Дизельные двигатели

 
 
 

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное  учреждение

среднего профессионального образования

<<Сарапульский техникум машиностроения и

информационных  технологий>>  
 
 

 Специальность  Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования 
 
 

Антропогенные загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы 
 

Реферат

По дисциплине «Физика» 
 
 
 
 
 

        Выполнил

Студент группы МЭ-11                                                         К. В. Ажимов

«___»_________2010 г. 
 
 
 

Проверил

преподаватель                                                                        В. П. Хасминский

«___»_________2010 г. 
 
 
 
 
 
 
 

      2010 

      Содержание. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

   Я расскажу в своём реферате о истории дизельного двигателя, как Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя». Принцип работы четырехтактного и двухтактного. Варианты конструкции, реверсивные двигатели. Преимущества и недостатки дизеля. Сферы применения дизельного двигателя, и мифы о дизельных двигателях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

История дизельного двигателя. 

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

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

   Экройд  Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями  исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность. 

   В 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был  построен первый в мире «бескомпрессорный  нефтяной двигатель высокого давления», т.е. дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором». При сопоставлении двигателей постройки «Дизель-мотора» и «Тринклер-мотора», русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, была гораздо более совершенной и перспективной. «Тринклер-моторы» не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем Дизеля. Российская конструкция оказалось проще, надежнее и перспективнее немецкой. 

   В 1947 г. состоялось расширенное заседание  Парижской академии наук, где постановили: 1. Закрепить приоритет за Россией  в создании бескомпрессорного двигателя  с воспламенением от сжатия (цикл Тринклера). 2. Сохранить для всех двигателей, работающих с воспламенением от сжатия название «Дизель-мотор», чтобы отметить научный и технический вклад Рудольфа Дизеля в энергетическое машиностроение. 

   В настоящее  время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или  просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20—30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте. 

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

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

   Принцип работы. 

   Четырёхтактный  цикл

   1й  Такт. Впуск. клапан впуска открывается,  воздух поступает в цилиндр  и клапан сразу закрывается.

   2й  Такт. Сжатие. поршень, дойдя до Вмт(верхняя мертвая точка далее), сжимает воздух в 20 раз, после чего в горячей среде распыляется топливо через форсунку.

   3й  Такт. Расширение. После распыления  топлива в горячем воздухе,  оно сгорает, двигая поршень  вниз.

   4й  Такт. Выпуск и продувка. Поршень идёт вверх, клапан выпуска открывается, происходит выпуск и продувка, дойдя до вмт, клапаны закрываются. 

   Далее повторяются все 4 такта. 

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

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

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

     
 
 

  Двухтактный цикл   

   Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла. Поршень идёт вниз, открывая впускное и выпускное окно. Воздух поступает в цилиндр и в это же время выходят отработавшие газы. Когда поршень идёт вверх -- все окна закрываются. Происходит сжатие -- это первый такт. Через форсунки распыляется топливо и оно загорается. Происходит такт расширения -- поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т.д. и т.п. 

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

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

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

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

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

     Варианты конструкции

   Двигатели могут быть тронковыми (когда шатун  непосредственно присоединяется к  поршню) и крейцкопфными (когда верхняя часть шатуна присоединяется к крейцкопфу — специальной скользящей конструкции, которая соединяется с поршнем штоком). Крейцкопфные двигатели позволяют снизить износ цилиндра и поршня, поскольку они освобождены от боковых усилий; зато тронковые двигатели намного меньше по размеру и весу. В настоящее время крейцкопфные двигатели используются только на больших морских судах. 

   Крейцкопфные  двигатели могут быть двойного действия, когда рабочие полости устраиваются с обеих сторон поршня или 2 поршня движутся навстречу. Из-за сложности конструкции двигатели двойного действия почти не используют.

   Реверсивные двигатели

   Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор. Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе. 

   Однако  на судах с жёстким соединением  двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива). 

   Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами. 
 
 

   Преимущества  и недостатки.