История создания дизельного двигателя. Часть вторая. Первые дизельные двигатели

29 декабря 2017 Категория: Полезная информация.

В первой части нашего повествования мы познакомились с Рудольфом Дизелем – немецким инженером, который придумал использовать смесь горючего и сильно сжатого воздуха для воспламенения топливной смеси в двигателе. И вот, вооружившись расчетами, патентом на разработку и контрактами владельцев заводов-пароходов, Дизель приступает к созданию «нового, эффективного теплового двигателя».

Эксперименты Дизеля

Три неудачных попытки предшествуют рождению прообраза современного мотора. Первая попытка – двигатель, работающий на угольной пыли – перегорает почти мгновенно. Дизель меняет пыль на керосин, придумывает систему охлаждения стенок мотора водой и наконец добивается сколь-нибудь устойчивых результатов. И четвертая попытка оказывается удачной – созданный в 1896 году двигатель развивает до 20 «лошадей» и выдает рекордных, по сравнению с паровыми агрегатами, 34% КПД.

Через год появляется созданный на заводе в Аугсбурге первый пригодный к использованию мотор системы Дизеля. Три метра в высоту и 20 «лошадей» — свои лавры Дизель получит чуть позже, когда агрегат прогремит на весь мир на выставке паровых машин в Мюнхене в 1898 году.

Другие имена

Параллельно с Дизелем разработку нового мотора вел русский инженер Густав Тринклер. Он представил свой двигатель с аналогичной системой высокого давления, «Тринклер-мотор», опоздав на год по сравнению с Дизелем и, несмотря на превосходство конкурента по части эффективности и технологического совершенства, успеха не получил. Дело в том, что крупнейшие корпорации и заводы к тому моменту за огромные деньги выкупили патенты на производство двигателей системы Дизеля – в их интересах было скрыть разработку Путиловского завода.

Что же касается технологической доработки мотора Дизеля, ею занялся в 1909 году инженер завода Benz&Cie Проспер Леранж. Он не только изобрел предкамеру двигателя, но и спроектировал форсунки с игольчатым клапаном и первые насос-форсунки.

Первый дизельный транспорт

Из-за огромных масс и размеров первых двигателей системы Дизеля, они могли использоваться только на морских судах и в тяжелой промышленности. Со временем дизельные двигатели стали устанавливать на подводные лодки. Лишь к началу 20-х годов ХХ века инженерам-конструкторам удалось уменьшить габариты дизельных двигателей до тех параметров, которые позволили использовать их на наземном транспорте.

Так, в 1923 году на выставке в Берлине был представлен первый грузовой автомобиль с мотором системы Дизеля. Им оказался выпущенный на заводе в Мангейме пятитонный грузовик Mercedes Benz 5K3. Двигатель, установленный в грузовике, имел предкамеру объемом почти 9 литров и развивал от 45 до 50 л.с. при 1000 об./мин.

Почти в то же самое время инженеры компании Daimler-Motoren-Gesellschaft сконструировали аналогичный по мощности атмосферный мотор, а компания MAN представила дизельный двигатель с системой непосредственного впрыска.
Что касается легковых автомобилей, то первой ласточкой по части дизельного двигателя стала модель 260D Mercedes Benz, представленная в 1936 году. Это первый в мире серийный легковой автомобиль с дизельным мотором.

Золотой век дизеля в США

Нужно сказать, что автовладельцы США ХХ века по достоинству оценили изобретение Дизеля лишь к концу 70-х годов, и связано это было с экономическими причинами. Нефтяной кризис и резкое подорожание топлива в этот период вынудило американцев массово скупать Peugeot, Mercedes Benz, Isuzu, Volkswagen, Audi, Volvo и Datsun – и все с дизельными моторами. Существенно выросли и продажи производителя собственных дизельных автомобилей в Америке, концерна General Motors.

Однако к середине 80-х с урегулированием цен на бензин, приоритеты американцев снова повернулись в сторону бензиновых автомобилей. Вскоре Дженерал Моторс прекратил выпуск собственных дизельных автомобилей.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог.

Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Вторым по популярности двигателей внутреннего сгорания является дизельный двигатель, который раньше устанавливался только на грузовые машины. КПД дизеля больше, чем у самого распространенного ДВС — бензинового. При более высоком коэффициенте полезного действия, дизель расходует топлива намного меньше. Такие преимущества инженеры-конструкторы автомобильной промышленности смогли сделать за счет уникальной конструкции.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Устройство системы дизельного двигателя

Основными элементами диз мотора являются:

• цилиндро-поршневая группа (цилиндры, поршни, шатуны);
• топливные форсунки;
• впускные и выпускные клапана;
• турбина;
• интеркулер.

Современный дизельный двигатель в разрезе

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Подача солярки осуществляется только в момент, при котором воздух максимально сжат и имеет максимальную температуру.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

Порядок работы дизельной системы:

1. 1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
   2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
   3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания. Процесс самовоспламенения солярки с воздухом от свечи накаливания.

   Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.

2. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
3. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

Дополнительные компоненты двигателя

Помимо основных деталей, которые обязательно присутствуют в конструкции двигателя, есть еще дополнительные детали и узлы, которые улучшают характеристики и работу ДВС.

Принцип работы турбины

Турбина — это устройство, которое создает дополнительного нагнетание топлива. Двигатель с турбиной имеет большую производительность.

Идея создания турбины появилась при обнаружении такого факта, что при движении поршня вверх, солярка не успевает полностью сгорать.

С помощью турбины, сгорание топлива в цилиндрах происходит до конца, за счет чего уменьшается расход топлива и увеличивается мощность ДВС.

Турбонаддув, он же турбонагнетатель состоит из:

• подшипники — служит опорой дает возможность вращаться валу;
• кожух на турбине;
• кожух на компрессоре;
• стальная сетка.

Цикл работы турбонаддува:

1. Компрессор создает вакуум и всасывается воздух внутрь системы.
2. Ротор турбины передает вращение ротору.
3. Интеркулер охлаждает воздух.
4. Через впускной коллектор осуществляется подача воздуха, предварительно воздух проходит степени очистки (воздушные фильтры). После поступления воздуха, впускной клапан закрывается.
5. Отработанные газы движутся через турбину ДВС и создают давление на ротор.
6. В этот момент скорость вращения турбины вала турбины очень высока, достигает 1500 оборотов в секунду. От этого начинает вращаться ротор компрессора.

Цикл далее повторяется.

При охлаждении воздуха, его плотность увеличивается. Если плотность воздуха стала больше, значит можно закачать воздух большим объемом. Чем больший поток воздуха подается в камеру сгорания, тем лучше сгорает топливо.

Интеркулер и форсунка

При сжатии плотность воздуха и температура увеличиваются. Это негативно сказывается на межремонтном периоде деталей двигателя. В связи с чем была разработано устройство, которое охлаждает горячий воздушный поток.

В зависимости от модификации дизельных двигателей, в цилиндре топливо может распыляться одной или двумя форсунками.

Форсунки дизеля работают в импульсном режиме.

Вывод

За счет постоянных инженерных внедрений и испытаний, современные дизельные двигатели выдают очень хорошие технические характеристики. Качество сгорания отличное за счет использования турбонагнетателя. Качество сгорания, примерно, выше в 2 раза, чем у бензинового двигателя.

В последние годы идет постоянное усовершенствование не только для улучшения эксплуатационных показателей, но и за счет современных требований мировых экологов. Сначала было требование двигатели Евро-2, потом 3, 4, 5.

Видео

В этом видео показывается принцип работы дизеля.

Строение системы дизельного двигателя.

Принцип работы турбонагнетателя (турбонаддува, турбины).

Отличия ДВС евро 5 от евро 4.

Рудольф Дизель: инженер, создавший дизельный двигатель

Полное имя изобретателя — Рудольф Кристиан Карл Дизель. Родился 18 марта 1858 года в Париже. В историю вошел как создатель дизельного двигателя.

Из биографии

Известно, что будущий изобретатель родился в семье немецких эмигрантов Элис и Теодора Дизелей. В семье было три ребенка. Отец Рудольфа организовал свое дело — производство кожгалантереи. Примечательно, что родители Рудольфа к механике не имели никакого отношения, но маленький Рудольф с самого детства приходил в трепет от машин. Ввиду этого сын часто просил маму и папу отвести его в парижский музей, посвященный ремеслам.

В 1870 году началась война между империей Наполеона III и германскими государствами. Семье Дизелей пришлось покинуть Париж — жителям с немецким происхождением и фамилией делать в столице Франции больше нечего. Частное предприятие отца было реквизировано, семья переехала в Англию. Однако Рудольф не остался жить с родителями в Англии, его отправили на историческую родину в Германию, к дяде (родной брат отца). Кристоф Барникель преподавал математику в ремесленном училище, они с Рудольфом быстро нашли общий язык. Через год Рудольф уже точно знал, кем хочет стать — инженером.

Сначала Рудольф окончил ремесленное училище, где преподавал его дядя, потом индустриальную школу Аугсбурга и, наконец, Королевский баварский политехнический институт.

Как Рудольф создал дизельный двигатель

Однажды Рудольфу пришла в голову неординарная мысль: глядя на пневматическую зажигалку он заметил, что с помощью поршня воздух в трубке сжимался и фитиль зажигался — он догадался, что нужно лишь хорошо сжать воздух и он нагреется, если нагретый воздух соединить с топливом, оно воспламениться. Рудольф начинает усиленно работать над воплощением этой идеи — он покидает компанию Линде, своего институтского преподавателя, где работал директором много лет, и открывает свое дело: в течение некоторого времени он разрабатывает несколько образцов дизельного двигателя.

В 1897 году Дизель представил готовый экземпляр работоспособного мотора: это огромный железный цилиндр, высотой 3 метра, в котором был установлен маховик, двигавший поршень. Мощность силового агрегата составляла 20 л.с., КПД — 30%. По своей эффективности двигателю не было равных: он превосходил по экономичности паровые двигатели в 4 раза.

Первый дизельный двигатель

В начале ХХ века Рудольф начинает разрабатывать двигатели для автомобилей. Однако при уменьшении размеров мотора, пропорционально падала и его надежность. Дизелю не удастся разработать пригодный аппарат, это сделают лишь через 11 лет после смерти Рудольфа.

Отношения с государством

Несмотря на то, что двигатели Дизеля раскупались огромным тиражом и устанавливались на пароходы, травами, на производства, государство не сильно жаловало изобретателя. Виной всему топливо, на котором работал двигатель. Изначально Рудольф хотел применять угольную пыль, однако ввиду ее сильных абразивных свойств детали мотора быстро выходили из строя. Поэтому Рудольфу пришлось обратиться к нефти. Германия была богата углем, а вот нефть приходилось импортировать, это увеличивало затраты.

Немецкие угольные магнаты готовились нанести Рудольфу смертельный удар через публикацию книги, в которой говорилось о технических просчетах и некомпетентности изобретателя. Не трудно догадаться, на чем основывалась злоба конкурентов — страна богата углем, а нефть с момента выхода дизельного двигателя подорожала в два раза. О готовящейся книге рассказал Рудольфу знакомый, который работал в том издательстве. Это был первый удар для конструктора. Второй удар — полное банкротство ввиду экономического кризиса и неоправданных коммерческих игр.

Окончание жизни

Дизель как бы предчувствовал свою уход: незадолго до трагедии он начал странно себя вести. Показывать сыновьям, где и что лежит, какие документы есть и для чего они нужны. Через время Рудольф вручил своей супруге чемодан и наказал ни в коем случае не открывать его до начала октября. В свое время жена обнаружит там 20 000 марок.

В сентябре 1913 года Дизель отправился с двумя друзьями в Англию по делам на пароходе. После того, как Рудольф ушел ночевать в каюту, его больше никто не видел. Выдвигались версии самоубийства и убийства, некоторые предполагали, что Рудольф инсценировал свое исчезновение сам — пассажира на том пароходе с таким именем не было зарегистрировано. Однако ни одна из версий не имеет точных подтверждений.

Роль изобретения Дизеля для современного мира

Значение изобретения Дизеля для современного мира трудно переоценить. Инструментарий Рудольфа стал основой для создания современных дизельных двигателей. После смерти инженера его двигатели набирали популярность — через десятилетия их уже вовсю устанавливают на грузовые и легковые автомобили, причины просты: экономичность, долговечность, меньше выбросов в атмосферу. Ведущие автомобилестроительные компании мира имеют в своем автопарке модели с дизельными моторами.

Источник http://www.dieselkraft.by/poleznaya-informatsiya/istoriya-sozdaniya-dizelnogo-dvigatelya-chast-vtoraya-pervye-dizelnye-dvigateli.html
Источник http://autostuk.ru/dizelnyj-dvigatel-ustrojstvo-princip-raboty.html
Источник Источник http://inter-auto56.ru/rudolf_dizel/