель запатентовал свой двигатель внутреннего сгорания. Как и многие другие технические достижения в истории автомобилестроения, нынешний прогресс в дизельных технологиях является результатом нескольких, казалось бы, не связанных между собой разработок.
Во-первых, технология двигателей достигла стадии, когда дизель можно вытащить из темных веков и полностью реализовать его потенциал. Во-вторых, наших ограниченных ресурсов жидкого ископаемого топлива вряд ли хватит до конца этого века, за исключением неожиданных открытий, и нам нужны эффективные и быстрые средства для замедления потребления. Наконец, законодательное давление во всем мире на выбросы транспортных средств и, в частности, на необходимость ограничения выбросов парниковых газов никогда не было таким большим.
Дизельный двигатель более эффективен, чем любой двигатель с искровым зажиганием — до 25 % эффективнее, чем эквивалентный бензиновый двигатель, и намного эффективнее, чем двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе (LPG). Это повышение эффективности напрямую приводит к сокращению выбросов углекислого газа, так что пришло ли время дизельных двигателей?
Нет, если бы это были единственные преимущества, которые мог предложить дизель. Вредные выбросы дизельных двигателей достаточно хорошо задокументированы за последнее десятилетие, но последние разработки показывают, что с самыми серьезными проблемами можно справиться. С поиском альтернативных источников топлива также кажется, что биологическое и синтетическое топливо, вероятно, даст большее количество дизельного топлива, чем бензиновое топливо, в то время как поиски святого Грааля готовых к эксплуатации водородных топливных элементов продолжаются.
До сих пор разработка дизельного автомобиля в основном находилась в руках европейцев. Отчасти это связано с тем, что двигатель был европейским изобретением, и инженеры и автомобильные историки до сих пор спорят о том, кто его изобрел, будь то немец Рудольф Дизель или англичанин Герберт Акройд-Стюарт. Отчасти это также связано с тем, что отсутствие внутренних поставок нефти на многие европейские рынки вынудило их внимательно отнестись к использованию энергии. Относительная эффективность дизеля, несомненно, является фактором здесь.
Почти невидимость дизельных автомобилей на таких рынках, как США и Япония, обусловлена рядом причин, включая выбросы, стоимость, качество топлива и законодательство.
Неудивительно, что европейские производители стали лидерами технологических достижений последнего десятилетия.
Понятно, что эти успехи были значительными. После шестидесяти лет сравнительно небольшого развития технологии автомобильных дизельных двигателей в 1990-х годах двигатели прошли три этапа разработки менее чем за десять лет.
Дизель против бензина
Мотивация ясна. В связи с тем, что глобальное потепление обостряет вопросы охраны окружающей среды на всех основных рынках, дизельные двигатели предлагают простые и высокоэффективные средства сокращения выбросов углекислого газа автомобилями в относительно короткие сроки. Этот факт не остался незамеченным ни для автомобильной промышленности, ни для законодателей. Это особенно важно для производителей роскошных автомобилей, чьи транспортные средства будут иметь наибольшие трудности с достижением любых предлагаемых средних показателей выбросов углекислого газа около 140 г/км.
Мы уже обсуждали более низкие выбросы углекислого газа дизельными двигателями по сравнению с бензиновыми двигателями. В дополнение к этому, дизельные двигатели производят намного меньше углеводородов и угарного газа.
На фоне этих преимуществ по выбросам дизельные двигатели традиционно имеют три явных недостатка, а именно выбросы твердых частиц (ТЧ), двуокиси серы и оксидов азота (NOX). Тем не менее, следует отметить, что исследования, проведенные Лукасом и Volkswagen в 1990-х годах, показали, что недостатки дизельных двигателей, связанные с NOX, исчезают после пробега примерно 20 000 км. С этого момента, как показало исследование, выбросы NOX от бензиновых автомобилей превысят выбросы от дизельных.
Недостатки, особенно связанные с выбросами твердых частиц, привели к значительному снижению проникновения дизельного топлива на все европейские рынки в 1990-х годах, но достижения в конструкции двигателя, системах дополнительной обработки выхлопных газов и топливе означают, что проблемы можно более или менее устранить. .
После устранения возражений по выбросам дизельный автомобиль, похоже, готов выйти на рынки, где дизель традиционно не принимался, особенно в США и Японии. Реально ли предположить, что США готовы к такому изменению, пока цены на нефть остаются относительно низкими?
Разработка дизельного двигателя
Основное различие между бензиновым и дизельным двигателем заключается в том, как происходит зажигание. В то время как бензиновый двигатель всасывает в цилиндр смесь воздуха и бензина, сжимает ее и воспламеняет от искры, чтобы обеспечить энергию для привода, дизель всасывает только воздух, сжимает его, повышая температуру до точки, при которой топливо самовозгорается при впрыске. Именно этот принцип обеспечивает превосходную эффективность дизеля. Какими бы сложными ни были бензиновые двигатели, они не могут сравниться по эффективности с двигателем с воспламенением от сжатия. Лучшие автомобильные дизели имеют тепловой КПД около 43% по сравнению с примерно 30% у бензиновых двигателей.
Поскольку этот процесс вызывает большую вибрацию — просто потому, что воздух сжимается до гораздо большей степени, чем в бензиновом двигателе, двигатели должны быть жестче и тяжелее, чтобы выдерживать ее. По этой же причине дизельные двигатели служат дольше, чем бензиновые.
Более высокая степень сжатия также означает, что дизельные двигатели развивают более высокий крутящий момент, чем аналогичные бензиновые двигатели. Крутящий момент или тяговое усилие двигателя – это то, что обеспечивает быстрый обгон. С другой стороны, выходная мощность дизельного двигателя, как правило, ниже, чем у эквивалентного бензинового двигателя, просто потому, что скорость дизельного двигателя ниже скорости бензинового двигателя.
Тип дизельного двигателя, предпочитаемый пионерами дизеля 1930-х годов, Citroen и Mercedes-Benz, был тем же типом, который использовался в европейских легковых автомобилях до 1990-х годов. Непрямой впрыск (IDI) или конструкция с предварительной камерой лучше всего подходила для легковых автомобилей. Даже сейчас двигатели IDI все еще используются в некоторых европейских автомобилях и легких коммерческих автомобилях.
Любой, кто ездил на старой дизельной машине, знает, что одним из ее главных недостатков является шум. Поскольку топливо буквально взрывается при контакте с горячим воздухом в двигателе, сила этого взрыва вызывает традиционный дизельный хрип. Без сложных электронных систем управления, используемых в современных дизелях, лучший способ контролировать этот взрыв состоял в том, чтобы впрыскивать топливо в небольшую камеру в головке цилиндра, известную как форкамера, соединенная с основной камерой сгорания непосредственно над поршнем. Горение будет быстро распространяться в основную камеру сгорания, где взрывная сила будет воздействовать на поршень и заставлять его опускаться. Цена этого более контролируемого сгорания заключалась в более низкой эффективности, но это не имело значения, потому что дизели с непрямым впрыском (IDI) по-прежнему имели значительное преимущество в эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями.
Участие Ricardo Consulting Engineers в Citroen для Rosalie 1935 года также является важным фактором в истории разработки дизельных двигателей. Именно сэр Гарри Рикардо разработал наиболее эффективную конструкцию головки блока цилиндров IDI, запатентованную как Ricardo Comet в 1931 году. Поскольку это была такая эффективная конструкция, практически все производители дизельных автомобилей использовали конструкцию Ricardo для своих двигателей на протяжении всей жизни. дизельного двигателя IDI, зарабатывая гонорары Ricardo по сей день. С тех пор Рикардо остается значительной силой в разработке дизельных двигателей.
Эффективность можно повысить за счет впрыска топлива непосредственно в основную камеру сгорания и отказа от форкамеры. Но до внедрения управляющей электроники этот тип двигателя не лучшим образом подходил для автомобилей. Fiat представил первый автомобильный двигатель с непосредственным впрыском (DI) в модели Croma в 1988 году. Недостатком двигателей с прямым впрыском был более высокий уровень шума при сгорании, чем у дизелей IDI. Хотя они использовали на 15% меньше топлива, чем двигатели с непрямым впрыском, отрывистый металлический звук, который издает сгорание, не гарантировал, что потенциальные покупатели выстроятся в очередь у их дилеров. Это одна из причин, почему премиальные бренды, такие как Mercedes-Benz и BMW, поздно начали использовать двигатели с непосредственным впрыском топлива. Дизелям нужно быть умнее, если к ним нужно относиться серьезно.
Электронные системы управления уже появились на некоторых двигателях 1990-х годов, в частности на 1,9-литровом двигателе TDI, который сначала использовался Audi, а затем и другими моделями Volkswagen Group. Такие системы означали, что момент впрыска можно было жестко контролировать по мере необходимости. Более умным дизелям также потребуется более высокое давление впрыска для более эффективного сжигания топлива. Проще говоря, чем выше давление топлива, тем лучше топливо смешивается с воздухом, полностью сжигая при этом больше впрыскиваемого топлива. Это означает не только большую эффективность, но и более чистые выбросы. Инженеры разработали четыре способа повышения давления, и, хотя два из них вышли из моды, принципы обоих либо используются в настоящее время, либо, вероятно, появятся в будущих двигателях.
Метод, предпочитаемый большинством поставщиков систем впрыска топлива, называется Common Rail. Самая первая система Common Rail была запатентована компанией Vickers еще в 1913 году, но эта система существенно отличается от современных систем. Система получила свое название от толстой трубы или направляющей, в которой находится небольшое количество топлива под давлением. Рейка также является общим источником питания для всех форсунок, соединенных короткими металлическими трубками. Поскольку в современных системах Common Rail топливо находится под давлением до 1800 бар (около 26 000 фунтов на квадратный дюйм), хотя сегодня более типичным является давление 1600 бар (23 000 фунтов на квадратный дюйм), что примерно эквивалентно давлению воды на морском дне на глубине 12 миль ниже уровня моря, железнодорожных систем имеет решающее значение.
Это неизбежно означает, что производственные допуски столь же важны и, следовательно, дороги. То же самое относится и к самим форсункам, подводящие трубы которых внутри форсунки имеют толщину человеческого волоса. Производство и сборка современных систем впрыска топлива происходит в условиях чистого помещения.
Принцип работы Common Rail довольно прост. Насос высокого давления создает и поддерживает давление топлива в рампе. Затем электронный блок управления (ECU) управляет открытием и закрытием форсунок, обеспечивая при этом точно отмеренное количество топлива. Основное преимущество системы Common Rail заключается в том, что давление топлива не зависит от частоты вращения двигателя, что будет становиться все более критичным по мере ужесточения правил выбросов и большего учета выбросов при запуске, которые традиционно являются самой грязной точкой выбросов двигателя. Другим преимуществом является то, что обычная подача топлива под давлением легко поддается последовательностям «пилотного» и «последующего» впрыска. Они также важны с точки зрения выбросов. Пилотный впрыск является основным средством контроля шума сгорания дизельного топлива и причиной того, что современные дизели стали намного тише. Впрыскивая небольшое количество топлива перед основным импульсом впрыска, сгорание может начаться медленнее, обеспечивая более плавное сгорание с более низким уровнем шума и давления внутри двигателя. Некоторые современные системы впрыска обеспечивают два импульса пилотного впрыска. Импульсы после впрыска также станут более важными по мере ужесточения законодательства о выбросах. Мы обсудим это далее при рассмотрении будущих дизельных технологий.
Система Common Rail была наиболее широко распространенной современной системой впрыска дизельного топлива, которую теперь предпочитают все производители двигателей, кроме Volkswagen Group. Вместо этого VW принял электронный блок или насос-форсунки (EUI). В этом случае топливо под низким давлением подается к насосу и форсунке, совмещенным в едином блоке в головке блока цилиндров. Насос приводится в действие распределительным валом, а форсунка управляется электронным блоком управления двигателем. Это означает, что по сравнению с системой Common Rail насос должен нагнетать очень небольшое количество топлива, едва ли миллилитр. Основное преимущество заключается в использовании кулачка с крутым профилем; насос плунжерного типа может обеспечить гораздо более высокое давление впрыска, в настоящее время до 2050 бар (почти 30 000 фунтов на кв. дюйм). Пилотный впрыск может быть обеспечен системой, но давление топлива зависит от частоты вращения двигателя: чем ниже частота вращения двигателя, тем ниже создаваемое давление.
Хотя современные системы электронной насос-форсунки стали меньше, они должны занимать место внутри головки блока цилиндров, а это означает, что головка блока цилиндров должна быть рассчитана на их размещение. Для сравнения, системы Common Rail в основном являются внешними, и только форсунки и питающий трубопровод занимают место в головке блока цилиндров. Это упростило производителям двигателей адаптацию существующих двигателей с прямым впрыском к системе Common Rail и является еще одной причиной относительной популярности системы Common Rail.
| Ricardo открывает новые рынки для дизельных двигателей Учитывая потенциал удельной мощности 80–100 кВт/л в ближайшем будущем, Ricardo прогнозирует рост рынка дизельных продуктов для спортивных автомобилей, а также развитие долгосрочного спроса на дизельные автомобили в США и приближение к доминированию на рынке в Европе В связи с быстрым развитием дизельных технологий в отчете Ricardo по дизельным двигателям за 2004 год указывается, что удельная мощность автомобильных дизелей будет расти и, следовательно, открывать совершенно новый сегмент рынка. В Соединенных Штатах в отчете прогнозируется, что, хотя в 2004 г. было представлено несколько новых дизельных моделей, введение Калифорнийских стандартов выбросов LEVII будет означать, что объемы продаж дизельного топлива останутся неизменными, по крайней мере, до тех пор, пока в 2006 г. не будет введено топливо с низким содержанием серы. В 2006 году вероятны дальнейшие выпуски новых продуктов, и, учитывая рост популярности дизельных двигателей, особенно в секторе легких грузовиков, Рикардо прогнозирует проникновение дизельного топлива на рынок в районе 6 процентов к концу десятилетия. В отличие от США, отчет указывает на быстрорастущую долю рынка дизельного топлива в Западной Европе, при этом спрос находится на рекордном уровне во всех странах, и все основные автопроизводители увеличивают соотношение продаж дизельного топлива и бензина. В частности, французские автопроизводители PSA Peugeot Citroën и Renault присоединились к своим немецким коллегам VAG и DaimlerChrysler, продав в регионе больше дизельных автомобилей, чем бензиновых. На фоне общего падения рынка новых автомобилей на 1,3% потребители все чаще отдавали предпочтение дизельным автомобилям, увеличив продажи на 6,5% до 6,3 млн. Это почти вдвое превышает объем продаж 5 лет назад и составляет в общей сложности 44% всего рынка новых автомобилей. Картина по странам более разнообразна: во Франции, крупнейшем рынке дизельных двигателей в Западной Европе, продажи дизелей находятся на рекордном уровне прошлого года, но на фоне значительного падения спроса на автомобили с бензиновым двигателем. В результате спрос на дизельные автомобили во Франции в настоящее время вдвое превышает спрос на автомобили с бензиновым двигателем. Наверх
|