Чтобы ответить на вопрос: какой дизельный двигатель лучше выбрать и по каким критериям, проведем небольшой экскурс в теорию физики, разберем основные технические моменты, и определим правильные параметры для выбора
Работа и лошадиные силы
Почему мощность двигателя измеряется в лошадиных силах? В физике мощность равна отношению работы, выполняемой за промежуток времени, к самому этому промежутку времени. Иначе говоря, это производство количества энергии за единицу времени P=W/t .
В Соединенных Штатах Америки, как и в большинстве других стран, многие считают, что мощность и есть лошадиная сила. Приблизительно в 1789 году шотландский инженер и изобретатель Джеймс Уатт ввел термин «лошадиная сила», чтобы определить, работа скольких лошадей способна заменить его паровые машины. Наблюдая за традиционным источником энергии — лошадью, Уатт пришел к выводу, что бочку массой 180 кг могут вытягивать из шахты две лошади со скоростью 2 морских мили/ч (примерно 3,6 км/ч). Это и есть отчасти ответ на вопрос, почему мощность двигателя измеряется в лошадиных силах.
Ошибочная теория, что мощность и лошадиные силы одно и то же, часто связана с тем, что автолюбители зачастую считают, что у более мощного автомобиля больше лошадиных сил. Однако на практике это не всегда так.
Есть еще много факторов, которые необходимо учитывать:
- вес более мощного двигателя, необходимого для создания этой дополнительной мощности;
- влияние на общий вес транспортного средства;
- эффективность двигателя и трансмиссии;
- крутящий момент двигателя и его повышение;
- и др.
КАК НАСЧЕТ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА?
При выборе двигателя для конкретного применения не удастся сделать лучший выбор, основываясь исключительно на мощности. Нужно учитывать и другой важный параметр – крутящий момент двигателя. Итак, если мощность — это скорость выполнения работы, тогда, что такое крутящий момент двигателя, и какое его значение для дизельных двигателей?
Вы никогда не услышите, как кто-то говорит: «Мне нужен двигатель 400 футов», но, возможно, вам это и нужно. Крутящий момент — векторная физическая величина, равная векторному произведению радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы и вектора этой силы.
В контексте двигателя вы можете представить крутящий момент как силу, приложенную посредством сгорания топлива к коленчатому валу через поршень/шатун.
Крутящий момент двигателя не зависит от времени, как мощность. Помните: мощность — это скорость выполнения работы, которая зависит от времени и крутящего момента, так как это сила, приложенная на определенном плече в единицу времени (единица фут-фунт в секунду).
А чтобы еще легче запомнить разницу, стоит помнить, что мощность — это скорость приложения крутящего момента. Как правило, дизельный двигатель будет демонстрировать пиковый крутящий момент в диапазонах частоты вращения двигателя от средних до нижних.
Например, двигатель KOHLER KDI 3404 TCR с номинальной частотой вращения 2200 об/мин развивает максимальный крутящий момент при 1400 об/мин. Процент увеличения крутящего момента от номинальной скорости до пиковой скорости крутящего момента называется запасом крутящего момента и также важен для производительности. Обычно это способность устойчивой тяги двигателя, подверженного большим нагрузкам.
Двигатели KOHLER KDI TCR оснащены системой впрыска Common Rail. Электронное управление прямым впрыском системы Common Rail обеспечивает очень быструю реакцию двигателя на этом промежутке повышения крутящего момента.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ВРЕДНЫЕ ВЫБРОСЫ
В современном мире постоянно меняются стандарты выбросов вредных веществ в атмосферу. OEM-производители сталкиваются с необходимостью принимать решения о том, какой дизельный двигатель лучше всего подходит для конкретного применения. Например: погрузчик с бортовым поворотом, экскаватор, вилочный погрузчик, телескопический погрузчик, генератор, насос, компрессор и т. д.
В Северной Америке мы наблюдаем прогресс в стандартах на выбросы промышленных дизельных двигателей от стандарта по выхлопу Tier 0 до финального уровня Tier 4. Это требует сокращения выбросов твердых частиц, углеводородов и оксидов азота до 90%.
Эти сокращения, в свою очередь, способствовали продвижению конструкции промышленного дизельного двигателя к таким технологиям, как:
- система прямого впрыска Common Rail с электронным управлением
- турбонаддув
- охлаждение наддувочного воздуха
- рециркуляция охлажденного выхлопного газа
Такие технологии обычно требуют использования выхлопных газов, дизельных катализаторов окисления, селективного каталитического восстановления (SCR) и дизельные сажевые фильтры (DPF), в зависимости от категории мощности двигателя.
Таким образом, по сути, современный промышленный дизельный двигатель очень похож на современный автомобильный дизельный двигатель с точки зрения применяемых технологий. Можно утверждать, что цикл испытаний на выбросы для финального уровня Tier 4 также достаточно серьезен по сравнению с эквивалентными циклами испытаний на дороге или в автомобиле.
Финальный цикл испытаний Tier 4 является репрезентативным для множества промышленных машинных циклов. В небытие уходят дни оборудования для впрыска топлива с механическим приводом, тросов/рычагов ручного дросселя и ручных стопорных рычагов. Когда вы в последний раз видели один из них? Кроме дизельных двигателей <25 л.с. (19 кВт). По мере того, как современная конструкция двигателя становится все сложнее, возрастает важность правильного подбора двигателя. Так как выбрать дизельный двигатель правильно, какой дизельный двигатель лучше?
ПРАВИЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ВЫБОРА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Правильный выбор в контексте автомобильной промышленности — это практика проектирования двигателей для оптимальных рабочих характеристик и характеристик, подходящих для предполагаемого транспортного средства. Или, другими словами, это практика сопоставления объема цилиндров приводного механизма с размером транспортного средства.
Давайте не будем забывать о предполагаемом рынке сбыта. Несколько лет назад в Соединенных Штатах, когда стоимость топлива была значительно ниже, чаще встречались двигатели без наддува с большим рабочим объемом, приводящие в движение большую часть транспортных средств на дорогах. Показатели эффективности и долговечность были великолепны, но расход топлива был высоким.
Тем не менее, эти двигатели были очень сильно распространены в Соединенных Штатах и продолжают быть популярными. Однако в Европе стоимость топлива почти в три раза выше, чем в Соединенных Штатах. Таким образом, более крупные автомобили, с двигателями большого объема не так распространены там.
По сути, правильный выбор двигателя, такими производителями автомобилей, как Mazda, Audi и Fiat Chrysler Automobiles (FCA), является реакцией на уменьшение размеров двигателя. Подобно рынку промышленных дизельных двигателей, автомобилисты также столкнулась с жесткими требованиями по выбросам и экономии топлива. По мере развития технологий двигатели становятся более эффективными с более высокой удельной мощностью.
Вы можете представить, насколько тенденция к уменьшению габаритов завоевала популярность в автомобильном мире, используя двигатели с меньшим рабочим объемом, турбонаддувом, легкими материалами, прямым впрыском и т. д. Это самое простое решение для роста давления, связанного с сокращением выбросов и экономией топлива. Уменьшать объем двигателя с подбором турбокомпрессора.
Но необходимо не забывать, что эта уменьшенная конструкция двигателя должна соответствовать ожиданиям клиентов в течение определенного рабочего цикла, как в течение всего срока его службы, так и после него. Например, если клиент использует свое транспортное средство дольше, чем рассчитанный срок службы двигателя, он может начать ощущать финансовые последствия от компонентов, используемых в определенном двигателе с уменьшенными габаритами, по мере увеличения затрат на техническое обслуживание. Что в итоге будет играть не в пользу клиента двигателя уменьшенного объема.
Mazda наблюдала эту потенциальную проблему с уменьшением объема двигателя на рынке, и это привело их к новому вниманию к правильному выбору объема двигателя. Именно этот фокус породил технологию двигателей SKYACTIV компании Mazda, которая продолжает расширять технические границы благодаря высокой степени сжатия.
Это не означает, что все малообъемные автомобильные двигатели являются плохими, так как сокращение размеров и уменьшение размеров не противоречат друг другу. Концепция проста: вам нужен правильный двигатель для продаж на конкретном рынке.
ПРОМЫШЛЕННЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПРАВИЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Определить, как выбрать дизельный двигатель правильно, не является для нас новой задачей в области разработки. Каждый всегда стремится применять двигатель для конкретных целей, принимая во внимание множество факторов, таких как:
- диапазон рабочей температуры окружающей среды (от минимальной до максимальной),
- максимальная рабочая высота над уровнем моря,
- рабочий цикл машины,
- тип привода
- и т. д.
Эти параметры не зависят от уровня выбросов двигателя. И потому современные промышленные дизельные двигатели имеют более сложную конструкцию с впрыском и электронным управлением, а в некоторых случаях и сложные системы последующей обработки выхлопных газов.
Поскольку производители техники переходят на использование промышленных дизельных двигателей стандартов Tier 4 Final или European Stage V, существует тенденция запрашивать конкретную мощность двигателя (например, 74 л.с., 100 л.с., 134 л.с. и т. д.) у производителей двигателей.
Однако, иногда вы можете обнаружить, что фактическая средняя нагрузка на двигатель в конкретном приложении намного ниже. Например, некий производитель «Х» запросил двигатель мощностью 100 л.с., но вы определяете, что средняя нагрузка составляет всего 20 л.с. В этом упрощенном случае можно сделать вывод, что, скорее всего, 100-сильный двигатель не совсем подходит.
Тем не менее, для тщательной оценки критериев двигателя в предположении о снижении рисков необходимо использовать структурированный подход, такой как анализ с 9 блоками. В дополнение к средней нагрузке, некоторые другие факторы для анализа включают минимальную и максимальную нагрузку на двигатель, показатели производительности двигателя в работе, температуры, вибрации, шума и т. д.
Условия окружающей среды также играют важную роль в правильном выборе размера. Как и при выборе двигателя с учетом рабочего цикла и нагрузки, вы также должны учитывать минимальную, среднюю и максимальную температуру окружающей среды. Двигатели, предназначенные для работы только в условиях мерзлоты, особенно требуют пристального внимания, так как КПД дизельных двигателей больше, если сгорание топлива происходит в прогретом двигателе.
Жидкие отложения
Дизельный двигатель, будучи нагруженным, отлично ведет себя в таких условиях благодаря характеру процесса сгорания и воспламенения от сжатия (CI). Имея в виду, конечно, высокую температуру и давление, необходимые в камере сгорания для распыления топлива без наличия искры. Дизельный двигатель привык к такой высокой температуре и давлению.
На самом деле, он наиболее эффективен при высокой нагрузке. Поршневые кольца более эффективно обеспечивают надлежащее сжатие в цилиндре. Как таковой, пробой газов (сажа, водяной пар и количество несгоревшего топлива, которое может пробиваться от поршневых колец и загрязнять картерное масло), уменьшается.
И наоборот, низкие температуры сгорания и, следовательно, температуры выхлопных газов вредны для срока службы дизельного двигателя. Когда дизельный двигатель работает при температуре выхлопа менее 200 ° C, можно ожидать нескольких неисправностей, включая накопление сажи на поршневых кольцах и выпускных клапанах, а также в выпускных коллекторах. Легкие нагрузки могут вызвать «жидкие отложения», которые представляет собой сбор несгоревшего топлива в выхлопной системе двигателя и турбокомпрессоре. Это ухудшает производительность двигателя со временем и может привести к его отказу.
Поскольку легкая нагрузка приводит к менее эффективному уплотнению между поршнем и стенкой цилиндра, увеличивается объем пробоя выхлопных газов в картер. Когда двигатель производится, его цилиндры имеют красивый рисунок штриховки на них (хонингование), чтобы помочь сохранить небольшое количество масла в них для смазки и уплотнения поршневых колец.
Во время работы с малой нагрузкой этот рисунок штриховки цилиндра в конечном итоге стирается, что приводит к шлифовке цилиндра. Со временем увеличенный выброс выхлопных газов загрязняет моторное масло в картере двигателя и может в конечном итоге привести его в негодность.
Наконец, то, что начиналось как смазочное масло, может превратиться в шлам, который плохо влияет на прецизионные подшипники двигателя. Так что, по сути, мокрые отложения создают гигантский эффект снежного кома, приводящего к поломке дизельного двигателя.
ВЫВОД
Основной принцип работы и конструкции дизельного двигателя не сильно изменился с тех пор, как г-н Рудольф Дизель зарегистрировал свой одноименный патент в 1893 году. Все происходит при помощи процесса воспламенения от сжатия.
Повышение эффективности было достигнуто с течением времени, и дизельный двигатель все еще довольно эффективен. Внедрение дизельных двигателей для промышленности имеет первостепенное значение в настоящее время, как никогда, учитывая сложные технологии и затраты.
Производители двигателей и производители строительной техники должны сотрудничать, чтобы тщательно оценить характер работы и, в конечном итоге, выбрать подходящий двигатель, который будет эффективно и оптимально выполнять работу, учитывая множество характеристик двигателя и критериев характера выполняемых работ.
Мы призываем профессионалов отрасли переориентировать свои взгляды на эту концепцию и использовать правильные двигатели и/или гибридные решения.
В свою очередь, сотрудники нашей компании готовы помочь Вам с выбором нужного двигателя. Ведь, как видно из этой статьи, дело это довольно непростое. Мы всегда рады проконсультировать и ответить на вопрос: какой дизельный двигатель лучше подойдет именно Вам! Обращайтесь в «Марина Моторс»!
