Дизельный двигатель

редактировать
Тип двигателя внутреннего сгорания

Дизельный двигатель, произведенный Langen Wolf по лицензии 1898 года. Файл: The Diesel Story.ogv Воспроизвести медиа Фильм Shell Oil 1952 года, показывающий развитие дизельного двигателя с 1877 года

дизельный двигатель, названный в честь Рудольфа Дизеля, представляет собой двигатель внутреннего сгорания в воспламенение топлива топлива вызвано повышенной температурой воздуха в цилиндре из-за механического сжатия (адиабатическое сжатие ); таким образом, дизельный двигатель представляет собой так называемый двигатель с воспламенением от сжатия (двигатель CI). Это контрастирует с двигателями, в которых используется свеча зажигания - воспламенение топливно-воздушной смеси, например, бензиновый двигатель (бензиновый двигатель) или газовый двигатель. (с использованием газообразного топлива, такого как природный газ или сжиженный нефтяной газ ).

Дизельные двигатели работают за счет сжатия только воздуха. Это увеличивает температуру воздуха внутри цилиндра цилиндра до такой степени, что распыленное дизельное топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, самовоспламеняется. Топливо впрыскивается в воздух непосредственно перед сгоранием, распределение топлива неравномерное; это называется неоднородной топливовоздушной смесью. Крутящий момент, создаваемый дизельным двигателем, регулируется путем управления использованием воздух-топливо (λ) ; вместо того, чтобы дросселировать всасываемый воздух, дизельный двигатель полагается на изменение количества впрыскиваемого топлива, и соотношение воздух-топливо обычно высокое.

Дизельный двигатель имеет самый высокий термический КПД (КПД двигателя ) из всех практически используемых двигателей внутреннего или внешнего сгорания. из-за очень высокой расширения расширения и естественного горения обедненной смеси, которое обеспечивает рассеивание избыточного тепла воздухом. Также предотвращается небольшая потеря эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями без прямого впрыска, поскольку несгоревшее топливо отсутствует во время перекрытия клапанов, и, следовательно, топливо не поступает непосредственно из впускного / впрыскиваемого топлива в выпускной. Низкооборотные дизельные двигатели (используемые на кораблях и в других приложениях, где общая масса двигателя не важна) могут достичь эффективного КПД до 55%.

Дизельные двигатели могут быть сконструированы как двухтактные или четырехтактные циклы. Первоначально они использовались как более эффективная замена стационарным паровым двигателем. С 1910-х годов они использовались на подводных и кораблях. Позже последовало использование в локомотивах, грузовиках, тяжелом оборудовании и на электростанциях. В 1930-х годах они начали заводить в нескольких автомобилях. С 1970-х годов использование дизельных двигателей в более крупных дорожных и внедорожных автомобилях в США увеличилось. По словам Конрада Рейфа, на в среднем по ЕС для дизельных автомобилей приходится половин новых зарегистрированных автомобилей.

Самые большие дизельные двигатели в мире, введенные в эксплуатацию, - это 14-цилиндровые двухтактные дизельные двигатели для гидроциклов; они производят пиковую мощность почти 100 МВт каждый.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Идея Дизеля
    • 1.2 Первый дизельный двигатель
    • 1.3 Временная шкала
      • 1.3.1 1890-е годы
      • 1.3.2 1900-е
      • 1.3.3 1910-е
      • 1.3.4 1920-е
      • 1.3.5 1930-е
      • 1.3.6 1940-е
      • 1.3.7 1950-е
      • 1.3.8 1960- е
      • 1.3. 9 1970-е
      • 1.3.10 1980-е
      • 1.3.11 1990-е
      • 1.3.12 2000-е
      • 1.3.13 2010-е
  • 2 Принцип работы
    • 2.1 Характеристики
    • 2.2 Цикл дизельного двигателя
    • 2.3 КПД
    • 2.4 Основные преимущества
  • 3 Впрыск топлива
    • 3.1 Управление крутящим моментом
    • 3.2 Типы впрыска топлива
      • 3.2.1 Впрыск воздушного потока
      • 3.2.2 Непрямой впрыск
      • 3.2.3 Прямой впрыск с управлением по спирали
      • 3.2.4 Прямой впрыск
      • 3.2.5 Прямой впрыск Common Rail
  • 4 типа
    • 4.1 По выходной мощности
    • 4.2 По диаметру цилиндра
    • 4.3 По количеству ходов
    • 4.4 По поршню и шатуну
    • 4.5 По расположению цилиндров
    • 4.6 По оборотам двигателя
      • 4.6.1 Быстроходные двигатели
      • 4.6.2 Среднеоборотные двигатели
      • 4.6.3 Низко-скоростные двигатели
  • 5 Двухтактные двигатели
  • 6 Двухтопливные дизельные двигатели
  • 7 Особенности дизельного двигателя
    • 7.1 Крутящий момент и мощность
    • 7.2 Масса
    • 7.3 Выбросы
    • 7.4 Шум
    • 7.5 Запуск в холодн ую погоду
    • 7.6 Наддув и турбонаддув
  • 8 Характеристики топлива и жидкости
    • 8.1 Типы топлива
    • 8.2 Свойства современного дизельного топлива
    • 8.3 Желирование
  • 9 Безопасность
    • 9.1 Воспламеняемость топлива
    • 9.2 Рак
    • 9.3 Разгон двигателя (неконтролируемое превышение скорости)
  • 10 Приложения
    • 10.1 Легковые автомобили
    • 10.2 Коммерческие автомобили и грузовики
    • 10.3 Железнодорожный подвижной состав
    • 10.4 Судно
    • 10,5 Авиация
    • 10.6 Внедорожные дизельные двигатели
    • 10.7 Стационарные дизельные двигатели
  • 11 Двигатели с низким тепловыделением
  • 12 Будущие разработки
  • 13 См. <
  • 14 Ссылки
  • 15 Внешние ссылки
    • 15.1 Патенты

История

Идея Дизеля

Патент Рудольфа Дизеля 1893 года на рациональный двигатель Первый экспериментальный двигатель Дизеля 1893 год Второй прототип Дизеля. Это модификация первого экспериментального двигателя. 17 февраля 1894 года этот двигатель впервые работал на собственном ходу... Эффективный КПД 16,6%. Расход топлива 519 г · кВт · ч Первый полностью функциональный дизельный двигатель, например Имануэлем Лаустер, построенный с нуля и законченный к октябрю 1896 года... Номинальная мощность 13,1 кВт. Эффективный КПД 26,2%. Расход топлива 324 г · кВт · ч.

В 1878 г., Рудольф Дизель, который был студентом "Политехникума" в Мюнхене, посещал лекции Карла Линде. Линде объяснение, что паровые двигатели позволяют преобразовывать в работу всего 6–10% цикл тепловой энергии, но что Карно преобразовывать гораздо больше энергии посредством изотермического изменения условий. По словам Дизеля, это подстегнуло идея создания высокоэффективного двигателя, который мог бы работать по циклу Карно. Дизель также подвергался воздействию огнестойкого поршня, традиционного стартера, использующего принципы быстрого адиабатического сжатия, которые Linde приобрела в Юго-Восточной Азии. После нескольких лет работы над своими идеями Дизель опубликовал их в 1893 году в эссе Теория и конструирование рационального теплового двигателя.

Дизель подвергся резкой критике за его эссе, но лишь немногие нашли ошибку, которую он допустил; его тепловой двигатель должен использовать постоянную температуру (с изотермическим сжатием), который потребовал бы гораздо более высокого уровня сжатия, чем тот, который требуется для воспламенения от сжатия. Идея Дизеля заключалась в том, чтобы сжать воздух так сильно, чтобы температура воздуха превышала температуру сгорания. Однако такой двигатель никогда не мог выполнять какую-либо полезную работу. В своем патенте США 1892 г. (выданном в 1895 г.) № 542846 Дизель сжатие, необходимое для его цикла:

«чистый атмосферный воздух сжимается, согласно кривой 12, до такой степени, что перед воспламенением или возгоранием происходит сжатие». получается самое высокое давление на диаграмме и самая высокая температура, то есть температура, при которой должно происходить последующее горение, а не точка горения или воспламенения. Чтобы сделать это более ясным предположим, что последующие горение должно происходить при температуре 700 °. Тогда в этом случае начальное давление должно составлять шестьдесят четыре атмосферы, или для 800 ° по Цельсию давление воздуха в атмосфере атмосферного воздуха и воздуха. д. Воспламеняется при подаче, поскольку температура воздуха выше точки воспламенения топлива. Таким образом, характерные особенности цикла давления и температуры согласно настоящему изобретению: не за счет сгорания, а перед сгоранием путем механического сжатия воздуха, а затем при последующем выполнении работы без повышения давления и температуры путем предварительного сгорания в течение заданной части хода, определяемой нефти ».

К июню 1893 года Дизель понял, что его первоначальный цикл не будет работать, и он принял цикл постоянного давления. Дизель цикл в своей патентной заявке 1895 года. Обратите внимание, что больше не регистрируется температурах сжатия, превышающих температуру сгорания. Теперь просто заявлено, что компрессия должна быть достаточной, чтобы вызвать зажигание.

"1. В двигателе внутреннего сгорания комбинация цилиндра и поршня, сконструированная и приспособленная для сжатия до степени, создающая температуру выше воспламенения топлива, источника сжатого воздуха или газа; топлива; распределительный клапан для топлива, канал от источника воздуха к цилиндру, сообщающийся с клапаном распределения топлива, вход в цилиндр, сообщающийся с топливным клапаном, и Cut-oil, по существу, как опис ". См. Патент США № 608845, поданный в 1895 г. / выданный в 1898 г.

В 1892 г. компания Diesel получила патенты в Германии, Швейцарии, Великобритании и США на «Метод и устройство для преобразования тепла в работу». В 1894 и 1895 годах он зарегистрировал в разных странах патенты и дополнения к своему двигателю; первые патенты были выданы в Испании (№ 16654), Франции (№ 243 531) и Бельгии (№ 113 139) в декабре 1894 г., а также Германии (№ 86 633) в 1895 г. и США (№ 608 845) в США. 1898.

Дизель подвергался нападкам и критике в течение нескольких лет. Критики утверждали, что Дизель никогда не изобретал новый двигатель. Отто Келер и Эмиль Капитан были двумя наиболее известными критиками того времени. Келер опубликовал эссе в 1887 году, в котором он описал двигатель, похожий на двигатель, описанный Дизелем в его эссе 1893 года. Келер полагал, что такой двигатель не может выполнять никакой работы. Эмиль Капитан построил нефтяной двигатель с зажиганием от тлеющих труб в начале 1890-х годов; он утверждал, вопреки своему здравому смыслу, что его двигатель с лампой зажигания работал так же, как двигатель Дизеля. Его претензии были необоснованными, и он проиграл патентный иск против Diesel. Другие двигатели, такие как двигатель Akroyd и двигатель Brayton, также используют рабочий цикл, отличный от цикла дизельного двигателя. Фридрих Засс говорит, что дизельный двигатель - это «собственная работа Дизеля», и что любой «миф о дизеле» - это «фальсификация истории ".

Первый дизельный двигатель

Дизель искал фирмы и заводы, которые хотели построить свой двигатель. С помощью Морица Шретера и [de ] ему удалось убедить как Крупп в Эссене, так и Maschinenfabrik Augsburg. Контракты были подписаны в апреле 1893 г., и в начале лета 1893 г. в Аугсбурге был построен первый прототип двигателя Дизеля. 10 августа 1893 г. первое зажигание, использованное топливо - бензин. Зимой 1893/1894 г. Дизель модернизировал двигатель. существующий двигатель, и к 18 января 1894 года его механики преобразовали его во второй прототип. 17 февраля 1894 года модернизированный двигатель работал на 88 оборотов - одну минуту; с этой акции Maschinenfabrik Augsburg выросли на 30%, что свидетельствует о ожидаемых колоссальных потребностях в более эффективном двигателе. 26 июня 1895 г. двигатель заработал с КПД 16,6% и расходом топлива 519 г · кВт · ч. Однако, несмотря на проверку концепции, вызвал проблемы, и Diesel не смог добиться существенного прогресса. Поэтому Krupp рассматривал возможность расторжения контракта, заключенного с Diesel. Дизель был вынужден улучшить конструкцию своего двигателя и поспешил построить третий прототип двигателя. С 8 ноября по 20 декабря 1895 года второй прототип успешно провел на испытательном стенде более 111 часов. В январе отчете 1896 года это было сочтено успехом.

В феврале 1896 года Дизель рассмотрел вопрос о наддуве третьего прототипа. Имануэль Лаустер, которому был приказано нарисовать третий прототип, закончил чертежи к 30 апреля 1896 года. Летом того же года двигатель был построен, он был завершен 6 октября 1896 года. Испытания проводились до начала 1897 года. 1 февраля 1897 г. Испытание Морица Шретера 17 февраля 1897 г. было главным испытанием двигателя Дизеля. Двигатель имел мощность 13,1 кВт при удельном расходе топлива 324 г · кВт · ч, что привело к эффективному КПД 26,2%. К 1898 году Дизель стал миллионером.

Хронология

1890-е

  • 1893: Эссе Рудольфа Дизеля под названием Теория и построение рационального тепла Появляется мотор.
  • 1893: 21 февраля Diesel и Maschinenfabrik Augsburg подписывают контракт, позволяющий Diesel построить прототип двигателя.
  • 1893: 23 февраля Дизельное топливо получает патент (RP 67207) под названием «Рабочие методы и методы для внутреннего двигателя сгорания» (Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen).
  • 1893: 10 апреля Diesel и Krupp подписывают контракт, который позволяет Diesel построить прототип двигателя.
  • 1893: 24 апреля и Krupp, и Maschinenfabrik Augsburg решают сотрудничать и построить единственный прототип в Аугсбурге.
  • 1893: июль, первый прототип построен.
  • 1893: 10 августа, дизельное топливо впервые впрыскивает топливо (бензин), что приводит к возгоранию, разрушая индикатор.
  • 1893: 30, дизельное топливо подает заявку на AP Atent (RP 82168) для модифицированного процесса сгорания. Он получает его 12 июля 1895 года.
  • 1894: 18 января, после того как первый прототип был изменен, чтобы стать вторым прототипом, начать тестирование второго прототипа.
  • 1894: 17 февраля, Второй прототип запускается впервые.
  • 1895: 30 марта Diesel подает заявку на патент на патент (RP 86633) на процесс запуска со сжатым воздухом.
  • 1895: 26 июня, второй прототип проходит испытания тормозов впервые.
  • 1895: Дизель подает заявку на патент второй Патент США № 608845
  • 1895: 8 ноября - 20 декабря, серия испытаний со вторым прототипом проведено. Всего зарегистрировано 111 часов эксплуатации.
  • 1896: 6 октября, завершен третий и последний прототип двигателя.
  • 1897: 1 февраля, через 4 года опытный образец двигателя Дизеля работает и, наконец, готов к испытаниям на эффективность и производство.
  • 1897: 9 октября Адольф Буш лицензирует права на дизельный двигатель для США и Канады.
  • 1897: 29 октября РудольфДизель получает патент (DRP 95680) на наддув дизельного двигателя.
  • 1898: 1 февраля действует Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
  • 1898: Март, первый коммерческий дизель двигатель мощностью 2 × 30 л.с. (2 × 22 кВт) установлен на заводе в Кемптене Vereinigte Zündholzfabriken AG
  • 1898 г.: 17 сентября Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G.
  • 1899: Построен первый двухтактный дизельный двигатель, изобретенный Хьюго Гюльднером.

1900-е годы

Трубно-поршневой дизельный двигатель MAN DM, построенный в 1906. Серия MAN DM - это считается одним из первых коммерчески успешных дизельных двигателей.
  • 1901: Имануэль Лаустер конструирует первый поршневой дизельный двигатель (DM 70).
  • 1901: К 1901, MAN произвел 77 цилиндров дизельных двигателей для коммерческого использования.
  • 1903: Спущены на воду два дизельных корабля, как для работы на реке, так и на канале: Вандал нафта и танкер.
  • 1904: Франция спустила на воду первую дизельную подводную лодку, Aigrette.
  • 1905: 14 января: Дизель подает заявку на патент на установку впрыск (L20510I / 46a).
  • 1905: Первые дизельные двигатели турбокомпрессоры и промежуточные охладители произведены Büchi.
  • 1906: Diesel Motoren -Fabrik Actien-Gesellschaft распускается.
  • 1908: истекает срок действия патентов Дизеля.
  • 1908: Появляется первый грузовик (грузовик) с дизельным двигателем.
  • 1909: 14 марта, Prosper L'Orange подает заявку на патент на впрыск в камеру сгорания. Позже он первый дизельный двигатель с этой системой.

1910-е годы

  • 1910: MAN начинает производство двухтактных дизельных двигателей.
  • 1910: 26 ноября подает заявку на патент на блочный впрыск.. В отличие от Дизеля, ему удалось успешно построить работающие насос-форсунки.
  • 1911: 27 ноября Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. распущена.
  • 1911: Верфь Germania в Киле строит дизельные двигатели мощностью 850 л.с. (625 кВт) для немецких подводных лодок. Эти двигатели устанавливаются в 1914 году.
  • 1912: MAN создает первый поршой двухтактный дизельный двигатель двустороннего действия.
  • 1912: Первый локомотив с дизельным двигателем используется на швейцарской железной дороге Винтертур-Романсхорн.
  • 1912: Selandia - первое океанское судно с дизельными двигателями.
  • 1913: NELSECO дизели установлены на торговых судах и подводных лодках ВМС США.
  • 1913: 29 сентября Рудольф Дизель загадочно погибает при переходе Ла-Манша на SS Dresden.
  • 1914: MAN строит двухтактные двигатели мощностью 900 л. с. (662 кВт) для голландских подводных лодок.
  • 1919: Prosper L'Orange получает патент на камеру предварительного сгорания. вставка с иглой форсунка. Первый дизельный двигатель от Cummins.

1920-е годы

Fairbanks Morse model 32
  • 1923: На выставке Königsberg DLG представлен первый сельскохозяйственный трактор с дизельным двигателем, прототип Benz-Sendling S6.
  • 1923: 15 декабря MAN испытывает первый грузовик с дизельным двигателем с непосредственным впрыском. В том же году Benz строит грузовик с дизельным двигателем с впрыском в камеру сгорания.
  • 1923: появляется первый двухтактный дизельный двигатель с противоточной продувкой.
  • 1924: Fairbanks -Morse представляет двухтактный Y-VA (позже переименованный в Model 32).
  • 1925: Сендлинг начинает серийное производство сельскохозяйственного трактора с дизельным двигателем.
  • 1927: Bosch представляет первый рядный ТНВД для дизельных двигателей автомобилей.
  • 1929: появляется первый легковой автомобиль с дизельным двигателем. Его двигатель представляет собой двигатель Отто, модифицированный для использования дизельного двигателя и инжекторного насоса Bosch. Далее следуют несколько других прототипов дизельных автомобилей.

1930-е годы

  • 1933: Junkers Motorenwerke в Германии начинает производство самого успешного серийного авиационного дизельного двигателя всех времен, Jumo 205. К началу Второй мировой войны было выпущено более 900 экземпляров. Его номинальная взлетная мощность составляет 645 кВт.
  • 1933: General Motors использует свой новый двухтактный дизельный двигатель Winton 201A с блочным впрыском и инжектором для привода своего автосборочного комплекса на Всемирной выставке в Чикаго (Век прогресса ). Двигатель предлагается в нескольких версиях мощностью от 600 до 900 л.с. (447–671 кВт).
  • 1934: Budd Company строит первый дизель-электрический пассажирский поезд в США - Pioneer Zephyr 9900, с двигателем Winton.
  • 1935: Citroën Rosalie оснащен ранним дизельным двигателем спроводов свечей зажигания и т. Д. Также устраняет источник радиочастотного излучения, которое может создавать помехи для навигационного и коммуникационного оборудования, что особенно важно в морских и авиационных приложениях, а также для предотвращения помех радиотелескопы. (По этой причине в некоторых частях американских Национальных зон радиосвязи.)
  • допускается использование только дизельных транспортных средств. В отличие от бензиновых двигателей, которые неизбежно страдают от детонации при более высоком давлении, если настройка двигателя и / или корректировка октанового числа топлива не выполняется для компенсации.

Впрыск топлива

Дизельные Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, которая может быть сегментированной камерой сгорания, известной как непрямой впрыск (IDI), или несегментированная камера сгорания, известная. как прямой впрыск (ДИ). Предел дизельного топлива специфично в том, что оно требует, чтобы топливо входило непосредственно в камеру сгорания, или камеру предварительного сгорания, а не в начале внешнего коллектора. Для создания давления топлива дизельные двигатели обычно имеют ТНВД. Существует несколько различных типов ТНВД и методов создания тонкой топливовоздушной смеси. На многих лет использовалось множество различных методов инъекций. Их можно описать следующим образом:

  • Воздушный поток, при этом топливо вдувается в цилиндр воздушной струей.
  • Твердое топливо / гидравлический впрыск, когда топливо проталкивается через подпружиненный клапан / инжектор для образования горючего тумана.
  • Механический блочный инжектор, в котором инжектор управляется кулачком, а количество топлива регулируется рейкой или рычагом.
  • Механический электронный блочный инжектор, где форсунка управляется кулачком, а количество топлива регулируется электронно.
  • Common Rail механический впрыск, когда топливо находится под высоким давлением в общем распределителе и управляется механическими средствами.
  • Электронная система Common Rail впрыск, в которой топливо находится под высоким давлением в общей магистрали и управляется электроникой.

Регулирование крутящего момента

Необходимым компонентом всех дизельных двигателей является механический или электронный регулятор, который регулирует крутящий момент двигателя и, следовательно, обороты холостого хода и максимальную скорость, контролируемую скорость подачи топлива. Это означает изменение λ v {\ displaystyle \ lambda _ {v}}\ lambda_v . В отличие от двигателей с циклом Отто, поступающий воздух не дросселируется. Системы впрыска топлива с механическим управлением приводятся в движение дополнительным агрегатом двигателя зубчатой ​​передачей или змеевиком. В этих системах используется комбинация пружин и грузов для управления подачей топлива в зависимости от нагрузки и скорости. Современные дизельные двигатели с электронным управлением регулируют подачу топлива с помощью электронного блока управления (ECM) или электронного блока управления (ECU ). ECM / ECU получает сигнал частоты вращения двигателя, а также рабочие параметры, такие как давление во впускном коллекторе и другие температуры топлива, от датчика и начала времени впрыска через исполнительные механизмы, чтобы максимизировать мощность. эффективность и минимизация выбросов. Управление моментом начала впрыска топлива в цилиндр является ключом к минимизации выбросов и максимизации экономии топлива (эффективности) двигателя. Время измеряется в градусах угла поворота коленчатого вала поршня перед верхней мертвой точкой. Например, если ECM / ECU запускает впрыск топлива, когда поршень находится на 10 ° перед ВМТ, считается, что начало впрыска или синхронизация находится на 10 ° перед ВМТ. Оптимальное время будет зависеть от конструкции двигателя, а также от его скорости и нагрузки.

Типы впрыска топлива

Впрыск воздуха

Типичный дизельный двигатель начала 20 века с впрыском воздуха мощностью 59 кВт.

Оригинальный двигатель дизеля впрыскивал топливо с помощью сжатого воздуха, который распыляет топливо и нагнетает его в двигатель через форсунку (аналогично аэрозольному баллончику). Отверстие форсунки было закрыто штифтовым клапаном, поднимаемым распределительным валом, чтобы инициировать впрыск топлива до верхней мертвой точки (ВМТ ). Это называется впрыскиванием УВВ. Для привода компрессора использовалась некоторая мощность, но КПД был лучше, чем КПД любого другого двигателя, сгорания в то время. Кроме того, воздушное впрыскивание сделало двигатели очень тяжелыми и не позволяло быстро менять нагрузки, что делало его непригодным для дорожных транспортных средств.

Непрямой впрыск

Камера непрямого впрыска Ricardo Comet

Система непрямого впрыска дизельного топлива (IDI) двигатель подает топливо в небольшую камеру, называемую вихревой камерой, камеру предварительного сгорания, предварительную камеру или предкамерой, которая связана с цилиндром узким воздушным каналом. Обычно цель форкамеры - создать повышенную турбулентность для лучшего смешивания воздуха и топлива. Эта система также обеспечивает более плавную и тихую работу двигателя, поскольку смешиванию топлива способствует турбулентность, давление в форсунке может быть ниже. В большинстве систем IDI используется инжектор с одним отверстием. Недостатком форкамеры является снижение эффективности из-за увеличения потерь тепла в системе охлаждения двигателя, что ограничивает горение, таким образом сниженная эффективность на 5–10%. Двигатели IDI также требуют более сложного запуска и использования свечей накаливания. Двигатели IDI могут быть дешевле в сборке, но обычно требуют более высокой степени сжатия, чем аналог DI. IDI также упрощает производство плавных, более тихих двигателей с простой механической системой впрыска, поскольку точное время впрыска не так важно. Большинство современных двигателей - это двигатели с прямым приводом, которые обладают большей эффективностью и более легким запуском; тем не менее, двигатели IDI все еще можно найти во многих квадроциклах и небольших дизельных двигателях. В дизельных двигателях с непрямым впрыском топлива используются форсунки игольчатого типа.

Прямой впрыск с управлением по спирали

Различные типы поршневых стаканов

Прямой впрыск Дизельные двигатели впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр. Обычно в верхней части поршня находится чаша сгорания, куда распыляется топливо. Можно использовать множество различных методов инъекции. Обычно двигатель с механическим непосредственным впрыском, управляемым спиралью, либо рядный, либо распределительный топливный насос. Для каждого цилиндра двигателя соответствующий плунжер в топливном насосе отмеряет правильное количество топлива и определяет момент каждого впрыска. В этих двигателях используются форсунки, которые имеют очень точные подпружиненные клапаны, которые открываются и закрываются при определенном давлении топлива. Отдельные топливные магистрали высокого давления соединяют топливный насос с каждым цилиндром. Объем топлива для каждого отдельного сгорания регулируется наклонной канавкой в плунжере, который поворачивается только на несколько градусов, сбрасывая давление, и управляется механическим регулятором, состоящим из грузов, вращающихся с вращением двигателя, ограничиваемой пружинами и рычагом. Форсунки удерживаются в открытом положении давлением топлива. На быстроходных двигателях плунжерные насосы объединены в один блок. Длина топливных линий от насоса к каждой форсунке обычно одинакова для каждого цилиндра, чтобы получить одинаковую задержку давления. В дизельных двигателях с прямым впрыском обычно используются топливные форсунки с диафрагмой.

Электронное управление впрыском топлива изменило работу двигателя с прямым впрыском, позволяив лучше контролировать процесс сгорания.

Блок с прямым впрыском

Устройство прямого впрыска, также известное как Pumpe-Düse (форсунка), представляет собой систему впрыска топлива под высоким давлением, которая впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр двигателя. В этой системе форсунка и насос объединены в один блок, управляемый каждым цилиндром, управляемым валом. Каждый цилиндр имеет собственный блок, в котором отсутствуют топливопроводы высокого давления, что обеспечивает более стабильный впрыск. При полной нагрузке давление впрыска может достигать 220 МПа. Системы блочного впрыска устаревшие на рынке коммерческих дизельных двигателей, но из-за более высоких требований к гибкости системы впрыска устаревшими из более совершенной системы Common Rail.

Непосредственный впрыск Common Rail

Системы прямого впрыска Common Rail (CR) не имеют функций дозирования топлива, повышения давления и подачи в одном блоке, как, например, в случае насоса распределительного типа Bosch. CR питает насос высокого давления. Требования к форсункам каждого цилиндра поступают из этого резервуара общего топливом высокого давления. Электронная система управления дизельным двигателем (EDC) регулирует как давление в рампе, так и впрыск в зависимости от условий работы двигателя. Форсунки более старых систем CR используют плунжеры с приводом от соленоида для подъема иглы впрыска, в то время как в новых инжекторах CR используются плунжеры с приводом от пьезоэлектрических приводов , которые имеют меньшую подвижную массу и, следовательно, позволяют еще больше уколы в очень короткие сроки. Давление впрыска в современной системе CR составляет от 140 до 270 МПа.

Типы

Существует несколько различных способов классификации дизельных двигателей на основе различных конструктивных характеристик:

По выходной мощности

Источник

По внутреннему диаметруцилиндра

Источник:

По количеству ходов

Источник

Поршень и шатун

По цилиндру расположение

Для дизельных двигателей одни стандартные цилиндров, такие как прямая (рядна я), V-образная и оппозитная (плоская) конфигурации. Рядная шестицилиндровая конструкция является наиболее распространенной в двигателях легкой и средней мощности, хотя рядные четырехцилиндровые двигатели также распространены. Двигатели малой мощности (как правило, это двигатели объемом менее литров), как правило, представляют собой четырех- или шестлиндицировые двигатели, при этом четырехцилиндровые двигатели наиболее распространенным типом, используемым в автомобилях. V-образная конфигурация раньше была распространена для коммерческих автомобилей, но от нее отказались пользоваться линейной конфигурацией.

По частоте двигателя

Гтер Мау классифицирует дизельные двигатели по их частям вращения в три группы:

  • Высокоскоростные двигатели (>1000 об / мин),
  • Среднеоборотные двигатели (300–1000 об / мин) и
  • Тихоходные двигатели (< 300 rpm).

Источник

Высокоскоростные двигатели

Высокоскоростные двигатели используются для питания грузовиков (грузовых автомобилей), автобусов, тракторов, автомобили, яхты, компрессоры, насосы Многие современные двигатели, особенно автомобильные дорог, имеют common rail , по состоянию на 2018 год большинство высокоскоростных двигателей с прямым впрыском. прямой впрыск. На больших судах часто используются высокоскоростные дизельные двигатели. для питания электрогенераторов.Наибольшая выходная мощность быстроходных дизельных двигателей составляет ок оло 5 МВт.

Средне- скоростные двигатели

Стационарный 12-цилиндровый турбодизельный двигатель, соединенный с генераторной установкой для вспомогательной энергии

Среднеоборотные двигатели используются в больших электрических генераторах, судовых силовых установках и в системах механического привода, таких как большие компрессоры или насосы. Среднеоборотные дизельные двигатели работают на дизельном топливе или мазуте с прямым впрыском так же, как и низкооборотные двигатели. Обычно это четырехтактные двигатели со ствольными поршнями.

Выходная мощность среднеоборотных дизельных двигателей может достигать 21 870 кВт при эффективном КПД около 47... 48% (1982). Большинство более крупных среднеоборотных двигателей запускаются сжатым воздухом непосредственно на поршнях с использованием воздухораспределителя, в отличие от пневматического пускового двигателя, действующего на маховик, который обычно используется для двигателей меньшего размера.

Среднескоростной двигатель. двигатели, предназначенные для морского применения, обычно используются для приведения в действие (ро-ро ) паромов, пассажирских судов или небольших грузовых судов. Использование среднеоборотных двигателей снижает стоимость малых судов и увеличивает их транспортную вместимость. В дополнение к этому, одно судно может использовать два меньших двигателя вместо одного большого, что увеличивает безопасность корабля.

Тихоходные двигатели

5-цилиндровый, 2-тактный двигатель MAN BW 5S50MC, тихоходный судовой дизельный двигатель. Этот конкретный двигатель находится на борту химовоза грузоподъемностью 29 000 тонн.

Низкооборотные дизельные двигатели обычно очень большие по размеру и в основном используются для питания судов. Обычно используются два разных типа тихоходных двигателей: двухтактные двигатели с крейцкопфом и четырехтактные двигатели с обычным стволом-поршнем. Двухтактные двигатели имеют ограниченную частоту вращения, и их перезарядка затруднена, а это означает, что они обычно больше, чем четырехтактные двигатели, и используются для непосредственного привода гребного винта корабля. Четырехтактные двигатели на кораблях обычно используются для питания электрогенератора. Электродвигатель приводит в действие пропеллер. Оба типа обычно очень неквадратные. Низкооборотные дизельные двигатели (используемые на кораблях и в других приложениях, где общая масса двигателя относительно не важна) часто имеют эффективный КПД до 55%. Как и среднеоборотные двигатели, низкооборотные двигатели запускаются сжатым воздухом, и в качестве основного топлива они используют мазут.

Двухтактные двигатели

Выбор времени для Detroit Diesel

Двухтактные дизельные двигатели использовать только два хода вместо четырех для полного цикла двигателя. Заполнение цилиндра воздухом и его сжатие происходит за один ход, а такты мощности и выхлопа совмещены. Сжатие в двухтактном дизельном двигателе аналогично сжатию, которое имеет место в четырехтактном дизельном двигателе: когда поршень проходит через нижнюю центральную часть и начинает движение вверх, начинается сжатие, завершающееся впрыском топлива и воспламенением. Вместо полного набора клапанов двухтактные дизельные двигатели имеют простые впускные и выпускные отверстия (или выпускные клапаны). Когда поршень приближается к нижней мертвой точке, впускное и выпускное отверстия «открыты», что означает, что внутри цилиндра имеется атмосферное давление. Следовательно, требуется какой-то насос, чтобы вдувать воздух в цилиндр, а газы сгорания - в выхлоп. Этот процесс называется очисткой. Требуемое давление составляет примерно 10 - 30 кПа.

Очистка

В целом возможны три типа продувки:

Очистка поперечного потока является неполной и ограничивает ход, но некоторые производители использовали ее. Обратный поток продувки - очень простой способ очистки, и он был популярен среди производителей до начала 1980-х годов. Однопоточная продувка сложнее, но позволяет добиться максимальной топливной эффективности; с начала 1980-х годов такие производители, как MAN и Sulzer, перешли на эту систему. Это стандарт для современных судовых двухтактных дизельных двигателей.

Двухтопливные дизельные двигатели

Так называемые двухтопливные дизельные двигатели или газовые дизельные двигатели работают на двух разных видах топлива одновременно, для Например, газообразное топливо и дизельное моторное топливо. Топливо дизельного двигателя самовоспламеняется из-за воспламенения от сжатия, а затем воспламеняется газообразное топливо. Такие двигатели не требуют искрового зажигания и работают аналогично обычным дизельным двигателям.

Особенности дизельного двигателя

Крутящий момент и мощность

Крутящий момент - это сила, приложенная к рычагу. под прямым углом, умноженным на длину рычага. Это означает, что крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего объема двигателя и силы, которую давление газа внутри цилиндра прилагает к поршню, обычно называемое эффективным давлением поршня:

M = pe ⋅ V h ⋅ π - 1 ⋅ я - 1 {\ displaystyle M = p_ {e} \ cdot V_ {h} \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot i ^ {- 1}}{\ displaystyle M = p_ {e } \ cdot V_ {h} \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot i ^ {- 1}}
M {\ displaystyle M}M .. Крутящий момент [Н · м]; p e {\ displaystyle p_ {e}}p_ {e} .. Эффективное давление поршня [кН · м]; V h {\ displaystyle V_ {h}}V_h .. Displacement [dm]; i {\ displaystyle i}i .. Ходы [2 или 4]
Пример
  • Двигатель A: эффективное давление поршня = 570 кН · м, рабочий объем = 2,2 дм, ходов = 4, крутящий момент = 100 Н · м
570 ⋅ 2,2 ⋅ π - 1 ⋅ 4-1 ≈ 100 {\ displaystyle 570 \ cdot 2.2 \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot 4 ^ {-1} \ приблизительно 100}{\ displaystyle 570 \ cdot 2.2 \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot 4 ^ {- 1} \ приблизительно 100}

Мощность - это отношение работы и времени:

P = 2 π n M {\ displaystyle P = 2 \ pi nM}{\ displaystyle P = 2 \ pi nM}
P {\ displaystyle P}P .. Мощность [Вт]; M {\ displaystyle M}M .. Крутящий момент [Н · м]; n {\ displaystyle n}n .. оборотов коленчатого вала в секунду [s]
что означает:
P = 2 π ⋅ n 1 ⋅ M ⋅ 60 - 1 {\ displaystyle P = 2 \ pi \ cdot n_ {1} \ cdot M \ cdot 60 ^ {- 1}}{\ displaystyle P = 2 \ pi \ cdot n_ {1} \ cdot M \ cdot 60 ^ {- 1}}
P {\ displaystyle P}P .. Мощность [Вт]; M {\ displaystyle M}M .. Крутящий момент [Н · м]; n 1 {\ displaystyle n_ {1}}n_ {1} .. коленчатый вал в минуту [мин]
Пример
  • Двигатель A: мощность ≈ 44 000 Вт, крутящий момент = 100 Н · м, коленчатый вал скорость = 4200 мин.
44 000 ≈ 2 ⋅ π ⋅ 4200 ⋅ 100 ⋅ 60 - 1 {\ displaystyle 44 000 \ приблизительно 2 \ cdot \ pi \ cdot 4200 \ cdot 100 \ cdot 60 ^ {- 1}}{\ displaystyle 44 000 \ приблизительно 2 \ cdot \ pi \ cdot 4200 \ cdot 100 \ cdot 60 ^ {- 1}}
  • Двигатель B: мощность ≈ 44000 Вт, крутящий момент = 260 Н · м, частота вращения коленчатого вала = 1600 мин.
44000 ≈ 2 ⋅ π ⋅ 1600 ⋅ 260 ⋅ 60 - 1 {\ displaystyle 44000 \ приблизительно 2 \ cdot \ pi \ cdot 1600 \ cdot 260 \ cdot 60 ^ {- 1}}{\ displaystyle 44 000 \ приблизительно 2 \ cdot \ pi \ cdot 1600 \ cdot 260 \ cdot 60 ^ {- 1}}

Это означает, что увеличение крутящего момента или об / мин приведет к увеличению мощности. Поскольку максимальная частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя обычно составляет от 3500 до 5000 мин из-за ограничений принципа дизеля, крутящий момент дизельного двигателя должен быть большим для достижения высокой мощности, или, другими словами, поскольку дизельный двигатель не может использовать высокую скорость вращения для достижения определенной мощности, он должен производить больший крутящий момент.

Масса

Средний дизельный двигатель имеет более низкое отношение мощности к массе, чем Двигатель Отто. Это потому, что дизель должен работать на более низких оборотах двигателя. Из-за более высокогорабочего давления внутри камеры сгорания, которое увеличивает силы, действующие на детали из-за сил инерции, дизельному двигателю требуются более тяжелые и более прочные детали, способные противостоять этим силам, что приводит к увеличению общей массы двигателя.

Выбросы

Поскольку дизельные двигатели сжигают смесь топлива и воздуха, выхлопные газы содержат вещества, которые состоят из тех же химических элементов, что и топливо и воздух. Основными элементами воздуха являются азот (N2) и кислород (O2), топливо состоит из водорода (H2) и углерода (C). Сгорание топлива приведет к заключительной стадии окисления. Идеальный дизельный двигатель (гипотетическая модель, которую мы используем в качестве примера), работающий на идеальной воздушно-топливной смеси, производит выхлоп, состоящий из двуокиси углерода (CO 2), вода (H2O), азот (N2) и оставшийся кислород (O2). Процесс сгорания в реальном двигателе отличается от процесса сгорания в идеальном двигателе, и из-за неполного сгорания выхлопные газы содержат дополнительные вещества, в первую очередь оксид углерода (CO), твердые частицы дизельного топлива (PM) и оксидов азота (NO. x).

Когда дизельные двигатели сжигают топливо с высоким содержанием кислорода, это приводит к высоким температурам сгорания и более высокому КПД, а также твердые частицы имеют тенденцию гореть, но количество загрязнения NO. x имеет тенденцию к увеличению. Загрязнение NO. x может быть уменьшено путем рециркуляции части выхлопного газа двигателя обратно в цилиндры двигателя, что снижает количество кислорода, вызывая снижение температуры сгорания и приводя к меньшему количеству NO. x. Для дальнейшего снижения выбросов NO. x можно использовать обедненные NO. x ловушки (LNT) и катализаторы SCR. Ловушки для обедненных NO. x адсорбируют оксиды азота и «улавливают» их. Как только LNT заполнится, его нужно «регенерировать» с использованием углеводородов. Это достигается за счет использования очень богатой топливно-воздушной смеси, что приводит к неполному сгоранию. Катализатор SCR преобразует оксиды азота с использованием мочевины, которая впрыскивается в поток выхлопных газов, и каталитически преобразует NO. x в азот (N 2) и воду (H 2 O). По сравнению с двигателем Отто, дизельный двигатель производит примерно такое же количество NO. x, но некоторые старые дизельные двигатели могут иметь выхлоп, содержащий до 50% меньше NO. x. Однако двигатели Отто, в отличие от дизельных двигателей, могут использовать трехкомпонентный катализатор, который устраняет большую часть NO. x.

Дизельные двигатели могут производить сажу. (или, более конкретно, дизельные твердые частицы ) из их выхлопных газов. Черный дым состоит из соединений углерода, которые не сгорели из-за низких местных температур, когда топливо не полностью распылено. Эти низкие локальные температуры возникают на стенках цилиндров и на поверхности больших капель топлива. В этих областях, где относительно холодно, смесь богатая (в отличие от общей смеси, которая бедна). В богатой смеси меньше воздуха для сжигания, а часть топлива превращается в нагар. В современных автомобильных двигателях используется дизельный сажевый фильтр (DPF) в сочетании с двусторонним катализатором для улавливания частиц углерода, а затем их периодического окисления. Это достигается как за счет непрерывного окисления оксидами азота в каталитическом нейтрализаторе, так и за счет термической регенерации кислородом в сажевом фильтре.

Предел полной нагрузки дизельного двигателя при нормальной эксплуатации определяется «пределом черного дыма. ", после чего топливо не может полностью сгореть. Это связано с тем, что образование смеси происходит только во время горения, что приводит к колебаниям лямбда. Таким образом, предел черного дыма указывает, насколько хорошо дизельный двигатель использует свой воздух.

Состав выхлопа дизельного двигателя
ВидыМассовый процентОбъемный процент
Азот (N 2)75,2%72,1%
Кислород (O 2)15%0,7%
Двуокись углерода (CO 2)7,1%12,3%
Вода (H 2 O)2,6%13,8%
Окись углерода (CO)0,043%0,09%
оксиды азота (NO. x)0,034%0,13%
Углеводороды (HC)0,005%0,09%
Альдегид 0,001%(н / д)
Твердые частицы (Сульфат + твердые вещества)0,008%0,0008%

Шум

Файл: AKD 112 Z.webm Воспроизведение Типичный шум дизельного двигателя двухцилиндрового дизе ля 1950-х годов с прямым впрыском двигатель (MWM AKD 112 Z, на холостом ходу)

Отличительный шум дизельного двигателя по-разномуназывают грохотом дизельного двигателя, грохотом дизельного двигателя или детонацией дизельного двигателя. y способ воспламенения топлива; внезапное возгорание дизельного топлива при впрыске в камеру сгорания вызывает волну давления, в результате чего возникает слышимый «стук». Разработчики двигателей могут уменьшить грохот дизельного топлива за счет: непрямого впрыска; пилотный или предварительный впрыск; время впрыска; скорость закачки; коэффициент сжатия; Турбо ускорение; и рециркуляция выхлопных газов (EGR). Системы впрыска дизельного топлива Common Rail допускают многократное впрыскивание для снижения шума. Поэтому более новые дизели больше не стучат. Дизельное топливо с более высоким цетановым числом с большей вероятностью воспламеняется и, следовательно, снижает грохот дизеля.

Запуск в холодную погоду

Как правило, дизельные двигатели не требуют вспомогательного средства запуска. Однако в холодную погоду запуск некоторых дизельных двигателей может быть затруднен, и в зависимости от конструкции камеры сгорания может потребоваться предварительный нагрев. Минимальная температура запуска, позволяющая запуск без предварительного нагрева, составляет 40 ° C для двигателей с камерой предварительного сгорания, 20 ° C для двигателей с вихревой камерой и 0 ° C для двигателей с прямым впрыском. Меньшие двигатели с рабочим объемом менее 1 литра на цилиндр обычно имеют свечи накаливания, в то время как более крупные двигатели большой мощности имеют системы пламенного пуска.

В прошлом было больше разнообразия холодного пуска. использовались методы. В некоторых двигателях, таких как двигатели Detroit Diesel, использовалась система для введения небольших количеств эфира во впускной коллектор для начала сгорания. Вместо свечей накаливания некоторые дизельные двигатели оснащены системами помощи при запуске, которые изменяют фазы газораспределения. Самый простой способ сделать это - использовать рычаг декомпрессии. Активация рычага декомпрессии блокирует выпускные клапаны в небольшом нижнем положении, в результате чего в двигателе не происходит сжатия, что позволяет вращать коленчатый вал без сопротивления. Когда коленчатый вал достигает более высокой скорости, возврат рычага декомпрессии в его нормальное положение резко активирует выпускные клапаны, что приводит к сжатию - момент инерции маховика запускает двигатель. Другие дизельные двигатели, такие как двигатель с камерой предварительного сгорания XII Jv 170/240 производства Ganz Co., имеют систему изменения фаз газораспределения, которая приводится в действие путем регулировки распредвала впускных клапанов, переводя его в небольшое «позднее» положение. Это заставит впускные клапаны открываться с задержкой, заставляя всасываемый воздух нагреваться при входе в камеру сгорания.

Наддув и турбонаддув

Двухтактный дизельный двигатель с нагнетателем Рутса, типично для Detroit Diesel и некоторых Electro-Motive Diesel Двигатели Дизельный двигатель для легковых автомобилей 1980-х годов с турбонаддувом, с турбонагнетателем и без промежуточного охладителя (BMW M21 )

В качестве дизельного двигатель полагается на манипулирование λ v {\ displaystyle \ lambda _ {v}}\ lambda_v для управления крутящим моментом и регулировкой скорости, масса всасываемого воздуха не обязательно должна точно соответствовать массе впрыскиваемого топлива (что могло бы be λ = 1 {\ displaystyle \ lambda = 1}\ lambda = 1 ). Таким образом, дизельные двигатели идеально подходят для наддува и турбонаддува. Дополнительным преимуществом дизельного двигателя является отсутствие топлива во время такта сжатия.В дизельных двигателях топливо впрыскивается около верхней мертвой точки (ВМТ), когда поршень находится в самом верхнем положении. el затем воспламеняется из-за сжатия сжатия. Преждевременное зажигание, вызванное искусственным давлением сжатия во время такта сжатия, не может произойти.

Многие дизели имеют турбонаддув, а некоторые как турбированные, так и наддув. Двигатель с турбонаддувом может выполнять больше мощности, чем безнаддувный двигатель той же конфигурации. Нагнетатель в действие механически от коленчатого вала двигателя, а турбокомпрессор в действие выхлопными газами двигателя. Турбонаддув может улучшить экономию топлива дизельных двигателей за счет рекуперации отработанного тепла из выхлопных газов, увеличения избытка воздуха и увеличения отношения мощности двигателя к потерям на трение. Добавление промежуточного охладителя к двигателю с турбонаддувом дополнительно увеличения объема двигателя за счет охлаждения воздушной массы и, таким образом, позволяет увеличить массу воздуха на единицу объема.

A двухтактный двигатель не имеет дискретного выхлопа и такт впуска и, следовательно, неспособен к самовсасыванию. Следовательно, все двухтактные дизельные двигатели должны быть использованы нагнетателем или каким-либо компрессором для наполнения цилиндров воздухом и помощи в отводе выхлопных газов. Этот процесс называется продувкой. Нагнетатели типа Рутса использовались в судовых двигателях до середины 1950-х годов, с 1955 года их стали широко заменять турбокомпрессоры. Обычно двухтактный судовой дизельный двигатель имеет одноступенчатый турбонагнетатель с турбиной, имеющей осевой приток и радиальный отток.

Характеристики топлива и жидкости

В дизельных двигателях механический Система инжектора распыляет топливо непосредственно в камеру сгорания (в отличие от жиклера Вентури в карбюраторе или топливной форсунки в системе впрыска коллектора, распыляя топливо во впускной коллектор или впускной коллектор. бегуны как у бензинового двигателя). Поскольку в дизельном двигателе в цилиндр подается только воздух, степень сжатия может быть намного выше, поскольку отсутствует риск преждевременного зажигания, если процесс впрыска точно рассчитан по времени. Это означает, что температура цилиндров в дизельном двигателе намного выше, чем в бензиновом, что позволяет использовать менее летучие виды топлива.

Дизельный двигатель M-System MAN 630 - это бензиновый двигатель (разработанный для работы на бензине НАТО F 46 / F 50), но он также работает на реактивном топливе (НАТО F 40 / F 44), керосин (НАТО F 58) и дизельное топливо (НАТО F 54 / F 75)

Таким образом, дизельные двигатели могут работать на огромном количестве различных видов топлива. Как правило, топливо для дизельных двигателей должно иметь надлежащую вязкость, чтобы топливный насос мог перекачивать топливо в форсунки, не вызывая повреждений самого себя или коррозии топливопровода. При впрыске топливо должно образовывать хорошую топливную струю и не должно закоксовывать форсунки. Чтобы обеспечить надлежащий запуск двигателя и плавную работу, топливо должно быть готово к воспламенению и, следовательно, не вызывать большой задержки воспламенения (это означает, что топливо должно иметь высокое цетановое число ). Дизельное топливо также должно иметь высокую более низкую теплотворную способность.

Встроенные механические инжекторные насосы обычно лучше переносят низкокачественное или биотопливо, чем насосы распределительного типа. Кроме того, двигатели с непрямым впрыском обычно более удовлетворительно работают на топливах с высокой задержкой зажигания (например, на бензине), чем двигатели с прямым впрыском. Отчасти это связано с тем, что двигатель с непрямым впрыском имеет гораздо больший эффект завихрения, улучшая испарение и сгорание топлива, а также потому, что (в случае топлива типа растительного масла) отложения липидов могут конденсироваться на цилиндре. стенки двигателя с прямым впрыском, если температура сгорания слишком низкая (например, запуск двигателя на холоде). В двигателях с непосредственным впрыском и камерой сгорания с центральной сферой MAN топливо конденсируется на стенках камеры сгорания. Топливо начинает испаряться только после возгорания и горит относительно плавно. Следовательно, такие двигатели также допускают использование топлива с плохими характеристиками задержки воспламенения, и, как правило, они могут работать на бензине с RON 86 .

Типы топлива

В его работе 1893 года Теория и конструкция Rational Heat Motor Рудольф Дизель рассматривает возможность использования угольной пыли в качестве топлива для дизельного двигателя. Однако компания Diesel рассматривала возможность использования угольной пыли (а также жидкого топлива и газа); его настоящий двигатель был разработан для работы на керосине, который вскоре был заменен обычным бензином и керосином для дальнейших испытаний, поскольку нефть оказалась слишком вязкой. В дополнение к керосину и бензину двигатель Diesel мог также работать на лигроине.

. До того, как дизельное моторное топливо было стандартизировано, такие виды топлива, как бензин, керосин, газ были использованы масло, растительное масло и минеральное масло, а также смеси этих топлив. Типичными видами топлива, специально предназначенными для использования в дизельных двигателях, были нефтяные дистилляты и каменноугольные дистилляты, такие как следующие; эти виды топлива имеют более низкую удельную теплотворную способность:

  • Дизельное топливо: от 10 200 ккал · кг (42,7 МДж · кг) до 10 250 ккал · кг (42,9 МДж · кг)
  • Мазут: 10 000 ккал · кг (41,8 МДж · кг) до 10 200 ккал · кг (42,7 МДж · кг)
  • Каменноугольная смола креозот : 9 150 ккал · кг (38,3 МДж · кг) до 9 250 ккал · кг (38,7 МДж · кг)
  • Керосин : до 10 400 ккал · кг (43,5 МДж · кг)

Источник:

Первые стандарты дизельного топлива были, и, которые появились после Второй мировой войны. The m Современный европейский стандарт EN 590 дизельное топливо был установлен в мае 1993 г ​​.; современная версия стандарта НАТО F 54 в основном идентична ему. Стандарт на биодизельное топливо DIN 51628 признан устаревшим с версией EN 590 2009 года; Биодизель FAME соответствует стандарту EN 14214. Дизельные двигатели гидроциклов обычно работают на дизельном топливе, соответствующем стандарту ISO 8217 (Бункер C ). Кроме того, некоторые дизельные двигатели могут работать на газах (например, СПГ ).

Свойства современного дизельного топлива

Свойства современного дизельного топлива
EN 590 (по состоянию на 2009 г.)EN 14214 (по состоянию на 2010 г.)
Характеристики зажигания≥ 51 CN ≥ 51 CN
Плотность при 15 ° C820... 845 кг · м860... 900 кг · м
Содержание серы≤10 мг · кг≤10 мг · кг
Содержание воды≤200 мг · кг≤500 мг · кг
Смазывающая способность460 мкм460 мкм
Вязкость при 40 ° C2,0... 4,5 мм · с3,5... 5,0 мм · с
содержание FAME ≤7,0%≥96,5%
Молярное отношение H / C1,69
Нижняя теплотворная способность37,1 МДж · кг

Гелеобразование

Дизельное топливо DIN 51601 склонно к парафинизации или гелеобразованию в холодную погоду; оба - это термины для отвержения дения дизельного топлива до частично кристаллического состояния. Кристаллы накапливаются в топливной системе (особенно в топливных фильтрах), в итоге приводит к нехватке топлива в двигателе и вызывая его остановку. р работает. Для решения этой проблемы использовались маломощные электронагреватели в топливных баках и вокруг топливопроводов. Кроме того, других двигателей имеют систему разливов, с помощью которой осуществляется возврат любого излишнее топливо из инжекторного насоса и форсунок возвращается в топливный бак. После прогрева двигателя возврат теплого топлива предотвращает образование парафина в баке. До появления дизельных двигателей с прямым впрыском некоторые производители, например BMW, рекомендовали смешивать до 30% бензина с дизельным топливом, заправляя дизельные автомобили бензином, чтобы предотвратить гелеобразование топлива при падении температуры ниже -15 ° C.

Безопасность

Воспламеняемость топлива

Дизельное менее топливо горючее, чем бензин, потому что его температура вспышки составляет 55 ° C, что снижает риск возгорания, вызванного топливом. в автомобиле, оборудованном дизельным двигателем.

Дизельное топливо может создать взрывоопасную смесь воздуха и пара при правильных условиях. Однако по сравнению с бензином он менее подвержен воздействию из-за более низкого давления пара , что является показателем скорости испарения. В паспорте безопасности дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы указывается на опасность взрыва паров дизельного топлива в помещении на открытом воздухе или в канализации.

Рак

Выхлоп дизельных двигателей был классифицирован как канцероген группы 1 IARC. Это вызывает рак легких и связано с повышенным риском рака мочевого пузыря.

Разгон двигателя (неконтролируемое превышение скорости)

См. разгон дизельного двигателя.

Применения

Характеристики дизельного топлива разные преимущества для различных применений.

Легковые автомобили

Дизельные двигатели уже давно используются в больших автомобилях и используются в автомобилях меньшего размера, таких как супермини, в Европе с 1980-х годов. Снижение веса и стоимости было менее заметным. Плавная работа, а также высокий крутящий момент на низких оборотах важны для легковых автомобилей и небольших коммерческих автомобилей. С начала 1990-х годов производители автомобилей начали предлагать свои элитные автомобили класса люкс с дизельными двигателями. Дизельные двигатели легковых автомобилей обычно имеют объем от 0,8 до 5,0 литров. Современные силовые установки обычно имеют турбонаддув и прямой впрыск.

Дизельные двигатели не страдают дросселированием всасываемого воздуха, что приводит к очень низкому расходу топлива, особенно при низкой частичной нагрузке (например, при движении на городских скоростях). Пятая часть всех легковых автомобилей в мире оснащена дизельными двигателями, причем многие из них находятся в Европе, где примерно 47% всех легковых автомобилей имеют дизельные двигатели. Daimler-Benz совместно с Robert Bosch GmbH с 1936 года производит легковые автомобили с дизельным двигателем. Популярность легковых автомобилей с дизельным двигателем на таких рынках, как Индия, Южная Корея и Япония, растет (по состоянию на 2018 год).

Коммерческие автомобили и грузовики

Срок службы дизельных двигателей Mercedes-Benz

В 1893 году Рудольф Дизель предположил, что дизельный двигатель может приводить в действие «фургоны» ( грузовики). Первыегрузовики с дизельными двигателями были выпущены на рынок в 1924 году.

Современные дизельные двигатели для грузовых автомобилей должны быть одновременно надежными и очень экономичными. В стандартную комплектацию входят прямой впрыск Common-Rail, турбонаддув и четыре клапана на цилиндр. Рабочий объем рассматривается от 4,5 до 15,5 литров, с отношением мощности к массе 2,5–3,5 кг · кВт для тяжелых условий эксплуатации и 2,0–3,0 кг · кВт для двигателей средней мощности. Двигатели V6 и V8 раньше были обычным явлением из-за относительно небольшой массы двигателя, что обеспечивает V-образная конфигурация. В последнее время от V-образной конфигурации отказались использовать прямые двигатели. Эти двигатели обычно имеют рядные шестицилиндровые двигатели для средних и средних нагрузок и рядные четырехцилиндровые двигатели для средних нагрузок. Их квадратная конструкция снижает общую скорость поршня, что приводит к увеличению срока службы до 1 200 000 километров (750 000 миль). По сравнению с дизельными двигателями 1970-х годов ожидаемый срок службы современных дизельных двигателей для грузовых автомобилей увеличился более чем вдвое.

Железнодорожный подвижной состав

Дизельные двигатели для локомотивов предназначены для непрерывной работы между дозаправками и предназначены для использования в некоторых случаях некачественного топлива. На некоторых локомотивах используются двухтактные дизельные двигатели. Дизельные двигатели заменили паровые двигатели на всех неэлектрифицированных железных дорогах мира. Первые тепловозы появились в 1913 году, а вскоре после этого тепловозов. Большинство современных тепловозов более правильно известно как дизель-электрические локомотивы, потому что они используют электрическую трансмиссию: дизельный двигатель приводит в действие электрогенератор, который питает электрические тяговые двигатели. В то время как электровозы заменили тепловоз для пассажирских перевозок, во многих областях тепловозная тяга широко используется для перевозки грузов грузовых поездов и на путях, где нет электрификации. экономически выгодно.

В 1940-х годах дизельные двигатели для дорожных транспортных средств с выходной мощностью 150... 200 л.с. (110... 147 кВт) считались приемлемыми для DMU. Обычно использовались обычные грузовые силовые установки. Высота этих двигателей должна быть менее 1000 мм, чтобы их можно было установить под полом. Обычно двигатель комплектовался механической коробкой передач с пневматическим приводом из-за небольших размеров, массы и стоимости производства этой конструкции. В некоторых DMU вместо них использовались гидротрансформаторы. Дизель-электрическая трансмиссия не подходила для таких небольших двигателей. В 1930-х годах Deutsche Reichsbahn стандартизировал свой первый двигатель DMU. Это был 30,3-литровый 12-цилиндровый оппозитный агрегат мощностью 275 л.с. (202 кВт). Несколько немецких производителей производили двигатели в соответствии с этим стандартом.

Гидроцикл

Один из восьмицилиндровых 3200 I.H.P. Harland and Wolff - дизельные двигатели Burmeister Wain, установленные на теплоходе Glenapp. Это был самый мощный дизельный двигатель (1920 г.), установленный на корабле. Обратите внимание на человека, стоящего внизу справа для сравнения размеров. Файл: InleHandCrank.webm Воспроизвести мультимедиа Ручной запуск дизельного двигателя лодки в озере Инле (Мьянма ).

Требования к судовым дизельным двигателем различаются в зависимости от применения. Эти двигатели имеют наиболее эффективные низкооборотные двухтактные дизельные двигатели среднего размера, которые обычно имеют до 24 цилиндров и выходную мощность в однозначном мегаваттном диапазоне. На малых судах можно использовать дизельные двигатели для грузовиков. В отличие от обычных дизельных двигателей, в двухтактных гидроциклах используется высоковязкое жидкое топливо. Подводные лодки обычно дизель-электрические.

Первые дизельные двигатели для кораблей были изготовлены AB Diesel Motorer Stockholm Эти двигатели были трехцилиндровыми двигателями мощностью 120 л.с. (88 кВт) и четырехцилиндровыми двигателями. 180 л.с. (132 кВт) и используется на русских кораблях. В Первую мировую войну особенно подводная лодка. разработка двигателей el быстро продвигалась. К концу войны поршневые двухтактные двигатели двойного действия мощностью до 12 200 л.с. (9 МВт) были созданы для использования на море.

Авиация

Дизельные двигатели использовались в самолетах. Второй перед мировой войной, например, на жестком дирижабле LZ 129 Hindenburg, который был оснащен четырьмя дизельными двигателями Daimler-Benz DB 602, или на нескольких самолетах Junkers, имевших <Установлены двигатели 637>Джумо 205. До конца 1970-х годов самолет дизельный двигатель не применялся вах. В 1978 году Карл Х. Бергей утверждал, что «вероятность появления дизельного двигателя для авиации общего назначения в ближайшем будущем весьма мала». В последние годы (2016 г.) дизельные двигатели применение в беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) благодаря своей надежности, долговечности и низкому расходу топлива. В начале 2019 года АОПА сообщило, что модель дизельного двигателя для самолетов авиации общего назначения «приближается к финишу».

внедорожные дизельные двигатели

дизельный двигатель с воздушным охлаждением Порше 218

1959 года дизельные двигатели для внедорожных автомобилей обычно используются для строительной техники. Для таких двигателей очень важны топливная экономичность, надежность и простота обслуживания, в то время как высокая выходная мощность и тихая работа незначительны. Таким образом, механический впрыск топлива и воздушное охлаждение все еще очень распространены. Обычная выходная мощность дизельных двигателей для внедорожников сильно различается: самые маленькие блоки начинаются от 3 кВт, самые мощные двигатели - это двигатели для тяжелых грузовиков.

Стационарные дизельные двигатели

Three English Electric 7SRL дизель-генераторные установки, устанавливаемые на электростанции Саатени, Занзибар 1955

Стационарные дизельные двигатели обычно используются для выработки электроэнергии, но также для питания компрессоров холодильников или других типов компрессоров или насосов. Обычно эти двигатели работают постоянно, в основном с частичной нагрузкой, или периодически с полной нагрузкой. Стационарные дизельные двигатели, питающие электрогенераторы, вырабатывающие переменный ток, обычно работают с нагрузкой, но с фиксированной проверкой вращения. Это связано с фиксированной частотой сети 50 Гц (Европа) или 60 Гц (США). Частота вращения коленчатого вала двигателя выбирается так, чтобы частота была кратна ей. По практическим соображениям это приводит к частоте вращения коленчатого вала либо 25 Гц (1500 об / мин), либо 30 Гц (1800 об / мин).

Двигатели с низким тепловыделением

Особый класс прототипа внутреннего Поршневые двигатели внутреннего сгорания разработаны в течение нескольких десятилетий с целью повышения эффективности за счет снижения потерь тепла. Эти двигатели называют адиабатическими двигателями; из-за лучшего приближения адиабатического расширения; двигатели с низким тепловыделением или высокотемпературные двигатели. Как правило, это поршневые двигатели, детали камеры сгорания которых покрыты керамическим термобарьерным покрытием. В некоторых используются поршни и другие детали из титана с низкой теплопроводностью и плотностью. Некоторые конструкции могут полностью исключить использование системы охлаждения и связанные с ней паразитные потери. Разработка смазочных материалов, способных выдерживать более высокие температуры, была серьезным препятствием для коммерциализации.

Будущие разработки

В литературе середины 2010-х годов основные цели разработки будущих дизельных двигателей развития как улучшение выхлопных газов. выбросы, снижение расхода топлива и увеличение срока службы (2014 г.). Говорят, что дизельный двигатель, особенно дизельный двигатель для коммерческих автомобилей, останется наиболее важной силовой установкой транспортного средства до середины 2030-х годов. Редакция предполагает, что сложность дизельного двигателя будет расти (2014 г.). Некоторые редакторы ожидают в будущем сближения принципов работы дизельных двигателей и двигателей Отто в связи с тем, что при разработке двигателя Отто были предприняты шаги в направлении воспламенения от сжатия с однородным зарядом (2017).

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы по теме Дизельные двигатели.
На Викискладе есть материалы, связанные с на Рудольф Дизель.
Викиисточник содержит текст энциклопедии 1921 статьи Diesel Engine.

Патенты

Последняя правка сделана 2021-05-17 05:35:46
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте