Дизельный двигатель
- Статья опубликована 26.06.2014 06:37
- Последняя правка произведена 28.10.2015 17:14
Определение.
Дизельный двигатель – поршневой ДВС, работающий от дизельного топлива. Топливо возгорается от сильного сжатия воздуха в цилиндре.
История.
В 1890 году Рудольф Дизель предположил, что если увеличить давление в цилиндрах, то эффективность работы двигателя заметно увеличится (теория «экономичного термического двигателя»). Свои замыслы ему удалось реализовать после получения патента на свое изобретение 23 февраля 1893 года. Первая рабочая модель двигателя была собрана только в начале 1897 года, а 28 января она успешно прошла все тестирования и испытания.
Патент на изобретение Дизеля
Патент, который получил Рудольф Дизель 23 февраля 1893 года на свое изобретение.
В качестве топлива Рудольф Дизель предполагал использовать каменноугольную пыль, однако проведенные опыты показали, что она совершенно не подходит на эту роль из-за высоких абразивных свойств. Зола, полученная при сгорании пыли, изнашивает двигатель и выводит его из рабочего состояния. Помимо того, неосуществимой оказалась подача пыли в цилиндры двигателя. Однако, несмотря на эти неудачи, стало возможным использование тяжелых фракций нефти в качестве топлива. Хотя Рудольф Дизель первым запатентовал использование в качестве системы зажигания сжатие воздуха, однако и до него существовали люди, высказывавшие подобные идеи. Таким был и Экройд Стюард, но по непонятным причинам он не смог получить патент.
Идея Экройда Стюарда заключалась в использовании сжатого воздуха для поджигания, впрыскиваемого в емкость, топлива. Чтобы запустить двигатель, необходимо было нагреть емкость лампой, но после запуска, работа двигателя поддерживалась без дальнейшего подвода тепла. Главное упущение теории Стюарта в том, что он даже не учитывал преимущества работы от высокой степени сжатия. Перед собой он ставил задачу исключения из двигателя свечей зажигания. Вот почему в нынешнее время всем хорошо известны «
Первые дизельные двигатели были крупногабаритными и тяжелыми, поэтому на протяжении почти 30 лет применялись исключительно в стационарных механизмах и силовых установках морских судов. Дорога в автомобилестроение была им закрыта также из-за того, что системы впрыска топлива того времени не были приспособлены к работе на высокооборотистых двигателях.
Стационарный одноцилиндровый дизельный двигатель
На фотографии один из первых дизельных двигателей. Он представлял собой громоздкую стационарную конструкцию с одним цилиндром.
В 20-е годы ХХ века немецким инженером Робертом Бошем был усовершенствован встроенный топливный насос высокого давления, который широко применяется и сегодня. Использование гидравлической системы в качестве нагнетателя и впрыскивателя топлива позволило избавиться от отдельного воздушного компрессора, а также увеличить крутящий момент двигателя. Но даже после этого дешевые и легкие двигатели с электрическим зажиганием лидировали среди легковых автомобилей, в то время как
«Дизель» в массы!
Переломным моментом в истории дизельных двигателей стали события 70-х годов. После резкого подорожания бензина, мировые производители малолитражных автомобилей заинтересовались в использовании дизельных двигателей.
О целесообразности использования дизельных двигателей заговорили и экологи. Выхлопы дизельного двигателя не такие токсичные и не загрязняют атмосферу.
Ж/Д транспорт и морские суда.
Помимо легковых автомобилей и грузовиков, дизельным двигателем оснащаются и локомотивы. «Дизель-поезда» незаменимы на неэлектрифицированных участках железных дорог благодаря своей автономности. Двухтактные дизельные двигатели с мощностью до 100.000 л.с. применяются на больших морских судах.
Принцип работы дизельного двигателя.
Четырехтактный цикл.
Принцип действия четырехтактного дизеляНа первом такте работы двигателя происходит втягивание воздуха через открытый впускной клапан цилиндра. Поршень опускается.
На втором такте воздух нагревается при сильном (примерно в 17 раз) сжатии в цилиндре. Поршень поднимается.
Во время третьего такта поршень опускается, топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсун. Топливо равномерно перемешивается с воздухом и образует самовоспламеняющуюся смесь. Энергия, образующаяся при сгорании топлива, приводит поршень в движение.
Четвертый такт – завершающий. Поршень поднимается, и выхлопные газы выходят через выпускной клапан.
Дизельные двигатели различаются конструкцией камеры сгорания:
Неразделенная камера сгорания: камера сгорания располагается в поршне, а впрыск топлива происходит в надпоршневом пространстве. Основное преимущество конструкции в пониженном расходе топлива, однако приходится терпеть грохот и шум. В нынешнее время конструкторы уделяют много внимания на разрешение этой проблемы.
Разделенная камера сгорания: топливо поступает в отдельную камеру (которая называется вихревой). Преимущественно в конструкции дизельных двигателей есть соединение вихревой камеры с цилиндром при помощи специального канала. Воздух, попадая в эту камеру, закручивается, что способствует более интенсивному перемешиванию топлива с кислородом. Раньше такая система была популярной в автомобилестроении, но из-за своей неэкономичности постепенно вытесняется конструкцией с неразделенной камерой сгорания.
Двухтактный цикл.
Принцип действия двухтактного дизеляПомимо 4-хтактного цикла существует также и двухтактный.
На начало первого такта цилиндр, наполненный воздухом, располагаются в нижней (мертвой) точке. При перемещении поршня вверх, происходит сжатие воздуха. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется. Благодаря расширению продуктов сгорания топлива, поршень совершает работу и опускается вниз. В нижней мертвой точке цилиндр продувается от продуктов сгорания и в него поступает чистый воздух. На этом цикл завершается.
Процесс вентиляции осуществляется за счет специальных продувочных окон, которые в зависимости от положения поршня то закрываются, то открываются. Данный тип продувки называется щелевым. Альтернативой ему является клапанно-щелевая продувка. Клапана в ней служат только для отвода отработавших газов, а окна для поступления чистого воздуха.
Так как в двухтактном цикле частота рабочего хода чаще в два раза, то можно предложить, что и мощность будет больше в два раза. Однако на практике такого не наблюдается. Максимальный прирост мощности по отношению к четырёхтактному 1.6-1.7 раз.
О правильной эксплуатации дизельного двигателя, а также о его ремонте можно почитать здесь.
autohis.ru
Чем отличается бензиновый двигатель от дизельного
Бензин против Дизеля: в чем разница?
На самом базовом уровне современные двигатели внутреннего сгорания работают по принципу четырех простых шагов: всасывание, сжатие, воспламенение и выхлоп. Этот цикл повторяется снова и снова, когда двигатель находится в рабочем состоянии. Таким образом, создается крутящий момент, который и передается на трансмиссию, а затем на колеса. Причем эти шаги работы двигателя не зависят от типа используемого мотора, будь то дизельный или бензиновый двигатель. Но в этих двух моторах есть различия в том, как они выполняют эти циклы работы.
Различия в работе бензиновых и дизельных двигателей
Для бензиновых двигателей этап впуска обычно заключается во всасывании воздуха и топлива в камеру сгорания. Если сравнивать работу с дизельным мотором, то в этот рабочий момент дизельный агрегат только всасывает воздух без топлива. Далее происходит сжатие воздуха в камере сгорания.
Зажигание контролируется в каждом типе двигателей по-разному. Бензиновые моторы используют свечи зажигания, которые с помощью электрической искры воспламеняют топливную смесь (кислород + бензин) в камере сгорания, тем самым запуская двигатель. В результате воспламенения топлива образуется энергия, которая начинает двигать поршни в моторе.
Что касаемо дизельного двигателя, то в отличие от бензинового силового агрегата воспламенение дизельного топлива в камере сгорания происходит от силы сжатия. То есть, происходит самовоспламенение топливной смеси. Происходит все очень просто.
Как мы уже сказали, сначала в камеру сгорания дизельного мотора подается только воздух, который сжимается по ходу движения поршня. В результате сильного сжатия кислород в камере сгорания сильно нагревается. В этот момент и подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется от горячего кислорода в камере сгорания, запуская мотор.
Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?
Таким образом, момент воспламенения топлива в дизельных моторах контролируют топливные форсунки, тогда как в бензиновых моторах, это регулируют свечи зажигания.
Стоит отметить, что, как правило, оба типа двигателей используют одинаковую систему выпуска, чтобы выпустить из камеры сгорания скопившиеся газы в результате воспламенения топлива. Это регулируется клапанами путем их открытия / закрытия, которые когда это необходимо и выпускают отработанные газы, направляя их в выхлопную систему автомобиля.
Какой двигатель эффективней: Дизель или бензин?
Дизельные двигатели продолжают совершенствоваться в экологическом плане, постепенно, доказывая, что уровень вредных веществ в выхлопе может быть почти таким же, как в бензиновых автомобилях. Но пока что все равно бензиновые двигатели считаются более экологичными. Но есть в дизельных двигателях неоспоримое преимущество, которое заключается в том, что они, по сравнению с бензиновыми, намного экономичнее.
Действительно, в большинстве случаев дизельные двигатели значительно превосходят бензиновые по топливной эффективности.
Это объясняется особенностью температуры самовоспламенения дизельного топлива в камере сгорания. Температура самовоспламенения — это температура, при которой соотношение в смеси кислорода-топлива будет приводить к самовоспламенению топливной смеси.
В бензиновых моторах наоборот важно, чтобы температура в соотношении бензин-кислород в камере сгорания не приводила к самовоспламенению бензина во время сжатия, поскольку это может привести к воспламенению топлива до подачи свечами зажигания искры. Это может привести к повреждению двигателя.
Чтобы этого не происходило, бензиновые моторы имеют довольно низкие коэффициенты сжатия (такт сжатия, когда определенное количество кислорода и бензина попадают в камеру сгорания). Это необходимо чтобы во время сжатия резко не повышалась температура воздуха.
Поскольку дизельные моторы не имеют во время такта сжатия (впуска) в камере сгорания дизельного топлива, они могут сжимать всасываемый кислород намного больше, чем бензиновые двигатели. В результате сильного сжатия воздух в камере сгорания сильно нагревается, после чего в камеру сгорания попадает дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.
Другим преимуществом эффективности дизельного двигателя является отсутствие дроссельной заслонки. Когда вы нажимаете педаль газа в бензиновом автомобиле, это открывает впускные клапана в двигателе, что позволяет большому количеству воздуха попадать в мотор.
Соответственно чем больше кислорода, тем больше энергии образуется в результате воспламенения топлива, которое также в этом случае начинает подаваться в повышенном объеме. Стоит отметить, что этот процесс контролирует компьютер, который и определяет необходимое количество топлива.
В дизельных моторах дроссельные клапаны не нужны. При нажатии педали газа компьютер просто определяет, какое количество топлива необходимо подать в камеру сгорания.
В результате этого при работе дизельного мотора теряется не много топлива, в отличие от бензиновых моторов, которые большой процент бензина сжигают зря.
Разница в соотношении топливной смеси: воздух / топливо
Дизельные двигатели имеют способность работать в очень широком диапазоне соотношения кислорода / топлива в топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания.
Бензиновые моторы обычно работают в диапазоне от 12 до 18 частей воздуха на 1 часть топлива (по массе).
Обычно это соотношение остается близким к 14,7:1. Дело в том, что при этом коэффициенте соотношения кислорода и топлива, вся топливная смесь полностью сгорает в камере сгорания.
Однако в дизельных моторах все по-другому. Например, как правило, дизельный мотор работает в соотношениях кислорода от 18:1 до 70:1.
Когда вы нажимаете педаль газа в дизельной машине это приводит к уменьшению соотношения воздух / дизельное топливо за счет увеличения впрыска дизеля в камеру сгорания.
Соответственно чем больше топлива, тем больше мощность. Правда когда дизельные моторы работают при низком соотношении кислород / топливо, в процессе сгорания образуется много сажи.
Именно поэтому, несмотря на наличие системы очистки, мы часто видим черный дым от грузовиков, когда они трогаются с места. В этот момент водители грузовиков сильно нажимают педаль газа, чтобы сдвинуть с места тяжелую машину.
В этот самый момент в дизельный двигатель начинает поступать меньше кислорода, но больше топлива.
Помимо этого существует еще множество отличий дизельных моторов от бензиновых. Например, каждый тип мотора по-разному может замедлять транспортное средство при торможении двигателем.
Для получения дополнительной информации посмотрите несколько видео роликов ниже.
Перед просмотром включите показ субтитров и их перевод.
www.1gai.ru
Рудольф Дизель. Дизельный двигатель :: SYL.ru
В сентябре 1913 года среди пассажиров парома «Дрезден», следующего в Англию, был Рудольф Дизель. Известно, что он поднялся на борт судна, и… больше его никто не видел. Таинственное исчезновение знаменитого немецкого инженера до сих пор остаётся одной из самых интригующих и загадочных историй XX века.
Рождение и детство гения
18 марта 1858 года в семье эмигрантов из Германии родился будущий великий немецкий инженер. Человек, чьё изобретение поставило его в один ряд с известнейшими людьми конца XIX и начала XX века. Именно в Париж из Аугсбурга (Германия) перебрались Теодор Дизель и Элиз Штробель.
Отец Рудольфа был потомственным переплётчиком, одним из его страстных увлечений, являлось изобретение игрушек. Так, с раннего детства Рудольф Дизель начинает приобщаться к труду, развозя по французской столице переплетённые отцом книги заказчикам. Возможно, что первое знакомство Рудольфа Дизеля с миром техники произошло в техническом музее, который находился недалеко от его дома.Каждые выходные отец водил мальчика в музейный зал, где находились паровые машины, история появления которых начинается с 1770 года. Жизнь шла своим чередом, размеренно и спокойно. Семья трудолюбивых немцев не имела большого достатка, но и не бедствовала.
Вынужденный отъезд
Всё закончилось в 1870 году с началом франко-прусской войны. Этническим немцам в Париже становится жить небезопасно. Теодор Дизель был вынужден оставить всё своё имущество, и вместе с женой и 12-летним сыном Рудольфом перебраться в Лондон. Немецкие войска на тот период полностью оккупировали столицу Франции. Столица Великой Британии неприветливо встретила новых жителей.
Семья Дизелей испытывала большую нужду. Работы не было, приходилось перебиваться случайными заказами на переплёт книг. Тогда, в 1871 году, семьёй было принято решение для продолжения учёбы отправить юного Рудольфа Дизеля в Аугсбург, к брату матери, профессору математики Кристофу Барнекелю.
Рудольф Дизель: биография будущего изобретателя
Перед отъездом Рудольф твёрдо пообещал родителям, что после окончания учёбы он вернётся домой, чтобы помогать отцу. Однако вслед за сыном через два года в Аугсбург переехали и его родители.
Семья профессора Барнекеля встретила племянника с теплотой, мальчик был окружён заботой и вниманием. Способности Рудольфа очаровали профессора, за что дядя разрешил ему пользоваться своей обширной библиотекой. Первым занятием Рудольфа в семье профессора стало переплетение всех старых книг, искусство, которому обучил его отец. Общение с образованным родственником, несомненно, пошло на пользу молодому человеку. Сегодня весь мир знает, кто изобрёл дизельный двигатель. А тогда всё только начиналось.По прибытии племянника в Германию профессор Барнекель устраивает мальчика в реальное училище, которое Рудольф Дизель оканчивает как лучший ученик. После начального образования юное дарование в 1873 году поступает в Аугсбургскую политехническую школу, которую оканчивает через два с половиной года с наивысшими показателями. Следующим шагом молодого учёного становится поступление в Мюнхенскую Высшую техническую школу, которая была успешно окончена в 1880 году.
Мюнхенский технический университет в Баварии (Германия) до сих пор хранит в своём музее результаты выпускных экзаменов студента Рудольфа Дизеля, превзойти которые не может ни один студент за всю почти полуторавековую историю вуза.
Встреча, которая перевернула его жизнь
Во время учёбы Рудольф Дизель познакомился с известным немецким инженером, разработчиком холодильного оборудования, профессором Карлом фон Линде. Так случилось, что из-за заболевания брюшным тифом студенту Дизелю не удалось вовремя сдать экзамены профессору. Рудольф был вынужден на время покинуть университет и отправиться на практику в Швейцарию, устроившись в машиностроительную компанию братьев Шульцер.
Спустя год Дизель возвращается в Германию, где успешно завершает учебный процесс, сдав выпускные экзамены профессору Карлу фон Линде. К тому времени наставник решает оставить преподавательскую деятельность и вплотную заняться прикладными исследованиями в организованной им же компании «Хладогенераторы Линде». Рудольф Дизель получает место в парижском филиале компании в качестве управляющего.Интересная работа
На протяжении десяти лет Рудольф Дизель усовершенствовал свои знания в области термодинамики. Механический холодильник — вот над чем работали всё это время немецкие изобретатели в компании Карла Линде. Принципом работы холодильной установки было испарение и конденсат аммиака при помощи механического насоса.
Ещё при обучении в университете Р. Дизеля волновала проблема автономного источника питания для производства. Индустриальная революция основывалась на неэффективных и громоздких паровых двигателях, чей 10-процентный коэффициент полезного действия (КПД) явно не отвечал растущим потребностям в энергетической области. Миру нужны были компактные и дешёвые источники энергии.
Дизельный двигатель: первый рабочий экземпляр
Помимо основной работы Рудольф Дизель проводил научные исследования по созданию эффективного теплового устройства, которое превращало бы тепловую энергию в механическую. В своих лабораторных экспериментах Рудольф изначально использовал аммиак как рабочее тело установки. В качестве топлива применялся порошок из каменного угля.
По теоретическим расчётам, двигатель Рудольфа Дизеля должен был работать от сжатия в рабочей камере тела, которое при соединении с топливом создавало бы критическую температуру для воспламенения.
Уже в ходе экспериментов было установлено, что опытные образцы дизельного двигателя имели небольшое преимущество над паровыми установками. Это вдохновляло изобретателя на дальнейшую работу и эксперименты.
В один из дней работа по созданию дизельного двигателя чуть не стала фатальной для его изобретателя. Взрыв машины едва не привёл к гибели Рудольфа Дизеля. Немецкий инженер был госпитализирован в одну из парижских клиник. Во время взрыва Рудольф получил повреждение глазного яблока. До конца жизни эта проблема сопровождала изобретателя.
Забегая вперёд, следует отметить, что в 1896 году Рудольф Дизель изобрёл свой первый рабочий экземпляр, который представил на всеобщее обозрение. При финансовой поддержке братьев Щульцер и Фридриха Круппа мир увидел двигатель мощностью 20 лошадиных сил с КПД 26% при весе механического агрегата пять тонн. Сегодня это чудо технического прогресса можно созерцать среди экспонатов Машиностроительного музея в городе Аугсбурге (Германия).Берлинский филиал
После частичного восстановления зрения в парижской клинике Рудольф по приглашению своего учителя Карла фон Линда возглавил Берлинский филиал компании. Окрылённый успехом Рудольф Дизель создаёт промышленный образец двигателя, который имел коммерческий успех. Новую силовую установку изобретатель назвал атмосферным газовым двигателем.
Однако такое название надолго не прижилось, и изобретение стали называть просто «дизель» в честь создателя агрегата. Многочисленные контракты, финансовые потоки и устойчивый спрос на новое изобретение заставляют Дизеля покинуть филиал Карла фон Линда и открыть свой собственный завод по производству дизельных двигателей.Финансовый успех
Могли ли предположить родители, отправляя своего сына на обучение к дяде, что уже к 40 годам он станет известен всему миру? Осенью 1900 года в Лондоне появляется новая компания по промышленному производству дизельных двигателей.
Дальнейшая хронология событий разворачивается очень стремительно:
- В 1903 году мир увидел первый корабль с двигателем Рудольфа Дизеля.
- В 1908 году автомобильная промышленность получила компактный дизельный двигатель для грузового транспорта.
- В 1910 году с железнодорожного депо в Англии вышел первый локомотив с дизельным двигателем.
- Немецкая компания «Мерседес» стала выпускать свои автомобили исключительно с дизельными двигателями.
К тому времени Рудольф Дизель достиг успехов не только в работе. Личная жизнь изобретателя сложилась довольно успешно. Любящая жена и трое детей вдохновляли его на дальнейшую работу.Мировой кризис
Крупнейшие машиностроительные компании Европы и Соединённых Штатов Америки стояли в очереди на приобретение лицензий по производству дизельных двигателей. Мировая пресса постоянно подогревала интерес к изобретению Рудольфа Дизеля, давая лестные характеристики преимуществам нового агрегата над другими силовыми установками.
Р. Дизель стал очень богат. Альфонс Буш, американский магнат по производству пива, предложил конструктору один миллион долларов за право производства двигателей в США. Но всё закончилось в одночасье.
В 1913 году грянул мировой кризис. Неумелое распределение финансовых потоков приводило к постепенному банкротству предприятий Дизеля.
Тайна исчезновения
29 сентября 1913 года из Антверпена в Лондон отправлялся пароход «Дрезден». Среди пассажиров находился и Рудольф Дизель. Как погиб великий промышленник и изобретатель двигателя, до сих пор остаётся тайной.
Известно, что Р. Дизель отправился в Англию на открытие нового завода компании Consolidated Diesel Manufacturing, где должны были производиться его двигатели. Однако в конечном пункте назначения пассажира с фамилией Дизель не оказалось…
www.syl.ru
