Как появился дизельный двигатель?

Создателем дизельного двигателя является изобретатель Дизель Рудольф Кристиан Карл. Этот выдающийся человек родился в 1858 г. в Париже. Окончив мюнхенскую Высшую политехническую школу, Дизель стал директором фирмы по созданию двигателей. В процессе работы его заинтересовали тепловые двигатели. 10 лет он работал над чертежами и проводил расчеты, чтобы собрать двигатель абсорбционного типа, который мог бы работать на аммиаке.

Чтобы построить экономичный двигатель, изобретатель решил, что сдавливаться должен только воздух, а в конце в цилиндр под высоким давлением должно впрыскиваться только жидкое топливо. Сначала ничего не получалось, но, когда вместо прежнего очищенного топлива стала использоваться не полностью фильтрованная нефть, начал проявляться положительный результат.

Уже в 1892 г. Дизель запатентовал свое открытие и опубликовал описание изобретенного им типа двигателя. Первый мотор по его чертежам был построен уже в следующем году в Аугсберге. Но испытания на этом не заканчивались – создавались все новые и новые образцы двигателя.

Попытки усовершенствования дизельного мотора

Дальнейшая история появления дизельного двигателя насчитывает постройку трех опытных образцов. Хорошего результата удалось добиться только тогда, когда мотор начали охлаждать водой, а жидкое топливо подавать и распылять при помощи сжатого воздуха. 1897 г. считается годом сборки на практике первого дизельного двигателя.

Технические параметры первого дизельного двигателя:

• высота 3 м,
• цилиндр в диаметре 250 мм,
• выработка 172 об./мин,
• ход поршня 400 мм,
• мощность 17,8-19,8 л.с.,
• расход – 258 г топлива на 1 л.с./ч,
• термический КПД — 26,2%.

Дальнейшая эволюция дизельного мотора

Заводы начали охотно приобретать лицензии на изготовление таких моторов. А уже в начале 20 в. Робертом Бошем был создан встроенный многосекционный топливный насос. Дизельные двигатели стали пользоваться спросом в области выпуска общественного и вспомогательного транспорта. Однако для грузовых и пассажирских автомобилей по-прежнему использовались двигатели с электрическим зажиганием.

В дальнейшем дизельные моторы становятся более востребованными благодаря своему экономичному расходу топлива и более длительному сроку службы. К тому же они были менее токсичными и меньше загрязняли окружающую среду. Со временем стал более совершенным сервис дизельных моторов: проводился ремонт насос форсунок и другие восстановительные работы.

Сегодня эволюция дизельных двигателей пошла еще дальше. В 1997 г. Bosch представил рынку новую систему Common Rail для легкового автотранспорта. Первыми машинами, которые были оборудованы такими дизелями, стали модели Alfa Romeo и Mercedes-Benz.

Дизельный двигатель

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 «дизельные двигатели«, «дизельное топливо», «двигатель Дизеля» и просто «дизель», а про Экройда Стюарда почти никто не знает.

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 дизельные двигатели устанавливались только на общественный транспорт и грузовые машины.

«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.

На 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.

Помимо 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.

Источник Источник http://remont-dizela.ru/novosti/kak-poyavilsya-dizelnyij-dvigatel.html
http://autohis.ru/dizel.php