История дизельных двигателей: технология, которая покорила мир

Для технического прорыва понадобилось всего 13 страниц – на них Рудольф Дизель изобразил и описал двигатель, названный впоследствии его именем. Патент на изобретение под номером 67207 был выдан Имперским патентным ведомством Германии 120 лет назад. Именно тогда, 23 февраля 1893 года, началась история, результатом которой стали миллионы легковых автомобилей, грузовиков и кораблей, работающих на дизельных двигателях сегодня. К сожалению, сам г-н Дизель не дожил до всемирного успеха своего детища: он умер во время морского путешествия 29 сентября 1913 года – ровно сто лет назад.
Секрет успеха его разработки заключался в самовоспламенении топливной смеси – именно это свойство остается ключевым в дизельном двигателе и сегодня. В конструкции Рудольфа Дизеля воздушно-топливная смесь была сжата в соотношении 20:1, что создавало условия для самовоспламенения. В результате эффективность агрегата значительно возросла. Когда Дизель начинал работу над своим двигателем, эффективность бензиновых моделей достигала всего 12%, а газовых – 17%. При этом даже первый прототип изобретателя демонстрировал 25% топливной эффективности.
Дизельные двигатели выходят на рынок: от Mercedes-Benz 260 D до Golf GTD
Уже в 1920 году автомобильные эксперты пророчили дизельному двигателю большое будущее. Однако ждать наступления этого «золотого времени» пришлось не один год. Первый грузовой автомобиль с дизельным двигателем был выпущен в Германии в 1924 году, и только в 1929 году американский производитель двигателей Cummins в качестве эксперимента использовал дизельный двигатель в легковом автомобиле. Первой серийной легковой моделью, работающей на дизеле, стал Mercedes-Benz 260 D, вышедший в 1936 году. Однако понадобилась еще четверть века, чтобы водители перестали воспринимать дизели как медленные, скучные, шумные и грязные моторы.
Впрочем, со временем отношение потребителей изменилось. После Второй мировой войны дизельные авто стали постепенно завоевывать рынок. Так, появление в 1975 году автомобиля VW Golf Diesel произвело настоящий фурор. Этот компактный хэтчбек стал первой скоростной дизельной моделью, оснащенной высокооборотистым двигателем. При этом топливные насосы распределительного типа от Bosch обеспечивали автомобилю еще и высокую экономичность. Версия Golf GTD с турбонаддувом и, соответственно, повышенной производительностью, вошла в историю как первый спортивный дизельный легковой автомобиль. На волне такого успеха все ведущие автопроизводители Европы наладили выпуск дизельных моделей среднего размера и гольф-класса.
Рубеж в 1000 бар: повышение давления впрыска увеличивает производительность
Завоевав класс компактных автомобилей, дизельная технология продолжила покорение автопрома. Постепенно повышалось давление, а непосредственный впрыск заменил конструкцию с раздельными камерами сгорания. В 1989 году в автомобиле Audi 100 TDI дебютировал первый топливный насос высокого давления распределительного типа с аксиальным плунжером для дизельных двигателей с непосредственным впрыском. По новой технологии Bosch топливо под давлением около 1000 бар подавалось непосредственно в цилиндр, что обеспечивало эффективное сгорание. В результате повышалась мощность двигателя, а расход топлива и уровень выбросов снижались. Спустя сто лет после изобретения дизельного двигателя Bosch совершил технический прорыв во второй раз. В конце 1990-х годов Bosch начал поставлять на рынок широкий набор систем непосредственного впрыска, включая радиально-поршневой распределительный насос, системы насос-форсунка и common-rail. Уже первые модели были рассчитаны на работу при давлении около 1500 бар, а последующие поколения поддерживали 2000 бар и выше.
Система common-rail со временем стала доминирующей технологией, что во многом связано с ее тихой и эффективной работой. Особенность системы заключается в том, что топливо подается во все цилиндры при постоянном давлении. Пиковое давление в таких системах ниже, чем при использовании технологии насос-форсунка (где показатели могут достигать значений более 2000 бар и обеспечивать низкий расход топлива), однако стабильно высокое давление, при котором топливо хранится в общем распределителе, позволяет осуществлять до восьми впрысков за один цикл. Возможность делать предварительные и дополнительные впрыски позволяет двигателю работать тише, а также сокращает уровень выбросов. Таким образом, система common-rail позволяет снизить воздействие на окружающую среду.
Каждый второй новый автомобиль в Германии – дизельный
Сегодня уже нет сомнения, что дизель предоставляет мощность и динамику, соответствующую или даже превосходящую другие типы двигателей. Благодаря турбокомпрессорам с изменяемой геометрией турбины, которые сейчас идут в стандартной комплектации, современные дизельные двигатели демонстрируют высокий крутящий момент даже на низких оборотах. Распространенное мнение о том, что дизельные двигатели – это грязь и шум, давно осталось в прошлом. Современные транспортные средства, работающие на дизеле, тихие и экономичные. Системы обработки выхлопных газов, подобные Denoxtronic, дополнительно сокращают выбросы оксидов азота, позволяя соответствовать даже самым строгим стандартам, таким как Euro-6. Дизельный двигатель проделал путь от диковинки и статуса рабочей лошадки до повсеместного использования. Если в 1997 году только 22% автомобилей, проданных в Западной Европе, были дизельными, то сегодня эта цифра составляет около 50%. Даже учитывая активное развитие альтернативных трансмиссий, перспективы дизельных двигателей по-прежнему велики. Уже сейчас из Франкфурта в Рим можно доехать на одном баке, а уровень выбросов СО2 составит всего 100 г/км. Кроме того, дизельные двигатели могут быть объединены с электрическими компонентами для создания гибридного привода. Такой подход уже реализован в современных автомобилях Peugeot 3008_Hybrid4 и Volvo V60.
Конечно, Рудольф Дизель даже не мечтал ни о чем подобном, когда впервые собрал свой двигатель в 1897 году. Однако запись в дневнике изобретателя свидетельствует, что он высоко оценивал потенциал своего детища: «После долгих лет напряженных усилий и преодоления невообразимых трудностей, мне наконец-то удалось создать машину, воплощающую мою задумку. Это плавно работающий, очень простой и удобный в эксплуатации механизм, результаты работы которого превосходят все разработки, сделанные ранее…». С мнением Рудольфа Дизеля и сегодня согласны миллионы водителей во всем мире.