ДВЗ (дизельний)
План:
- Винахідник то його
творіння.
- Основний принципи
роботи.
- Цикл Дизеля.
- Типи двигунів.
- Порівняльна оцінка
карбюраторних і дизельних двигунів.
- Переваги і
недоліки.
- Сфери застосування.
- Міфи про дизель.
- Рекордсмени.
- Список літератури.
1. Винахідник та його творіння.
Двигун тупу “дизель ” добре знайомий всім автомобілістам. Про
життя ж винахідника, німецького інженера Рудольфа Дизеля(1958-1913), відомо
небагато. В житті цього чоловіка тісно переплелись радість творчих перемог,
втіливши в життя надії цілого поколінь винахідників, і глибока людська
трагедія.
Рудольф Дизель народився 18 березня 1958р. в
сім’ї німецького
іммігранта, у Парижі. В 1970р. почалася франко-прусська війна, і дванадцятирічний
Рудольф з гіркотою відкрив для себе, що люди можуть відноситися до чоловіка
ворожо лише тому, що він другої національності. Сім’я Дизеля разом з тисячами інших біженцями
прийшлося терміново покинути Францію.
Переживання дитинства залишили глибокий слід в душі хлопчика.
В реальному училищі німецького міста
Аугсбурга, де Рудольф продовжив своє навчання, він став одним із ліпших учнів.
Пізніше Дизель поступив в Вищу політехнічну школу в Мюнхені. На лекціях
професора Карла фон Линде допитливий студент дізнався про термодинамічний цикл
Карно, лежачому в основі любого теплового двигуна.
Ідея Карно захопили майбутнього винахідника.
Він зрозумів, що у використанні тоді парових машин немає майбутнього, проте
корисна робота інших типів теплових двигунів можна було б збільшити у два, або
три рази і більше. І Дизель вирішує створити двигун, по ефективності попередніх
всіх, що було створено раніше.
Ставши дипломованим інженером, Рудольф Дизель
старається створити двигун внутрішнього згорання, працюючого на вугільному
пилу. Перший досвіт зазнав поразки. Тоді вчений розробив другий варіант
конструкції – топливом в такому пристрої має служити керосин. Дизелю прийшлося
виготувати декілька експериментальних
двигунів , перед тим як в 1897р. появився двигун з коефіцієнтом корисної дії,
рівним 25%, - більшим, ніж у будь-якій
із теплових машин того часу. “я настільки перевершив все,
що існувало в ділі машинобудування, - писав Дизель,- що можу сміливо
стверджувати, що їду на чолі технічного прогресу ”.
Ціль була досягнута, але більшість не спішило
признавати заслуги винахідника. При створенні двигуна Дизель використовував досягнення
своїх попередників. За основу, він
приймав чотиритактний цикл, винайшовши французьким інженером Альфонсом Бо де
Роша; ідея граничного стискання, запропонованим Н.Карно. Рудольфу Дизелю
прийшлося вступити у виснажливу тяганину за патентні права. Виробництво двигуна
– дуже прибуткове діло, тому боротьбу з Дизелем вели зразу декілька фірм.
Тепер Рудольфу Дизелю вже не до спокійної
роботи в лабораторії. З речами, набитими рекламними проспектами, він вирішує
переїхати з одного міста в інше… З початком виробництва двигуна винахідник стає
багатою людиною: він купляє віллу у Мюнхені, вкладає гроші в нафтову розробку. Високий і елегантний, Дизель
здавався весь час спокійний. Мало хто знав, який подавлений і змучений він
постійною боротьбою за свої права.
В 1913р. разом із групою інженерів Дизель
відправився на борту фешенебельного теплоходу “Дрезден” в Англію. В один вечір колеги провели його до каюти. Вранці постіль було
недоторканою. Через декілька днів рибалки підняли з води труп добре одягнутого
чоловіка. Так пішов із життя видатний німецький
вчений. А відомий двигун і сьогодні обертають гвинти пароходів і коліс
автомобілів, ротори електричних генераторів і вали більшості інших машин.
2. Основний принципи роботи
Робочий
процес чотиритактного двигуна
з внутрішнім сумішоутворенням (дизеля)
здійснюється теж за чотири такти, які ма-
ють таке призначення, як і в карбюратор-
ному двигуні. Проте робочий процес дизе-
ля значно відрізняється від робочого про-
цесу карбюраторного двигуна як за спосо-
бом утворення робочої суміші, так і за її
спалахом.
Такт впуску. Процес впуску відбуває-
ться під час руху поршня від в. м. т. до
н. м. т. При цьому впускний клапан З
(рис. 6, а) відкритий, а випускний 5 закри-
тий. Через впускний клапан під дією роз-
рідження в циліндр двигуна засмоктує-
ться чисте повітря, яке надходить через
повітроочисник 2 і впускний трубопровід /.
У зв'язку з тим, що система впуску ди-
зельного двигуна має менший опір (немає
карбюратора), тиск у кінці такту впуску
трохи вищий, ніж у кінці такту впуску
в карбюраторному двигуні, і становить
|
0,85—0,95
кгсісм2, а температура заряду
дещо нижча (50—70° С).
Такт стиску. Поршень переміщується
від н. м. т. до в. м. т. при закритих кла-
панах. Повітря, яке надійшло в циліндр,
стискається (рис. 6, б). У кінці такту стис-
ку тиск становить ЗО—35 кгсісм2, а темпе-
ратура — 600—700° С. Таке підвищення
температури необхідне для самозаймання
дизельного палива, поданого в циліндр
у кінці такту стиску, і забезпечується ви-
соким ступенем стиску. При цьому немає
небезпеки виникнення детонації, бо в ци-
ліндрі стискується не пальна суміш,
як у карбюраторному двигуні, а чисте по-
вітря.
Робочий хід. У кінці такту стиску, коли
поршень наблизиться до в. м. т. на 15—20"
повороту кривошипа колінчастого вала,
в циліндр через форсунку 4 (рис. 6, в) па-
ливний насос високого тиску впорскує під
тиском 120—130 кгс/смг порцію дизельного
палива. Частинки палива, перемішуючись
з дуже гарячим повітрям, спочатку нагрі-
ваються, а потім самозаймаються.
|
Р и с. 6. Робочий цикл одноциліндрового чотиритактного дизеля:
а — такт впуску; б —такт стиску; в —такт розширення; г — такт випуску; 1—
впускний трубопровід; 2 — повітроочисник; 3 — впускний клапан; 4 — форсунка;
5 —випускний клапан; 6 — трубопровід високого тиску;
7—випускний трубопровід; 8 — паливний насос високого тиску.
|
При згорянні палива тиск у циліндрі
підвищується до 50—60 кгсісм2, а температура—до 1800—2000° С.
Пройшовши в. м. т., поршень під дією тиску
газів дуже швидко переміщується до н. м. т. Відбувається робочий хід. Обидва
клапани при цьому закриті. В кінці робочого ходу тиск газів знижується до
3,0—4,0 кгсісм2. а температура до 800—600° С.
Такт випуску.
Поршень рухається від н. м. т. до в. м. т. і виштовхує через відкритий
випускний клапан (рис. 6, г) відпрацьовані гази з циліндра в атмосферу. Тиск у
циліндрі в кінці такту становить 1,05—1,15 кгсісм2, а температура 200—300° С.
Так робочий процес двигуна повторюється.
Як видно, в робочих циклах карбюраторного й
дизельного двигунів, поршень тільки в такті розширення рухається під дією тиску
газів і через поршневий палець і шатун приводить у рух колінчастий вал. Під час
всіх інших (допоміжних) тактів (впуск, стиск і випуск) колінчастий вал
обертається за рахунок механічної енергії, яку дістає маховик під час такту розширення.
3. Цикл Дизеля
Циклом ДВС з Ізобаричний підведенням теплоти
називається цикл, у якого підведення теплоти здійснюється при постійному тиску.
1-2 - при переміщенні поршня з НМТ у ВМТ
відбувається стиснення, але не палива, а повітря по адіабати. Температура
повітря підвищується до 900oC, а ступінь стиснення
збільшується до 14 ... 20 (повітря не
самозаймається від високої температури).
2-3 проводиться теплота (шляхом уприскування
палива, його самозаймання та згоряння). При цьому відбувається рух поршня до
НМТ і збільшення об’єму. Тому тиск не підвищується, а залишається постійним,
поки все паливо не згорить. Одночасно відбувається робота. Подводимого теплота
дорівнює:
Відношення
називається ступенем попереднього розширення.
3-4 -
розширення по адіабати (pvк = const).
4-1 -
відведення теплоти q2 в Ізохоричний процес
Відведена теплота дорівнює:
Термічний ККД циклу дорівнює:
З формули випливає, що ККД буде тим більше, чим вище
ступінь стиснення ε, і чим менше ступінь стиснення попереднього розширення ρ.
4.Типи двигунів.
В залежності від конструкції
камери згоряння, існує кілька типів дизельних двигунів:
- Дизельні двигуни
з розділеною камерою згорання зазвичай встановлюються на вантажівки малої
вантажопідйомності та легкові автомобілі. Це визначається необхідністю зниження
рівня шуму та меншою жорсткістю (ступенем наростання тиску у процесі згорання в
циліндрі на 10 повороту колінчатого валу) роботи. При підході поршня до ВМТ
повітря із основного об’єму камери згорання витісняється у додатковий,
створюючи в ньому інтенсивну турбулізацію заряду, що сприяє кращому
перемішуванню крапель палива з повітрям. Недоліком дизельних двигунів з
розділеною камерою згорання є: деяке збільшення витрат палива внаслідок
підвищення втрат в охолоджуючому середовищі у зв’язку зі збільшеною поверхнею
камери згорання, більших втрат на перетікання повітряного заряду у додаткову
камеру та палаючої суміші назад у циліндр. Крім того, погіршуються пускові
якості.
- Дизельні двигуни
з нерозділеною камерою згорання мають низькі витрати палива і легше
запускаються. Їхнім недоліком є підвищена жорсткість роботи і відповідно –
високий рівень шуму. Для повного згорання палива виробник обирає оптимальне
співвідношення кількості соплових отворів у форсунки та інтенсивності вихрового
руху заряду в циліндрі – так, щоб струмені палива повністю охопили весь
повітряний заряд. Чим менше соплових отворів, тим інтенсивнішим має бути
обертовий рух заряду. У чотирьохтактних дизельних двигунів обертовий рух
повітря під час впуску забезпечується тангенціальним розташуванням впускного
каналу, наявністю ширми біля клапану, гвинтовим (равликоподібним) каналом перед
впускним клапаном.
У процесі стискання при
підході поршня до ВМТ повітря перетікає з надпоршневого простору в камеру
згорання у поршні, збільшуючи інтенсивність обертового руху свіжого заряду.
Тому при ремонті дизельних двигунів необхідно слідкувати, щоб отвір між дном
поршня і головкою циліндрів відповідав заданій інструкцією величині.
Якщо отвір великий,
інтенсивність турбулізації заряду буде недостатньою, якщо надто малий, при
великому навантаженні може з’явитися стук поршня від його ударів по головці.
Під час збирання дизельного двигуна цей отвір перевіряється установкою
свинцевих пластинок на дно поршня і прокруткою колінчатого валу після затяжки
болтів кріплення головки.
У більшості випадків
використовується об’ємний спосіб утворення суміші при центральному розташуванні
форсунки відносно камери згорання у дні поршня. Проте, існують дизельні двигуни
з плівковим (пристінним) або об’ємно-плівковим утворенням суміші. При цьому
форсунка зміщується до одного краю камери згорання, і один або два струмені
потрапляють на стінку виїмки у поршні.
Такий спосіб утворення
суміші застосовується у багатопаливних дизельних двигунах і особливо важливий
для військової техніки, оскільки дозволяє за необхідності експлуатувати двигун
на низькоцетановому паливі, включаючи бензин. Однак, у цьому випадку для
отримання температури, необхідної для загорання заряду, доводиться підвищувати
ступінь стиснення до 26.
5.Порівняльна оцінка карбюраторних і
дизельних двигунів
Порівнявши чотиритактні карбюраторні і
дизельні двигуни, можна зробити такі висновки. Дизельні двигуни у порівнянні з
карбюраторними витрачають на 20—30% менше палива (за масою). Працюють вони на нафтових
сортах палива, яке дешевше і менш небезпечне в пожежному відношенні, ніж
бензин. Дизельні двигуни мають і свої недоліки. У зв'язку з застосуванням
високого ступеня стиску і збільшенням тиску в процесі розширення газів значно
підвищуються вимоги до міцності деталей кривошипношатунного механізму, що в
свою чергу викликає збільшення розмірів і маси двигунів. Крім того, дизельні
двигуни створюють під час роботи більше шуму, мають складніший і важчий
(особливо зимою) процес пуску.
Незважаючи на перелічені недоліки, дизельні двигуни застосовуються на всіх вітчизняних
тракторах.
6. Переваги і недоліки.
Головна перевага дизельних двигунів – це
низькі витрати на паливо, оскільки мотори цього типу мають питому (у г/(кВтКг))
витрату палива на основних експлуатаційних режимах, та й саме паливо у багатьох
країнах, у тому числі й в Україні, значно дешевше, ніж бензин.
Що ж до недоліків дизеля у порівнянні з
бензиновими двигунами, то до них відносяться: порівняно низькі показники
потужності, більш дорога у виготовленні та обслуговуванні паливна апаратура,
гірші пускові якості, підвищений рівень викидів деяких токсичних компонентів з
відпрацьованими газами, підвищений рівень шуму.
Причому рівень шуму іноді настільки високий,
що для дотримання сучасних жорстких законодавчих норм доводиться «капсулювати»
дизельний двигун, поміщаючи його під капотом у камеру з шумопоглинаючого
матеріалу.
Економічні та екологічні показники
автомобільного і тракторного дизельного двигуна у першу чергу залежать від
особливостей робочого процесу і, зокрема, від типу камери згорання, системи
вприскування палива.
Камери згорання дизельного двигуна діляться на
розділені (вихрокамерні та форкамерні), напіврозділені та нерозділені.
7. Сфери застосування
Дизельні двигуни застосовуються для приводу
стаціонарних силових установок, на рейкових ( тепловози, Дизелевози) і
безрейкових ( автомобілі, автобуси, вантажівки) транспортних засобах,
самохідних машинах і механізмах ( трактори, асфальтові котки, скрепери і т.
д.), а також у суднобудуванні як головних і допоміжних двигунів.
8. Міфи про дизельних двигунах
- Дизельний двигун занадто повільний.
Сучасні дизельні двигуни з системою
турбонаддува набагато ефективніше своїх попередників, а іноді і перевершують
своїх бензинових атмосферних (без турбонаддува) побратимів з таким же обсягом.
Про це говорить дизельний прототип Audi R10, який виграв 24-х годинну гонку в
Ле-Мані, і нові двигуни BMW, які не поступаються за потужністю атмосферним (без
турбонаддува) бензиновим і при цьому володіють величезним крутним моментом.
- Дизельний двигун занадто голосно працює.
Правильно налаштований дизель лише трохи
"голосніше" бензинового, що помітно лише на холостих обертах. У
робочих режимах різниці практично немає . Голосно працюючий двигун свідчить про
неправильної експлуатації і можливі несправності. Насправді старі дизелі з
механічним уприскуванням дійсно відрізняються досить жорсткою роботою. Тільки з
появою акумуляторних паливних систем високого тиску ("Common-rail") у
дизельних двигунів вдалося значно знизити шум, насамперед за рахунок розділення
одного імпульсу впорскування на кілька (типово - від 2-х до 5-ти імпульсів).
- Дизельний двигун набагато економічніше.
Часи, коли дизельне пальне коштувало в три
рази дешевше бензину, давно пройшли. Зараз різниця становить лише близько 1-5%
за ціною палива. Незважаючи на те, що питома теплота згоряння дизельного палива
(42,7 МДж / кг) менше, ніж у бензину (44-47 МДж / кг) , основна
економічність обумовлена більш високим ККД дизельного двигуна. У середньому
сучасний дизель витрачає палива до 30% менше . Термін служби дизельного двигуна
дійсно набагато більше бензинового і може досягати 400-600 тисяч кілометрів.
Запчастини для дизельних двигунів також дещо дорожче, як і вартість ремонту.
Незважаючи на всі перераховані вище причини, витрати на експлуатацію дизельного
двигуна при правильній експлуатації будуть меншими, ніж у бензинового.
- Дизельний двигун погано заводиться в мороз.
При правильній експлуатації і підготовки до
зими проблем з двигуном не виникне . Наприклад дизельний двигун VW-Audi 1,9 TDI
(77 кВт/105 к.с.) оснащений системою швидкого запуску: нагрів свічок
розжарювання до 1000 градусів здійснюється за 2 с. Система дозволяє заводити
двигун в будь-яких кліматичних умовах без передпускового розігріву.
- Дизельний двигун не можна переобладнати під
використання в якості палива більш дешевого газу.
Першими прикладами роботи дизельних двигунів
на більш дешевому паливі - газі порадували ще в 2005 році італійські тюнінгові
фірми, які використовували як паливо метан. В даний час успішно зарекомендували
себе варіанти застосування газодизеля на пропані, а також - кардинальні рішення
з переобладнання дизеля в газовий двигун, який має перевагу перед аналогічним
мотором, переобладнаним з бензинового, за рахунок спочатку більш високого
ступеня стиснення.
9.Рекордсмени
- Найбільший
/ потужний дизельний двигун
Судновий, 14 циліндровий - Wrtsil-Sulzer RTA96-C, створений фінською компанією Wrtsil в 2002 році, для установки на великі
морські контейнеровози і танкери, є найбільшим дизелем у світі.
Конфігурація - 14
циліндрів в ряд
Робочий об'єм - 25 480
літрів
Діаметр циліндра - 960 мм
Хід поршня - 2500 мм
Середнє ефективне тиск -
1,96 МПа (19,2 кгс / см )
Потужність - 108 920 к.с.
при 102 об / хв. (Віддача з літра 4,3 л.с.)
Крутний момент - 7571221
Н м
Витрата палива - 13724
літрів на годину
Суха маса - 2300 тонн
Габарити - довжина 27
метрів, висота 13 метрів
- Найбільший дизельний
двигун для вантажного автомобіля
Caterpillar 3524B призначений, для установки на кар'єрний
самоскид Caterpillar 797B, створений в 1998 році. Складається з двох суміщених
двигунів Caterpillar 3512B HD.
Конфігурація - Два
послідовно з'єднаних V-подібним 12 циліндрових мотора (24 циліндра)
Робочий об'єм - 117,1
літрів
Діаметр циліндра - 170 мм
Хід поршня - 215 мм
Потужність - 3550 л.с.
при 1750 об / хв. (Віддача з літра - 30,3 к.с.)
Крутний момент - більше
16 000 Нм
- Найбільший / потужний
серійний дизельний двигун для серійного легкового автомобіля
Audi 6.0 V12 TDI з 2008 року встановлюється на автомобіль
Audi Q7.
Конфігурація - 12
циліндрів V-образно, кут розвалу 60 градусів.
Робочий об'єм - 5934 куб.
см
Діаметр циліндра - 83 мм
Хід поршня - 91,4 мм
Ступінь стиснення - 16
Потужність - 500 л.с. при
3750 об / хв. (Віддача з літра - 84,3 к.с.)
Крутний момент - 1000 Нм
в діапазоні 1750-3250 об / хв.
10. Список літератури
· http://znaimo.com.ua/
