День рождения дизельного двигателя, День рождения Дизельного двигателя
Независимо от того, какова причина вашего желания отпраздновать день вверх Он получил патент на свой двигатель 23 февраля года [5] в США в году [6] , в году выпустил брошюру. Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Они закончились успешно, и весь мир узнал о немецком изобретателе и инженере Рудольфе Кристиане Карле Дизеле.
Существуют также одиночные автомотрисы , дрезины и мотовозы, которые повсеместно используются на электрифицированных и неэлектрифицированных участках для обслуживания и ремонта пути и объектов инфраструктуры. Иногда автомотрисы и небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами. В России в году почти весь грузовой автотранспорт и автобусный парк имел дизельные двигатели и только незначительная часть грузовиков и средних автобусов имела бензиновые [11].
У двигателей с аккумуляторной топливной системой Common Rail за счет возможности управлять открытием форсунки независимо от работы ТНВД появляется возможность оптимизировать процесс впрыска и сгорания топлива за счет многоимпульсной подачи. Суть заключается в следующем [12] :.
Таким образом многоимпульсная подача топлива существенно улучшает практически все характеристики дизеля и позволяет приблизить его удельную мощность к бензиновым двигателям, а при наличии турбонаддува высокого давления — превзойти её [13]. По этой причине с развитием систем Common Rail дизельные двигатели на легковых автомобилях становятся все более популярными. Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла.
Такты сжатия и рабочий ход двухтактного цикла аналогичны таковым в четырёхтактном цикле, но несколько укорочены, а газообмен в цилиндре осуществляется в едином процессе — продувке , занимающей сектор между концом рабочего хода и началом сжатия. При рабочем ходе поршень идёт вниз, через открывающиеся выпускные окна в стенке цилиндра или через выхлопные клапаны удаляются продукты горения, несколько позднее открываются впускные окна, цилиндр продувается свежим воздухом из воздуходувки — осуществляется продувка.
Когда поршень поднимается, все окна закрываются. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Перед достижением поршнем ВМТ из форсунки распыляется воспламеняющееся топливо. Происходит расширение — поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т. Продувка является слабым звеном двухтактного цикла.
Время продувки, в сравнении с другими тактами, невелико и увеличить его невозможно, иначе будет падать эффективность рабочего хода за счёт его укорочения. В четырёхтактном цикле на те же процессы отводится половина цикла. Полностью разделить выхлоп и свежий воздушный заряд тоже невозможно, поэтому часть воздуха теряется, выходя прямо в выхлопную трубу. Если же смену тактов обеспечивает один и тот же поршень, возникает проблема, связанная с симметрией открывания и закрывания окон.
Для лучшего газообмена выгоднее иметь опережение открытия и закрытия выхлопных окон. Тогда выхлоп, начинаясь ранее, обеспечит снижение давления остаточных газов в цилиндре к началу продувки.
При закрытых ранее выхлопных окнах и открытых — ещё — впускных осуществляется дозарядка цилиндра воздухом, и, если воздуходувка обеспечивает избыточное давление, становится возможным осуществление наддува. Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой или оконной.
Каждый цилиндр ПДП-двигателей содержит два встречно-противоположно движущихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными система Фербенкс-Морзе — Юнкерса — Корейво. В двухтактном двигателе рабочие ходы происходят вдвое чаще, чем в четырёхтактном, но из-за наличия продувки и укорочения рабочего хода двухтактный двигатель мощнее такого же по объёму четырёхтактного не в два, а максимум в 1,6—1,7 раз.
Ранее двухтактные дизели были широко распространены на всех видах транспорта по причине высокой удельной мощности при небольшом числе оборотов, которое ограничивалось как несовершенством моторных материалов например, поршни дизелей приходилось делать чугунными , так и несовершенством коробок передач прямозубые с малыми передаточными числами , тяговых генераторов недостаточная прочность ротора и ненадежная работа коллекторно-щеточных узлов на высоких оборотов.
Однако по мере совершенствования как самих моторов, так и приводимых ими агрегатов, более выгодной является форсировка двигателей за счет повышения числа оборотов, чего добиться на двухтактных двигателях достаточно сложно. Поэтому высокооборотистые четырёхтактные дизели уже к м годам вытеснили двухтактные сначала в автомобильном транспорте, затем на тепловозах, а потом и на судах среднего тоннажа и в стационарных установках.
И лишь на больших морских судах с непосредственным безредукторным приводом гребного винта, ввиду удвоения количества рабочих ходов на одних и тех же оборотах двухтактный цикл оказывается особенно выгодным при невозможности повысить частоту вращения. Кроме того, двухтактный двигатель технически проще реверсировать.
В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры или предкамеры при двухтактном цикле сложно, двухтактные двигатели строятся только с неразделёнными камерами сгорания, размещёнными обычно в поршне.
Для средних и тяжёлых двухтактных дизельных двигателей характерно применение составных поршней, в которых используется стальная головка и дюралевая юбка, как правило, с принудительным масляным охлаждением.
Основной целью данного усложнения является снижение общей массы поршня при сохранении максимально возможной жаростойкости донышка и снижения температуры в зоне колец. В отдельную группу выделяются тяжёлые двигатели, содержащие в конструкции крейцкопф. В крейцкопфных двигателях шатун присоединяется к крейцкопфу — ползуну, соединённому с поршнем штоком скалкой.
Крейцкопф работает по своей направляющей — крейцу, без воздействия повышенных температур, полностью ликвидируя воздействие боковых сил на поршень. Данная конструкция характерна для крупных длинноходных судовых двигателей, часто — двойного действия, ход поршня в них может достигать 3 метров; тронковые поршни таких размеров были бы перетяжеленными, тронки с такой площадью трения существенно снизили бы механический КПД В последнее время для повышения мощности крейцкопфных двигателей более характерно применение наддува, а не двойное действие, так как тепловой режим поршня при этом менее напряжённый.
Однако, подпоршневые полости всё же применяют для организации продувки. Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор.
Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе. Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом.
Для реверсирования двигателя нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно реверсивные двигатели снабжаются распределительными валами с двойным набором кулачков — для переднего и заднего хода; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, после чего распредвалы перемещают в положение хода нужного направления.
Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала направление вращения распределительного вала сохраняется. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, при которой газораспределение осуществляется поршнем, в специальных реверсивных устройствах не нуждаются однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива.
Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с механической передачей. Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жёстких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжёлые топлива, такие как мазут. Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации. Высокая механическая напряжённость вынуждает использовать более массивные и более дорогие детали, что утяжеляет двигатель.
Это снижает удельную мощность двигателя, что послужило причиной малого распространения дизельных двигателей в авиации только некоторые бомбардировщики Junkers , а также советские тяжёлые бомбардировщики Пе-8 и Ер-2 , оснащавшиеся авиационными двигателями АЧ и М конструкции А.
Чаромского и Т. На максимальных эксплуатационных режимах топливо не догорает, приводя к выбросу облаков сажи , и подачу топлива на больших оборотах приходится уменьшать механический или электронный корректор подачи. Зато при низких оборотах дизельный двигатель может работать без дымления при большей цикловой подаче топлива.
Потому он выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине, а особенно ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями [15].
Например, в России в году почти все грузовики и автобусы были оснащены дизельными двигателями окончательный переход этого сегмента автотранспорта с бензиновых двигателей на дизельные планировалось завершить к году , а также планируется перевод легковых автомобилей на дизельные двигатели [11].
Это является преимуществом также и в двигателях морских судов , так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя , а более высокий теоретический КПД см.
Цикл Карно даёт более высокую топливную эффективность.
По сравнению с бензиновыми двигателями в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода СО , но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно.
Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды НС или СН , оксиды окислы азота NO х [16] и сажа или её производные в форме чёрного дыма.
Больше всего загрязняют атмосферу в России двигатели грузовиков и автобусов , которые часто являются старыми и неотрегулированными. Это связано с тем, что в дизельном двигателе степень сжатия воздуха можно доводить до больших величин по сравнению со степенью сжатия горючей смеси в бензиновых двигателях. Таким образом, с отработанными газами в дизельном двигателе уходит меньше тепла.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее то есть, сравнительно плохо испаряется и в замкнутом моторном отделении не образует большого количества легковоспламеняющихся паров — таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется искровая система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого их применения на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за не являющихся редкостью утечек топлива.
По сравнению с танками с бензиновым мотором ниже и вероятность возгорания танка с дизельным двигателем при его поражении в боевых условиях, хотя это вовсе не означает полной устойчивости к пожару — более того, детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта [18] , в частности, у танков Т она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса [18].
С другой стороны, дизельный двигатель уступает карбюраторному в удельной мощности, а потому в ряде случаев высокая мощность при малом объёме моторного отделения более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц.
Ввиду большей степени сжатия дизельный двигатель при пуске требует проворота коленвала с большим усилием, чем карбюраторный двигатель сходного литража.
Поэтому для его пуска необходимо использовать стартер большей мощности. В то же время потребление чистого воздуха позволяет осуществить пуск подачей в цилиндры сжатого воздуха, что в ряде случаев даёт существенные преимущества перед пуском электростартером — нечувствительность системы к понижению внешней температуры, нетребовательность к материалам, в частности, система пуска сжатым воздухом вообще не имеет деталей из меди, не содержит опасных для здоровья технического персонала веществ, то есть едких щелочей и крепких кислот, а также ядовитых свинца, кадмия, дорогого серебра; она легче системы пуска с электростартером.
Явными недостатками дизельных двигателей являются помутнение и застывание запарафинивание летнего дизельного топлива при низких температурах.
Также они крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой, топливная аппаратура дороже и существенно сложнее в ремонте, так как и форсунки [19] , и ТНВД являются прецизионными устройствами.
Ремонт дизельных двигателей вообще значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизельные моторы обладают более ровным и высоким крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым.
Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением системы Common rail. В данном типе впрыск топлива осуществляется электронно-управляемыми форсунками.
Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизельный мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит.
Так, например, если давление топлива в форсунках обычного двигателя с механическим впрыском составляет от до бар приблизительно эквивалентно «атмосфер» , то в новейших системах Common rail оно находится в диапазоне от до бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизельных двигателей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого сажевого фильтра DPF - фильтр твёрдых частиц.
Сажевый фильтр представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором и катализатором в потоке выхлопных газов.
В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остаётся в сажевом фильтре, поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки сажевого фильтра путём так называемой постинжекции, то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи.
Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизельных моторов стало наличие наддува, а в последние годы — и интеркулера — устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбиной — чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха кислорода в камере сгорания при том же давлении после турбины. Турбокомпрессор реже — приводной нагнетатель позволяет поднять удельные мощностные характеристики массовых дизельных моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.
В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, из-за более высоких давлений в цилиндрах на циклах сжатия и расширения, аналогичные детали должны быть прочнее аналогичных деталей карбюраторных двигателей и, следовательно, тяжелее.
Хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, а твёрдость зеркал цилиндров выше. Головки поршней специально разрабатываются под особенности процессов сгорания и рассчитаны на повышенную степень сжатия.
При прямом непосредственном впрыске головки поршней обычно содержат в себе камеру сгорания. Средние и тяжёлые двигатели, как правило, имеют поршни с принудительным масляным охлаждением Д, K6SDR. На современных двигателях все чаще используется система питания Common rail , позволяющая уменьшить потребление топлива и выбросы вредных веществ, а также снизить нагрузки на детали за счёт гибкого управления процессом впрыска на всех режимах работы двигателя.
Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок — дизель-генераторных электростанций , на рельсовых тепловозы , дизелевозы , дизель-поезда , автодрезины и безрельсовых легковые автомобили , автобусы , грузовики транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах тракторы , комбайны , асфальтовые катки , скреперы и т.
Двигатели семейства М — компактные высокооборотистые цилиндровые звездообразные дизель-редукторные агрегаты для скоростных судов. Серийно выпускаются на заводе «Звезда» в Санкт-Петербурге. При этом двигатель в сборе с реверс-редуктором имеет длину всего 4,5 м, а его высота составляет всего 1,6 м. Примечательно, что в данном семействе присутствует спаренный агрегат М, который можно рассматривать как цилиндровый двигатель.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 10 января года; проверки требуют 2 правки. У этого термина существуют и другие значения, см. Дизель значения. Основная статья: Четырёхтактный двигатель. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.
На странице обсуждения должны быть пояснения. Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование.
Проверьте соответствие информации приведённым источникам и удалите или исправьте информацию, являющуюся оригинальным исследованием. В случае необходимости подтвердите информацию авторитетными источниками. Еще в году французский офицер Никола Леонар Сади Карно описал теоретическую схему теплового двигателя, которую и пытался практически реализовать Рудольф Дизель.
Но в результате поиска он значительно отступил от принципа «цикла Карно», главное соответствие осталось лишь в идее высокого сжатия. Изобретателю понадобилось 17 лет упорного труда для достижения успеха. Аугсбургский завод, прародитель фирмы MAN, стал одним из первых предприятий выпускающих дизели. Первый российский дизельный двигатель был создан в ноябре года Санкт-Петербургским заводом «Людвиг Нобель».
