Двс дизельный: 4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

История дизельного двигателя (ДВС) — Двигатели автомобилей

ДИЗЕЛЬ • Большая российская энциклопедия

Авторы: М.  Г. Шатров

ДИ́ЗЕЛЬ (ди­зель­ный дви­га­тель), порш­не­вой дви­га­тель внут­рен­не­го сго­ра­ния (ДВС) с впры­ски­ва­ни­ем то­п­ли­ва в ци­линдр, внутр. сме­се­об­ра­зо­ва­ни­ем (то­п­ли­во, воз­дух) и вос­пла­ме­не­ни­ем от сжа­тия. Д. на­зван по име­ни Р. Ди­зе­ля, по­стро­ив­ше­го пер­вый ди­зель­ный дви­га­тель (1897). Д. ра­бо­та­ет на жид­ком ди­зель­ном то­п­ли­ве, ко­то­рое зна­чи­тель­но де­шев­ле бен­зи­на. Су­ще­ст­ву­ют так­же га­зо­вые дви­га­те­ли, ра­бо­таю­щие по цик­лу Д., – га­зо­ди­зе­ли.

Ши­ро­кое при­ме­не­ние в осн. по­лу­чи­ли че­ты­рёх­такт­ные Д., где ра­бо­чие про­цес­сы со­вер­ша­ют­ся за 4 хо­да порш­ня (так­та). В 1-м так­те (пор­шень идёт вниз) в ци­линдр вса­сы­ва­ет­ся воз­дух, во 2-м (такт сжа­тия, пор­шень идёт вверх) воз­дух сжи­ма­ет­ся до дав­ле­ния 3,6–6 МПа, на­гре­ва­ясь при этом до темп-ры 700–900 К, в кон­це 2-го так­та начинаетcя впрыск жид­ко­го то­п­ли­ва в ци­линдр под дав­ле­ни­ем 10–22 МПа, ко­то­рое соз­да­ёт­ся то­п­лив­ны­ми на­со­са­ми вы­со­ко­го дав­ле­ния (тур­бо­над­дув). В 3-м так­те (ра­бо­чий ход, пор­шень идёт вниз) то­п­ли­во са­мо­вос­пла­ме­ня­ет­ся (макс. темп-ра дос­ти­га­ет 1800–2300 К) и го­рит при по­сто­ян­ном дав­ле­нии по ме­ре по­да­чи его в ци­линдр, на ос­таль­ной час­ти хо­да порш­ня про­ис­хо­дит рас­ши­ре­ние про­дук­тов сго­ра­ния. В 4-м так­те (пор­шень идёт вверх) осу­ще­ст­в­ля­ет­ся вы­пуск от­ра­бо­тав­ших про­дук­тов сго­ра­ния. Для на­дёж­но­го са­мо­вос­пла­ме­не­ния то­п­ли­ва сте­пень сжа­тия Д. вы­ше, чем у бен­зи­но­вых ДВС с ис­кро­вым за­жи­га­ни­ем, и со­став­ля­ет 16–23. Для ра­зо­гре­ва воз­ду­ха в ка­ме­ре сго­ра­ния в мо­мент за­пус­ка Д. ис­поль­зу­ют­ся све­чи на­ка­ли­ва­ния. В двух­такт­ном цик­ле ра­бо­чие хо­ды про­ис­хо­дят в два раза ча­ще.

Д. раз­ли­ча­ют по кон­ст­рук­ции ка­мер сго­ра­ния (КС). В Д. с не­раз­де­лён­ной ка­ме­рой (КС вы­пол­не­на в порш­не) то­п­ли­во впры­ски­ва­ет­ся в объ­ём КС на её стен­ки, а его па­ры́ за­хва­ты­ва­ют­ся вих­рем воз­ду­ха и хо­ро­шо пе­ре­ме­ши­ва­ют­ся. В КС ди­зе­ля го­ре­ние про­ис­хо­дит в отд. зо­нах, где то­п­ли­во и воз­дух пе­ре­ме­ша­ны в со­от­но­ше­нии от 1 : 14 до 1 : 24. Бла­го­да­ря та­ко­му сме­се­об­ра­зо­ва­нию ис­поль­зу­ют­ся бо­лее бед­ные сме­си, чем у бен­зи­но­вых ДВС, что обес­пе­чи­ва­ет бо­лее вы­со­кую эко­но­мич­ность Д. В раз­де­лён­ных КС сго­ра­ние на­чи­на­ет­ся в вих­ре­вой ка­ме­ре или в пред­ка­ме­ре, ко­то­рые рас­по­ла­га­ют­ся в го­лов­ке ци­лин­д­ра, а за­тем из-за рос­та дав­ле­ния в ней за­ряд пе­ре­те­ка­ет че­рез со­еди­нит. гор­ло­ви­ну в осн. ка­ме­ру (по­лость над порш­нем), где го­ре­ние про­дол­жа­ет­ся.

Кон­ст­рук­ции Д. мно­го­об­раз­ны. На ма­нев­ро­вых те­п­ло­во­зах и су­дах при­ме­ня­ют V-об­раз­ные 12-ци­лин­д­ро­вые Д. с во­дя­ным ох­ла­ж­де­ни­ем и га­зо­тур­бин­ным над­ду­вом. В ка­че­ст­ве осн. те­п­ло­воз­ных дви­га­те­лей ис­поль­зу­ют­ся вер­ти­каль­ные ряд­ные двух­такт­ные Д. с пря­мо­точ­ной про­дув­кой. Су­до­вые Д. час­то де­ла­ют крейц­копф­но­го ти­па (см. Крейц­копф­ный дви­га­тель). Д. ино­гда вы­пол­ня­ют без ко­лен­ча­то­го ва­ла (см. Сво­бод­но­порш­не­вой ге­не­ра­тор га­за). Д. яв­ля­ют­ся наи­бо­лее эко­но­мич­ны­ми те­п­ло­вы­ми дви­га­те­ля­ми из-за при­ме­не­ния бо­лее бед­ной то­п­ли­вом ра­бо­чей сме­си и бо­лее вы­со­кой сте­пе­ни сжа­тия. Ди­зель­ный дви­га­тель име­ет кпд 0,31–0,45. Удель­ный рас­ход то­п­ли­ва луч­ших Д. со­став­ля­ет ок. 190 г/(кВт·ч), а для боль­шин­ст­ва ти­пов не пре­вы­ша­ет 270 г/(кВт·ч) на но­ми­наль­ной мощ­но­сти. Д. при­ме­няют в ав­то­мо­би­лях, до­рож­но-стро­ит. и с.-х. ма­ши­нах, те­п­ло­во­зах и су­дах, в са­мо­ход­ной во­ен. тех­ни­ке (тан­ки, ра­кет­ные ус­та­нов­ки), на ди­зель­ных элек­тро­стан­ци­ях. Со­вер­шен­ст­во­ва­ние Д. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём по­вы­ше­ния мощ­но­сти за счёт при­ме­не­ния тур­бо­над­ду­ва и ис­поль­зо­ва­ния аль­тер­на­тив­ных то­п­лив.

Сочетание газового и дизельного двигателей может дать лучшее из обоих миров

Дизельные двигатели могут быть более чем в два раза эффективнее, но они выбрасывают в воздух сажу и загрязняющие вещества.

Смогут ли исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США создать союз между ними, объединив их лучшее?

Стив Чиатти, инженер-механик из Аргонна, возглавляет группу по изучению возможностей бензиново-дизельного двигателя. Результат на данный момент чище дизельного двигателя и почти в два раза эффективнее обычного бензинового двигателя.

Основные конструкции обоих типов двигателей на самом деле относятся к 19 веку. Немецкому инженеру Николаусу Отто приписывают бензиновую четырехтактную конструкцию, которая используется до сих пор, но Рудольф Дизель заметил неэффективность двигателя и в 1893 году разработал собственную конструкцию. Проблема в том, что дизельные двигатели более эффективны. , но их выбросы вредны — полны сажи и смога, образующих оксиды азота или газы NOX. Бензиновые двигатели чище, но типичный газовый двигатель имеет КПД всего около 20 %, то есть только 20 % энергии топлива фактически приводит в движение автомобиль, а 80 % теряется на трение, шум, двигатель работает или выходит из строя, когда тепло в выхлопе. Но многие дизельные двигатели достигают КПД 40 процентов и выше.

Сегодня в Соединенных Штатах более строгие требования к выбросам, чем где-либо еще в мире. «На самом деле, по состоянию на 2007 год в некоторых частях страны воздух, выходящий из автомобиля, чище, чем воздух, поступающий внутрь», — сказал Чиатти, и инженеры просто не смогли добиться достаточно низкого уровня выбросов дизельных двигателей. соответствовать этим стандартам. Вместо этого им необходимо использовать дорогостоящие устройства для доочистки выхлопных газов: обычно это катализатор, который уменьшает выбросы оксидов азота в выхлопной трубе путем отделения кислорода от азота.

Чиатти и его коллеги хотели очистить грязный выхлоп дизельных двигателей, но при этом сохранить высокую эффективность и лучший расход бензина. Для этого они направились в лабораторию динамометрии в Аргоннском центре исследований и разработок транспортных технологий.

Динамометр — это машина, созданная для проверки работы двигателя. По сути, это просто электродвигатель, чтобы обеспечить сопротивление «обмануть» двигатель, заставив его думать, что к нему прицеплен автомобиль. Испытательные ячейки динамометра могут быть тщательно оснащены инструментами и точно контролироваться, что значительно улучшает качество данных.

«Если вы пытаетесь протестировать новый двигатель, последнее, что вам нужно сделать, это поставить его в машину», — объяснил Чиатти. «Вся автомобильная система вводит всевозможные переменные, и вы не можете получить действительно точное сравнение между двигателями. То, с чего вы действительно хотите начать, — это динамометр».

Объедините динамометр с тестируемым двигателем, и вы получите камеру для испытаний двигателя: устройство, которое позволяет вам контролировать мельчайшие переменные, чтобы инженеры могли возиться с двигателем, чтобы увидеть, могут ли они улучшить его характеристики.

Они могут моделировать работу двигателя в разных автомобилях — гибридном автомобиле, электромобиле, автомобиле с бензиновым двигателем — а также измерять выбросы.

После того, как в испытательной камере был установлен дизельный двигатель, Чиатти и его команда были готовы исследовать возможности.

В обычном двигателе поршни вращают колеса автомобиля. Каждый поршень движется взрывной силой горячего воздуха, когда топливо воспламеняется над ним в цилиндре.

И бензиновые двигатели с искровым зажиганием, и дизельные двигатели делают это, но делают это по-разному. Бензиновый двигатель сначала смешивает воздух с топливом, затем смесь сжимает и, наконец, поджигает ее свечой зажигания. В дизеле воздух сначала сжатие и затем впрыск топлива; сжатие воздуха делает его достаточно горячим, чтобы воспламенить топливо без искры. Это то, что делает дизель более эффективным, а также более грязным.

С одной стороны, дизельные двигатели более эффективны, поскольку они не регулируют мощность с помощью дроссельной заслонки, ограничивающей поступление воздуха в камеру. Это означает, что топливо более равномерно смешивается с воздухом, поэтому сгорает больше. Отсутствие дроссельной заслонки также устраняет «стук в двигателе», вызванный преждевременным воспламенением топлива в двигателе, поскольку топливо подается только в камеру сгорания.

С другой стороны, введение топлива на столь позднем этапе цикла создает проблему: выбросы. Поскольку топливо сгорает легче, когда капли меньше, топливо распыляется в камеру в виде тонкого тумана. Но дизельное топливо настолько легко самовоспламеняется, что начинает реагировать почти сразу — задолго до того, как все топливо окажется в камере. Преднамеренно топливо не смешивается идеально с воздухом, потому что горение контролируется диффузией; но диффузия также означает, что часть воздуха и топлива преобразуется в оксиды азота и сажу.

Закиси азота образуются, когда струя пламени, создаваемая впрыском дизельного топлива, горит настолько сильно, что близлежащие молекулы азота и кислорода в воздухе начинают распадаться и вступать в реакцию. Между тем внутри горячей струи образуется сажа, потому что в топливе недостаточно кислорода для полного сгорания, вместо этого образуется сажа.

«Мы хотим объединить эффективность дизельного топлива с чистотой газа», — сказал Чиатти. «Итак, мы теряем дроссельную заслонку и свечи зажигания, потому что они снижают эффективность. Мы начинаем с дизельного двигателя и вместо него впрыскиваем бензин.

Поскольку бензин не воспламеняется сразу, как дизель, мы можем впрыскивать его несколько раз, прежде чем воспламенится топливо. Таким образом, мы можем убедиться, что большая часть или все топливо смешивается с воздухом, что значительно снижает выбросы NOX и сажу».

Производительность двигателя близка к КПД дизеля и примерно в два раза выше, чем у современных автомобильных двигателей при низких скоростях и нагрузках.

В чем подвох? Такой подход приводит к повышению эффективности и более чистым выбросам, но при этом несколько снижается удельная мощность. То есть при пиковой мощности — когда вы вдавливаете педаль акселератора в пол — двигатель не выдает столько мощности: около 75 процентов в настоящее время.

«Но если вы не будете давить на педаль газа до упора, — сказал Чиатти, — это не повлияет на характеристики автомобиля. Это превосходно в диапазоне мощности, в котором на самом деле ездит большинство людей.

Чиатти и его коллеги работают над тем, чтобы сделать систему достаточно предсказуемой и надежной, чтобы ее можно было использовать в коммерческих автомобилях. Argonne сотрудничает с General Motors в этом проекте.

Типы генераторов и двигателей и промышленное использование

Что такое дизельный двигатель?

Дизельный двигатель является типом двигателя внутреннего сгорания; более конкретно, это двигатель с воспламенением от сжатия. Топливо в дизельном двигателе воспламеняется при внезапном воздействии на него высокой температуры и давления сжатого газа, содержащего кислород (обычно атмосферного воздуха), а не отдельного источника энергии воспламенения (например, свечи зажигания). Этот процесс известен как дизельный цикл в честь Рудольфа Дизеля, который изобрел его в 1892 году. Хотя традиционные дизель-генераторы могут не вписываться в наше определение «альтернативных источников энергии», они по-прежнему являются ценным дополнением к удаленной электросети или сети. вверх система.

Типы дизельных двигателей

Существует два класса дизельных двигателей: двухтактные и четырехтактные. Большинство дизельных двигателей обычно используют четырехтактный цикл, а некоторые более крупные двигатели работают по двухтактному циклу. Обычно ряды цилиндров используются в количестве, кратном двум, хотя может использоваться любое количество цилиндров, если нагрузка на коленчатый вал уравновешивается для предотвращения чрезмерной вибрации.
Генераторные установки производят либо однофазную, либо трехфазную электроэнергию. Большинству домовладельцев требуется однофазное питание, тогда как для промышленных или коммерческих приложений обычно требуется трехфазное питание. Генераторы с дизельными двигателями рекомендуются из-за их долговечности и более низких эксплуатационных расходов. Современные дизельные двигатели работают тихо и, как правило, требуют гораздо меньшего обслуживания, чем газовые (природный газ или пропан) агрегаты сопоставимого размера.

Дизельные генераторы — Коммерческое/промышленное применение

Дизель-генераторы

предназначены для удовлетворения потребностей малого и среднего бизнеса, помимо интенсивного использования в промышленности. Генератор — это революционный продукт, который обеспечивает чистую и доступную резервную энергию, доступную миллионам предприятий, домов и малых предприятий. В наши дни снижение стоимости резервного питания и упрощение установки генераторов становится нормой.

Предприятия теряют деньги, когда закрываются во время отключения электроэнергии. Принимая во внимание последствия значительных потерь доходов, инвестиции в резервную электроэнергию выглядят убедительно. Чтобы проиллюстрировать это: если розничный бизнес в среднем тратит 1000 долларов в час на кассу, потеря дохода во время длительного простоя будет очень высокой, не говоря уже о затратах на простаивание сотрудников в течение этого времени. Однако дизельные генераторы исключают риск отключения электроэнергии. Добавьте преимущества открытости, когда конкуренты без резервного питания отключены, и анализ затрат/выгод выглядит еще лучше. Инвестирование в генераторы — это простой способ сохранить доход, обеспечить безопасность, избежать убытков и защитить прибыль.

Большинство современных генераторов спроектированы для удовлетворения потребностей в электроэнергии в чрезвычайных ситуациях. Эти блоки постоянно контролируют электрический ток и автоматически запускаются, если питание прерывается, и отключаются, когда возобновляется подача электроэнергии. В промышленности во время критических процессов генераторы могут обеспечивать аварийное питание всех жизненно важных и выбранных нагрузок по желанию. Это качество приводит к широкому использованию дизельных генераторов в развлекательных, жилых, коммерческих, коммуникационных и промышленных целях. Сегодня большинство современных больниц, пятизвездочных отелей, центров аутсорсинга бизнес-процессов, производственных предприятий, телекоммуникационных организаций, коммерческих зданий, центров обработки данных, аварийно-спасательных служб, крупных промышленных предприятий и горнодобывающих компаний требуют бесперебойного питания и резервного дизельного топлива. генераторы двигателей.

В пути:

Подавляющее большинство современных тяжелых дорожных транспортных средств, таких как грузовики и автобусы, корабли, поезда дальнего следования, крупные переносные электрогенераторы, а также большинство сельскохозяйственных и горнодобывающих транспортных средств имеют дизельные двигатели. Однако в некоторых странах они не так популярны в легковых автомобилях, поскольку они тяжелее, шумнее, имеют эксплуатационные характеристики, из-за которых они медленнее разгоняются. В целом, они также дороже бензиновых автомобилей. Современные дизельные двигатели прошли долгий путь, и теперь, когда в автомобилях установлены системы прямого впрыска Turbo, трудно заметить разницу между дизельными и бензиновыми двигателями.

В некоторых странах, где по налоговым ставкам дизельное топливо намного дешевле бензина, очень популярны дизельные автомобили. Новые конструкции значительно сузили различия между бензиновыми и дизельными автомобилями в этих областях. Дизельная лаборатория BMW в Австрии считается мировым лидером в разработке автомобильных дизельных двигателей. После долгого периода с относительно небольшим количеством дизельных автомобилей в линейке Mercedes Benz вернулся к автомобилям с дизельным двигателем в 21 веке с упором на высокую производительность.

В сельском хозяйстве тракторы, ирригационные насосы, молотилки и другое оборудование преимущественно работают на дизельном топливе. Строительство является еще одним сектором, который в значительной степени зависит от дизельной энергии. Все бетоноукладчики, скреперы, катки, траншеекопатели и экскаваторы работают на дизельном топливе.

В воздухе:

Несколько самолетов используют дизельные двигатели с конца 19 века.30 с. Новые автомобильные дизельные двигатели имеют отношение мощности к весу, сравнимое с древними конструкциями с искровым зажиганием, и имеют гораздо более высокую эффективность использования топлива. Использование в них электронного зажигания, впрыска топлива и сложных систем управления двигателем также делает их намного проще в эксплуатации, чем серийно выпускаемые авиационные двигатели с искровым зажиганием. Стоимость дизельного топлива по сравнению с бензином вызвала значительный интерес к небольшим самолетам авиации общего назначения с дизельным двигателем, и несколько производителей недавно начали продавать дизельные двигатели для этой цели.

На водах:

Высокоскоростные двигатели используются для питания тракторов, грузовиков, яхт, автобусов, автомобилей, компрессоров, генераторов и насосов. Самые большие дизельные двигатели используются для питания кораблей и лайнеров в открытом море. Эти огромные двигатели имеют выходную мощность до 90 000 кВт, вращаются со скоростью от 60 до 100 об / мин и имеют высоту 15 метров.

Под землей:

Сектор горнодобывающей промышленности и добычи полезных ископаемых во всем мире в значительной степени зависит от дизельной энергии для использования природных ресурсов, таких как заполнители, драгоценные металлы, железная руда, нефть, газ и уголь. Экскаваторы и буровые установки с дизельным двигателем выкапывают эти продукты и загружают их в огромные карьерные самосвалы или на ленточные конвейеры, которые также работают на том же топливе. В целом на дизель приходится 72 процента энергии, используемой горнодобывающим сектором.

Как наземные, так и подземные горные работы полагаются на дизельное оборудование для извлечения материалов и загрузки грузовиков. Самое крупное дизельное оборудование с резиновыми колесами, используемое в горнодобывающей промышленности, — это огромные внедорожные грузовики с двигателями мощностью более 2500 лошадиных сил, способные перевозить более 300 тонн груза. Эти гигантские грузовики, катящиеся по земле, представляют собой зрелище.

В больницах

Аварийные резервные генераторы

необходимы в любом крупном медицинском учреждении. Из-за критического характера работы, которую выполняют эти учреждения, и положения, в котором находятся их пациенты, перебои в подаче электроэнергии просто недопустимы. В течение многих лет как военные, так и государственные больницы полагались на генераторные установки промышленной мощности, которые брали на себя управление всякий раз, когда отключается электричество, будь то локальное отключение или крупное стихийное бедствие, такое как ураган или наводнение.

За центрами обработки данных

Компьютеры лежат в основе современной промышленности. Когда серверы и системы выходят из строя, связь может быть потеряна, бизнес останавливается, данные теряются, рабочие простаивают, и почти все останавливается. Именно по этой причине почти все коммуникационные и телекоммуникационные компании всех форм обращаются к дизельным генераторам в качестве основного варианта резервного питания. Поскольку надежность их услуг затрагивает так много людей, у них действительно нет другого выбора, кроме как иметь надежный вариант резервного питания как для своего бизнеса, так и для клиентов, которых они обслуживают.