[виды двигателей] дизельный двигатель — виды двигателей — полезные статьи и ремонт двигателя — автомир — свежие новости

Дизельный двигатель —
поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу
воспламенения топлива от сжатия и высокой температуры. Дизельные
двигатели работают на дизельном топливе

История

В
1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического
двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно
улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23
февраля 1893. Первый функционирующий образец был построен Дизелем к
началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.

Интересно, что в написанной им книге в
качестве идеального топлива предлагалась каменноугольная пыль.
Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в
качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как
самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также наблюдались
большие проблемы с подачей пыли в цилиндры. Зато была открыта дорога к
использованию в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Хотя Дизель и
был первым, который запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия,
инженер по имени Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи. Он
предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а
затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую
впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась лампой
снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без
подвода тепла снаружи.

Экройд Стюарт не рассматривал
преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто
экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей
зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество —
топливную эффективность. Возможно, это и было причиной того, что в
настоящее время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный
двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала
основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В
дальнейшем около 20—30 лет такие двигатели широко применялись в
стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако
существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять
дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения,
значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы
впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на
автотранспорте.

В 20-е годы XX века немецкий инженер
Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого
давления, устройство, которое широко применяется и в наше время.
Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива
позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало
возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в
таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей
популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного
транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием
(традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства)
позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и
небольших грузовых автомобилях, В 50 — 60-е годы дизель устанавливается
в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е
годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное
внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских
автомобилей.

В дальнейшие годы происходит рост
популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилях,
не только из-за экономичности и долговечности дизеля, но также из-за
меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские
производители автомобилей в настоящее время предлагают как минимум по
одной модели с дизельным двигателем[источник не указан 19 дней].

Дизельные двигатели применяются также
на железной дороге. Локомотивы, использующие дизельный двигатель —
тепловозы являются основным видом локомотивов на неэлектрифицированных
участках, конкурируют с электровозами за счёт автономности, перевозят до
40 % грузов и пассажиров в России и выполняют 98 % маневровой
работы[источник не указан 19 дней]. Дизель-поезда используются взамен
электропоездов на неэлектрифицированных участках железных дорог.
Существуют также одиночные автомотрисы, которые используются на
малонагруженных неэлектрифицированных участках. Иногда автомотрисы и
небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами.

Принцип работы

Четырёхтактный цикл

При первом такте (такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.

При втором такте (такт сжатия, поршень
идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и воздух сжимается в
объёме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится
меньше в 17 раз по сравнению с общим объёмом цилиндра, и воздух
становится очень горячим.

Непосредственно перед началом третьего
такта (такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в
камеру сгорания через распылитель форсун. При впрыске топливо
распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со
сжатым воздухом для создания самовоспламеняющейся смеси. Энергия
высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в
такте рабочего хода.

Выпускной клапан открывается, когда
начинается четвёртый такт (такт выпуска, поршень идет вверх), и
выхлопные газы проходят через выпускной клапан.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

Дизель с неразделённой камерой («дизель
с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а
топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство —
минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум. В настоящее
время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.

Дизель с разделённой камерой: топливо
подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера
(она называется вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так,
чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно
закручивался. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемых
топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Такая схема считалась
оптимальной и широко использовалась. Однако, вследствие худшей
экономичности последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких
дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.

Двухтактный цикл

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла.

Поршень находится в нижней мёртвой
точке и цилиндр наполнен воздухом. Во время хода поршня вверх воздух
сжимается; вблизи верхней мёртвой точки происходит впрыск топлива,
которое самовоспламеняется. Затем происходит рабочий ход — продукты
сгорания расширяются и передают энергию поршню, который движется вниз.
Вблизи нижней мёртвой точки происходит продувка — продукты сгорания
замещаются свежим воздухом. Цикл завершается.

Для осуществления продувки в нижней
части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится
внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Окна могут использоваться и для выпуска
отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка
называется щелевой. Существует также клапанно-щелевая продувка, когда
отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна
используются только для впуска свежего воздуха. Есть ещё двигатели, где в
каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня (оппозитная
схема); каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой
выпускными (такая система использовалась на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10,
танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80УД), 6ТД-2 (Т-84), в
авиации — на бомбардировщиках Юнкерс).

Поскольку в двухтактном цикле рабочие
ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения
мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не
удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму
четырёхтактного максимум в 1,6 — 1,7 раз.

В настоящее время двухтактные дизели
широко применяются только на больших морских судах с непосредственным
(безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения
частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные
дизели имеют мощность до 100.000 л.с.

В связи с тем, что организовать
продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно,
двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.

Источник: //autoworlds.ucoz.ru/publ/dvigatel_vnutrennego_sgoranija/dizelnyj_dvigatel/4-1-0-29