Dízel motor
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .A dízelmotor [1] (köznyelvben - dízel) egy dugattyús belső égésű motor , amely a porlasztott üzemanyag öngyulladásának elvén működik a kompresszió során felmelegedett levegő hatására [2] . Elsősorban hajókon, dízelmozdonyokon, buszokon és teherautókon, traktorokon és tartályokon, dízel erőműveken használják, a 20. század végére pedig az autókon is elterjedt. Az első ilyen elven működő motort Rudolf Diesel építette 1893-ban.
A dízelmotorok tüzelőanyag-kínálata nagyon széles, beleértve az összes finomítói frakciót (a kerozintól a fűtőolajig) és számos természetes terméket (például repce- és napraforgóolaj ), amelyek bioadalékként is használhatók [3] [4 ] ] . A dízelmotor nyersolajjal is működhet némi sikerrel.
Történelem
1824-ben Sadi Carnot megfogalmazta a Carnot-ciklus ötletét , azzal érvelve, hogy a leggazdaságosabb hőgépben a munkaközeget "térfogatváltozással", azaz gyors kompresszióval az üzemanyag égési hőmérsékletére kell melegíteni. . 1890 -ben Rudolf Diesel saját módszert javasolt ennek az elvnek a gyakorlatba való átültetésére. Motorjára 1892. február 23-án kapott szabadalmat [5] (az USA-ban 1895-ben [6] ), 1893-ban füzetet adott ki. Később számos további tervezési lehetőséget szabadalmaztatott [7] . Többszöri meghibásodás után 1897 elejére a Diesel elkészítette az első gyakorlati mintát, az úgynevezett dízelmotort , és ugyanezen év január 28- án sikeresen tesztelték. A Diesel aktívan részt vett az új motor licenceinek értékesítésében. A gőzgéphez képest nagy hatásfok és könnyű kezelhetőség ellenére egy ilyen motor gyakorlati alkalmazása korlátozott volt: nagyobb és nehezebb volt, mint az akkori gőzgépek.
Az első dízelmotorok növényi olajokkal vagy kőolajtermékekkel működtek. Érdekes, hogy kezdetben a szénport javasolta ideális tüzelőanyagnak - Németországnak a nagy széntartalékokkal nem volt olaja. Kísérletek azonban kimutatták, hogy a szénpor belső égésű motorok üzemanyagaként való felhasználása lehetetlen, elsősorban magának a pornak és az égésből származó hamunak a magas koptató tulajdonságai miatt; nagy gondok voltak a hengerek porellátásával is.
Ackroyd Stuart mérnökkorábban hasonló gondolatokat fogalmazott meg, és működő motort épített 1886-ban (lásd a féldízel ). Olyan motort javasolt, amelyben levegőt szívtak a hengerbe, összenyomták, majd (a kompressziós ütem végén) egy tartályba kényszerítették, amelybe üzemanyagot fecskendeztek be. A motor indításához a tartályt kívülről lámpával fűtötték, és az indítás után a független működést további hőellátás nélkül fenntartották. Ackroyd Stewart nem vette figyelembe a nagy kompresszió előnyeit, csak kísérletezett a gyújtógyertyák kiiktatásának lehetőségével a motorból, vagyis nem figyelt a legnagyobb előnyre, az üzemanyag-hatékonyságra.
A Dieseltől függetlenül 1898-ban a szentpétervári Putilov gyárban Gustav Trinkler mérnök megépítette a világ első "nagynyomású kompresszor nélküli olajmotorját", vagyis egy dízelmotort a maga modern formájában előkamrás , amely a " Trinkler motor". A Diesel Motor és a Trinkler Motor által épített motorok összehasonlításakor a németnél másfél évvel később megjelent és egy évvel később tesztelt orosz kivitel sokkal fejlettebbnek és ígéretesebbnek bizonyult. A szivattyúzás és az üzemanyag-befecskendezés hidraulikus rendszere lehetővé tette a külön légkompresszor mellőzését , és lehetővé tette a forgási sebesség növelését. A "Trinkler-motorok" nem rendelkeztek légkompresszorral, és a hőellátás bennük fokozatosabb és idővel hosszabb volt, mint a dízelmotoroknál. Az orosz tervezés egyszerűbbnek, megbízhatóbbnak és ígéretesebbnek bizonyult, mint a német [8] . A Nobel-díj és a Diesel más engedélyesei nyomására azonban a motoron végzett munka 1902-ben leállt.
1898-ban Emmanuel Nobel engedélyt szerzett Rudolf Diesel belsőégésű motorjára. A motort olajjal, nem kerozinnal való működésre alakították ki. 1899-ben a szentpétervári Ludwig Nobel Mechanikai Üzem elindította a dízelmotorok tömeggyártását. 1900-ban a párizsi világkiállításon a dízelmotor nagydíjat kapott, amihez hozzájárult az a hír, hogy a szentpétervári Nobel-gyár megkezdte a kőolajjal működő motorok gyártását. Ezt a motort "orosz dízel"-nek hívták Európában [9] . A kiváló orosz mérnök, Arshaulov először épített és mutatott be egy eredeti kialakítású nagynyomású üzemanyag-szivattyút - amelyet a hengerben sűrített levegő hajt, nem kompresszoros fúvókával. [tíz]
Jelenleg a "dízelmotor", "dízelmotor" vagy egyszerűen "dízel" kifejezést használják a kompressziós gyújtású belső égésű motorok megjelölésére, mivel Rudolf Diesel elmélete lett az alapja az ilyen típusú modern motorok létrehozásának. A jövőben, körülbelül 20-30 évig, az ilyen motorokat széles körben használták a tengeri hajók álló mechanizmusaiban és erőműveiben, azonban az akkoriban létező légkompresszoros üzemanyag-befecskendező rendszerek nem tették lehetővé a dízelmotorok használatát magas hőmérsékleten. -sebesség egységek . Az alacsony forgási sebesség, a légkompresszor jelentős súlya, amely az üzemanyag-befecskendező rendszer működéséhez szükséges , lehetetlenné tette az első dízelmotorok járművekben történő alkalmazását .
Az 1920-as években Robert Bosch német mérnök továbbfejlesztette a beépített nagynyomású üzemanyag-szivattyút , egy olyan eszközt, amelyet ma is széles körben használnak. Megalkotta a kompresszor nélküli fúvóka sikeres módosítását is. Az ebben a formában igényelt nagysebességű dízelmotor egyre népszerűbb a segéd- és tömegközlekedés erőgépeként, azonban a karburátoros motorok melletti érvek (a hagyományos működési elv, könnyedség és alacsony gyártási költség) lehetővé tették számukra nagy az igény a személy- és kistehergépjárművekre történő beépítésre: a XX. század 50-60 - as évei óta a dízelmotort nagy mennyiségben szerelték be teherautókba és kisteherautókba , a 70-es években pedig az üzemanyagárak meredek emelkedése után a a világ olcsó kis személygépkocsikat gyártó gyártói komoly figyelmet fordítanak rá.
A következő években az autók és teherautók dízelmotorjai egyre népszerűbbek lettek, nemcsak gazdaságosságuk és tartósságuk miatt, hanem a légkörbe kerülő károsanyag-kibocsátás alacsonyabb toxicitása miatt is . Ma már minden vezető európai autógyártó rendelkezik dízelmotoros modellekkel.
A vasúton is dízelmotorokat használnak . A nem villamosított területeken a dízelmotoros mozdonyok - dízelmozdonyok - a fő mozdonytípusok, amelyek autonómiájának köszönhetően kiegészítik az elektromos mozdonyokat . Léteznek egyszemélyes motorkocsik , motorkocsik és gépjárművek is, amelyeket széles körben használnak villamosított és nem villamosított szakaszokon a pálya és az infrastruktúra karbantartására és javítására. Néha a motorkocsikat és a kis dízelvonatokat vasúti buszoknak nevezik .
Oroszországban 2007-ben szinte minden teherautó és autóbusz dízelmotorral volt felszerelve, és a teherautók és közepes méretű autóbuszok csak kis része volt benzinmotoros [11] . 2007-hez képest a dízelmotorok aránya még jobban nőtt .
Hogyan működik
Négyütemű ciklus
- 1. intézkedés. bevitel . 0°-180°-os főtengely-forgásnak felel meg. A levegő belép a hengerbe egy nyitott bemeneti szelepen keresztül körülbelül 345-355 ° -kal, és a szelep 190-210 ° -kal zár. Ebben az esetben a főtengely 10-15 ° -os elfordulásáig a kipufogószelep egyidejűleg nyitva van. A szelepek együtt nyílásának idejét szelepátfedésnek nevezzük .
- 2. ütem. Tömörítés . A főtengely 180°-360°-os elfordulásának felel meg. A TDC-be (felső holtpont) mozgó dugattyú 16-szor (alacsony fordulatszámú motoroknál) 25-szeresére (nagy sebességű) sűríti a levegőt.
- 3. ütem. Működő löket, kiterjesztés . 360°-540°-os főtengely-forgásnak felel meg. Ha az üzemanyagot forró levegőbe permetezzük, megindul az üzemanyag égése, vagyis annak részleges elpárolgása, szabad gyökök képződése a cseppek felületi rétegeiben és a gőzökben. Végül a fúvókából kilépve fellángol és kiég, és az égéstermékek kitágulva lefelé mozgatják a dugattyút. A tüzelőanyag befecskendezése és ennek megfelelően a gyújtása valamivel korábban történik, mint amikor a dugattyú eléri a holtpontot az égési folyamat tehetetlensége miatt. A különbség a benzinmotorok gyújtáseltolódásától az, hogy a késleltetés csak az indítási idő jelenléte miatt szükséges, amely minden egyes motorban állandó érték, és csak az adott motor kialakításának jellemzőitől függ. A tüzelőanyag elégetése a dízelmotorban tehát addig megy végbe, ameddig az üzemanyag egy részét a befecskendező szelepből táplálja, a TDC közelében kezdődik. Ebből két fontos következtetés következik:
- Az égési folyamat körülbelül ugyanannyi ideig tart, mint amennyi az üzemanyag adott adagjának befecskendezéséhez szükséges, de nem tovább, mint a löketidő. Ez azt eredményezi, hogy a munkafolyamat állandó gáznyomáson megy végbe .
- Az üzemanyag/levegő arány a hengerben jelentősen eltérhet a sztöchiometrikustól , és nagyon fontos a levegőfelesleg biztosítása, mivel a fáklya lángja az égéstér térfogatának csak egy részét foglalja el, és ez szükséges a teljes égés biztosítására. Ha ez nem történik meg, akkor tömegesen szabadulnak fel az el nem égett szénhidrogének kormmal, (a vasutasok szlengjében „a dízelmozdony ad medvét”).
A közös nyomócsöves tüzelőanyag-rendszerrel rendelkező motorokban a fúvóka nyitásának szabályozása miatt, függetlenül a nagynyomású üzemanyag-szivattyú működésétől, lehetővé válik a befecskendezési és az üzemanyag égési folyamatának optimalizálása a több impulzus miatt. kínálat. A lényeg a következő [12] :
- Körülbelül 20-40°-kal a TDC előtt az üzemanyag kis részét (a fő ciklikus készlet 5-30%-át) befecskendezik a hengerbe - előbefecskendezés, amely lehetővé teszi a kezdeti lángfront kialakulását. Ennek eredményeként a hengerben lévő gázok hőmérséklete és nyomása fokozatosan növekszik, ami hozzájárul az üzemanyag fő részének jobb égéséhez, és csökkenti a motor részeit érő lökésterhelést. Az előbefecskendezés széles körben elterjedt az Euro-3-as motoroknál, és az Euro-4-től kezdve az előbefecskendezés többfokozatú is lehet;
- Körülbelül 2-7°-kal a TDC előtt megkezdődik az üzemanyag fő részének első részének betáplálása, miközben a folyamat úgy megy végbe, mint egy hagyományos dízelmotorban, mechanikus befecskendező szivattyúval, azzal a különbséggel, hogy a nyomás nem növekszik hirtelen. henger (ez már megnövekedett, amikor megkezdődik az üzemanyag előzetes adagja), így a motor kevesebb zajjal jár;
- Ezután az üzemanyag-ellátás egy időre leáll, és teljesebb égés következik be;
- A fő tüzelőanyag második része kerül betáplálásra, a betáplálás két részre osztásával egyrészt teljesebb égés, másrészt hosszabb hengerműködés biztosítható állandó nyomáson. . Ennek eredményeként a kipufogógáz mérgező hatása csökken, a motor nagyobb nyomatékot fejleszt kisebb lökésterhelés mellett, és kevesebb zajt kelt. A fő tüzelőanyag-ellátás két részre osztását az Euro-4 motorokon kezdték alkalmazni;
- Végül, röviddel a kipufogószelep nyitása előtt, egy kis utolsó üzemanyag-adag kerül beadásra - utóbefecskendezés, amely már a kipufogócsonkban és a turbófeltöltőben kiég. Ennek eredményeként egyrészt biztosított a koromrészecskék hatékony utóégetése, másrészt a turbófeltöltő teljesítményének növekedése, különösen a motor részleges üzemmódjainál, ami kisimítja a „turbó lag” hatást. Az utóbefecskendezést aktívan használják az Euro-5-ös és magasabb motoroknál.
Így a többimpulzusos üzemanyag-ellátás jelentősen javítja a dízelmotorok szinte minden jellemzőjét, és lehetővé teszi fajlagos teljesítményének közelítését a benzinmotorokhoz, és nagynyomású turbófeltöltés esetén annak meghaladását [13] . Emiatt a közös nyomócsöves rendszerek fejlődésével egyre népszerűbbek a személygépkocsik dízelmotorjai.
- 4. ütem. probléma . 540°-720°-os főtengely-forgásnak felel meg. A dugattyú felfelé megy, kinyomja a kipufogógázokat a hengerből az 520-530 ° -on nyitott kipufogószelepen keresztül.
Ezután a ciklus megismétlődik.
Az égéstér kialakításától függően többféle dízelmotor létezik:
- Osztatlan kamrával : az égéstér a dugattyúban van kialakítva, és az üzemanyagot a dugattyú feletti térbe fecskendezik be. A fő előnye a minimális üzemanyag-fogyasztás. Hátránya a fokozott zaj („kemény munka”), különösen alapjáraton. Jelenleg intenzív munka folyik ennek a hiányosságnak a kiküszöbölésére. Például egy Common Rail rendszer (gyakran többlépcsős) előbefecskendezést használ (a fent leírtak szerint), hogy csökkentse a keménységet.
- Osztott kamrával : az üzemanyag egy további kamrába kerül. A legtöbb dízelmotorban egy ilyen kamrát (örvénynek vagy előkamrának nevezik) egy speciális csatorna köti össze a hengerrel, így összenyomva az ebbe a kamrába belépő levegő intenzíven örvénylik. Ez hozzájárul a befecskendezett üzemanyag levegővel való jó keveredéséhez és az üzemanyag teljesebb égéséhez. Egy ilyen rendszert régóta optimálisnak tekintenek a könnyű motorok számára, és széles körben alkalmazzák a személygépkocsikban. A gyengébb hatásfok miatt azonban az elmúlt két évtizedben az ilyen motorokat aktívan lecserélték egykamrás motorokra és Common Rail üzemanyag-ellátó rendszerekre .
Kétütemű ciklus
A fent leírt négyütemű cikluson kívül lehetőség van kétütemű ciklus használatára is .
A kétütemű ciklus kompressziós löketei és munkalöketei hasonlóak a négyütemű cikluséhoz, de némileg lerövidülnek, és a gázcsere a hengerben egyetlen folyamatban - öblítésben - megy végbe, amely a hengerek közötti szektort foglalja el. a munkalöket vége és a kompresszió kezdete.
A munkalöket során a dugattyú lemegy, az égéstermékek a kinyíló kimeneti ablakokon (a hengerfalban) vagy a kipufogószelepeken keresztül távoznak, a bemeneti ablakok kicsit később nyílnak, a hengert friss levegővel fújják a ventilátorból - tisztítást hajtanak végre. Amikor a dugattyú felemelkedik, minden ablak bezárul. Attól a pillanattól kezdve, hogy a bemeneti ablakok bezáródnak, megkezdődik a tömörítés. Mielőtt a dugattyú elérné a TDC-t, gyúlékony üzemanyagot permeteznek a befecskendező szelepből. Tágulás következik be - a dugattyú leesik, és újra kinyitja az összes ablakot stb.
Az öblítés a gyenge láncszem a kétütemű ciklusban. Az öblítési idő a többi ciklushoz képest kicsi, és nem lehet növelni, különben a löket hatékonysága csökken a lerövidülés miatt. Egy négyütemű ciklusban a ciklus fele ugyanazon folyamatok számára van kijelölve. A kipufogó- és a frisslevegő-töltet teljes szétválasztása sem lehetséges, így a levegő egy része elvész, és egyenesen a kipufogócsőbe kerül. Ha a ciklusváltást ugyanaz a dugattyú biztosítja, akkor az ablakok nyitásának és zárásának szimmetriájával kapcsolatos probléma merül fel. A jobb gázcsere érdekében előnyösebb a kipufogó ablakok előre nyitása és zárása. Ekkor a korábban induló kipufogógáz csökkenti a hengerben lévő maradék gázok nyomását az öblítés kezdetéig. A kipufogó ablakok korábban bezárása és a bemeneti ablakok továbbra is nyitva vannak, a henger levegővel töltődik fel, és ha a fúvó túlnyomást biztosít, lehetséges a nyomásgyakorlás.
Az ablakok mind a kipufogógázok, mind a friss levegő beszívására használhatók; az ilyen tisztítást slotnak vagy ablaknak nevezik. Ha a kipufogógázokat a hengerfejben lévő szelepen keresztül engedik ki, és az ablakokat csak a friss levegő beengedésére használják, az öblítést szelepnyílásnak nevezik (11D45, 14D40, YaAZ-204, -206).
A PDP-motorok minden hengere két, egymással ellentétes mozgódugattyút tartalmaz; mindegyik dugattyú vezérli a saját ablakait - az egyik bemenet, a másik kimenet (Fairbanks-Morse - Junkers - Koreyvo rendszer ). A D100 család e rendszerébe tartozó dízelmotorokat a TE3 , TE10 dízelmozdonyokon , a 4TPD , 5TD (F) ( T-64 ), 6TD ( T-80UD ), 6TD-2 ( T-84 ) tartálymotorokat használták a repülésben . - Junkers bombázókon ( Jumo 204 , Jumo 205 ).
Egy kétütemű motorban kétszer olyan gyakran fordulnak elő löketek, mint a négyüteműeknél, de az öblítés és a löket rövidülése miatt a kétütemű motor erősebb, mint a négyütemű motor. ugyanaz a hangerő, nem kettő, hanem maximum 1,6-1,7-szer.
Korábban a kétütemű dízelmotorokat minden közlekedési módban széles körben használták az alacsony fordulatszámon fennálló nagy teljesítménysűrűség miatt, amelyet mind a motoranyag tökéletlensége korlátozott (például a dízeldugattyúkat öntöttvasból kellett készíteni). , valamint a sebességváltók (alacsony áttételi arányú homlokkerekek), a vontatási generátorok tökéletlensége (a rotor elégtelen szilárdsága és a kollektor-kefe egységek nem megbízható működése nagy sebességnél). Maguk a motorok és az általuk hajtott egységek fejlesztésével azonban kifizetődőbb a motorok erőltetése a fordulatszám növelésével, amit kétütemű motoroknál meglehetősen nehéz elérni. Ezért az 1960-as évekre a nagy sebességű négyütemű dízelmotorok felváltották a kétüteműeket, először a közúti közlekedésben, majd a dízelmozdonyokon, majd a közepes űrtartalmú hajókon és a helyhez kötött berendezésekben. És csak a nagy tengeri hajókon, közvetlen (hajtómű nélküli) légcsavarhajtással, az azonos sebesség melletti munkalöketek számának megduplázódása miatt a kétütemű ciklus különösen előnyösnek bizonyul, ha lehetetlen növelni a sebességet. Ráadásul a kétütemű motor műszakilag könnyebben visszafordítható. Ennek eredményeként az 1980-as évek óta csak nagyon alacsony fordulatszámú (50 - 200 ford./perc) motorokat gyártanak 15 000-100 000 LE közötti teljesítménnyel kétütemű változatban. Val vel.
Tekintettel arra, hogy nehéz megszervezni az örvénykamra (vagy előkamra) öblítését kétütemű ciklusban, a kétütemű motorok csak osztatlan égésterekkel készülnek, amelyek általában a dugattyúban helyezkednek el.
Tervezési lehetőségek
A dugattyú a belső égésű motor főtengelyének legnagyobb hőterhelésű része. A közepes és nehéz kétütemű dízelmotorok esetében jellemző a kompozit dugattyúk használata, amelyek általában acélfejet és duralumínium szoknyát használnak, kényszerített olajhűtéssel. Ennek a szövődménynek a fő célja a dugattyú teljes tömegének csökkentése, miközben fenntartja az alsó lehető legmagasabb hőállóságot, és csökkenti a hőmérsékletet a gyűrűk zónájában.
Külön csoportban kiemelkednek a keresztfejeket tartalmazó nehéz motorok . A keresztfejű motorokban az összekötő rúd a keresztfejhez van rögzítve - egy csúszka, amely rúddal (sodrócsap) kapcsolódik a dugattyúhoz. A keresztfej a vezetője – a keresztfej – mentén működik, anélkül, hogy magas hőmérsékletnek lenne kitéve, teljesen kiküszöbölve az oldalirányú erők hatását a dugattyúra. Ez a kialakítás a nagy, hosszú löketű tengeri motorokra jellemző, gyakran kettős működésűek, a dugattyúlöket elérheti a 3 métert; az ilyen méretű dugattyús dugattyúk túlsúlyosak lennének, az ilyen súrlódási felülettel rendelkező dugattyúk jelentősen csökkentenék a mechanikai hatékonyságot (Mostanában a keresztfejű motorok teljesítményének növelése érdekében a dugattyús hőhatás miatt gyakrabban alkalmazzák a boost, mint a kettős hatást kevésbé megterhelő. A dugattyúüregeket azonban továbbra is használják az öblítés megszervezésére).
Megfordítható motorok
A legtöbb ICE -t úgy tervezték, hogy csak egy irányba forogjanak; ha különböző irányú forgást szeretne elérni a kimeneten, akkor használja a sebességváltó hátrameneti fokozatát vagy külön hátrameneti fokozatot. Az elektromos sebességváltó lehetővé teszi a forgásirány megváltoztatását is a kimeneten.
A mereven összekapcsolt, rögzített állású motorral rendelkező hajóknak azonban megfordítható motorokat kell használniuk a tolatáshoz. A motor visszafordításához meg kell változtatni a szelepnyitás és az üzemanyag-befecskendezés fázisait. A megfordítható motorok általában kettős bütyköskészlettel ellátott vezérműtengelyekkel vannak felszerelve - előre és hátramenethez; a motor leállításakor egy speciális eszköz felemeli a szelepemelőket, majd a vezérműtengelyek a kívánt irányú lökethelyzetbe kerülnek. Vannak fordított vezérműtengely-hajtású kivitelek is - itt, amikor a főtengely forgásiránya megváltozik, a vezérműtengely forgásiránya megmarad. A kétütemű motorok kontúr-öblítéssel, amelyekben a gázelosztást dugattyú végzi, nincs szükség speciális irányváltó eszközökre (azonban továbbra is szükség van az üzemanyag-befecskendezés időzítésének beállítására).
A korai mechanikus hajtású dízelmozdonyokon is irányváltó motorokat alkalmaztak .
Előnyök és hátrányok
A modern dízelmotorok hatásfoka általában 40-45 %, egyes alacsony fordulatszámú nagymotorok - 50% feletti (például az MAN B&W S80ME-C7 csak 155 g-ot költ kWh-nként, és eléri az 54,4%-os hatásfokot) [14 ] ] . A dízelmotor a munkafolyamat sajátosságai miatt nem támaszt szigorú követelményeket az üzemanyag illékonyságára vonatkozóan, ami lehetővé teszi az alacsony minőségű nehéz üzemanyagok, például a fűtőolaj használatát.
A dízelmotor nem tud nagy fordulatszámot kifejleszteni - az üzemanyagnak nincs ideje kiégni a hengerekben, begyújtási idő kell. A nagy mechanikai igénybevétel masszívabb és drágább alkatrészek használatát kényszeríti ki, ami a motort nehezebbé teszi. Ez csökkenti a hajtómű fajlagos teljesítményét, ami a dízelmotorok csekély eloszlását okozta a repülésben (csak néhány Junkers bombázó, valamint szovjet Pe-8 és Er-2 nehézbombázó , amelyek ACh-30 és M-40 repülőgépmotorokkal vannak felszerelve A. D. Charomsky és T. M. Melkumov tervezte ) . Maximális üzemi körülmények között az üzemanyag nem ég ki, ami koromfelhők kibocsátásához vezet , és nagy sebességnél csökkenteni kell az üzemanyag-ellátást (mechanikus vagy elektronikus adagoláskorrektor).
De alacsony fordulatszámon a dízelmotor füst nélkül működhet nagyobb ciklikus üzemanyag-ellátás mellett. Emiatt alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot produkál , ami az autót sokkal érzékenyebbé teszi a mozgásban, mint ugyanaz az autó benzinmotorral. Emiatt, és különösen a nagyobb hatásfok miatt a legtöbb teherautót jelenleg dízelmotorral szerelik fel [15] . Például Oroszországban 2007-ben szinte minden teherautót és buszt dízelmotorral szereltek fel (e járműszegmens végső átállását a benzinmotorokról a dízelmotorokra a tervek szerint 2009-re fejezik be), és személygépkocsik cseréjét is tervezik. dízelmotorokhoz [11] . Ez a tengeri motoroknál is előnyt jelent , mivel a nagy nyomaték alacsony fordulatszámon megkönnyíti a motor teljesítményének hatékony felhasználását , és a magasabb elméleti hatásfok (lásd Carnot ciklus ) magasabb üzemanyag-hatékonyságot eredményez.
A benzinmotorokhoz képest a dízelmotorok kipufogógázai jellemzően kevesebb szén-monoxidot (CO) tartalmaznak, de most, a benzinmotorok katalizátorainak bevezetésével ez az előny kevésbé szembetűnő. A kipufogógázban észrevehető mennyiségben jelen lévő fő mérgező gázok a szénhidrogének (HC vagy CH), a nitrogén oxidjai ( oxidjai) (NOx ) [16] és a korom (vagy származékai) fekete füst formájában. A legnagyobb légszennyező Oroszországban a teherautó- és buszmotorok , amelyek gyakran régiek és szabályozatlanok. Ugyanakkor a dízelmotor üzemanyag-hatékonyabb, mint a benzinmotor (30-40%-kal) [17] . Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a dízelmotorokban a levegő kompressziós aránya nagy értékekre növelhető a benzinmotorok éghető keverékének kompressziós arányához képest. Ennek következtében a kipufogógázok hőmérséklete az első esetben 600-700°C, ami lényegesen alacsonyabb, mint a karburátoros motorok kipufogógázainak hőmérséklete 800-1100°C. Így a dízelmotorok kipufogógázaival kevesebb hőt veszítenek. A dízelmotorok l/100 km-es üzemanyag-fogyasztását tovább növeli a dízel üzemanyag sűrűsége, mint a benziné és az LPG -é .
A biztonsággal kapcsolatos másik fontos szempont, hogy a dízel üzemanyag nem illékony (azaz viszonylag rosszul elpárolog, és nem képez nagy mennyiségű gyúlékony gőzt a zárt motortérben) - így a dízelmotorok sokkal kisebb valószínűséggel gyulladnak meg, főleg mivel nem használnak szikragyújtás rendszert . A magas üzemanyag-hatékonyság mellett ez széles körben elterjedt a tartályokon, mivel a mindennapi, nem harci üzemben a nem ritka üzemanyag-szivárgás miatt csökkent a motortérben keletkező tűzveszély. A benzinmotoros harckocsikhoz képest kisebb a valószínűsége annak, hogy egy dízelmotoros harckocsi meggyullad, ha harci körülmények között eltalálják, bár ez egyáltalán nem jelent teljes tűzállóságot - ráadásul a keverék felrobbantását. a dízel üzemanyag gőzei levegővel egy áttört üzemanyagtartályban összemérhetők a lőszer robbanásával [18] , különösen a T-34 tartályokban hegesztési varratok megszakadásához és a felső elülső részének kiütéséhez vezetett. páncélozott hajótest [18] . Másrészt a dízelmotor fajlagos teljesítményben gyengébb a karburátornál, ezért bizonyos esetekben (nagy teljesítmény kis motortérrel) előnyösebb lehet karburátoros tápegység használata (bár ez túl könnyűre jellemző harci egységek).
A nagyobb sűrítési arány miatt egy dízelmotor nagyobb forgattyús tengelyforgatást igényel indításkor, mint egy hasonló lökettérfogatú karburátoros motor. Ezért az indításhoz nagyobb teljesítményű indítót kell használni. Ugyanakkor a tiszta levegő fogyasztása lehetővé teszi az indítást a hengerek sűrített levegővel való ellátásával, ami bizonyos esetekben jelentős előnyökkel jár az elektromos indítóval történő indításhoz képest - a rendszer érzéketlen a külső hőmérséklet csökkenésére, nem igényel anyagok, különösen a sűrített levegős indítórendszer nem tartalmaz rézből készült alkatrészeket, nem tartalmaz a műszaki személyzet egészségére veszélyes anyagokat, azaz maró lúgokat és erős savakat, valamint mérgező ólmot, kadmiumot, drága ezüstöt; könnyebb, mint az elektromos indítórendszer.
A dízelmotorok nyilvánvaló hátrányai a nyári dízel üzemanyag zavarossága és megszilárdulása (viaszosodása) alacsony hőmérsékleten. Rendkívül érzékenyek az üzemanyag mechanikai részecskékkel és vízzel történő szennyeződésére is, az üzemanyag-berendezések drágábbak és sokkal nehezebben javíthatók, mivel mind a befecskendezők [19] , mind a nagynyomású üzemanyag-szivattyúk precíziós eszközök. A dízelmotorok javítása általában sokkal drágább, mint a hasonló osztályú benzinmotorok javítása. A dízelmotorok literteljesítménye is általában alacsonyabb, mint a benzinmotoroké, bár a dízelmotorok simább és nagyobb nyomatékkal rendelkeznek a működési tartományukban. A dízelmotorok környezeti teljesítménye egészen a közelmúltig jelentősen gyengébb volt, mint a benzinmotoroké. A klasszikus, mechanikusan szabályozott befecskendezésű dízelmotorokba csak 300 °C feletti kipufogógáz-hőmérsékleten üzemelő oxidatív kipufogógáz-átalakítókat lehet beépíteni, amelyek csak a CO-t és a CH-t oxidálják szén-dioxiddá (CO 2 ) és vízzé, amelyek emberre ártalmatlanok. Ezenkívül ezek a konverterek meghibásodtak a kénvegyületekkel való mérgezés miatt (a kipufogógázokban lévő kénvegyületek mennyisége közvetlenül függ a dízelüzemanyagban lévő kén mennyiségétől) és a katalizátor felületén lévő koromrészecskék lerakódása miatt. A helyzet csak az elmúlt években a Common rail rendszer bevezetése kapcsán kezdett változni . Ennél a típusnál az üzemanyag-befecskendezés elektronikusan vezérelt fúvókákkal történik . A vezérlő elektromos impulzus ellátását egy elektronikus vezérlőegység végzi, amely jeleket fogad egy érzékelőkészlettől. Az érzékelők a motor különböző paramétereit figyelik, amelyek befolyásolják az üzemanyag-impulzus időtartamát és időzítését. Összetettségében tehát egy modern - és környezetbarát, valamint benzines - dízelmotor semmiben sem marad el benzines társánál, és számos paraméterben (összetettségben) jelentősen felülmúlja azt. Tehát például, ha egy hagyományos mechanikus befecskendezős motor befecskendezőiben az üzemanyagnyomás 100-400 bar (megközelítőleg a "légkör"-nek felel meg), akkor a legújabb Common rail rendszerekben ez 1000-2500 bar között van. , ami jelentős problémákkal jár. . Ezenkívül a modern közlekedési dízelmotorok katalitikus rendszere sokkal bonyolultabb, mint a benzinmotoroké, mivel a katalizátornak képesnek kell lennie arra, hogy instabil kipufogógáz-összetételű körülmények között működjön, és bizonyos esetekben be kell építeni az úgynevezett részecskeszűrőt ( DPF - részecskeszűrő ) szükséges. A részecskeszűrő egy hagyományos katalizátorhoz hasonló szerkezet, amelyet a kipufogócső és a kipufogógáz-áramban lévő katalizátor közé szerelnek fel. A részecskeszűrőben magas hőmérséklet alakul ki, amelynél a koromrészecskék a kipufogógázokban lévő maradék oxigén hatására oxidálódhatnak. A korom egy része azonban nem mindig oxidálódik, és a részecskeszűrőben marad, ezért a vezérlőegység programja időszakonként úgynevezett utóbefecskendezéssel, azaz további üzemanyag befecskendezésével a motort részecskeszűrő tisztítási üzemmódba kapcsolja. az égési fázis végén a gázok hőmérsékletének emelése érdekében, és ennek megfelelően tisztítsa meg a szűrőt a felgyülemlett korom elégetésével.
A közlekedési dízelmotorok tervezésében a de facto szabvány a kompresszor jelenléte, az utóbbi években pedig az intercooler - egy olyan berendezés, amely a levegőt turbina általi összenyomása után hűti - nagy tömegű levegő (oxigén ) előállítása érdekében. ) az égéstérben, miután a turbina után azonos nyomáson lehűlt. A turbófeltöltő (ritkábban a meghajtó kompresszor) lehetővé teszi a tömeges dízelmotorok fajlagos teljesítményjellemzőinek növelését, mivel több levegőt enged át a hengereken a munkaciklus során.
Alapvetően a dízelmotor felépítése hasonló a benzinmotorokéhoz. Azonban a kompressziós és tágulási ciklusok során fellépő nagyobb hengernyomás miatt a hasonló alkatrészeknek erősebbnek kell lenniük, mint a karburátoros motorokban, és ezért nehezebbek. A hengertükör felületén a csiszolódás durvább, a hengertükrök keménysége pedig nagyobb. A dugattyúfejeket kifejezetten az égési folyamatok jellemzőihez tervezték, és megnövelt tömörítési arányra tervezték. Közvetlen (közvetlen) befecskendezéssel a dugattyúfejek általában égésteret tartalmaznak. A közepes és nehéz motorok általában kényszerített olajhűtéssel rendelkeznek (D100, K6S310DR). A modern motorok egyre gyakrabban használják a Common rail energiaellátó rendszert , amely lehetővé teszi az üzemanyag-fogyasztás és a káros anyagok kibocsátásának csökkentését, valamint az alkatrészek terhelésének csökkentését a befecskendezési folyamat rugalmas vezérlése miatt a motor minden üzemmódjában.
Alkalmazások
A dízelmotorokat helyhez kötött erőművek - dízelgenerátoros erőművek , vasúti ( dízelmozdonyok , dízelmozdonyok , dízelvonatok , motorkocsik ) és lánctalpas ( személygépkocsik , buszok , teherautók) járművek, önjáró gépek és mechanizmusok ( traktorok , kombájnok ) hajtására használják. , aszfalthengerek , kaparók stb.), valamint a hajógyártásban fő- és segédmotorként.
Rekordbirtokosok
A leggyorsabb dízel autó
2006. augusztus 23-án a száraz Bonneville-tó ( Bonneville) területén a JCB Dieselmax prototípusa Andy Green pilóta irányítása alatt új sebességi világrekordot állított fel a dízelautók terén - 563,418 km/h . Az előző rekord 1973-ban született, és 379,4 km/h volt.
- Az erőmű két JCB 444 dízelmotor, Common Rail rendszerrel, 5000 cm 3 térfogattal .
- Teljesítmény (minden motor) - 750 liter. Val vel. (560 kW) 3800 ford./percnél.
- Nyomaték (minden motornál) - 1500 Nm (1105 lb ft) 2000 ford./percnél.
- Sebességváltó - dupla 6 sebességes.
- Méretek H / Szé / M - 9091/1145/979 mm
- Tengelytáv - 5878 mm
- Nyomtáv elöl / hátul - 800/600 mm
- Súly - 2700 kg
- Üzemanyagtartály - 9 liter
- Aerodinamikai légellenállás (ellenállási együttható) - 0,147
Legnagyobb/legerősebb dízelmotor
Tengeri, 14 hengeres - Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , amelyet a finn Wärtsilä cég hozott létre 2002-ben, nagy tengeri konténerhajókra és tartályhajókra szerelhető, a világ legnagyobb dízelmotorja. Ez egyben a legnagyobb hatásfokú belső égésű motor is: több mint 50% folyamatos üzemmódban. [20] .
- Konfiguráció - 14 henger egy sorban
- Üzemi térfogat - 25 480 liter
- Henger átmérője - 960 mm
- Dugattyúlöket - 2500 mm
- Átlagos effektív nyomás - 1,96 MPa (19,2 kgf / cm²)
- Teljesítmény - 108 920 liter. Val vel. 102 ford./percnél (literenkénti teljesítmény 4,3 LE)
- Nyomaték - 7 571 221 Nm
- Üzemanyag-fogyasztás - 13 724 liter óránként
- Száraz tömeg - 2300 tonna
- Méretek - hossza 27 méter, magassága 13 méter
Sorozatos dízelmotor a legnagyobb hengerszámmal
Az M-504 család motorjai kompakt, nagy sebességű, 56 hengeres radiális dízel hajtóművek nagy sebességű hajókhoz. Sorozatgyártás a Zvezda szentpétervári üzemében.
- Munkatérfogat - 191,4 l;
- Teljesítmény - akár 8000 liter. Val vel. (M-511 A motorhoz);
- Forgási frekvencia - 2000 ford./perc;
- Súly (hátramenettel kompletten) - 7200 kg.
Ugyanakkor a hátrameneti fokozattal ellátott motoregység hossza mindössze 4,5 m, magassága pedig mindössze 1,6 m.
Figyelemre méltó, hogy ebben a családban van egy ikeregység M-507, amely 112 hengeres motornak tekinthető.
Lásd még
- Gázolaj
- biodízel
- közös nyomócsöves
- Forgómotor: tervezés és osztályozás
- Wankel motor
- Benzin belső égésű motor
- Közlekedési füst
Jegyzetek
- ↑ GOST 10150-2014. Dugattyús belső égésű motorok. Általános Specifikációk
- ↑ Nagy Szovjet Enciklopédia. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
- ↑ Markov Vlagyimir Anatoljevics, Guszakov Szergej Valentinovics, Devjanin Szergej Nyikolajevics. Többkomponensű vegyes bioüzemanyag dízelmotorokhoz // Az Oroszországi Népek Barátság Egyetemének közleménye. Sorozat: Mérnöki kutatás. - 2012. - Kiadás. 1 . — ISSN 2312-8143 . Az eredetiből archiválva : 2019. december 5.
- ↑ Növényi olajadalékokkal kevert bioüzemanyagok összetételének optimalizálása . cyberleninka.ru . Letöltve: 2020. december 8. Az eredetiből archiválva : 2022. június 1.
- ↑ http://www.oldengine.org/members/diesel/Patents/Patents.htm Archiválva : 2018. március 17., a Wayback Machine Patents
- ↑ Diesel 1895-ös szabadalma
- ↑ Diesel 1898-as szabadalma
- ↑ B.G. Timosevszkij, a mérnöki tudomány doktora. Sciences, V.S. Nalivaiko, Ph.D. tech. Tudományok. R. DIESEL, E. NOBEL, G. TRINKLER – SZEREPÜK A DÍZELMOTOROK FEJLESZTÉSÉBEN // BELSŐ ÉGÉSŰ MOTOROK : All-Ukrainian Scientific and Technical Journal. - 2011. - január. - S. 92-95 . Az eredetiből archiválva : 2022. január 21.
- ↑ Ludwig Nobel üzem – orosz dízelgyár . Letöltve: 2011. április 8. Az eredetiből archiválva : 2012. október 29..
- ↑ V. T. Cvetkov, "Belső égésű motorok", MASHGIZ, 1954
- ↑ 1 2 Julia Fedorinova. Az orosz autópiac dízelesítése. Öt év dízelesítésre. Az oroszok határozottan értékelni fogják a dízelmotoros személygépkocsik előnyeit // Vedomosti . - 2007. - március 26. ( 52. szám (1826) ). Az eredetiből archiválva : 2013. november 13.
- ↑ Common Rail üzemanyagrendszer: leírás és működési elv . techautoport.ru . Letöltve: 2021. augusztus 23. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 23.
- ↑ COMMON RAIL működési elv információ leírás közvetlen befecskendezésű dízel üzemanyag . www.common-rail.ru _ Letöltve: 2021. augusztus 23. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 23.
- ↑ MAN B&W S80ME-C7 alacsony sebességű dízel . Hozzáférés időpontja: 2013. október 12. Az eredetiből archiválva : 2013. október 14.
- ↑ A dízel belsőégésű motorok előnyei és hátrányai . Letöltve: 2020. május 4. Az eredetiből archiválva : 2017. november 10.
- ↑ Mi fenyegeti az autóipart üzemanyag-botrányok sorozatával: World Business: Business: Lenta.ru . Letöltve: 2016. június 3. Az eredetiből archiválva : 2016. június 3.
- ↑ E. V. Boyko. Az olaj és az üzemanyagok kémiája: tankönyv. - Uljanovszk: UlGTU, 2007.
- ↑ 1 2 Projekttechnikus . Hozzáférés dátuma: 2013. július 5. Az eredetiből archiválva : 2013. április 21.
- ↑ cég "Auto mint kétszer kettő". Dízelmotorokban használt befecskendezők . Letöltve: 2022. január 11. Az eredetiből archiválva : 2022. január 11.
- ↑ A világ legnagyobb belső égésű motorja Archiválva 2010. december 28. a Wayback Machine -nél
Források
- Julia Fedorinova. Az orosz autópiac dízelesítése. Öt év dízelesítésre. Az oroszok határozottan értékelni fogják a dízelmotoros személygépkocsik előnyeit // Vedomosti . - 2007. - március 26. ( 52. szám (1826) ). Az eredetiből archiválva : 2013. november 13.
- Dízelolajos motor // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
- V. Tucskov. Erősebb, mint a gőz és a szén. A Diesel története – ember és motor
- Különböző motorok termodinamikai ciklusai
- Leírások, hosszanti és keresztirányú metszetek, fényképek a Szovjetunió dízelmotorjairól.
- Oktatófilm "Hogyan működik a dízelmotor?"
 Szótárak és enciklopédiák |
| |||
|---|---|---|---|---|
| ||||
| Motorok | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor | |||||||||||||||||