Дизельный двигатель

Чтобы узнать о локомотиве, см. Тепловоз . Чтобы узнать об игровом движке, см. Diesel (игровой движок) .

Дизельный двигатель, построенный компанией Langen & Wolf по лицензии, 1898 г.

Продолжительность: 18 минут 11 секунд. 18:11

1952 год. Фильм Shell Oil , показывающий разработку дизельного двигателя 1877 года.

Дизель , названный в честь Рудольфа Дизеля , — двигатель внутреннего сгорания в котором воспламенение топлива ; вызывается повышенной температурой воздуха в цилиндре вследствие механического сжатия , таким образом, дизельный двигатель называется двигателем с воспламенением от сжатия (двигатель CI). Это контрастирует с двигателями, использующими свечное зажигание топливно-воздушной смеси, такими как бензиновый двигатель ( бензиновый двигатель) или газовый двигатель (использующий газообразное топливо, такое как природный газ или сжиженный нефтяной газ ).

Введение

Дизельные двигатели работают путем сжатия только воздуха или воздуха плюс остаточных продуктов сгорания из выхлопных газов (известная как рециркуляция выхлопных газов , «EGR»). Воздух вводится в камеру во время такта впуска и сжимается во время такта сжатия. Это повышает температуру воздуха внутри цилиндра, так что распыленное дизельное топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, воспламеняется. Поскольку топливо впрыскивается в воздух непосредственно перед сгоранием, его распыление происходит неравномерно; это называется гетерогенной топливно-воздушной смесью. Крутящий момент, создаваемый дизельным двигателем, контролируется путем изменения соотношения воздух-топливо (λ) ; вместо дросселирования всасываемого воздуха дизельный двигатель полагается на изменение количества впрыскиваемого топлива, а соотношение воздух-топливо обычно высокое.

Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД ( КПД двигателя ) среди всех практических двигателей внутреннего или внешнего сгорания благодаря очень высокой степени расширения и характерному сгоранию обедненной смеси , которое позволяет рассеивать тепло избыточным воздухом. Также предотвращается небольшая потеря эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском, поскольку несгоревшее топливо не присутствует во время перекрытия клапанов и, следовательно, топливо не поступает непосредственно от впуска/впрыска к выпуску. Низкооборотные дизельные двигатели (которые используются на судах и в других отраслях, где общий вес двигателя относительно неважен) могут достигать эффективного КПД до 55%. Газовая турбина комбинированного цикла (цикл Брайтона и Ренкина) — двигатель внутреннего сгорания, который более эффективен, чем дизельный двигатель, но из-за своей массы и габаритов не подходит для транспортных средств, гидроциклов и самолетов . Крупнейшими в мире дизельными двигателями, введенными в эксплуатацию, являются 14-цилиндровые двухтактные судовые дизели; они производят пиковую мощность почти 100 МВт каждый.

Дизельные двигатели могут иметь двухтактный или четырехтактный цикл сгорания . Первоначально они использовались как более эффективная замена стационарным паровым машинам . С 1910-х годов их использовали на подводных лодках и кораблях. Позже последовало использование в локомотивах, автобусах, грузовиках, тяжелом оборудовании , сельскохозяйственном оборудовании и на электростанциях. В 1930-х годах их постепенно начали использовать в некоторых автомобилях . После энергетического кризиса 1970-х годов спрос на более высокую топливную эффективность привел к тому, что большинство крупных автопроизводителей в какой-то момент начали предлагать модели с дизельным двигателем, даже в очень маленьких автомобилях. По данным Конрада Рейфа (2012), в то время в среднем по ЕС дизельные автомобили составляли половину вновь зарегистрированных автомобилей. Однако выбросы загрязняющих веществ в воздух труднее контролировать в дизельных двигателях, чем в бензиновых, поэтому использование дизельных автомобильных двигателей в США в настоящее время в основном ограничивается более крупными дорожными и внедорожными транспортными средствами .

Хотя авиация традиционно избегала дизельных двигателей, в 21 веке авиационные дизельные двигатели становятся все более доступными. С конца 1990-х годов по разным причинам, включая обычные преимущества дизеля перед бензиновыми двигателями, а также недавние проблемы, характерные для авиации, разработка и производство дизельных двигателей для самолетов резко возросли: в период с 2002 по 2018 год по всему миру было поставлено более 5000 таких двигателей. особенно для легких самолетов и беспилотных летательных аппаратов .

История

Идея Дизеля

Патент Рудольфа Дизеля 1893 года на рациональный тепловой двигатель.

Второй прототип Дизеля. Это модификация первого экспериментального двигателя. 17 февраля 1894 года этот двигатель впервые заработал своим ходом.

Эффективная эффективность 16,6%
Расход топлива 519 г·кВт ⁻¹ ·час ⁻¹

Первый полнофункциональный дизельный двигатель, разработанный Имануэлем Лаустером, построенный с нуля и законченный к октябрю 1896 года.

Номинальная мощность 13,1 кВт
Эффективный КПД 26,2%
Расход топлива 324 г·кВт ⁻¹ ·час ⁻¹ .

В 1878 году Рудольф Дизель , который был студентом «Политехникума» в Мюнхене , посещал лекции Карла фон Линде . Линде объяснил, что паровые двигатели способны преобразовать в работу всего 6–10% тепловой энергии, но цикл Карно позволяет преобразовать в работу гораздо больше тепловой энергии посредством изотермического изменения состояния. По словам Дизеля, это зажгло идею создания высокоэффективного двигателя, способного работать по циклу Карно. Дизель также был представлен в виде пожарного поршня , традиционного устройства для разжигания огня , использующего принципы быстрого адиабатического сжатия, которые компания Linde приобрела в Юго-Восточной Азии . После нескольких лет работы над своими идеями Дизель опубликовал их в 1893 году в эссе «Теория и конструкция рационального теплового двигателя» .

Дизель подвергся резкой критике за свое эссе, но лишь немногие заметили допущенную им ошибку; его рациональный тепловой двигатель должен был использовать постоянный температурный цикл (с изотермическим сжатием), который требовал бы гораздо более высокого уровня сжатия, чем тот, который необходим для воспламенения от сжатия. Идея Дизеля заключалась в том, чтобы сжать воздух настолько сильно, чтобы его температура превышала температуру сгорания. Однако такой двигатель никогда не сможет выполнять какую-либо полезную работу. В своем патенте США 1892 года (выданном в 1895 году) № 542846 Дизель описывает сжатие, необходимое для его цикла:

чистый атмосферный воздух сжимается, согласно кривой 1 2, до такой степени, что до того, как произойдет воспламенение или горение, получаются наибольшее давление диаграммы и самая высокая температура, т. е. температура, при которой происходит последующее горение. должна иметь место, а не точка горения или воспламенения. Для большей ясности предположим, что последующее горение будет происходить при температуре 700°. Тогда в этом случае начальное давление должно быть шестьдесят четыре атмосферы, или для 800°С давление должно быть девяносто атмосфер и так далее. Затем в сжатый таким образом воздух постепенно вводится извне мелкодисперсное топливо, которое воспламеняется при вводе, поскольку температура воздуха значительно превышает температуру воспламенения топлива. Таким образом, характерными особенностями цикла согласно моему настоящему изобретению являются повышение давления и температуры до максимума не за счет сгорания, а перед сгоранием за счет механического сжатия воздуха, и там при последующем выполнении работы без повышения давления. и температура при постепенном сгорании в течение заданной части хода, определяемой количеством масла.

К июню 1893 года Дизель понял, что его первоначальный цикл не работает, и перешел на цикл с постоянным давлением. Дизель описывает этот цикл в своей заявке на патент 1895 года. Обратите внимание, что больше нет упоминаний о температурах сжатия, превышающих температуру сгорания. Сейчас просто утверждается, что компрессия должна быть достаточной, чтобы вызвать воспламенение.

1. В двигателе внутреннего сгорания - комбинация цилиндра и поршня, сконструированная и предназначенная для сжатия воздуха до степени, обеспечивающей температуру выше точки воспламенения топлива, источник сжатого воздуха или газа; запас топлива; распределительный клапан для топлива, канал от подачи воздуха в цилиндр, сообщающийся с топливно-распределительным клапаном, впуск в цилиндр, сообщающийся с подачей воздуха и топливным клапаном, и маслоотделитель, примерно так, как описано.

В 1892 году Дизель получил патенты в Германии , Швейцарии , Великобритании и США на «Метод и устройство для преобразования тепла в работу». В 1894 и 1895 годах он подал в разных странах патенты и дополнения на свой двигатель; первые патенты были выданы в Испании (№ 16654), Франция (№ 243 531) и Бельгия (№ 113 139) в декабре 1894 г., а также в Германии (№ 86 633) в 1895 г. и США (№ 608 845) в 1898 г.

Дизель подвергался нападкам и критике в течение нескольких лет. Критики утверждали, что Дизель никогда не изобретал новый двигатель и что изобретение дизельного двигателя является мошенничеством. Отто Кёлер и Эмиль Капитан были двумя самыми выдающимися критиками времени Дизеля. Келер опубликовал эссе в 1887 году, в котором он описывает двигатель, похожий на двигатель, который Дизель описывает в своем эссе 1893 года. Келер полагал, что такой двигатель не сможет выполнять никакой работы. Эмиль Капитанин построил бензиновый двигатель с зажиганием накаливания в начале 1890-х годов; он утверждал вопреки своему здравому смыслу, что его двигатель с зажиганием накаливания работал так же, как двигатель Дизеля. Его претензии были необоснованными, и он проиграл патентный иск против Diesel. Другие двигатели, такие как двигатель Акройда и двигатель Брайтона , также используют рабочий цикл, отличный от цикла дизельного двигателя. Фридрих Засс говорит, что дизельный двигатель — это «собственная работа Дизеля» и что любой «дизельный миф» — это « фальсификация истории ».

Первый дизельный двигатель

Дизель искал фирмы и заводы, которые могли бы построить его двигатель. С помощью Морица Шрётера и Макса Гутермута , ему удалось убедить и Круппа в Эссене, и машиностроительную фабрику в Аугсбурге . Контракты были подписаны в апреле 1893 г. был построен первый прототип двигателя Дизеля а в начале лета 1893 года в Аугсбурге . 10 августа 1893 года произошло первое возгорание, в качестве топлива использовался бензин. Зимой 1893/1894 года Дизель модернизировал существующий двигатель, и к 18 января 1894 года его механики превратили его во второй прототип. В январе того же года впрыска воздуха . к головке блока цилиндров двигателя была добавлена ​​и испытана система Фридрих Сасс утверждает, что можно предположить, что Дизель скопировал концепцию впрыска струи воздуха у Джорджа Б. Брайтона . хотя Дизель существенно улучшил систему. 17 февраля 1894 года модернизированный двигатель совершил 88 оборотов – одну минуту; Благодаря этой новости акции Maschinenfabrik Augsburg выросли на 30%, что указывает на ожидаемый огромный спрос на более эффективный двигатель. 26 июня 1895 года двигатель достиг эффективного КПД 16,6% и расхода топлива 519 г·кВт. ⁻¹ ·час ⁻¹ . Однако, несмотря на проверку концепции, двигатель вызвал проблемы. и Дизель не смогли добиться существенного прогресса. Поэтому Krupp рассматривал возможность расторжения контракта, заключенного с Diesel. Дизель был вынужден усовершенствовать конструкцию своего двигателя и бросился конструировать третий прототип двигателя. С 8 ноября по 20 декабря 1895 года второй прототип успешно отработал на испытательном стенде более 111 часов. В отчете за январь 1896 года это было признано успехом.

В феврале 1896 года Дизель рассмотрел возможность установки наддува на третий прототип. Имануэль Лаустер , которому было поручено нарисовать третий прототип « Мотор 250/400 », завершил чертежи к 30 апреля 1896 года. Летом того же года был построен двигатель, который был завершен 6 октября 1896 года. Испытания проводились до начала 1897 года. Первые публичные испытания начались 1 февраля 1897 года. Испытание Морица Шрётера 17 февраля 1897 года было основным испытанием двигателя Дизеля. Двигатель имел мощность 13,1 кВт при удельном расходе топлива 324 г·кВт. ⁻¹ ·час ⁻¹ , в результате чего эффективная эффективность составила 26,2%. К 1898 году Дизель стал миллионером.

Хронология

1890-е годы

• 1893: Рудольфа Дизеля Появляется эссе под названием «Теория и конструкция рационального теплового двигателя» .
• 1893: 21 февраля Дизель и Машиненфабрик Аугсбург подписывают контракт, который позволяет Дизелю построить прототип двигателя.
• 1893: 23 февраля Дизель получает патент (RP 67207) под названием « Методы и технологии работы двигателей внутреннего сгорания».
• 1893: 10 апреля Дизель и Крупп подписывают контракт, который позволяет Дизелю построить прототип двигателя.
• 1893: 24 апреля Крупп и Машиненфабрик Аугсбург решают сотрудничать и построить всего один прототип в Аугсбурге.
• 1893: июль, построен первый прототип.
• 1893: 10 августа Дизель впервые впрыскивает топливо (бензин), что приводит к возгоранию и разрушению индикатора .
• 1893: 30 ноября компания Diesel подает заявку на патент (RP 82168) на модифицированный процесс сгорания. Он получает его 12 июля 1895 года.
• 1894: 18 января, после того как первый прототип был модифицирован и стал вторым прототипом, начинаются испытания второго прототипа.
• 1894: 17 февраля. Впервые запущен второй прототип.
• 1895: 30 марта компания Diesel подает заявку на патент (RP 86633) на процесс запуска с помощью сжатого воздуха.
• 1895: 26 июня второй прототип впервые проходит тормозные испытания.
• 1895: Дизель подает заявку на второй патент. Патент США № 608845.
• 1895 г.: 8 ноября — 20 декабря проводится серия испытаний второго прототипа. Всего зафиксировано 111 часов работы.
• 1896: 30 апреля Имануэль Лаустер завершает чертежи третьего и последнего прототипа.
• 1896: 6 октября завершен третий и последний прототип двигателя.
• 1897: 1 февраля прототип двигателя Дизеля запущен и наконец готов к испытаниям эффективности и производству.
• 1897: 9 октября Адольф Буш лицензирует права на дизельный двигатель для США и Канады.
• 1897: 29 октября Рудольф Дизель получает патент (DRP 95680) на наддув дизельного двигателя.
• 1898: 1 февраля зарегистрирована компания Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
• 1898: Март, первый коммерческий дизельный двигатель мощностью 2×30 л.с. (2×22 кВт) установлен на заводе в Кемптене компании Vereinigte Zündholzfabriken AG.
• 1898: 17 сентября Всеобщее общество дизельных двигателей А.-Г. основан.
• первый двухтактный дизельный двигатель, изобретенный Хьюго Гюльднером . 1899: Создан

1900-е годы

Трансформаторный дизельный двигатель MAN DM, построенный в 1906 году. Серия MAN DM считается одним из первых коммерчески успешных дизельных двигателей.

• 1901: Имануэль Лаустер разрабатывает первый тронково-поршневой дизельный двигатель (DM 70).
• 1901: К 1901 году компания MAN произвела 77 цилиндров дизельных двигателей для коммерческого использования.
• 1903: Спущены на воду два первых дизельных судна для работы на реках и каналах: танкер «Вандал » и « Сармат» .
• 1904: Французы спустили на воду первую дизельную подводную лодку « Эгрет» .
• 1905: 14 января: Дизель подает заявку на патент на насос-форсунку (L20510I/46a).
• первые турбокомпрессоры и интеркулеры для дизельных двигателей. 1905: Компания Büchi производит
• 1906: Расформирование компании Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
• 1908: Срок действия патентов Дизеля истекает.
• 1908: Появляется первый грузовой автомобиль ( грузовик ) с дизельным двигателем.
• 1909: 14 марта Проспер Л'Оранж подает заявку на патент на впрыск в камеру предварительного сгорания . Позже он строит первый дизельный двигатель с этой системой.

1910-е годы

• 1910: MAN начинает производство двухтактных дизельных двигателей.
• 1910: 26 ноября Джеймс Маккечни подает заявку на патент на устройство впрыска . В отличие от Дизеля, он успешно построил работающие насос-форсунки.
• 1911: 27 ноября Всеобщее общество дизелей А.-Г. растворяется.
• 1911: Верфь Germania в Киле производит дизельные двигатели мощностью 850 л.с. (625 кВт) для немецких подводных лодок. Эти двигатели установлены в 1914 году.
• 1912: MAN создает первый поршневой двухтактный дизельный двигатель двойного действия.
• 1912: Первый локомотив с дизельным двигателем используется на швейцарской железной дороге Винтертур – Романсхорн .
• 1912: MS Selandia — первый океанский корабль с дизельными двигателями.
• 1913: Дизели NELECO устанавливаются на коммерческие суда и подводные лодки ВМС США .
• 1913: 29 сентября Рудольф Дизель загадочно погибает при пересечении Ла-Манша на пароходе « Дрезден » .
• 1914: MAN производит двухтактные двигатели мощностью 900 л.с. (662 кВт) для голландских подводных лодок.
• 1919: Проспер Л'Оранж получает патент на вставку камеры предварительного сгорания, включающую игольчатое сопло . Первый дизельный двигатель Cummins .

1920-е годы

Модель 32 Фэрбенкса Морса

• 1923: На выставке Königsberg DLG представлен первый сельскохозяйственный трактор с дизельным двигателем — прототип Benz-Sendling S6.
• первый грузовик 1923: 15 декабря компания MAN испытывает с дизельным двигателем с непосредственным впрыском топлива. В том же году Бенц строит грузовик с дизельным двигателем с впрыском в камеру сгорания.
• 1923: Появляется первый двухтактный дизельный двигатель с противоточной продувкой.
• 1924: Фэрбенкс-Морс представляет двухтактный двигатель Y-VA (позже переименованный в Модель 32).
• 1925: Сендлинг начинает серийное производство сельскохозяйственных тракторов 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 принципа и впрыскивающего 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 произведено более 900 экземпляров. Его номинальная взлетная мощность составляет 645 кВт.
• 1933: General Motors использует свой новый двухтактный дизельный двигатель Winton 201A с непосредственным впрыском топлива для своей автомобильной сборки, представленной на Всемирной выставке в Чикаго ( «Век прогресса »). Двигатель предлагается в нескольких версиях мощностью 600–900 л.с. (447–671 кВт).
• 1934: Компания Budd строит первый дизель-электрический пассажирский поезд в США Pioneer Zephyr 9900 с двигателем Winton.
• 1935: Citroën Rosalie для целей испытаний оснащается дизельным двигателем с впрыском вихревой камеры . Daimler-Benz начинает производство Mercedes-Benz OM 138 , первого серийного дизельного двигателя для легковых автомобилей и одного из немногих продаваемых дизельных двигателей для легковых автомобилей своего времени. Его мощность 45 л.с. (33 кВт).
• дирижабль LZ 129 «Гинденбург» 1936: 4 марта впервые взлетает , самый большой из когда-либо созданных самолетов. Он оснащен четырьмя дизельными двигателями V16 Daimler-Benz LOF 6 мощностью 1200 л.с. (883 кВт) каждый.
• 1936: Начало производства первого серийного легкового автомобиля с дизельным двигателем ( Mercedes-Benz 260 D ).
• 1937: Константин Федорович Челпан разрабатывает дизельный двигатель В-2 , позже использовавшийся в советских танках Т-34 , широко признанных лучшим танковым шасси Второй мировой войны.
• 1938: General Motors формирует подразделение GM Diesel, позже ставшее Detroit Diesel , и представляет средней мощности Series 71 рядный высокоскоростной двухтактный двигатель , подходящий для дорожных транспортных средств и морского транспорта.

1940-е годы

• 1946: Клесси Камминс получает патент на устройство подачи и впрыска топлива для двигателей, работающих на жидком топливе , которое включает отдельные компоненты для создания давления впрыска и определения момента впрыска.
• 1946: Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) представляет на рынке серийный дизельный двигатель с воздушным охлаждением.

1950-е годы

Поршень дизеля MAN M-System с центральнокамерной камерой сгорания ( 4 VD 14,5/12-1 SRW )

• 1950-е годы: KHD становится лидером мирового рынка дизельных двигателей с воздушным охлаждением.
• 1951: Й. Зигфрид Мейрер получает патент на M-System , конструкцию, включающую камеру сгорания с центральной сферой в поршне (DBP 865683).
• 1953: Первый серийный дизельный двигатель легкового автомобиля с вихревой камерой (Borgward/Fiat).
• 1954: Daimler-Benz представляет Mercedes-Benz OM 312 A , серийный промышленный дизельный двигатель с рядным шестицилиндровым двигателем объемом 4,6 л и турбонагнетателем мощностью 115 л.с. (85 кВт). Это оказывается ненадежным.
• 1954: Volvo выпускает небольшую серию из 200 единиц турбированной версии двигателя TD 96. Этот двигатель объемом 9,6 л имеет мощность 136 кВт (185 л.с.).
• 1955: Турбонаддув для двухтактных судовых дизельных двигателей MAN становится стандартом.
• 1959: Peugeot 403 становится первым серийным пассажирским седаном/седаном, произведенным за пределами Западной Германии и предлагаемым с дизельным двигателем.

1960-е годы

Mercedes-Benz OM 352 — один из первых дизельных двигателей Mercedes-Benz с непосредственным впрыском топлива. Он был представлен в 1963 году, но серийное производство началось только летом 1964 года.

• 1964: Лето Daimler-Benz переходит от впрыска в камеру сгорания к прямому впрыску с винтовым управлением.
• 1962–65: Клесси Камминс изобрела и запатентовала дизельную компрессионную тормозную систему , которая в конечном итоге будет производиться компанией Jacobs Manufacturing Company и получила прозвище «Джейк Тормоз».

1970-е годы

• 1972: KHD представляет систему AD-System Allstoff -Direkteinspritzung (прямой впрыск любого топлива) для своих дизельных двигателей. Дизели АД могут работать практически на любом виде жидкого топлива, однако они оснащены вспомогательной свечой зажигания, которая срабатывает, если качество воспламенения топлива слишком низкое.
• 1976: Common Rail . В ETH Zürich начинается разработка системы впрыска
• 1976: Volkswagen Golf становится первым компактным пассажирским седаном/седаном, предлагаемым с дизельным двигателем.
• 1978: Daimler-Benz производит первый дизельный двигатель для легковых автомобилей с турбонаддувом ( двигатель Mercedes-Benz OM617 ).
• 1979: Первый прототип низкооборотного двухтактного крейцкопфного двигателя с системой впрыска Common Rail.

1980-е годы

• 1981/82: Продувка Uniflow для двухтактных судовых дизельных двигателей становится стандартом.
• (ECU) с микропроцессорным управлением для дизельных двигателей. блок управления двигателем 1982: Август, Toyota представляет на японском рынке
• дорожные испытания системы впрыска Common Rail для грузовых автомобилей с модифицированным двигателем 6VD 12,5/12 GRF-E на IFA W50 . 1985: Декабрь, проходят
• 1987: Daimler-Benz представляет ТНВД с электронным управлением для дизельных двигателей грузовых автомобилей.
• 1988: Fiat Croma становится первым в мире серийным легковым автомобилем с дизельным двигателем с непосредственным впрыском топлива .
• 1989: Audi 100 — первый легковой автомобиль в мире с дизельным двигателем с турбонаддувом, промежуточным охлаждением, непосредственным впрыском топлива и электронным управлением. Он имеет BMEP 1,35 МПа и BSFC 198 г/(кВт·ч).

1990-е годы

• 1992: 1 июля Евро 1 . вступает в силу стандарт выбросов
• 1993: Первый дизельный двигатель для легковых автомобилей с четырьмя клапанами на цилиндр — Mercedes-Benz OM 604.
• 1994: Система насос-форсунок Bosch для дизельных двигателей грузовых автомобилей.
• 1996: Первый дизельный двигатель с непосредственным впрыском и четырьмя клапанами на цилиндр, используемый в Opel Vectra .
• 1996: Первый радиально-поршневой ТНВД-распределитель от Bosch.
• 1997: Первый серийный дизельный двигатель Common Rail для легкового автомобиля — Fiat 1.9 JTD.
• 1998: BMW выигрывает гонку «24 часа Нюрбургринга» на модифицированном BMW E36 . Автомобиль, получивший название 320d, оснащен 2-литровым рядным четырехцилиндровым дизельным двигателем с непосредственным впрыском и распределительным ТНВД с винтовым управлением (Bosch VP 44) мощностью 180 кВт (240 л.с.). Расход топлива составляет 23 л/100 км, что вдвое меньше, чем у аналогичного автомобиля с двигателем Отто.
• 1998: Volkswagen представляет двигатель VW EA188 Pumpe-Düse с электронным управлением, разработанными Bosch (1,9 TDI) с насос-форсунками .
• 1999: Daimler-Chrysler представляет первый Common Rail, трехцилиндровый дизельный двигатель используемый в легковом автомобиле ( Smart City Coupé ).

2000-е

Audi R10 TDI, победитель «24 часов Ле-Мана» 2006 г.

• 2000: Peugeot представляет сажевый фильтр для легковых автомобилей.
• 2002: Технология пьезоэлектрических инжекторов от Siemens.
• 2003: Технология пьезоэлектрических инжекторов от Bosch. и Дельфи.
• 2004: BMW представляет двухступенчатый турбонаддув для двигателя BMW M57 .
• самый мощный в мире дизельный двигатель Wärtsilä-Sulzer RTA96-C 2006: Выпущен . Его номинальная мощность 80 080 кВт.
• 2006: Audi R10 TDI , оснащенный 5,5-литровым двигателем V12-TDI мощностью 476 кВт (638 л.с.), выигрывает гонку « 24 часа Ле-Мана» 2006 года .
• 2006: Daimler-Chrysler запускает первый серийный двигатель для легковых автомобилей с избирательной каталитической очисткой выхлопных газов — Mercedes-Benz OM 642 . Он полностью соответствует стандарту выбросов Tier2Bin8.
• 2008: Volkswagen представляет катализатор LNT для дизельных двигателей легковых автомобилей с двигателем VW 2.0 TDI .
• 2008: Volkswagen начинает серийное производство самого большого дизельного двигателя для легковых автомобилей — Audi 6-литрового двигателя V12 TDI.
• 2008: Subaru представляет первый горизонтально-оппозитный дизельный двигатель, устанавливаемый на легковой автомобиль. Это 2-литровый двигатель Common Rail мощностью 110 кВт.

2010-е годы

• 2010: Компания Mitsubishi разработала и начала серийное производство 1,8-литрового двигателя DOHC I4 4N13 , первого в мире дизельного двигателя для легковых автомобилей с системой изменения фаз газораспределения .
• 2012: BMW представляет двухступенчатый турбонаддув с тремя турбокомпрессорами для двигателя BMW N57 .
• 2015: Запущены системы Common Rail , работающие с давлением 2500 бар.
• 2015: В ходе скандала с выбросами Volkswagen направило Агентство по охране окружающей среды США уведомление о нарушении Закона о чистом воздухе Volkswagen Group после того, как было обнаружено, что Volkswagen намеренно запрограммировал дизельные двигатели с непосредственным впрыском с турбонаддувом (TDI) на активацию определенных средств контроля выбросов только во время лабораторных выбросов. тестирование .

Принцип работы

Обзор

Характеристики дизельного двигателя такие.

• Использование воспламенения от сжатия вместо устройства зажигания, такого как свеча зажигания .
• Внутреннее смесеобразование. В дизельных двигателях смесь воздуха и топлива образуется только внутри камеры сгорания.
• Качественный контроль крутящего момента. Величина крутящего момента, производимого дизельным двигателем, не контролируется путем дросселирования всасываемого воздуха (в отличие от традиционного бензинового двигателя с искровым зажиганием, где поток воздуха уменьшается для регулирования выходного крутящего момента), вместо этого объем воздуха, поступающего в двигатель, составляет всегда максимизирован, а выходной крутящий момент регулируется исключительно за счет контроля количества впрыскиваемого топлива.
• Высокое соотношение воздух-топливо . Дизельные двигатели работают при общем соотношении воздух-топливо, значительно более бедном, чем стехиометрическое соотношение .
• Диффузионное пламя : при горении кислород сначала должен диффундировать в пламя, а не смешивать кислород и топливо до сгорания, что приведет к образованию предварительно смешанного пламени .
• Неоднородная топливовоздушная смесь. В дизельных двигателях нет равномерного распределения топлива и воздуха внутри цилиндра. Это связано с тем, что процесс сгорания начинается в конце фазы впрыска, прежде чем может образоваться однородная смесь воздуха и топлива.
• Предпочтение топливу с высокими показателями воспламенения ( цетановое число ), а не высокой детонационной стойкостью ( октановое число ), которое предпочтительно для бензиновых двигателей.

Термодинамический цикл

Модель дизельного двигателя, левая сторона

Модель дизельного двигателя, правая сторона

Смотрите также: Дизельный цикл и поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Дизельный двигатель внутреннего сгорания отличается от бензинового цикла Отто тем, что для воспламенения топлива используется сильно сжатый горячий воздух, а не свеча зажигания ( воспламенение от сжатия, а не искровое зажигание ).

В дизельном двигателе изначально в камеру сгорания подается только воздух. Затем воздух сжимается со степенью сжатия обычно от 15:1 до 23:1. Такое сильное сжатие приводит к повышению температуры воздуха. Примерно в верхней части такта сжатия топливо впрыскивается непосредственно в сжатый воздух в камере сгорания. Это может быть полость (обычно тороидальная ) в верхней части поршня или предкамера, в зависимости от конструкции двигателя. Топливная форсунка обеспечивает дробление топлива на мелкие капли и его равномерное распределение. Тепло сжатого воздуха испаряет топливо с поверхности капель. Затем пар воспламеняется от тепла сжатого воздуха в камере сгорания, капли продолжают испаряться со своей поверхности и гореть, становясь меньше, пока все топливо в каплях не сгорит. Сгорание происходит при практически постоянном давлении во время начальной части рабочего такта. Начало испарения вызывает задержку перед воспламенением и характерный дизельный детонационный звук, когда пар достигает температуры воспламенения, а также вызывает резкое увеличение давления над поршнем (не показано на индикаторной диаграмме PV). Когда сгорание завершено, газы сгорания расширяются по мере дальнейшего опускания поршня; Высокое давление в цилиндре перемещает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал.

Наряду с высоким уровнем сжатия, позволяющим сгорание происходить без отдельной системы зажигания, высокая степень сжатия значительно повышает эффективность двигателя. Увеличение степени сжатия в двигателе с искровым зажиганием, в котором топливо и воздух смешиваются перед поступлением в цилиндр, ограничено необходимостью предотвращения преждевременного зажигания , которое может привести к повреждению двигателя. Поскольку в дизельном двигателе сжимается только воздух, а топливо не поступает в цилиндр незадолго до верхней мертвой точки ( ВМТ ), преждевременная детонация не является проблемой, и степень сжатия намного выше.

Диаграмма pV для идеального дизельного цикла (которая следует за цифрами 1–4 по часовой стрелке). Горизонтальная ось — объём цилиндра. В дизельном цикле сгорание происходит при практически постоянном давлении. На этой диаграмме работа, генерируемая для каждого цикла, соответствует области внутри цикла.

Диаграмма давление-объем (pV) представляет собой упрощенное и идеализированное представление событий, происходящих в цикле дизельного двигателя, иллюстрирующее сходство с циклом Карно . Начиная с 1, поршень находится в нижней мертвой точке, и оба клапана закрыты в начале такта сжатия; в цилиндре находится воздух при атмосферном давлении. Между 1 и 2 воздух сжимается адиабатически – то есть без передачи тепла в окружающую среду или из нее – поднимающимся поршнем. (Это верно лишь приблизительно, поскольку будет происходить некоторый теплообмен со стенками цилиндра .) Во время этого сжатия объем уменьшается, а давление и температура повышаются. В момент 2 (ВМТ) или чуть раньше он впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе. Высвобождается химическая энергия, и это представляет собой впрыск тепловой энергии (тепла) в сжатый газ. Сгорание и нагрев происходят между 2 и 3. В этом интервале давление остается постоянным, так как поршень опускается, а объем увеличивается; температура повышается за счет энергии сгорания. При 3 впрыск топлива и сгорание завершены, и цилиндр содержит газ с более высокой температурой, чем при 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется, опять же примерно адиабатически. Работа производится по системе, к которой подключен двигатель. Во время этой фазы расширения объем газа увеличивается, а его температура и давление падают. На 4 открывается выпускной клапан, и давление резко падает до атмосферного (примерно). Это расширение, которому не сопротивляются, и никакой полезной работы оно не совершает. В идеале адиабатическое расширение должно продолжаться, расширяя линию 3–4 вправо до тех пор, пока давление не упадет до давления окружающего воздуха, но потеря эффективности, вызванная этим расширением без сопротивления, оправдана практическими трудностями, связанными с его восстановлением (двигатель должно быть значительно больше). После открытия выпускного клапана следует такт выпуска, но он (и следующий за ним такт впуска) на схеме не показаны. Если они показаны, они будут представлены контуром низкого давления в нижней части диаграммы. При 1 предполагается, что такты выпуска и впуска завершены и цилиндр снова наполняется воздухом. Система поршень-цилиндр поглощает энергию между 1 и 2 – это работа, необходимая для сжатия воздуха в цилиндре, и обеспечивается механической кинетической энергией, запасенной в маховике двигателя. Выходная мощность осуществляется комбинацией поршень-цилиндр между 2 и 4. Разница между этими двумя приращениями работы представляет собой указанную производительность работы за цикл и представлена ​​площадью, заключенной в контуре pV. Адиабатическое расширение происходит в более высоком диапазоне давлений, чем при сжатии, поскольку газ в цилиндре во время расширения более горячий, чем во время сжатия. Именно по этой причине контур имеет конечную площадь, а чистый результат работы за цикл положителен.

Эффективность

Топливная эффективность дизельных двигателей выше, чем у большинства других типов двигателей внутреннего сгорания. благодаря высокой степени сжатия, высокому коэффициенту избытка воздуха и топлива (λ) , и отсутствие ограничений всасываемого воздуха (т.е. дроссельных клапанов). Теоретически максимально возможный КПД дизельного двигателя составляет 75%. Однако на практике эффективность намного ниже: для двигателей легковых автомобилей КПД достигает 43%. до 45% для двигателей больших грузовиков и автобусов и до 55% для больших двухтактных судовых двигателей. Средний КПД за цикл движения автомобиля ниже пикового КПД дизельного двигателя (например, средний КПД 37% для двигателя с пиковым КПД 44%). Это связано с тем, что топливная эффективность дизельного двигателя падает при более низких нагрузках, однако она падает не так быстро, как у двигателя Отто (с искровым зажиганием).

Выбросы

См. Также: Дизельный выхлоп

Дизельные двигатели являются двигателями внутреннего сгорания и, следовательно, выделяют продукты сгорания в выхлопных газах . Из-за неполного сгорания Выхлопные газы дизельных двигателей содержат окись углерода , углеводороды , твердые частицы и оксиды азота . Около 90 процентов загрязняющих веществ можно удалить из выхлопных газов с помощью технологии очистки выхлопных газов. Дизельные двигатели дорожных транспортных средств не производят выбросов диоксида серы, поскольку с 2003 года дизельное топливо для автомобилей не содержит серы. Хельмут Чоке утверждает, что твердые частицы, выбрасываемые автомобилями, оказывают негативное воздействие на здоровье человека.

Твердые частицы в выхлопных газах дизельных двигателей иногда классифицируются как канцерогены или «вероятные канцерогены», и известно, что они увеличивают риск сердечных и респираторных заболеваний.

Электрическая система

В принципе, дизельный двигатель не требует какой-либо электрической системы. Однако большинство современных дизельных двигателей оснащены электрическим топливным насосом и электронным блоком управления двигателем.

Однако в дизельном двигателе отсутствует высоковольтная электрическая система зажигания. Это устраняет источник радиочастотного излучения (который может создавать помехи для навигационного и коммуникационного оборудования), поэтому в некоторых частях Американской национальной радиотихой зоны разрешено движение только транспортных средств с дизельным двигателем .

Контроль крутящего момента

Чтобы контролировать выходной крутящий момент в любой момент времени (т. е. когда водитель автомобиля регулирует педаль акселератора ), регулятор регулирует количество топлива, впрыскиваемого в двигатель. Механические регуляторы использовались и раньше, однако электронные регуляторы более распространены на современных двигателях. двигателя Механические регуляторы обычно приводятся в действие ремнем вспомогательных агрегатов или системой зубчатой ​​передачи. и используйте комбинацию пружин и грузов для управления подачей топлива в зависимости от нагрузки и скорости. используется электронный блок управления В двигателях с электронным управлением для управления подачей топлива (ECU) или электронный модуль управления (ECM). ECM/ECU использует различные датчики (например, сигнал частоты вращения двигателя, давление во впускном коллекторе и температуру топлива) для определения количества топлива, впрыскиваемого в двигатель.

Поскольку количество воздуха постоянно (для заданных оборотов в минуту), а количество топлива варьируется, в ситуациях, когда требуется минимальный выходной крутящий момент, используются очень высокие («бедные») соотношения воздух-топливо. Это отличается от бензинового двигателя, где дроссельная заслонка также используется для уменьшения количества всасываемого воздуха в рамках регулирования выходного крутящего момента двигателя. Управление моментом начала впрыска топлива в цилиндр аналогично управлению моментом зажигания в бензиновом двигателе. Поэтому это ключевой фактор в контроле выходной мощности, расхода топлива и выбросов выхлопных газов.

Классификация

Существует несколько различных способов классификации дизельных двигателей, как описано в следующих разделах.

Рабочий диапазон оборотов в минуту

Гюнтер Мау делит дизельные двигатели по частоте вращения на три группы:

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

Высокооборотные дизельные двигатели

Высокоскоростные двигатели используются для привода грузовых автомобилей (грузовых автомобилей), автобусов , тракторов , легковых автомобилей , яхт , компрессоров , насосов и небольших электрогенераторов . По состоянию на 2018 год большинство высокооборотных двигателей имеют непосредственный впрыск . Многие современные двигатели, особенно используемые на шоссейных дорогах, имеют Common Rail непосредственный впрыск . На более крупных судах высокоскоростные дизельные двигатели часто используются для питания электрогенераторов. Максимальная мощность высокооборотных дизелей составляет около 5 МВт.

Среднеоборотные дизельные двигатели

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

Среднеоборотные двигатели используются в больших электрических генераторах, железнодорожных тепловозах , судовых двигателях и механических приводах, таких как большие компрессоры или насосы. Среднеоборотные дизельные двигатели работают либо на дизельном топливе, либо на тяжелом мазуте путем прямого впрыска так же, как и тихоходные двигатели. Обычно это четырехтактные двигатели с тронковыми поршнями; Заметным исключением являются двигатели EMD 567 , 645 и 710 , которые все являются двухтактными.

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 помощью воздухораспределителя, в отличие от пневматического стартера, действующего на маховик, который обычно используется в двигателях меньшего размера.

Среднеоборотные двигатели, предназначенные для морского применения, обычно используются на паромах ( ро-ро ), пассажирских судах или небольших грузовых судах. Использование среднеоборотных двигателей снижает стоимость судов меньшего размера и увеличивает их транспортную вместимость. Кроме того, один корабль может использовать два двигателя меньшего размера вместо одного большого, что повышает безопасность корабля.

Низкооборотные дизельные двигатели

MAN B&W 5S50MC, двухтактный низкооборотный рядный пятицилиндровый судовой дизельный двигатель на борту химовоза водоизмещением 29 000 тонн.

Низкооборотные дизельные двигатели обычно очень велики по размерам и в основном используются на кораблях . Обычно используются два типа тихоходных двигателей: двухтактные двигатели с траверсой и четырехтактные двигатели с обычным тронковым поршнем. Двухтактные двигатели имеют ограниченную частоту вращения, и обмен заряда в них сложнее, а это означает, что они обычно больше четырехтактных двигателей и используются для непосредственного приведения в действие гребного винта корабля.

Четырехтактные двигатели на судах обычно используются для питания электрогенератора. Электродвигатель приводит в движение пропеллер. Оба типа обычно очень квадратные , то есть диаметр отверстия меньше хода поршня. Низкооборотные дизельные двигатели (которые используются на судах и в других целях, где общий вес двигателя относительно неважен) часто имеют эффективный КПД до 55%. Как и среднеоборотные двигатели, низкооборотные двигатели запускаются сжатым воздухом, а в качестве основного топлива они используют мазут.

Цикл сгорания

Схема двухтактного дизеля с нагнетателем Рутса

Время Детройт Дизель

Четырехтактные двигатели используют описанный ранее цикл сгорания. Большинство небольших дизелей, например, для транспортных средств, обычно используют четырехтактный цикл. Это связано с несколькими факторами, такими как узкий диапазон мощности двухтактной конструкции, который не особенно подходит для использования в автомобилях, а также необходимость использования сложных и дорогих встроенных систем смазки и мер по очистке. Экономическая эффективность (и доля добавленного веса) этих технологий в меньшей степени влияет на более крупные и дорогие двигатели, в то время как двигатели, предназначенные для судоходства или стационарного использования, могут работать на одной скорости в течение длительного времени.

В двухтактных двигателях используется цикл сгорания, который выполняется за два такта вместо четырех тактов. Наполнение цилиндра воздухом и его сжатие происходит за один такт, причем рабочий и выпускной такты совмещаются. Сжатие в двухтактном дизельном двигателе аналогично сжатию, происходящему в четырехтактном дизельном двигателе: когда поршень проходит через нижний центр и движется вверх, начинается сжатие, завершающееся впрыском топлива и воспламенением. Вместо полного набора клапанов двухтактные дизельные двигатели имеют простые впускные и выпускные каналы (или выпускные клапаны). Когда поршень приближается к нижней мертвой точке, впускное и выпускное отверстия «открыты», что означает, что внутри цилиндра существует атмосферное давление. Следовательно, требуется какой-то насос, чтобы нагнетать воздух в цилиндр, а газы сгорания — в выхлопные газы. Этот процесс называется очисткой . Требуемое давление составляет примерно 10-30 кПа.

Из-за отсутствия отдельных тактов выпуска и впуска во всех двухтактных дизельных двигателях используется продувочный вентилятор или какой-либо компрессор для наполнения цилиндров воздухом и содействия продувке. Нагнетатели типа Рутса использовались в судовых двигателях до середины 1950-х годов, однако с 1955 года их повсеместно заменили турбокомпрессоры. Обычно двухтактный судовой дизель имеет одноступенчатый турбокомпрессор с турбиной, имеющей осевой впуск и радиальный выпуск.

Продувка в двухтактных двигателях

В целом возможны три типа очистки:

• Однопоточная продувка
• Перекрестная очистка
• Продувка с обратным потоком

Перекрестная продувка неполная и ограничивает ход, однако некоторые производители ее использовали. Продувка обратным потоком — это очень простой способ продувки, который был популярен среди производителей до начала 1980-х годов. Продувку Uniflow сложнее выполнить, но она обеспечивает максимальную топливную экономичность; с начала 1980-х годов на эту систему перешли такие производители, как MAN и Sulzer. Это стандарт для современных судовых двухтактных дизелей.

Использованное топливо

Основная статья: Двухтопливный автомобиль § Преобразование дизельного двигателя

Так называемые двухтопливные дизели или газодизели одновременно сжигают два разных вида топлива , например, газообразное топливо и дизельное моторное топливо. Топливо дизельного двигателя самовоспламеняется за счет воспламенения от сжатия, а затем воспламеняет газообразное топливо. Такие двигатели не требуют какого-либо искрового зажигания и работают аналогично обычным дизельным двигателям.

Впрыск топлива

Топливо впрыскивается под высоким давлением либо в камеру сгорания , либо в «вихревую камеру», либо в «предкамеру». в отличие от бензиновых двигателей, в которых топливо часто добавляется во впускной коллектор или в карбюратор . Двигатели, в которых топливо впрыскивается в основную камеру сгорания, называются двигателями с непосредственным впрыском (DI), а двигатели, в которых используется вихревая камера или предкамера, называются двигателями с непрямым впрыском (IDI).

Прямой впрыск

Различные типы поршневых колец

Основная статья: Непосредственный впрыск топлива

Большинство дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют камеру сгорания в верхней части поршня, куда распыляется топливо. Можно использовать множество различных методов инъекции. Обычно двигатель с механическим непосредственным впрыском, управляемым спиралью, имеет либо рядный, либо распределительный ТНВД. Для каждого цилиндра двигателя соответствующий плунжер в топливном насосе отмеряет правильное количество топлива и определяет время каждого впрыска. В этих двигателях используются форсунки , представляющие собой очень точные подпружиненные клапаны, которые открываются и закрываются при определенном давлении топлива. Отдельные топливопроводы высокого давления соединяют топливный насос с каждым цилиндром. Объем топлива для каждого отдельного сгорания регулируется наклонной канавкой в ​​плунжере, который поворачивается всего на несколько градусов, сбрасывая давление, и контролируется механическим регулятором, состоящим из грузов, вращающихся со скоростью двигателя, удерживаемых пружинами и рычагом. Форсунки удерживаются открытыми под давлением топлива. На высокооборотных двигателях плунжерные насосы объединены в один блок. Длина топливопроводов от насоса к каждой форсунке обычно одинакова для каждого цилиндра, чтобы обеспечить одинаковую задержку давления. В дизельных двигателях с прямым впрыском топлива обычно используются топливные форсунки дроссельного типа.

Электронное управление впрыском топлива преобразовало двигатель с непосредственным впрыском, позволив гораздо лучше контролировать сгорание.

Коммон рельс

Системы непосредственного впрыска Common Rail (CR) не имеют функций дозирования, повышения давления и подачи топлива в одном блоке, как, например, в случае с насосом распределительного типа Bosch. Насос высокого давления питает CR. Потребности форсунок каждого цилиндра подаются из общего резервуара с топливом под высоким давлением. Электронная система управления дизельным двигателем (EDC) контролирует давление в рампе и впрыск в зависимости от условий работы двигателя. Форсунки старых систем CR имеют плунжеры с электромагнитным приводом для подъема инъекционной иглы, тогда как в новых форсунках CR используются плунжеры, приводимые в движение пьезоэлектрическими приводами, которые имеют меньшую движущуюся массу и, следовательно, позволяют делать еще больше инъекций за очень короткий период времени. Ранняя система Common Rail управлялась механическими средствами.

Давление впрыска современных систем CR колеблется от 140 МПа до 270 МПа.

Непрямой впрыск

Камера непрямого впрыска Ricardo Comet

Основная статья: Непрямой впрыск

Двигатель с системой непрямого впрыска дизельного топлива (IDI) подает топливо в небольшую камеру, называемую вихревой камерой, камерой предварительного сгорания, предварительной камерой или предкамерой, которая соединена с цилиндром узким воздушным каналом. Как правило, целью камеры предварительного охлаждения является создание повышенной турбулентности для лучшего смешивания воздуха и топлива. Эта система также обеспечивает более плавную и тихую работу двигателя, а поскольку смешиванию топлива способствует турбулентность, давление в форсунках может быть ниже. В большинстве систем IDI используется инжектор с одним отверстием. Недостаток форкамеры заключается в снижении эффективности из-за увеличения теплопотерь в систему охлаждения двигателя, что ограничивает процесс сгорания и тем самым снижает эффективность на 5–10%. Двигатели IDI также сложнее запустить и обычно требуют использования свечей накаливания. Двигатели IDI могут быть дешевле в изготовлении, но обычно требуют более высокой степени сжатия, чем аналоги DI. IDI также упрощает производство плавных и тихих двигателей с простой механической системой впрыска, поскольку точный момент впрыска не так важен. Большинство современных автомобильных двигателей являются двигателями с прямым впрыском, преимущества которых заключаются в большей эффективности и более легком запуске; однако двигатели IDI все еще можно найти во многих квадроциклах и небольших дизельных двигателях. В дизельных двигателях с непрямым впрыском топлива используются топливные форсунки игольчатого типа.

Воздушно-струйная инъекция

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

Основная статья: Воздушно-струйная инъекция

Ранние дизельные двигатели впрыскивали топливо с помощью сжатого воздуха, который распылял топливо и подавал его в двигатель через сопло (принцип аналогичен аэрозольному распылению). Отверстие форсунки закрывалось штифтовым клапаном, приводимым в действие распределительным валом . Хотя двигатель также требовался для привода воздушного компрессора, используемого для нагнетания струи воздуха, эффективность, тем не менее, была выше, чем у других двигателей внутреннего сгорания того времени. Однако система была тяжелой и медленно реагировала на изменение требований к крутящему моменту, что делало ее непригодной для дорожных транспортных средств.

Насос-форсунки

Основная статья: Инжектор агрегата

Система насос-форсунок , также известная как «Pumpe-Düse» ( по-немецки «насос-форсунка ») объединяет форсунку и топливный насос в единый компонент, который расположен над каждым цилиндром. Это устраняет необходимость использования топливопроводов высокого давления и обеспечивает более равномерный впрыск. При полной нагрузке давление впрыска может достигать 220 МПа. Насосы-форсунки приводятся в действие кулачком , а количество впрыскиваемого топлива регулируется механически (рейкой или рычагом) или электронным способом.

Из-за возросших требований к производительности насос-форсунки в значительной степени были заменены системами впрыска Common Rail .

Особенности дизельного двигателя

Масса

Средний дизельный двигатель имеет худшее соотношение мощности к массе, чем эквивалентный бензиновый двигатель. Более низкие обороты двигателя (об/мин) типичных дизельных двигателей приводят к снижению выходной мощности . Кроме того, масса дизельного двигателя обычно выше, поскольку более высокое рабочее давление внутри камеры сгорания увеличивает внутренние силы, что требует более прочных (и, следовательно, более тяжелых) деталей, чтобы противостоять этим силам.

Шум («стук дизеля»)

Шум MWM AKD 112 Z 1950-х годов на холостом ходу двухцилиндрового дизельного двигателя

Характерный шум дизельного двигателя, особенно на холостом ходу, иногда называют «дизельным грохотом». Этот шум во многом вызван внезапным воспламенением дизельного топлива при впрыске в камеру сгорания, что вызывает волну давления, похожую на стук.

Разработчики двигателей могут уменьшить стук дизельного топлива за счет: непрямого впрыска; пилотный или предварительный впрыск; время впрыска; скорость впрыска; степень сжатия; турбонаддув; и рециркуляция выхлопных газов (EGR). Системы впрыска дизельного топлива Common Rail допускают несколько впрысков, что способствует снижению шума. Благодаря подобным мерам шум дизельного двигателя в современных двигателях значительно снижается. Дизельное топливо с более высоким цетановым числом более склонно к воспламенению и, следовательно, снижает шум дизельного топлива.

Начало холодов

В более теплом климате дизельным двигателям не требуется никаких вспомогательных средств для запуска (кроме стартера ). Однако многие дизельные двигатели включают в себя некоторую форму предварительного подогрева камеры сгорания, чтобы облегчить запуск в холодных условиях. Двигатели с рабочим объемом менее 1 литра на цилиндр обычно имеют свечи накаливания , тогда как более крупные двигатели большой мощности имеют системы факельного запуска . Минимальная температура запуска, при которой возможен запуск без предварительного подогрева, составляет 40 °C (104 °F) для двигателей с камерой сгорания, 20 °C (68 °F) для двигателей с вихревой камерой и 0 °C (32 °F) для двигателей с прямым впрыском топлива. двигатели.

Раньше использовалось более широкое разнообразие методов холодного запуска. Некоторые двигатели, такие как двигатели Detroit Diesel, используются система подачи небольшого количества 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 двигатель не испытывает сжатия и, таким образом, позволяет проворачивать коленчатый вал со значительно меньшим сопротивлением. маховика Когда коленчатый вал достигает более высокой скорости, возврат рычага декомпрессии в нормальное положение резко повторно активирует выпускные клапаны, что приводит к сжатию — момент инерции массы затем запускает двигатель. Другие дизельные двигатели, такие как двигатель с форкамерой XII Jv 170/240 производства Ganz & Co., имеют систему изменения фаз газораспределения, которая приводится в действие путем регулировки распределительного вала впускных клапанов, перемещая его в небольшое «позднее» положение. Это заставит впускные клапаны открываться с задержкой, заставляя входящий воздух нагреваться при попадании в камеру сгорания.

Наддув и турбонаддув

1980-х годов BMW M21 Турбодизельный двигатель легкового автомобиля

См. Также: Турбодизель.

Принудительная индукция , особенно турбонаддув, обычно используется в дизельных двигателях, поскольку она значительно увеличивает эффективность и выходной крутящий момент. Дизельные двигатели хорошо подходят для установок с принудительной индукцией благодаря принципу работы, характеризующемуся широкими пределами воспламенения. и отсутствие топлива во время такта сжатия. Поэтому детонация, преждевременное зажигание или детонация возникнуть не могут, а обедненная смесь, вызванная избытком наддувочного воздуха внутри камеры сгорания, не оказывает отрицательного влияния на сгорание.

Основные производители

• ЧЕЛОВЕК
• МУЖЧИНА
• Вартсила
• Роллс-Ройс
• Сименс
• Коломенский КДЗ ТМХ БМЗ и УДМЗ
• Дженерал Электрик Джи Транспортейшн
• Вольво Пента
• Зульцер (производитель)
• Doosan Doosan infracore, Doosan Marine
• ЯМЗ ВАЗ , КМЗ - РД Невский, СТМ ГАЗ ВМЗ ВМЗ
• Мицубиси , Мицуи, Мазда, IHI, Кавасаки, Хонда, Сузуки, Субару, Исузу, Ниссан и другие.
• Катерпиллар и Камминс
• AO Zvezda and Zvezda Energetika
• Bergen Engines MaK Deutz AG MWM BMW VW , MAPNA BHEL DESA Steyr Motors GmbH Иран Khodro Diesel Isotta Fraschini , EMD Fairbanks Morse , Shanxi Henan Diesel SDM

Характеристики топлива и жидкости

Основная статья: Дизельное топливо

Дизельные двигатели могут сжигать огромное количество видов топлива, в том числе несколько видов мазута, которые имеют преимущества перед такими видами топлива, как бензин. Эти преимущества включают в себя:

• Низкие затраты на топливо, поскольку мазут относительно дешев.
• Хорошие смазывающие свойства
• Высокая плотность энергии
• Низкий риск возгорания, так как они не образуют легковоспламеняющихся паров.
• Биодизель — это легко синтезируемое топливо, не основанное на нефти (посредством переэтерификации ), которое может использоваться непосредственно во многих дизельных двигателях, в то время как бензиновые двигатели либо нуждаются в адаптации для работы на синтетическом топливе , либо используют его в качестве добавки к бензину (например, этанол, добавляемый в бензин). газохол ).

В дизельных двигателях система механических форсунок распыляет топливо непосредственно в камеру сгорания (в отличие от жиклёра Вентури в карбюраторе или топливной форсунки в системе впрыска в коллектор, распыляющей топливо во впускной коллектор или впускные каналы, как в бензиновом двигателе). ). Поскольку в дизельном двигателе в цилиндр всасывается только воздух, степень сжатия может быть намного выше, поскольку отсутствует риск преждевременного зажигания при условии, что процесс впрыска точно рассчитан. Это означает, что температура цилиндров дизельного двигателя намного выше, чем бензинового, что позволяет использовать менее летучие виды топлива.

на MAN 630 Дизельный двигатель M-System представляет собой бензиновый двигатель (предназначен для работы на бензине НАТО F 46/F 50), но он также работает на реактивном топливе (NATO F 40/F 44) и керосине (NATO F 58). , и дизельное моторное топливо (НАТО F 54/F 75)

Поэтому дизельные двигатели могут работать на огромном разнообразии различных видов топлива. В общем, топливо для дизельных двигателей должно иметь подходящую вязкость , чтобы ТНВД мог перекачивать топливо к форсункам, не вызывая повреждений самого себя или коррозии топливопровода. При впрыске топливо должно образовывать хорошую топливную струю и не должно оказывать закоксовывающего действия на форсунки. Чтобы обеспечить правильный запуск двигателя и плавную работу, топливо должно легко воспламеняться и, следовательно, не вызывать большой задержки воспламенения (это означает, что топливо должно иметь высокое цетановое число ). Дизельное топливо также должно иметь высокую низшую теплоту сгорания .

Рядные механические инжекторные насосы обычно лучше переносят низкокачественное или биотопливо, чем насосы распределительного типа. Кроме того, двигатели с непрямым впрыском обычно более удовлетворительно работают на топливе с высокой задержкой воспламенения (например, бензине), чем двигатели с прямым впрыском. Частично 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 на основе растительного масла) липидные отложения могут конденсироваться на стенках цилиндров двигателя с прямым впрыском. двигатель, если температура сгорания слишком низкая (например, запуск двигателя из холодного состояния). В двигателях с непосредственным впрыском топлива и камерой сгорания MAN с центральной сферой топливо конденсируется на стенках камеры сгорания. Топливо начинает испаряться только после того, как происходит зажигание, и сгорает относительно плавно. Следовательно, такие двигатели также допускают использование топлива с плохими характеристиками задержки воспламенения и, в целом, могут работать на бензине с октановым числом 86 .

Виды топлива

В своей работе 1893 года «Теория и конструкция рационального теплового двигателя » Рудольф Дизель рассматривает возможность использования угольной пыли в качестве топлива для дизельного двигателя. Однако компания Diesel только что рассмотрела возможность использования угольной пыли (а также жидкого топлива и газа); его настоящий двигатель был разработан для работы на бензине , который вскоре был заменен обычным бензином и керосином для дальнейших испытаний, поскольку нефть оказалась слишком вязкой. Помимо керосина и бензина двигатель Дизеля мог работать и на лигроине .

До того, как топливо для дизельных двигателей было стандартизировано, использовались такие виды топлива, как бензин , керосин , газойль , растительное масло и минеральное масло , а также смеси этих видов топлива. Типичными топливами, специально предназначенными для использования в дизельных двигателях, были дистилляты нефти и дистилляты каменноугольной смолы, такие как следующие: эти виды топлива имеют удельную низшую теплотворную способность:

• Дизельное топливо: 10 200 ккал·кг. ⁻¹ (42,7 МДж·кг ⁻¹ ) до 10250 ккал·кг ⁻¹ (42,9 МДж·кг ⁻¹ )
• Печное топливо: 10 000 ккал·кг. ⁻¹ (41,8 МДж·кг ⁻¹ ) до 10200 ккал·кг ⁻¹ (42,7 МДж·кг ⁻¹ )
• каменноугольной смолы Креозот : 9150 ккал·кг. ⁻¹ (38,3 МДж·кг ⁻¹ ) до 9250 ккал·кг ⁻¹ (38,7 МДж·кг ⁻¹ )
• Керосин : до 10 400 ккал·кг. ⁻¹ (43,5 МДж·кг ⁻¹ )

Источник:

Первыми стандартами дизельного топлива были DIN 51601 , VTL 9140-001 и НАТО F 54 , появившиеся после Второй мировой войны. Современный европейский EN 590 стандарт дизельного топлива был установлен в мае 1993 года; современная версия стандарта НАТО F 54 во многом идентична ему. Стандарт на биодизельное топливо DIN 51628 стал устаревшим с появлением версии EN 590 2009 года; Биодизель FAME соответствует стандарту EN 14214 . Дизельные двигатели плавсредств 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 °C	820...845 кг·м −3	860...900 кг·м −3
Содержание серы	≤10 мг·кг −1	≤10 мг·кг −1
Содержание воды	≤200 мг·кг −1	≤500 мг·кг −1
Смазывающая способность	460 мкм	460 мкм
Вязкость при 40 °C	2,0...4,5 мм 2 ·с −1	3,5...5,0 мм 2 ·с −1
ФЕЙМ- контент	≤7.0%	≥96.5%
Молярное соотношение H/C	–	1.69
Низкая теплотворная способность	–	37,1 МДж·кг −1

Желирование

Дизельное топливо DIN 51601 склонно к образованию воска или гелеобразования в холодную погоду; оба термина обозначают затвердевание дизельного топлива в частично кристаллическое состояние. Кристаллы накапливаются в топливной системе (особенно в топливных фильтрах), в конечном итоге лишая двигатель топлива и вызывая его остановку. Для решения этой проблемы были использованы электронагреватели малой мощности в топливных баках и вокруг топливопроводов. Кроме того, большинство двигателей имеют систему возврата пролитого топлива , с помощью которой излишки топлива из ТНВД и форсунок возвращаются в топливный бак. После прогрева двигателя возврат теплого топлива предотвращает образование парафина в баке. Перед дизельными двигателями с непосредственным впрыском некоторые производители, такие как BMW, рекомендовали смешивать до 30% бензина с дизельным топливом, заправляя дизельные автомобили бензином, чтобы предотвратить загущение топлива при падении температуры ниже -15 ° C.

Безопасность

Воспламеняемость топлива

Дизельное топливо менее огнеопасно , чем бензин, поскольку его температура вспышки составляет 55°С. что приводит к снижению риска возгорания топлива в автомобиле, оснащенном дизельным двигателем.

Дизельное топливо при определенных условиях может создать взрывоопасную смесь воздуха и пара. Однако по сравнению с бензином он менее склонен к испарению из-за более низкого давления паров , которое является показателем скорости испарения. Паспорт безопасности материала для дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы указывает на опасность взрыва паров дизельного топлива в помещении, на открытом воздухе или в канализации.

Рак

Выхлопы дизельных двигателей классифицируются как канцероген IARC группы 1 . Он вызывает рак легких и связан с повышенным риском рака мочевого пузыря .

Разгон двигателя (неконтролируемое превышение оборотов)

См. разгон дизельного двигателя .

Приложения

Характеристики дизельного топлива имеют разные преимущества для разных применений.

Легковые автомобили

Смотрите также: История дизельного автомобиля.

Дизельные двигатели уже давно популярны в больших автомобилях и с 1980-х годов используются в небольших автомобилях, таких как супермини , в Европе. Раньше они были популярны в более крупных автомобилях, поскольку снижение веса и стоимости было менее заметным. Плавная работа, а также высокий крутящий момент на низких оборотах считаются важными для легковых автомобилей и небольших коммерческих автомобилей. Внедрение системы впрыска топлива с электронным управлением значительно улучшило плавность формирования крутящего момента, и начиная с начала 1990-х годов производители автомобилей начали предлагать свои автомобили класса люкс высокого класса с дизельными двигателями. Дизельные двигатели легковых автомобилей обычно имеют от трех до двенадцати цилиндров и рабочий объем от 0,8 до 6,0 литров. Современные силовые установки обычно имеют турбонаддув и непосредственный впрыск.

Дизельные двигатели не страдают от дросселирования всасываемого воздуха, что приводит к очень низкому расходу топлива, особенно при низкой частичной нагрузке. (например: езда на городской скорости). Пятая часть всех легковых автомобилей в мире оснащена дизельными двигателями, причем многие из них находятся в Европе, где примерно 47% всех легковых автомобилей оснащены дизельными двигателями. Начиная с 1936 года компания Daimler-Benz совместно с Robert Bosch GmbH производила 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).

Коммерческий транспорт и грузовые автомобили

Срок службы дизельных двигателей Mercedes-Benz

В 1893 году Рудольф Дизель предположил, что дизельный двигатель может приводить в движение «фургоны» (грузовики). Первые грузовики с дизельными двигателями появились на рынке в 1924 году.

Современные дизельные двигатели для грузовых автомобилей должны быть одновременно чрезвычайно надежными и экономичными. Непосредственный впрыск Common Rail, турбонаддув и четыре клапана на цилиндр входят в стандартную комплектацию. Объем рабочего объема варьируется от 4,5 до 15,5 литров, удельная мощность 2,5–3,5 кг·кВт. ⁻¹ для тяжелого режима работы и 2,0–3,0 кг·кВт ⁻¹ для двигателей средней мощности. Двигатели V6 и V8 раньше были распространены из-за относительно небольшой массы двигателя, которую обеспечивает конфигурация V. Недавно от V-образной конфигурации отказались в пользу прямых двигателей. Обычно это рядные шестицилиндровые двигатели для тяжелых и средних условий эксплуатации и рядные четырехцилиндровые двигатели для средних условий эксплуатации. Их квадратная конструкция приводит к снижению общей скорости 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 грузовых автомобилей увеличился более чем вдвое.

Железнодорожный подвижной состав

Дизельные двигатели для локомотивов рассчитаны на непрерывную работу между дозаправками, и в некоторых обстоятельствах, возможно, потребуется спроектировать их для использования топлива низкого качества. На некоторых локомотивах используются двухтактные дизельные двигатели. Дизельные двигатели заменили паровые машины на всех неэлектрифицированных железных дорогах мира. Первые тепловозы появились в 1913 году. и дизельные многоцелевые агрегаты вскоре после этого . Почти все современные тепловозы правильнее называть дизель-электрическими локомотивами, поскольку в них используется электрическая трансмиссия: дизельный двигатель приводит в движение электрический генератор, который приводит в действие тяговые электродвигатели. Хотя электровозы заменили тепловозы для пассажирских перевозок, во многих регионах дизельная тяга широко используется для перевозки грузовых поездов и на путях, где электрификация экономически нецелесообразна.

В 1940-х годах дизельные двигатели дорожных транспортных средств мощностью 150–200 лошадиных сил (110–150 кВт; 150–200 л.с.) считались приемлемыми для DMU. Обычно использовались обычные грузовые силовые установки. Высота этих двигателей должна была быть менее 1 метра (3 фута 3 дюйма), чтобы обеспечить возможность установки под полом. Обычно двигатель комплектовался механической коробкой передач с пневматическим приводом из-за небольших габаритов, массы и стоимости производства этой конструкции. Вместо этого в некоторых DMU использовались гидравлические преобразователи крутящего момента. Дизель-электрическая трансмиссия не подходила для таких небольших двигателей. В 1930-х годах Deutsche Reichsbahn стандартизировала свой первый двигатель DMU. Это был 12-цилиндровый оппозитный двигатель объемом 30,3 литра (1850 куб. Дюймов) и мощностью 275 лошадиных сил (202 кВт; 271 л.с.). Некоторые немецкие производители выпускали двигатели по этому стандарту.

Водный транспорт

Один из восьмицилиндровых дизелей 3200 IHP Harland and Wolff – Burmeister & Wain, установленных на теплоходе Glenapp . Это был самый мощный дизельный двигатель (1920 г.), установленный на корабле. Обратите внимание на мужчину, стоящего внизу справа для сравнения размеров.

Продолжительность: 34 секунды. 0:34

Ручной запуск дизельного двигателя лодки на озере Инле ( Мьянма )

Требования к судовым дизельным двигателям различаются в зависимости от применения. Для военного использования и лодок среднего размера наиболее подходят среднеоборотные четырехтактные дизели. Эти двигатели обычно имеют до 24 цилиндров и имеют выходную мощность в пределах одной цифры мегаватт. На небольших лодках могут использоваться дизельные двигатели грузовых автомобилей. На больших кораблях используются чрезвычайно эффективные тихоходные двухтактные дизельные двигатели. Они могут достигать эффективности до 55%. В отличие от большинства обычных дизельных двигателей, в двухтактных двигателях плавсредств используется высоковязкое мазут . Подводные лодки обычно дизель-электрические.

Первые дизельные двигатели для судов были произведены компанией AB Diesels Motorer Stockholm в 1903 году. Это были трехцилиндровые двигатели мощностью 120 л.с. (88 кВт) и четырехцилиндровые двигатели мощностью 180 л.с. (132 кВт) которые использовались на российских кораблях. Во время Первой мировой войны особенно быстро развивалась разработка дизельных двигателей для подводных лодок. К концу войны для морского использования были созданы поршневые двухтактные двигатели двойного действия мощностью до 12 200 л.с. (9 МВт).

Авиация

Основная статья: Авиационный дизельный двигатель

Рано

Дизельные двигатели использовались в самолетах до Второй мировой войны, например, в жестком дирижабле LZ 129 Hindenburg , оснащенном четырьмя Daimler-Benz DB 602 . дизельными двигателями или в нескольких самолетах Юнкерс, на которых были установлены двигатели Jumo 205 .

В 1929 году в США компания Packard Motor Company разработала первый в Америке авиационный дизельный двигатель Packard DR-980 с воздушным охлаждением — 9-цилиндровый радиальный двигатель . Они устанавливали его на различные самолеты той эпохи, некоторые из которых использовались в полетах на рекордные расстояния или на выносливость. и в первой успешной демонстрации радиотелефонной связи «земля-воздух» (ранее голосовая радиосвязь была неразборчива в самолетах, оснащенных двигателями с искровым зажиганием, из-за электромагнитных помех ). Дополнительные преимущества, упоминавшиеся в то время, включали меньший риск возгорания после крушения и превосходные характеристики на больших высотах.

6 марта 1930 года двигатель получил сертификат утвержденного типа — впервые для авиационного дизельного двигателя — от Министерства торговли США . Однако ядовитые выхлопные газы, проблемы с холодным запуском и вибрацией, структурные неисправности двигателя, смерть его разработчика и экономический спад в промышленности во время Великой депрессии в совокупности погубили программу.

Современный

С тех пор и до конца 1970-х годов дизельный двигатель в авиации применялся нечасто. В 1978 году Piper Cherokee Карл Х. Берджи утверждал, что «вероятность появления дизеля для авиации общего назначения в ближайшем будущем маловероятна». соразработчик

Однако в связи с энергетическим кризисом 1970-х годов и экологическим движением , а также, как следствие, необходимостью большей экономии топлива, снижения выбросов углерода и свинца в атмосферу, а также других проблем, интерес к дизельным двигателям для самолетов возродился. Поршневые авиационные двигатели высокой степени сжатия, работающие на авиационном бензине (« авиационном газе »), обычно требуют добавления токсичного тетраэтилсвинца к авиационному газу, чтобы избежать преждевременного зажигания и детонации двигателя ; но дизельные двигатели не требуют этилированного топлива. Кроме того, биодизель теоретически может обеспечить чистое сокращение выбросов углерода в атмосферу по сравнению с авиационным газом. По этим причинам авиационное сообщество начало опасаться возможного запрета или прекращения использования этилированных бензинов.

Кроме того, бензин является специальным топливом, спрос на который очень низкий (и падает) по сравнению с другими видами топлива, и его производители подвержены дорогостоящим судебным искам из-за авиакатастроф, что снижает интерес нефтеперерабатывающих заводов к его производству. За пределами Соединенных Штатов авиационное топливо уже становится все труднее найти в аэропортах (и вообще), чем менее дорогое, совместимое с дизельным топливом, такое как Jet-A и другое топливо для реактивных двигателей .

К концу 1990-х – началу 2000-х годов дизельные двигатели начали появляться в легких самолетах. В частности, Франк Тилерт и его австрийское моторное предприятие начали разработку дизельных двигателей для замены бензиновых/поршневых двигателей мощностью 100 л.с. (75 кВт) — 350 л.с. (260 кВт), обычно используемых в легких самолетах. Первым успешным применением Theilerts на серийных самолетах стал легкий двухместный самолет Diamond DA42 Twin Star , который продемонстрировал исключительную топливную экономичность, превосходящую все в своем классе. и его одноместный предшественник Diamond DA40 Diamond Star .

В последующие годы несколько других компаний разработали авиационные дизельные двигатели или начали — в первую очередь Continental Aerospace Technologies , которая к 2018 году сообщила, что продала более 5000 таких двигателей по всему миру.

США Федеральное управление гражданской авиации сообщило, что «к 2007 году различные поршневые самолеты с реактивными двигателями наработали более 600 000 часов». В начале 2019 года AOPA сообщила, что модель дизельного двигателя для самолетов авиации общего назначения «приближается к финишу». К концу 2022 года компания Continental сообщила, что количество ее двигателей, работающих на топливе Jet-A, превысило «2000... в эксплуатации на сегодняшний день», наработав более «9 миллионов часов», и что они были «заданы крупными OEM-производителями» для Cessna , Piper , Diamond , Mooney , Tecnam , Glasair и Robin . Самолеты

В последние годы (2016 г.) дизельные двигатели нашли применение и в беспилотной авиации (БПЛА) благодаря своей надежности, долговечности и низкому расходу топлива.

Внедорожные дизельные двигатели

Дизельный двигатель воздушного охлаждения Porsche 218 1959 года выпуска.

Внедорожные дизельные двигатели обычно используются в строительной и сельскохозяйственной технике . Для таких двигателей очень важны топливная экономичность, надежность и простота обслуживания, тогда как высокая мощность и бесшумность работы незначительны. Поэтому механически управляемый впрыск топлива и воздушное охлаждение по-прежнему очень распространены. Общая выходная мощность внедорожных дизельных двигателей сильно различается: самые маленькие агрегаты начинаются с 3 кВт, а самые мощные двигатели - это двигатели большегрузных грузовиков.

Стационарные дизельные двигатели

Три дизель-генераторных установки English Electric 7SRL устанавливаются на электростанции Саатени; Занзибар , 1955 год.

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

Двигатели с низким отводом тепла

Особый класс прототипов поршневых двигателей внутреннего сгорания разрабатывался в течение нескольких десятилетий с целью повышения эффективности за счет снижения тепловых потерь. Эти двигатели по-разному называют адиабатическими двигателями; за счет лучшего приближения адиабатического расширения; двигатели с низким отводом тепла или двигатели с высокой температурой. Обычно это поршневые двигатели с деталями камеры сгорания, покрытыми керамическим термобарьерным покрытием. Некоторые используют поршни и другие детали из титана, который имеет низкую теплопроводность. и плотность. Некоторые конструкции способны вообще исключить использование системы охлаждения и связанные с ней паразитные потери. Разработка смазочных материалов, способных выдерживать более высокие температуры, стала основным препятствием для коммерциализации.

Будущие разработки

В литературе середины 2010-х годов основные цели разработки будущих дизельных двигателей описываются как снижение выбросов выхлопных газов, снижение расхода топлива и увеличение срока службы (2014). Говорят, что дизельный двигатель, особенно дизельный двигатель для коммерческих автомобилей, останется важнейшей силовой установкой транспортного средства до середины 2030-х годов. Редакторы предполагают, что сложность дизельного двигателя и дальше будет возрастать (2014 г.). Некоторые редакторы ожидают в будущем сближения принципов работы дизельных двигателей и двигателей Отто благодаря шагам в разработке двигателей Отто, предпринятым в направлении воспламенения от сжатия однородного заряда (2017).

См. также

• Авиационный дизельный двигатель
• Тепловоз
• Дизельные автогонки
• Дизель-электрическая трансмиссия
• Дизельный цикл
• Дизельный выхлоп
• ДизельДом
• Дизельный генератор
• Дизельизация
• История двигателя внутреннего сгорания
• Непрямой впрыск
• Частичное предварительное сжигание
• Воспламенение от сжатия с контролем реактивности

Внешние ссылки

• «Информационный центр Дизеля» . Ассоциация по контролю выбросов Catalyst. Архивировано из оригинала 24 февраля 2020 года . Проверено 25 июля 2018 г.
• Короткометражный фильм «Дизельная история» (1952) доступен для бесплатного просмотра и скачивания в Интернет-архиве .
• «Введение в двухтактный морской дизельный двигатель» на YouTube
• Документальный фильм BBC "Двигатель, который движет миром" на YouTube

Патенты

• Метод и устройство для преобразования тепла в работу. № 542846, подано в 1892 г. Архивировано 26 апреля 2021 г. в Wayback Machine.
• Двигатель внутреннего сгорания № 608845, поданная в 1895 г.