Щоб відповісти на запитання: як правильно обрати найкращі дизельні двигуни і за якими критеріями, проведемо невеликий екскурс у теорію фізики, розберемо основні технічні моменти, і визначимо відповідні параметри для вибору
Робота і кінські сили
Чому потужність двигуна вимірюється в кінських силах? У фізиці потужність дорівнює відношенню роботи, що виконується за проміжок часу, до самого цього проміжку часу. Інакше кажучи, це виробництво кількості енергії за одиницю часу P=W/t .
У Сполучених Штатах Америки, як і в більшості інших країн, багато хто вважає, що потужність і є кінська сила. Приблизно в 1789 році шотландський інженер і винахідник Джеймс Уатт ввів термін «кінська сила», щоб визначити, робота скількох коней здатна замінити його парові машини. Спостерігаючи за традиційним джерелом енергії – конем, Уатт прийшов до висновку, що бочку масою 180 кг можуть витягувати з шахти двоє коней зі швидкістю 2 морських миль/годину (приблизно 3,6 км/ч). Це і є частково відповідь на питання, чому потужність двигуна вимірюється в кінських силах.
Помилкова теорія, що потужність і кінські сили одне і те ж, часто пов’язана з тим, що автолюбителі часто вважають, що у більш потужного автомобіля більше кінських сил. Однак на практиці це не завжди так.
Є ще багато факторів, які необхідно враховувати:
- вага більш потужного двигуна, необхідного для створення цієї додаткової потужності;
- вплив на загальну вагу транспортного засобу;
- ефективність двигуна і трансмісії;
- крутний момент двигуна та його підвищення;
- та ін.
Як щодо крутного моменту?
При виборі двигуна для конкретного застосування не вдасться зробити кращий вибір, грунтуючись виключно на потужності. Потрібно враховувати й інший важливий параметр – крутний момент двигуна. Отже, якщо потужність – це швидкість виконання роботи, тоді, що таке крутний момент двигуна, і яке його значення для дизельних двигунів?
Ви ніколи не почуєте, як хтось каже: «Мені потрібен двигун 400 футів», але, можливо, вам це і потрібно. Крутний момент – векторна фізична величина, що дорівнює векторному добутку радіус-вектора, проведеного від осі обертання до точки прикладання сили і вектора цієї сили.
В контексті двигуна ви можете уявити крутний момент як силу, прикладену за допомогою згоряння палива до колінчастого валу через поршень/шатун.
Крутний момент двигуна не залежить від часу, як потужність. Пам’ятайте: потужність – це швидкість виконання роботи, яка залежить від часу й крутного моменту, так як це сила, прикладена на певному плечі в одиницю часу (одиниця фут-фунт в секунду).
А щоб ще легше запам’ятати різницю, варто пам’ятати, що потужність – це швидкість прикладання крутного моменту. Як правило, дизельний двигун буде демонструвати піковий крутний момент у діапазонах частоти обертання двигуна від середніх до нижніх.
Наприклад, двигун KOHLER KDI 3404 TCR з номінальною частотою обертання 2200 об/хв розвиває максимальний крутний момент при 1400 об/хв. Відсоток збільшення крутного моменту від номінальної швидкості до пікової швидкості крутного моменту називається запасом крутного моменту і також важливий для продуктивності. Зазвичай це здатність стійкої тяги двигуна, який піддається великим навантаженням.
Двигуни KOHLER KDI TCR оснащені системою вприскування Common Rail. Електронне управління прямим вприскуванням системи Common Rail забезпечує дуже швидку реакцію двигуна на цьому проміжку підвищення крутного моменту.
НОВІ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗРОБКИ ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУНІВ І ШКІДЛИВІ ВИКИДИ
У сучасному світі постійно змінюються стандарти викидів шкідливих речовин в атмосферу. OEM-виробники стикаються з необхідністю приймати рішення про те, які найкращі дизельні двигуни (дизельні мотори) підходять для конкретного застосування. Наприклад: навантажувач з бортовим поворотом, екскаватор, вилковий навантажувач, телескопічний навантажувач, генератор, насос, компресор і т.д.
У Північній Америці ми спостерігаємо прогрес у стандартах на викиди промислових дизельних двигунів від стандарту по вихлопу Tier 0 до фінального рівня Tier 4. Це вимагає скорочення викидів твердих частинок, вуглеводнів і оксидів азоту до 90%.
Ці скорочення, в свою чергу, сприяли просуванню конструкції промислового дизельного двигуна до таких технологій, як:
- система прямого вприскування Common Rail з електронним управлінням
- турбонаддув
- охолодження наддувочного повітря
- рециркуляція охолодженого вихлопного газу
Такі технології зазвичай вимагають використання вихлопних газів, дизельних каталізаторів окислення, селективного каталітичного відновлення (SCR) і дизельні сажеві фільтри (DPF), в залежності від категорії потужності двигуна.
Таким чином, по суті, сучасний промисловий дизельний двигун дуже схожий на сучасний автомобільний дизельний двигун з точки зору застосовуваних технологій. Можна стверджувати, що цикл випробувань на викиди для фінального рівня Tier 4 також досить серйозний в порівнянні з еквівалентними циклами випробувань на дорозі або в автомобілі.
Фінальний цикл випробувань Tier 4 є репрезентативним для безлічі промислових машинних циклів. У небуття йдуть дні обладнання для вприскування палива з механічним приводом, тросів/важелів ручного дроселя і ручних стопорних важелів. Коли ви в останній раз бачили один з них? Крім дизельних двигунів <25 л.с. (19 кВт). У міру того, як сучасна конструкція двигуна стає все складніше, зростає важливість правильного підбору двигуна. Так які ж найкращі дизельні двигуни , який дизель краще?
ПРАВИЛЬНА КОНЦЕПЦІЯ ВИБОРУ АВТОМОБІЛЬНОГО ДВИГУНА
Правильний вибір у контексті автомобільної промисловості – це практика проектування двигунів для оптимальних робочих характеристик і характеристик, які підходять для передбачуваного транспортного засобу. Або, іншими словами, це практика зіставлення об’єму циліндрів приводного механізму з розміром транспортного засобу.
Давайте не будемо забувати про передбачуваний ринок збуту. Кілька років тому в Сполучених Штатах, коли вартість палива була значно нижче, частіше зустрічалися двигуни без наддуву з великим робочим об’ємом, які приводять у рух більшу частину транспортних засобів на дорогах. Показники ефективності та довговічність були прекрасні, але витрата палива була високою.
Проте, ці двигуни були дуже сильно поширені в Сполучених Штатах і продовжують бути популярними. Однак в Європі вартість палива майже в три рази вище, ніж в Сполучених Штатах. Таким чином, більш великі автомобілі, з двигунами великого об’єму не так поширені там.
По суті, правильний вибір двигуна, такими виробниками автомобілів, як Mazda, Audi і Fiat Chrysler Automobiles (FCA), є реакцією на зменшення розмірів двигуна. Подібно до ринку промислових дизельних двигунів, автомобілісти також зіткнулися з жорсткими вимогами щодо викидів та економії палива. По мірі розвитку технологій двигуни стають більш ефективними з більш високою питомою потужністю.
Ви можете уявити, наскільки тенденція до зменшення габаритів завоювала популярність в автомобільному світі, використовуючи двигуни з меншим робочим об’ємом, турбонаддувом, легкими матеріалами, прямим вприскуванням і т.д. Це найпростіше рішення для зростання тиску, пов’язаного зі скороченням викидів та економією палива. Зменшувати об’єм двигуна з підбором турбокомпресора.
Але необхідно не забувати, що ця зменшена конструкція двигуна повинна відповідати очікуванням клієнтів протягом певного робочого циклу, як протягом всього терміну його служби, так і після нього. Наприклад, якщо клієнт використовує свій транспортний засіб довше, ніж розрахований термін служби двигуна, він може почати відчувати фінансові наслідки від компонентів, що використовуються в певному двигуні зі зменшеними габаритами, у міру збільшення витрат на технічне обслуговування. Що в підсумку буде грати не на користь клієнта двигуна зменшеного об’єму.
Mazda спостерігала цю потенційну проблему зі зменшенням об’єму двигуна на ринку, і це привело їх до нової уваги до правильного вибору об’єму двигуна. Саме цей фокус породив технологію двигунів SKYACTIV компанії Mazda, яка продовжує розширювати технічні кордони завдяки високому ступеню стиснення.
Це не означає, що всі малооб’ємні автомобільні двигуни є поганими, тому що скорочення розмірів і зменшення розмірів не суперечать один одному. Концепція проста: вам потрібен правильний двигун для продажів на конкретному ринку.
промисловий дизельний двигун з правильними параметрами
Визначити найкращі дизельні двигуни, не є для нас новим завданням в області розробки. Кожен завжди прагне застосовувати двигун для конкретних цілей, приймаючи до уваги безліч чинників, таких як:
- діапазон робочої температури навколишнього середовища (від мінімальної до максимальної),
- максимальна робоча висота над рівнем моря,
- робочий цикл машини,
- тип приводу
- і т.д.
Ці характеристики не залежать від рівня викидів двигуна. І тому сучасні промислові дизельні двигуни мають більш складну конструкцію з вприскуванням та електронним управлінням, а в деяких випадках і складні системи подальшої обробки вихлопних газів.
Оскільки виробники техніки переходять на використання промислових дизельних двигунів стандартів Tier 4 Final або European Stage V, існує тенденція запитувати конкретну потужність двигуна (наприклад, 74 к.с., 100 к.с., 134 к.с. і т.д.) у виробників двигунів.
Однак, іноді ви можете виявити, що фактичне середнє навантаження на двигун у конкретному додатку набагато нижче. Наприклад, якийсь виробник «Х» запросив двигун потужністю 100 к.с., але ви визначаєте, що середнє навантаження становить всього 20 л.с. У цьому спрощеному випадку можна зробити висновок, що, швидше за все, 100-сильний двигун не зовсім підходить.
Проте, для ретельної оцінки критеріїв двигуна в припущенні про зниження ризиків необхідно використовувати структурований підхід, такий як аналіз з 9 блоками. На додаток до середнього навантаження, деякі інші фактори для аналізу включають мінімальне та максимальне навантаження на двигун, показники продуктивності двигуна в роботі, температури, вібрації, шуму і т.д.
Умови навколишнього середовища також грають важливу роль у правильному виборі розміру. Як і при виборі двигуна з урахуванням робочого циклу і навантаження, ви також повинні враховувати мінімальну, середню та максимальну температуру навколишнього середовища. Двигуни, призначені для роботи тільки в умовах мерзлоти, особливо вимагають пильної уваги, так як ККД дизельних двигунів більше, якщо згоряння палива відбувається в прогрітому двигуні.
Рідкі відкладення
Дизельний двигун, будучи навантаженим, відмінно поводиться в таких умовах завдяки характеру процесу згоряння і займання від стиснення (CI). Маючи на увазі, звичайно, високу температуру і тиск, необхідні в камері згоряння для розпилення палива без наявності іскри. Дизельний двигун звик до такої високої температури і тиску.
Насправді, він найбільш ефективний при високому навантаженні. Поршневі кільця більш ефективно забезпечують належне стиснення в циліндрі. Як такий, пробій газів (сажа, водяна пара і кількість незгорілого палива, яке може пробиватися від поршневих кілець і забруднювати масло картера), зменшується.
І навпаки, низькі температури згоряння і, отже, температури вихлопних газів шкідливі для терміну служби дизельного двигуна. Коли дизельний двигун працює при температурі вихлопу менше 200 ° C, можна очікувати кількох несправностей, включаючи накопичення сажі на поршневих кільцях і випускних клапанах, а також в випускних колекторах. Легкі навантаження можуть викликати «рідкі відкладення», які є збір незгорілого палива у вихлопній системі двигуна і турбокомпресорі. Це погіршує продуктивність двигуна з часом і може привести до його відмови.
Оскільки легке навантаження призводить до менш ефективного ущільнення між поршнем і стінкою циліндра, збільшується обсяг пробою вихлопних газів в картер. Коли двигун виробляється, його циліндри мають красивий малюнок штрихування на них (хонінгування), щоб допомогти зберегти невелику кількість масла в них для змащення та ущільнення поршневих кілець.
Під час роботи з малим навантаженням цей малюнок штрихування циліндра в кінцевому підсумку стирається, що призводить до шліфування циліндра. Згодом збільшений викид вихлопних газів забруднює моторне масло в картері двигуна і може в кінцевому підсумку призвести його в непридатність.
Нарешті, те, що починалося як мастило, може перетворитися в шлам, який погано впливає на прецизійні підшипники двигуна. Так що, по суті, мокрі відкладення створюють гігантський ефект снігової кулі, що приводить до поломки дизельного двигуна.
ВИСНОВОК
Основний принцип роботи і конструкції дизельного двигуна не сильно змінився з тих пір, як пан Рудольф Дизель зареєстрував свій однойменний патент у 1893 році. Все відбувається за допомогою процесу займання від стиснення.
Підвищення ефективності було досягнуто з плином часу, і дизельний двигун все ще досить ефективний. Впровадження дизельних двигунів для промисловості має першорядне значення в даний час, як ніколи, враховуючи складні технології і витрати.
Виробники двигунів і виробники будівельної техніки повинні співпрацювати, щоб ретельно оцінити характер роботи і, в кінцевому підсумку, вибрати відповідний двигун, який буде ефективно та оптимально виконувати роботу, враховуючи безліч характеристик двигуна і критеріїв характеру виконуваних робіт.
Ми закликаємо професіоналів галузі переорієнтувати свої погляди на цю концепцію і використовувати правильні двигуни і/або гібридні рішення.
У свою чергу, співробітники нашої компанії готові допомогти Вам з вибором потрібного двигуна. Адже, як видно з цієї статті, справа ця досить непроста. Ми завжди раді проконсультувати і підібрати найкращі дизельні двигуни Lombardini/ Kohler, які підійдуть саме Вам! Звертайтеся в «Марина Моторс»!
