Принцип действия форкамерного дизельного двигателя
Как вы знаете, сегодня многие производители ищут варианты того, как увеличить экономичность двигателей внутреннего сгорания. Они нашли один из возможных выходов из этого затруднительного положения. Метод заключается в том, чтобы мотор работал на топливных смесях, содержащих меньший процент горючего. При таком подходе не только удастся увеличить топливную экономичность, но и, более того, сократить выброс вредных отходов. Но в этом способе есть изъян: когда смесь содержит небольшое количество горючего, она хуже воспламеняется. Поэтому разработчики пришли к выводу, что для стабильной работы мотора нужен начальный очаг горения, от которого распространение огня произойдёт быстро по всему пространству топливно-воздушного заряда.
По итогу сейчас существуют два варианта получения подобного очага: искра повышенной энергии и послойное распределение смеси (к тому времени, как производится искра образуется легковоспламеняющаяся смесь). Второй путь включает в себя несколько вариантов. Мы же сегодня рассмотрим подробнее вариант под названием форкамерно-факельное зажигание.
Полость, находящаяся в голове цилиндров двигателя внутреннего сгорания, именуется форкамерой, или же предкамерой. Она, используя один или несколько каналов, соединяется с главной камерой сгорания горючего. Этот тип мотора выступает как в формате дизельного, так и бензинового. Вообще промежуточная камера может носить и другое название: вихрекамера. Исходя из названия, нам становится ясным то, что топливо в такой камере закручивается. Этот эффект содействует лучшему перемешиванию горючего с воздухом. Но, описывая работу ДВС с форкамерой, важно отметить, что изначально горючее, попадая в предварительную полость, сталкивается с её стеночками и перемешивается с воздухом, в этом этот вид мотора уступает своему подобию.
Воспламеняясь, топливо быстро направляется в ключевую камеру, используя уже известные нам каналы соединения. Отличным фактором, которым обладают такие каналы, в сравнении со своими аналогами, выступает то, что сечения в них согласованы так, чтобы между форкамерой и ключевым цилиндром создавалась существенная разница давлений. Топливо разливается по всей площади предкамеры и сгорает там почти полностью. Заключительная фаза — это сгорание горючего в главной камере, точнее сказать его остатков.
Из-за того, что в главном отсеке солярка уже догорает и ей уже не нужно продолжать свой путь, параметры углублений в поршнях небольшие.
Для чего нужна форкамера в двигателе
Теперь разберемся в самом главном вопросе: для чего же нужна форкамера в двигателе?
Первостепенно такая система была создана с той целью, чтобы убрать, пусть и частично, нагрузку на поршни. Это же, в свою очередь, положительно сказалось на общей работе мотора. Более того, выбирая форкамерный двигатель, вы сокращаете количество токсичных отходов, так как, говоря конкретно о нашем случае, солярка полностью сгорает. Делаем из этого вывод — ваши расходы на горючее уменьшатся.
Система форкамерно-факельного зажигания
Основными элементами, составляющими дизельный двигатель с форкамерой, являются:
Примечание: мы будем проходить путь вместе с топливом для того, чтобы полностью понять принцип работы форкамерного двигателя.
- Канал ведёт солярку в предкамеру.
- Затем проходит секция, предназначенная для переобогащённой смеси.
- Клапан самой форкамеры. выполняет свою основную роль (поджог топлива, когда форсунки его впрыскивают).
- Одновременно с тем, как от искры загорелось горючее, распредел ГРМ впускает в главную камеру топливо, посредством того, что открывает клапан.
- Теперь горючее на финишной прямой — в центральной камере ДВС.
Сейчас, мы надеемся, вам стало ясно, как работает форкамерный дизель и из чего состоит устройство форкамеры.
Плюсы и минусы предкамерных двигателей
Упоминая о двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине, можно с уверенностью заявить об их неэффективности, так как устройство было несовершенным и в движении показало себя с самых худших сторон. Поэтому никто из производителей не захотел полагаться на такой выбор, и в итоге подобные конструкции сейчас не используются. Конечно, изначально люди отдавали предпочтение таким аналогам из-за экономичности в расходе топлива и, одновременно с этим, уменьшением токсичности выбрасываемых отходов. Но пользователи поменяли своё мнение, испытав агрегаты на прочность в езде.
Ситуация совершенно иная, если это касается дизельных моторов, которые и являются нашим основным объектом изучения. Плюсами в движке с предкамерным двигателем выступают незначительная дымность силовой установки, не зависимо от способа езды и, что тоже весомо, такие установки не нуждаются в отборном топливе.
Вернёмся к отрицательным сторонам, куда уж без них. Непрогретый мотор плохо запускается. Из-за чего же так происходит? Суть в том, что для стабильного пуска требуется изначально хороший прогрев предкамеры, но, по причине того, что в этой системе устанавливаются электрические калильные свечи, воздух прогревается не в полной мере.
В заключении можно отметить, что принцип работы подобных двигателей имеет мало недостатков, поэтому вы можете смело отдавать ему предпочтение. Приятных поездок и не забывайте оставлять свои комментарии ниже.
Принцип действия форкамерного дизельного двигателя
Как вы знаете, сегодня многие производители ищут варианты того, как увеличить экономичность двигателей внутреннего сгорания. Они нашли один из возможных выходов из этого затруднительного положения. Метод заключается в том, чтобы мотор работал на топливных смесях, содержащих меньший процент горючего. При таком подходе не только удастся увеличить топливную экономичность, но и, более того, сократить выброс вредных отходов. Но в этом способе есть изъян: когда смесь содержит небольшое количество горючего, она хуже воспламеняется. Поэтому разработчики пришли к выводу, что для стабильной работы мотора нужен начальный очаг горения, от которого распространение огня произойдёт быстро по всему пространству топливно-воздушного заряда.
По итогу сейчас существуют два варианта получения подобного очага: искра повышенной энергии и послойное распределение смеси (к тому времени, как производится искра образуется легковоспламеняющаяся смесь). Второй путь включает в себя несколько вариантов. Мы же сегодня рассмотрим подробнее вариант под названием форкамерно-факельное зажигание.
Полость, находящаяся в голове цилиндров двигателя внутреннего сгорания, именуется форкамерой, или же предкамерой. Она, используя один или несколько каналов, соединяется с главной камерой сгорания горючего. Этот тип мотора выступает как в формате дизельного, так и бензинового. Вообще промежуточная камера может носить и другое название: вихрекамера. Исходя из названия, нам становится ясным то, что топливо в такой камере закручивается. Этот эффект содействует лучшему перемешиванию горючего с воздухом. Но, описывая работу ДВС с форкамерой, важно отметить, что изначально горючее, попадая в предварительную полость, сталкивается с её стеночками и перемешивается с воздухом, в этом этот вид мотора уступает своему подобию.
Воспламеняясь, топливо быстро направляется в ключевую камеру, используя уже известные нам каналы соединения. Отличным фактором, которым обладают такие каналы, в сравнении со своими аналогами, выступает то, что сечения в них согласованы так, чтобы между форкамерой и ключевым цилиндром создавалась существенная разница давлений. Топливо разливается по всей площади предкамеры и сгорает там почти полностью. Заключительная фаза — это сгорание горючего в главной камере, точнее сказать его остатков.
Из-за того, что в главном отсеке солярка уже догорает и ей уже не нужно продолжать свой путь, параметры углублений в поршнях небольшие.
Форкамера
Как мы уже описали выше, форкамерный двигатель имеет следующий принцип действия в работе:
- в предкамерную полость подается топливно-воздушная смесь;
- смесь частично воспламеняется;
- по мере сгорания смеси, давление в форкамере увеличивается;
- из-за создающегося давления, пары и газы сгоревшей смесь выталкиваются в рабочую полость цилиндров над поршнями.
Форкамера имеет объем 30% от основного объема рабочей полости камеры сгорания. Смысл применения данной конструкции в ДВС в том, чтобы улучшить наполнение цилиндров и улучшить качество образования смеси.
Главный плюс двигателя с форкамерой — это низкие ударные нагрузки деталей цилиндро-поршневой группы во время работы ДВС. Это обеспечивается, как раз таки, за счет плавного нарастания давления, а не скачками.
К тому же, форкамерные двигатели качественно сжигают топливо, уменьшают количество выброса вредных веществ, уменьшают расход топлива и повышают КПД силового агрегата.
Особенности «предварительных» воздушных камер
Современные бытовые климатические системы, предназначенные для типовых помещений, как правило, не требуют обустройства форкамеры. Система кондиционирования, состоящая из внутреннего и внешнего блока, представляет собой сложное устройство. В нем уже имеются различные очищающие воздух фильтры и другие блоки, задача которых – создание оптимальных климатических условий в помещении. Но их рабочие возможности весьма ограничены. Даже мощные бытовые кондиционеры могут не справляться с охлаждением больших помещений. Их использование может оказаться экономически неоправданным.
Идея установки обычных кондиционеров в огромных промышленных постройках, подземных парковках, помещениях, размеры которых превышают несколько сотен квадратных метров – будет нецелесообразной. Для них существуют отдельные мощные установки, способные обрабатывать огромную кубатуру воздушных масс за минимальное время. Но такая вентиляция требует соблюдения нескольких условий для нормальной работы:
- Хорошая звукоизоляция. Прохождение большого количества воздуха сопровождается заметным шумом.
- Сбалансированная подача на рабочие точки. Скорость забора и передачи воздуха мощными кондиционерами способна создавать сильный поток, который не подходит для супермаркетов.
- Контроль скорости воздуха в системе. Мощный воздушный поток, предназначенный для отведения примесей, образующихся в результате производства, способен вместе с ними «захватить» и мелкие детали, используемые в работе.
- Сохранение постоянного температурного режима. При высокой скорости движения больших объёмов воздуха их температура способна серьезно влиять на микроклимат помещения.
Что такое и как работает система форкамерно-факельного зажигания
Если есть форкамера в моторе, значит уже понятно, что есть основная камера сгорания топлива, а есть еще дополнительная.
Во впускном коллекторе и головке блока цилиндров есть специальный канал. Такой двигатель с форкамерой устанавливают, например, на не некоторые модели автомобилей Газа «Волга». В предкамеру подается переобогащенная смесь, которая создается в отдельной камере карбюратора. В форкамере есть еще впускной клапан. Далее свеча зажигания вырабатывает искру и происходит поджиг топливно-воздушной смеси в предкамере. После этого распределительный вал открывает впускной клапан основной камеры, после чего в основную камеру поступает уже обедненная смесь.
Полости форкамеры и основной камеры сгорания сообщаются специальными соплами — каналами. Через них в основную камеру попадает пламя, пары и газы уже успевшей сгореть части воздушно-топливной смеси. В результате этого обедненная смесь в основной камере воспламеняется.
Таким образом, форкамера — это подвпрыск, который по принципу действия похож на принцип двухступенчатой работы новых дизельных инжекторных форсунок.
Принцип работы дизельного двигателя
И все-таки в чем принцип работы дизельного двигателя? Принцип работы дизеля состоит в компрессионном воспламенении топлива в камере сгорания при смешивании с разогретой воздушной смесью.
Подача смеси происходит раздельно ‒ сначала нагнетается воздух, затем поршень сжимает его и в верхней мертвой точке происходит впрыск топлива через форсунку
Воздух, в процессе сжатия разогревается до 800ºС , топливо поступает давлением до 30 МПа, происходит самовоспламенение.
Этот процесс сопровождается вибрациями и шумом. То есть дизель ‒ более шумный по сравнению с бензиновым движком.
Принцип работы дизельного двигателя позволяет быть двигателям как двух, так и четырехтактными, но основная масса автомобилей, все-таки, оснащены четырехтактными движками.
В двухтактном дизеле, по сравнению с четырёхтактным, ввиду другого принципа работы, совмещения двух тактов, впуска и выпуска (продувки).
Двухтактный вариант мощнее аналогичного по объёму четырёхтактного примерно в полтора раза.
Плюсы и минусы предкамерных агрегатов
С одной стороны, изменение конструкции двигателя с внедрением форкамеры не нашли широкого применения из-за значительного усложнения конструкции двигателя.
Хотя экологичность таких двигателей была выше, да и расход топлива меньше, они имели меньший ресурс эксплуатации, чем обычные ДВС.
Для дизельного двигателя форкамера подходит лучше. Она снижаем сильную задымленность из выхлопной трубы. К тому же форкамерные дизели способны работать на некачественном дизельном топливе.
Основной минус форкамерных двигателей — это трудный запуск мотора на холодную. Если нагревать предкамеру, то такой двигатель заводится без проблем.
Видео
ГБЦ форкамерных двигателей.
Форкамера Мерседес ОМ 601-603.
Как заменить форкамеры.
Автор публикации
не в сети 3 месяца
Специфика очистки больших объёмов воздуха
Можно легко оценить тот факт, насколько необходимой является форкамера в вентиляции, рассмотрев, что это такое детальнее. Приставка «фор» переводится «перед», что позволяет рассматривать форкамеру, как предварительное помещение, в котором производится вентиляционный газообмен. Для мест с сильно загрязнённой атмосферой она становится отличным «фильтром» разделяющим внутреннюю систему вентиляции помещения и внешнюю.
Благодаря этой системе разделения открывается возможность надежно отсечь большинство факторов, способных ухудшать состояние воздуха в проветриваемом помещении. Или наоборот – оперативно отводить образующиеся внутри него летучие соединения наружу.
Для этих целей создается отдельное помещение – предварительная область или предкамера, в которой создается рабочий вентиляционный узел. Его техническое оснащение меняется в зависимости от скорости и качества проходящих воздушных потоков.
В некоторых случаях достаточно специального направляющего вентилятора, который разделяет входящий и выходящий воздух в предназначенные для этого каналы. Может понадобиться монтаж воздушных фильтров для очистки, обустройство шумоизоляции.
Между строк
Начиная делать этот раздел, я не посмотрел, что есть в интернете на эту тему, оказалось, что зря! Попадаются полезные материалы:
Нужно скачать файл. Там есть несколько неточностей, но в целом техническая сторона вопроса изложена внятно.
Ляпов, конечно, встретилось намного больше, чем толковой информации:
| Ученые определили количество воздуха в помещении, необходимое для одного человека. Для спальни этот показатель равен 14,4 м/ч, рабочего кабинета 36 м/ч, детской 21,6 м/ч. |
Можно ещё вспомнить, что физиологическая норма для дыхания около 4-х кубометров в час. Вентиляция, это не только дыхание, потение, это ещё и ассимиляция иных вредностей и т.п.
Кроме того маленькие расходы просто нереально раздать: их надо подводить прямо в зону дыхания. Это трудно даже для специалистов.
Впрочем, тратить время на анализ чужих ошибок дело неблагодарное: надо избегать своих.
19 августа 2011
| Главная | содержание | наверх |
Как очищаются большие объемы воздуха?
Форкамера – это предварительное помещение, расположенное перед системой очистки, в нем происходит свободное движение воздуха, его обмен с атмосферой, для этого существует специальный воздушный клапан. Имеется также фильтр, позволяющий предварительно очистить атмосферный воздух, разделив внутреннюю и внешнюю вентиляцию. Это позволяет доставить до системы очистки уже отчасти отфильтрованный воздушный поток.
Благодаря этому большинство частиц, засоряющих кислород, остается на улице и изначально не попадает в вентиляционную систему. Лишние летучие соединения будут отводиться обратно в атмосферу благодаря клапану.
Схема работы форкамеры
Вентиляторы
В предварительной камере устанавливают специальный вентилятор, в зависимости от того, насколько большой объем помещения и какие качественные характеристики у воздуха, может меняться оснащение данной комнаты. Вентилятор с приводом от двигателя помогает разогнать потоки, создать необходимую тягу; чем площадь больше, тем мощнее должно быть устройство.
Если помещение небольшое, то хватит и направляющего вентилятора: он, как правило, не имеет мощного мотора, меньше шумит и стоит дешевле. Его задачей является разделение воздуха на каналы, входящий и исходящий. Часто систему дополняют специальными фильтрами, которые позволяют создать шумовой барьер, иначе в основном помещении будет слышна работа вентилятора, что не очень приятно, если постоянно там находиться. Узнать больше как бороться с шумом вентиляции можно в этой публикации https://ventilation-conditioning.ru/zdorove/shum-ventilyacii.html.
Текст
220672 Союз Советоких Социалиотических РеопубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 29.ЧН,1964 ( 914376/24-6)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 07,Х,1971, Бюллетень3Дата опубликования описания ЗО.Х 1.1971 1 ПК Е 020 19/02Г 02 тп 21/02 Г 02 п 17/08 Комитет ио делай изобретений и открытий при Совете Миииотрое СССР21,433.3-3888.8) Авторыизобретени К, И, Генкин, Б, Н. Струнге, М. И. Лубченко и Д. Т. Аксен Заявители Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газо Харьковский завод транспортного машиностроения им. Малыш ТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА ГАЗОВОГО ДВИГАТ С ФОРКАМЕРНО-ФАКЕЛЪНЪМ ЗАЖИГАНИЕМ 2 Извести двигателя нием, соде топливную вающий д висим ости коллекторь ы устройства для запу с форкамерно-факельнь ржащие регулятор числ аппаратуру и редуктор авление форкамерного от давления продувочн т форкамерного и цили тора ет в апан газося в аясь бра- няюаз из коллек н 10 поступа а б через кл иод сжатия ра 11 подает атия, смешив клапан 12, о ко воспламе да свечи 14 ет тягу 9. Г скной клапа з коллектор ру 13. В пер ь из цплинд к концу сж вшим через ю смесь, ле на электро ска га 1 м з а об , под газа ого во ндров зовогоажигаротов,держив заздуха,го гаедмет изобретени за.Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что на входе в коллектор цилиндрового газа установлен редуктор, поддерживающий давление цилиндрового газа в зависимости от давления продувочного воздуха, в то время как регулятор числа оборотов полностью открывает проходное сечение клапана, В результате устраняется переобогащение газовой системы в цилиндре двигателя.На чертеже показано предлагаемое устройство.При достижении двигателем 1 пусковыоборотов включается зажигание, открывается вентиль 2 и газ, проходя через редуктор- регулятор 3 и 4 поступает в коллекторы 5 и б под необходимым давлением. В это время дозирующие органы 7 полностью открыты, так как всережимный регулятор оборотов 8 полностью вытягива 5 через газовпу цилиндр 11, а и 12 — в форкаме5 воздушная смес форкамеру 13 и с газом, поступ зует обогащенну щуюся от пскрь10 Устройство для запуска газового двигателя 1 ч с форкамерно-факельным зажиганием, содержащее регулятор числа оборотов, топливную аппаратуру и редуктор, поддерживающий давление форкамерного газа в зависимости от давления продувочного воздуха, коллекто ры форкамерного и цилиндрового газа, отличаюи 1 ееся тем, что, с целью устранения переобогащения газовой смеси, на воде в коллектор цилиндрового газа установлен редуктор, поддерживающий давление цилиндрово 25 го газа в зависимости от давления продувочного возд а.220672 Составитель ф. ЛевинТехред Т. Т, Ускова Редактор И. Грузова Корректор В. П, федулова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 3414/8 Изд.1436 Тираж 473 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5
Что такое Common Rail
Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления. Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным. Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.
Система включает в себя ТНВД (топливный насос высокого давления), пьезоэлектрические форсунки, топливную рампу, регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива. Интересно, что на заре своей эволюции дизельные агрегаты имели не в пример более простую топливную аппаратуру с механическими форсунками и несопоставимо более низким давлением солярки на фоне современных систем.
Форкамера
Форкамера — это специальная полость в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Полость форкамеры сообщается с основной полостью камеры сгорания через один или более каналов. Бензиновый и дизельный двигатель могут быть форкамерными, то есть предкамерными.
Форкамера
Как мы уже описали выше, форкамерный двигатель имеет следующий принцип действия в работе:
- в предкамерную полость подается топливно-воздушная смесь;
- смесь частично воспламеняется;
- по мере сгорания смеси, давление в форкамере увеличивается;
- из-за создающегося давления, пары и газы сгоревшей смесь выталкиваются в рабочую полость цилиндров над поршнями. Форкамера имеет объем 30% от основного объема рабочей полости камеры сгорания. Смысл применения данной конструкции в ДВС в том, чтобы улучшить наполнение цилиндров и улучшить качество образования смеси.
Главный плюс двигателя с форкамерой — это низкие ударные нагрузки деталей цилиндро-поршневой группы во время работы ДВС. Это обеспечивается, как раз таки, за счет плавного нарастания давления, а не скачками.
К тому же, форкамерные двигатели качественно сжигают топливо, уменьшают количество выброса вредных веществ, уменьшают расход топлива и повышают КПД силового агрегата.
Что такое и как работает система форкамерно-факельного зажигания
Если есть форкамера в моторе, значит уже понятно, что есть основная камера сгорания топлива, а есть еще дополнительная.
Полости форкамеры и основной камеры сгорания сообщаются специальными соплами — каналами. Через них в основную камеру попадает пламя, пары и газы уже успевшей сгореть части воздушно-топливной смеси. В результате этого обедненная смесь в основной камере воспламеняется.
Таким образом, форкамера — это подвпрыск, который по принципу действия похож на принцип двухступенчатой работы новых дизельных инжекторных форсунок.
Плюсы и минусы предкамерных агрегатов
С одной стороны, изменение конструкции двигателя с внедрением форкамеры не нашли широкого применения из-за значительного усложнения конструкции двигателя.
Хотя экологичность таких двигателей была выше, да и расход топлива меньше, они имели меньший ресурс эксплуатации, чем обычные ДВС.
Для дизельного двигателя форкамера подходит лучше. Она снижаем сильную задымленность из выхлопной трубы. К тому же форкамерные дизели способны работать на некачественном дизельном топливе.
Основной минус форкамерных двигателей — это трудный запуск мотора на холодную. Если нагревать предкамеру, то такой двигатель заводится без проблем.
1300 градусов за 2 секунды: Мгновенный пуск и забота об экологии. Несправедливая судьба дизельных двигателей и эволюция свечей накаливания
В прошлом материале подробно рассказывал о появлении и развитии систем впрыска топлива. В этот раз поговорим про свечи накаливания, без которых не обходится ни один современный автомобильный дизельный двигатель.
История появления свечей накаливания
Эволюционный путь этих компонентов начался, конечно, все с тех же нефтяных двигателей. Способные работать на различных видах топлива — керосине, сырой нефти, растительном масле — они выпускались с конца 19 века. Если быть точным, с 1886 года, то есть они появились на 11 лет раньше, чем первый работающий двигатель Рудольфа Дизеля. А в 1891 году увидели свет первые серийные нефтяные двигатели — их выпускала по лицензии компания Richard Hornsby & Sons.
Видео двигателя Hornsby:
Особенностью конструкции, разработанной британским инженером Гербертом Акройд-Стюартом, было наличие так называемого калоризатора, или калильной головки — специальной теплоизолированной камеры, где температура была намного выше, чем в самом цилиндре двигателя. Именно в калоризаторе и происходило воспламенение топлива. Чтобы облегчить этот процесс, перед пуском двигателя калоризатор было необходимо разогреть до температуры 300-350 градусов при использовании углей, открытого огня, или, позже, электрической спирали. При помощи паяльной лампы греть калоризатор было нужно минут 10-15.
Примечательно, что именно компания Роберта Хорнсби стала создателем первого в мире действующего трактора с гусеничным движителем с непрерывной стальной лентой.
Первый гусеничный трактор “Хорнсби и сыновья” был представлен в 1905 году, на картинке — его модифицированная модель 1907 года. Фото: Википедия.
На испытаниях для армии (в качестве артиллерийских тягачей) солдаты прозвали машину гусеницей.
В качестве военных тягачей машины Хорнсби показали себя очень хорошо. Фото: Википедия
Патент на трактор был продан компании Holt, так на свет появилась марка Caterpillar.
Воспламенение происходило следующим образом. На такте впуска в горячий калоризатор подавалось топливо при помощи форсунки. Перед достижением поршнем ВМТ, в камеру поступал сжатый поршнем воздух, и пары испарившегося топлива воспламенялись. Конструкция, позже получившая название "полудизель", несмотря на все свои очевидные недостатки (малая мощность, вибрации, необходимость подогрева калоризатора при использовании на малых оборотах) была простой в производстве и продержалась на плаву (в том числе, в прямом смысле, на небольших судах) до середины 20 века. В числе наиболее успешных примеров — немецкие тракторы Lanz-Bulldog, которые я показывал вам в материале из секретного музея винтажных тракторов в Австрии. В СССР двухтактные нефтяные двигатели ставили, например, на тракторы "Запорожец". Модификации с запальным шаром вместо калильной головки были широко известны у нас под брендом "болиндер".
Запуск нефтяного двигателя с запальным шаром:
Конструкция нефтяных двигателей уже в начале 20 века была вытеснена более эффективными дизельными двигателями. Можно долго спорить о том, кто же все таки изобрел эту конструкцию — Рудольф Дизель или русский инженер Густав Тринклер, раньше своего немецкого коллеги предложивший в 1898 году не только сам двигатель с воспламенением от сжатия, но и гидравлическую систему нагнетания и впрыска топлива, эволюционировавшую сегодня в систему Common Rail.
Но факт есть факт — под давлением рыночных факторов в лице Эммануила Нобеля, купившего в том же году лицензию на выпуск моторов Дизеля, и запустившего их масштабное производство на Механическом заводе "Людвиг Нобель" в Санкт-Петербурге, конструкция Тринклера развития не получила, и именно дизельные двигатели начали завоевывать мир.
Фабрика и двигатели завода Людвиг Нобель в Петербурге. Фото: Википедия
Правда, не весь — работавшие на нефти дизели были очень габаритные, малооборотистые, требовали больших воздушных компрессоров, поэтому применялись в стационарной технике, и на различных судах. А еще — на дирижаблях.
В тридцатых годах дизельные дирижабли LZ 127 Graf Zeppelin и LZ 129 Hindenburg выполняли регулярные рейсы из Германии в США и Южную Америку. Перелет в Рио занимал пять дней. На фото — “Граф Цеппелин” в Южной Америке, 1928 год. Фото: Flickr 
Построенные в середине тридцатых, жесткие дирижабли класса “Гинденбург” оснащались четырьмя дизельными двигателями Daimler-Benz DB 602 (LOF-6) V-16, выдающими до 1320 л.с. каждый. Рабочий объем немал, как можно догадаться — 88.5 л. Фото: Mercedes-Benz Classic. 
Дизельный дирижабль LZ 129 Hindenburg в небе над Нью-Йорком, 1937 год. Фото: Mercedes-Benz Classic
Стационарные дизельные двигатели используются и по сей день. Примеров этому немало на Youtube, и выглядит это очень познавательно.
На автомобилях дизельные двигатели стали применяться лишь в 20-х годах, после изобретения немецким инженером Робертом Бошем компактного многосекционного ТНВД и бескомпрессорных форсунок.
Ключевой особенностью дизельных двигателей было воспламенение топливо-воздушной смеси без использования искровых свечей зажигания.
У таких моторов была очень высокая степень сжатия (например, 15:1 или 20:1 против 5:1 у полудизелей). Чтобы смесь самостоятельно воспламенилась, ее, конечно, тоже необходимо было нагреть до высокой температуры, и двигатель делал это самостоятельно — на такте сжатия поршень сжимал воздух, подаваемый в цилиндры с давлением в 45-55 бар, и в результате адиабатического сжатия его температура повышалась до 500-600 градусов Цельсия, что обеспечивало самовоспламенение смеси после впрыска топлива.
В конструкции первых успешных автомобильных дизелей сгорание облегчали так называемые предкамеры (форкамеры), составляющие от 20 до 40% от общего объема двигателя. При воспламенении паров топлива в предкамере, разогретая смесь несгоревшего топлива и продуктов сгорания вытеснялась в надпоршневое пространство, давление в цилиндре нарастало более равномерно, двигатель работал мягче и эффективнее.
Один из первых примеров автомобильного форкамерного дизеля — разработанный в 1923, спустя год пошедший в серию грузовик Mercedes-Benz 5K3 с четырехцилиндровым форкамерным дизелем объемом 8.8 л. Разработанный инженером Проспером Леранжем двигатель OB 2 выдавал всего 50 л.с. Привод на колеса осуществлялся при помощи цепи.
Mercedes-Benz 5K3 — один из первых дизельных грузовиков в истории. Фото: Mercedes-Benz Classic
Использование предкамер позволяло снизить давление впрыска топлива до 200 бар, то есть, значительно уменьшить размер необходимой топливной аппаратуры. Однако с уменьшением рабочего объема дизельных двигателей, с ростом рабочих оборотов, что было обусловлено автомобильной спецификой, инженеры столкнулись с еще одной проблемой — затрудненным запуском дизельного двигателя при низких температурах.
Так, для уверенного пуска форкамерного дизеля, температура внутри предкамеры должна была составлять не менее 40 градусов Цельсия. В противном случае, особенно, при температурах ниже нуля, запустить такой двигатель было проблематично.
Чтобы решить проблему холодного пуска, в разных конструкциях двигателей использовались разные, в том числе экзотические по сегодняшним решения — например, патроны с тлеющей селитровой бумагой. Разработанные Робертом Бошем в калильные свечи, или свечи накаливания, распространены и поныне, но этом году отмечают столетний юбилей! Представленные в 1922 году конструкции упрощенно представляли собой подключенные последовательно электрические подогреватели, — эдакие кипятильники, которые устанавливались в предкамеры. Похожие свечи применяли и другие производители.
В качестве резисторов использовался толстый термостойкий провод, скрученный в катушку — нагревательную спираль. При подаче электричества, система медленно разогревалась. Рабочая температура в предкамере достигалась за 180 секунд.
Первым серийным дизельным легковым автомобилем стал роскошный Mercedes-Benz 260 D W138, с помпой представленный в 1936 году на берлинской авто- и мотовыставке.
Предсерийный Mercedes-Benz 260 D (W 138) такси в кузове ландоле. Фото: Mercedes-Benz Classic
Дизельный двигатель OM-138 был “обрезанной” и адаптированной под легковые нужды версией “шестерки”, успешно применяемой к тому моменту в коммерческой линейке. 4 цилиндра, рабочий объем 2.6 литра, верхнее расположение клапанов, предкамеры, мощность в 45 л.с. при 3200 об/мин. По тем временам мотор был весьма оборотистым для дизеля.
Двигатель Mercedes-Benz OM138 на Mercedes-Benz Typ 260 D. Фото: Mercedes-Benz Classic
Поддерживать непрерывную подачу топлива на высоких (3000 и более) оборотах стало возможно только благодаря четырехплунжерному ТНВД разработки инженера Боша — первой подобной конструкции, не утратившей актуальности с годами. Для таких серьезных конструкций это типично — например, история современных моделей ТНВД распределительного типа с механическими регуляторами частоты вращения восходит к шестидесятым годам. Двигатель OM 138, влекущий немаленький “Мерседес”, расходовал всего 9.5 литров тяжелого топлива на сотню.
Технический рисунок форкамеры, камеры сгорания, насоса высокого давления и топливопровода четырехцилиндрового дизельного двигателя OM 138, приводящего в движение первый в мире серийный дизельный легковой автомобиль Mercedes-Benz 260 D (W 138). Фото: Mercedes-Benz Classic
Насосы высокого давления — отдельная тема, так что не будем отвлекаться, и вернемся к нашим свечам накала, которые во второй половине двадцатого века уже выглядели почти так же, как сейчас.
Свечи накаливания разных лет выпуска, от 1932 до 1990 года. Фото: Bosch
Если в тридцатых-сороковых годах все еще использовались “кипятильники” (на тот же 260 D электрические свечи накала устанавливали с 1938 года), то уже в конце пятидесятых свечи накаливания имели зачастую практически современный вид.
Эволюция дизелей и свечей накаливания
Нагревающие спирали были расположены в заполненной изолятором — оксидом магния — герметичной металлической трубке. Корпус похожей на карандаш свечи получил резьбовое крепление. Похоже на обычные свечи зажигания, но без электрода на конце. При подаче напряжения, кончик свечи нагревался до температуры в 700-800 градусов Цельсия, испуская видимое свечения (отсюда — английское название glow plug). На разогрев требовалось около минуты.
С годами двигатели и их узлы становились все более компактными, не исключая и свечи накаливания. В семидесятых годах трубки свечей имели диаметр 6 мм, на разогрев требовалось уже 15-17 секунд. К восьмидесятым годам время разогрева сократилось до 10 секунд,
Вихрекамерные двигатели — дальнейшая эволюция предкамерных двигателей. Основное отличие — благодаря каналам специальной формы, поступающий в предкамеру воздух завихряется, и топливо впрыскивается в этот вихрь, что делает процесс сгорания более эффективным. Том числе, и при холодном пуске — такие моторы могли технически спокойно запускаться при температуре +20 градусов без активации свечей накала.
Шестицилиндровый рядный форкамерный дизель OM606. Фото: Mercedes-Benz Classic
Конструкция форкамерных моторов оказалась невероятно успешной и популярной. Компанией Mercedes, например, форкамерные рядники на 6, 5 и 4 цилиндров (OM606/605/604 объемом от 3 до 2 л) выпускались до начала нового тысячелетия. В девяностых их ставили на самые популярные модели марки, такие как W202 и W210.
Mercedes-Benz W202 С-класса с дизелем OM 604. Фото: Mercedes-Benz Classic 
Mercedes-Benz E 270 CDI W210 представили в 1999 году. Под капотом — пять цилиндров и 170 л.с. Фото: Mercedes-Benz Classic
Многие склонны называть всеядные чугунные моторы этих серий последними настоящими немецкими “миллионниками”, особенно, это касается модификаций последних годов выпуска, когда капризную систему впрыска (EVE, Elektronic Verteiler Einspritzpumpe) от Lucas заменили на более надежную от Bosch (EDC, Elektronic Diesel Conrol). В остальном все отлично — минимум электроники и много чугуна.
Работа свечи накаливания в форкамерном двигателе, 1999 год. Фото Bosch.
Использование четырех клапанов на цилиндр ужесточило требование и к размерам свеч накала, которые стали еще более компактными.
Технический рисунок — двигатель OM 604 в разрезе. Фото: Mercedes-Benz Classic
На разогрев новейших 11-вольтовых двухспиральных свечей накаливания Bosch Duraterm до 850 градусов уходило менее четырех секунд, после чего двигатель мягко запускался даже в сильный мороз. Трубка накаливания была изготовлена устойчивого к коррозии и вибрации никель-хромового сплав c добавками алюминия, меди, кремния. Уже тогда свечи накаливания научили поддерживать нагрев на протяжении трех минут, оптимизируя сгорание на холодном двигателе, что способствовало не только более стабильной работе, но и снижению уровня вредных выбросов. Максимальная температура нагрева свечей составляла 950 градусов Цельсия.
Конструкция стандартной свечи накаливания. Фото: Bosch
Конструкция современной свечи накаливания объединяет в один резистивный элемент нагревательную спираль и регулирующую обмотку. Ток передается через соединительный болт и регулирующую обмотку на нагревательную спираль, плотно “упакованную” в изолирующий керамический порошок с высокой теплопроводностью. Электрическое сопротивление сплава, из которого сделана спираль, увеличивается при нагреве, соответственно, ток уменьшается после нагрева спирали до рабочей температуры, защищая узел от перегрева.
Модуль управления свечами накаливание определяет температуру и время работы каждой из свечей. Фото: Bosch
Альтернативным решением стали применяемые на японских двигателях свечи накала с электромеханическим релейным блоком, позже замененным на электронный модуль управления.
Конструкция дизельных двигателей: с непосредственным (прямым) впрыском и предкамерой. Фото: Bosch
Непосредственный впрыск — из начала 20 века в новое тысячелетие
С развитием компьютерного управления впрыском, а также ужесточением экологических норм, наступило время дизельных моторов с непосредственным впрыском топлива, выбрасывающих еще меньше вредных выбросов.
Строго говоря, первый дизель с непосредственным впрыском применялся еще на грузовике M.A.N. Saurer в 1924 году. Вес 40-сильного двигателя составлял 420 кг.
Первый грузовик MAN с дизелем с прямым впрыском. Фото: MAN
В таких двигателях топливо впрыскивается не в предкамеру, а непосредственно в цилиндр, тем самым уменьшаются теплопотери и растет эффективность работы.
Размещение свечи накала в двигателе с непосредственным впрыском. Фото: Bosch
Первым автомобилем с современным высокооборотистым “непосредственным” дизельным двигателем стал микроавтобус Ford Transit 1984 года с роторным распределительным насосом высокого давления и форсунками Lucas DPS или Bosch VE, в зависимости от модификации. Экономия топлива на этом двигателе составляла до 25% по сравнению с форкамерной моделью. Первой легковушкой с таким дизелем в 1988 стала передовая итальянская модель — Fiat Croma, с 1.9-литровым мотором, выдающим 92 л.с. и 182 Нм.
Год спустя на модели Audi 100 стартовало второе поколение легковых дизелей с прямым впрыском Bosch VP34 — на легендарной рядной пятерке объемом 2.5 л, развивающий 120 л.с.и 265 Нм.
Уже фактически легендарная Audi 100 с пятицилиндровым дизелем с непосредственным впрыском была запущена в 1990 модельном году. Фото: Audi 
Система аккумуляторного впрыска Common Rail, кстати, для легковых автомобилей тоже была впервые адаптирована итальянцами — в 1997 году на Alfa Romeo 156 с двигателем 2.4-L JTD.
По дизайну и характеру Alfa Romeo 156 сильно отличалась от моделей Fiat, и это сделало ее любимицей покупателей. В 1998 — Европейский автомобиль года, в том числе, благодаря самому современному легковому турбодизелю. За 10 лет было произведено около 680 тысяч автомобилей. Фото: Stellantis
Технологии были проданы компании Bosch, давно ведущей свои разработки в этом направлении, и в том же году увидел свет Mercedes-Benz W202 с непосредственным впрыском с системой Common Rail с давлением до 1350 бар.
Установка свечей накала — нехитрая сервисная операция, от которой, впрочем, зависит стабильная работа дизельного двигателя. Если перетянуть свечу, ее сердечник мог быть поврежден, что может вызвать перегрев и разрушение свечи внутри камеры сгорания. Поэтому на современных свечах контактный стержень делают гибким.Фото: Bosch
На современных двигателях с непосредственным впрыском подача топлива через форсунки строго дозируется компьютером. Правильно смешать смесь в камере сгорания помогает особая форма днища поршня. Свеча накаливания выступает непосредственно в цилиндр. При температуре в 0 градусов, стандартные свечи накаливания в двухтысячных годах требовали на входе всего 4.4-5 Вольт вместо прежних 11-ти, не создавая излишней нагрузки на бортовую сеть, прогревались до 1000 градусов за 3 секунды, обеспечивая стабильный пуск и поддержание нагрева при работе двигателя на ХХ при и движении накатом, чтобы температура не падала ниже определенной отметки и сгорание становилось более эффективным. Тем самым уменьшались и вредные выбросы.
Современные свечи накаливания. Свечение, конечно, подрисовали на компьютере. Фото Bosch.
Следующим эволюционным шагом стало внедрение вместо нагревательных спиралей металло-керамических (как правило, из нитрида кремния и дисилицида молибдена) или чисто керамических нагревательных элементов. Современные “керамические” свечи накаливания имеют диаметр накальной трубки в 2-3 мм, потребляют 7 вольт, за 1-2 секунды разогреваются до 1000 градусов, при “потолке” в 1350 градусов. Тем самым достигается и практически мгновенный холодный пуск, и эффективное управление температурой смеси в цилиндрах в разных режимах работы двигателя.
Различия конструкции обычных и керамических свечей накаливания. Видно, что вместо нагревательных спиралей применяется керамический нагревательный элемент. Рисунок: Bosch.
Европейские производители исторически почти поголовно используют в качестве оригинального оборудования свечи накаливания и компоненты топливной аппаратуры Bosch.
Температура и время работы свечи плавно регулируется блоком управления двигателем. Задача свечи накала в современном дизеле с прямым впрыском — больше, чем просто обеспечить холодный пуск. Свечи должны по команде компьютера оптимально разогревать смесь в зависимости от условий и режима его работы, как при холодном пуске, так и на протяжении 15 минут после него. Также свечи включаются автоматически при движении, при снижении температуры выпускных газов, для “дожига” сажи и, соответственно, снижения загрязнения сажевого фильтра.
Современная керамическая свеча накаливания — уже не просто элемент холодного пуска, а важный участник процесса оптимизации экологических параметров двигателя. Фото: Bosch 
Сборка дизельных двигателей с прямым впрыском на заводе Mercedes-Benz. Фото: Mercedes-Benz Classic.
Более того, свечи накала в современных дизелях чисто физически участвуют в смесеобразовании — топливо впрыскиваться непосредственно на их наконечник.
Полноценно используя современные свечи накаливания, дизельные двигатели соответствуют нормам Евро-6 с приличным запасом. Топливные системы Common Rail с давлением до 2700 бар позволяет выжимать из современных турбодизелей до 135 лошадиных сил с литра объема.
Совсем недавно, в 2007 году, Mercedes-Benz делал ставку на дизели с непосредственным аккумуляторным впрыском. Но мировая повестка изменилась, и в настоящее время в Mercedes больше не разрабатывают новые ДВС. Предполагается, что последний автомобиль марки с ДВС будет выпущен до 2039 года. Но, возможно, и раньше. Фото: Mercedes-Benz Classic.
Еще одной интересной разработкой стало дополнение конструкции свечей накаливания пьезорезистивным датчиком давления, измеряющим давление в камере сгорания и передающим его в ЭБУ двигателя. По оценкам специалистов, это решение позволило добиться еще более эффективного снижения уровня наиболее вредных выбросов, в частности, оксидов азота. Однако эта технология так и не стала массовой — получившие второе дыхание в двухтысячных дизелестроение получило удар под дых в виде дизельгейта, и разработки новых поколений дизелей были фактически прекращены.
Как определить, что свечи накаливания пора менять
Срок службы современной свечи накаливание составляет 5-7 лет, или 80-100 тысяч километров. На неисправность свечей указывает затрудненный холодный пуск с обильным сизым выхлопом, повышенные шум и вибрации на прогреве, потеря мощности и увеличенный расход топлива. Проверить работоспособность лучше всего помогает специальный тестер.
Варианты повреждения свечей накаливания. При разрушении наконечника гарантирован разбор двигателя, и хорошо, если он не будет поврежден. Иллюстрация Bosch.
Основной причиной выхода свечей накаливания из строя, очевидно, является перегрев. Чаще всего это происходит из-за выхода из строя контроллера, когда напряжение на свечу подается дольше положенного. При перегреве свечи корпус нагревательного элемента может даже лопнуть. Также на здоровье свечи негативно могут повлиять неправильная работа форсунки, сдвиг фаз газораспределения. В случае физической поломки свечи, не исключен дорогостоящий ремонт с демонтажом ГБЦ. Представляет опасность неправильная установка (если перетянуть, то можно вызвать деформацию контактного стержня — вот почему некоторые производители делают его гибким), а также некорректное тестирование — например, при напряжении 12 вольт вместо 7. Менять свечи накаливания рекомендуется комплектом, ведь на исправном двигателе они выйдут из строя одна за другой.
Подведем итог. Дизельные двигатели и их компоненты, включая свечи накаливания, активно совершенствовались на протяжении всей своей истории, и к настоящему времени их конструкция могла бы быть еще более эффективной. Однако в том числе в результате дизельгейта, ведущими европейскими, а затем и азиатскими автогигантами разработки дизельных двигателей нового поколения были фактически прекращены. И это — в тот самый момент, когда дизеля могли стать еще чище и безопаснее, при отличной экономичности высокой литровой мощности и крутящем моменте! Впрочем, сейчас это касается уже всех типов ДВС, включая бензиновые, “жизненный цикл” которых, по крайней мере, в “родной” Европе, похоже, подошел к концу.
Теперь вам слово, уважаемые читатели! Какой опыт у вас есть со свечами накаливания? Поломки, замена, и так далее. Буду рад вашим комментариям и дополнениям!