Реферат на тему дизель

Обновлено: 05.07.2024

В 1892 немецкий изобретатель Рудольф Кристиан Карл Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания. Особенностью этого двигателя был высокий КПД и впервые применяемое новое топливо. Оно состояло из частично очищенной нефти.
Производство дизельное топливо (дизтопливо) сложный процесс и осуществляется на заводах переработки нефти. Во время прямой перегонки нефть разделяется на отдельные фракции. Этот процесс происходит при высоком атмосферном давлении и при определенных температурах. Полученный продукт относится к светлым нефтепродуктам, таким как бензин, нафта, керосин. Все эти виды топлива используются в двигателях внутреннего сгорания, в основном в железнодорожном или грузовом транспорте и сельскохозяйственной технике.

Вложенные файлы: 1 файл

Дизельное топливо и его свойства.docx

Дизельное топливо и его свойства

Производство дизельное топливо (дизтопливо) сложный процесс и осуществляется на заводах переработки нефти. Во время прямой перегонки нефть разделяется на отдельные фракции. Этот процесс происходит при высоком атмосферном давлении и при определенных температурах. Полученный продукт относится к светлым нефтепродуктам, таким как бензин, нафта, керосин. Все эти виды топлива используются в двигателях внутреннего сгорания, в основном в железнодорожном или грузовом транспорте и сельскохозяйственной технике. Дизельное топливо бывает арктическим, зимним или летним. Основное отличие в температуре предельной фильтруемости, помутнения и застывания. Летнее топливо зимой (уже при −20 °C) может замерзать и использование затруднительно. Дизтопливо характеризуется несколькими параметрами. Это цетановое число, прокачиваемость, вязкость и низкотемпературные свойства.

Под цетановым числом подразумевается воспламеняемость дизельного топлива. Это промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала горения. Более высокое число способствует быстрому воспламенению и плавному сгоранию топлива. Цетаное число дизельного топлива определяется в специальной моторной установке. От цетанового числа зависит и температурная характеристика дизтоплива. Именно ЦЧ разграничивает дизтопливо на зимние и летнее. Зимнее ДТ имеет число в 50-65 единиц, а летнее – около 45. В международных стандартах вместо цетанового числа используют дизельный индекс (diesel index) и цетановый индекс (cetane index).

Вторым важным свойством дизтоплива является прокачиваемость. Это свойство обеспечивает необходимую подачу топлива в цилиндры. Прокачиваемость зависит от количества в топливе механических примесей, смол, влияющих на прохождение топлива через фильтр.

Очень важной характеристикой дизельного топлива является вязкость. Слишком большая вязкость повышает выделение дыма в процессе сгорания топлива и увеличивает потребление топлива, что снижает экономичность двигателя. Это объясняется тем, что из-за повышенной вязкости снижается прокачиваемость топлива через фильтры и ухудшается процесс смесеобразования. И наоборот, топливо с пониженной вязкостью хуже герметизирует и смазывает зазоры плунжерных пар в топливном насосе высокого давления (ТНВД). Дизтопливо пониженной вязкости иногда становиться причиной выхода из строя ТНВД.

Следующим показателем качества топлива является его низкотемпературные характеристики. Выделяют три категории, которые определяют место и время использования топлива. Первая категория, это арктическое дизтопливо, которое способно проходить через фильтр при температуре -50 градусов Цельсия. Такое топливо используется в странах, в которых температура воздуха крайне низкая, и использование другого дизельного топлива невозможно. К следующей категории относится зимнее дизтопливо. При крайне низких температурах происходит процесс кристаллизация парафина. Температура, при которой топливо сохраняет свои рабочие свойства, не превышает -35°C. И третья категория – летнее дизтопливо, которое при температуре ниже 10 °C полностью теряет свою работоспособность.

Часто дизельное топливо называют солярой или соляркой. Это абсолютно неправильно. Солярка (соляровое масло) - фракция нефти, прошедшая щелочную очистку. Служит топливом для тракторных и судовых дизелей, а также, смазкой для некоторых механизмов.

Самые популярные у потребителя марки дизтоплива:

Л-0,2-62. То летнее дизельное топливо, высшего сорта.

топливо дизельное автомобильное (ТДА) сорт С,Е, марка (EN 590)

топливо дизельное экологическое ДЭК-3. Имея улучшенные экологические показатели, это топливо обычно применяется в городских условиях.

Для улучшения свойств топлива в них часто добавляют различные присадки. Они очищают топливную систему от воды, маслянистых отложений, что способствует увеличению работоспособности двигателя.

Биодизельное топливо

Дизельное топливо настоящее время применяется практических во всех отраслях промышленности. Этот вид топливо является более экономичным и менее токсичным, чем топливо из легких фракций нефтяных продуктов при внутреннем сгорании двигателя. Самое широкое распространение дизельное топливо получило в автомобилестроение. Связи повышение стоимости нефтяных продуктов резко возросла стоимость дизельного топлива. Ученые стали искать замену минеральному дизельному топливу это оказалось, возможно, заменить растительными маслами. При обработке растительных масел создать биодизельное топливо. Преимущество биологического топлива заключается в получение экологического чистого топлива, чем из нефтяных продуктов. Биологическое дизельное топливо имеет высокое цетановое число, прекрасные смазочные характеристики и экологическую чистоту. Настоящее время биологическое топливо, возможно, применять совместно с дизельным топливом. Для этого достаточно смешивать топливо в соотношении 5-15% биологического дизельного топлива к минеральному дизельному топливу. Применяя современные технологии, позволяет получать биологическое дизельное топливо из масленых культур. Настоящее время основным сырьем является, для создания биодизеля служит рапсовое масло чуть меньше пальмовое масло. При многократной обработке растительного масла происходит разрыв радикалов в молекулах жирных кислот. За счет этого происходит снижение вязкости и увеличение цетанового числа и улучшение энергетических характеристик. Рапсовое масло обладает самыми лучшими физико-химическими характеристиками, чем другие растительные масла и создание из него биодизельное топливо похоже на минеральное дизельное топливо. Основным препятствие распространения биодизельного топлива является высокая стоимость технологии производства биологического топлива, чем из нефтяных продуктов. Не полное сгорание биологического продукта внутри двигателя за счет высокой вязкости. Широкое распространение технологий по производству дизельного топлива из нефтяных продуктов.

Общие характеристики дизельного топлива

Дизельное топливо (солярка) представляет собой нефтепродукт, являющийся результатом перегонки нефти. Смешивание гидроочищенных и прямогонных фракций в определенных пропорциях (компаундирвание) определяет конкретную марку солярки. Обычно смесь делается из прямогонного дизельного топлива прямой и первичной перегонки и легкого газойля, получаемого путем каталитического крекинга. В соответствии с ГОСТ, при перегонке нефти могут получаться три марки дизельного топлива: Л (летнее дизельное топливо) – для температуры выше 0 °С; З (зимнее дизельное топливо) для температуры до -20-30 °С; А (арктическое) для самых низких температур, до -50 °С.

Каждый вид солярки предполагает нормированное содержание серы и серных соединений, а также определенную температуру замерзания.

Помимо этого, существует множество различных параметров и характеристик дизельного топлива: фракционный состав, кинематическая вязкость, температура перегонки, цетановое число, густота при 20 °С, йодистое число, коэффициент фильтрации, содержание воды, массовая часть серы и серных соединений, концентрация смол, содержание механических примесей, предельная температура фильтрации, температура замерзания, химическая стабильность, кислотность, температура вспышки, коксуемость, зольность и другие. Рассмотрим более подробно самые основные характеристики дизельного топлива.

Цетановое число (детонационная стойкость) характеризует работу двигателя с точки зрения воспламенения дизельного топлива и его сгорания. От цетанового числа, в свою очередь, зависит мощность, дымность и шумность двигателя. Эталоном определения детонационной стойкости или цетанового числа является цетан или н-гексадекан. Значение цетанового числа для цетана при этом устанавливается на уровне 100, а аналогичный показатель альфаметилнафталина – на уровне 0. Для солярки обычный диапазон значений цетанового числа колеблется от 40 до 50. Фактически, эта цифра означает срок задержки возгорания (отрезок времени от подачи топлива в цилиндр до его воспламенения). Более высокое цетановое число означает меньший период воспламенения, и, соответственно, лучшее горение топлива. Более высокое цетановое число повышает экологичность выхлопа. Однако если этот показатель превышает 60, то не происходит прирост мощности двигателя. В свою очередь, солярку с низким цетановым числом производить проще, поэтому на практике изготавливают дизельного топливо с цетановым числом не менее 40-45. Оно определяется аналогично октановому числу бензина, то есть, используя моторный или же исследовательский метод. Корректировать цетановое число можно с помощью специальных технологий.
Плотность и вязкость дизельного топлива определяют процесс испарения и образования смесей в двигателе.
Низкотемпературные характеристики дизельного топлива (предельная температура фильтрации, температура застывания, температура помутнения) также являются важными параметрами. Что касается температуры застывания, то она составляет порядка -10 °С для летних марок и не выше -35 °С для зимних марок, в соответствии с ГОСТом. Температура помутнения составляет обычно около -5 °С.
Химическая стабильность дизельного топлива – это его способность к сопротивлению окислению в процессе хранения. Окисление приводит к образованию осадка на дне бака с топливом, во избежание чего добавляются специальные присадки.

Тем не менее, качество топлива определяется не только вышеприведенными показателями. Попадание в топливо, а соответственно, в двигатель, воды, различных механических и прочих примесей приводит к негативному эффекту. Самой простой способ борьбы с этой проблемой – заправляться только на надежных автозаправочных станциях, успевших хорошо себя зарекомендовать. Такие АЗС заинтересованы в приобретении только качественной продукции, чтобы гарантировать неизменно высокое качество конечному потребителю.

Приобретение солярки в сомнительных местах, на собственный страх и риск, к сожалению, редко является лучшим вариантом, и отстаивание с фильтрацией в этом случае не поможет, поскольку оно требует определенное время, оборудование и опыт.

Если говорить о присадках, то их ассортимент огромен, некоторые из них направлены на модификацию цетанового числа, другие – на очищение или антикоррозийную защиту. Но использовать их надо строго в определенном количестве и составе, которое может определить только квалифицированный специалист, имеющий нужное образование и навыки работы с присадками в частности и с дизельным топливом вообще.

Если подойти к этому вопросу чисто теоретически, то можно добавить к бензину Аи-76, имеющему цетановое число 35, присадку, увеличивающую его до уровня 45, залить в двигатель и использовать как солярку. А можно и наоборот: превратить с помощью присадок солярку до бензина. Но при этом у вас не будет никаких гарантий, что это не повредит двигателю, тем более, необходимо учитывать особенности двигателей разных моделей автомобилей. Риск необходимо минимизировать. В крайнем случае, нужно помнить, что лучше приобрести узкоспециализированную присадку от известного производителя, чем неизвестную универсальную присадку.

Виды дизельного топлива

Основными областями применения дизельного топлива являются быстроходные и газотурбинные двигатели наземной или судовой техники. Огромным преимуществом дизельных двигателей перед карбюраторными является возможность высокой степени сжатия, что положительно сказывается на экономичности двигателя. Эта экономия составляет около 30 % . Минусом дизельного двигателя является его большие габариты и сложность изготовления. Во всех остальных показателях карбюраторные двигатели и дизельные очень схожи и одинаково полезны для человека.

Свойства дизельного топлива

Основными и важнейшими свойствами дизельного топлива являются следующие параметры и характеристики: испаряемость, цетановое число, температурные показатели, вязкость, содержание серы и стабильность хранения. Рассмотрим все перечисленные показатели более подробно.

Испаряемость

Это свойство определяется температурой, при которой топливо начинает активно испаряться. При температуре 50 градусов дизельное топливо выкипает. На испаряемость большое влияние имеет плотность топлива. Эти показатели дизельного топлива различных марок довольно схожи и не имеют огромных отличий. Сам процесс сгорания дизельного топлива зависит от его химического состава и характеризуется испаряемостью. Что бы спалить определенное количество топлива легкого фракционного состава необходимо меньше воздуха, чем для дизельного топлива более плотного фракционного состава. Фракционный состав дизельного топлива влияет на работу двигателей с разным смесеобразованием по-разному. Предкамерные и вихревые образующие двигатели имеют небольшую чувствительность к составу топливо, в то время как двигатели с непосредственным впрыском более чувствительны. Нагретые стенки предкамеры двигателя способствуют благоприятному смесеобразованию. Слишком сильное облегчение фракционного состава способно привести к увеличению более жесткой работе двигателя.

История дизельного двигателя.

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

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

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

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

Принцип работы.

Четырёхтактный цикл

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

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

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

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

Далее повторяются все 4 такта.

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

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

Двухтактный цикл

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

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

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

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

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

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

Варианты конструкции

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

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

Реверсивные двигатели

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

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

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

Преимущества и недостатки.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4 %).[2] Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NOх) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Они могут привести к астме и раку лёгких. Больше всего загрязняют атмосферу дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и также способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта, в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности (мощности, снимаемой с единицы массы мотора), а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата.

Конечно, существуют и недостатки, среди которых характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.

В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давлениям сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.

Мифы о дизельных двигателях.

Дизельный двигатель слишком медленный .

Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.

Дизельный двигатель слишком громко работает .

Дизельный двигатель гораздо экономичнее.

Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 10-30 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 МДж/кг) меньше чем у бензина (44-47 МДж/кг)[3], основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше[4]. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400—600 тысяч километров.[источник не указан 435 дней] Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут не намного меньше, чем у бензинового.[источник не указан 435 дней]

Дизельный двигатель плохо заводится в мороз.

При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет[источник не указан 59 дней]. Например дизельный двигатель VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.

Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешевого газа.

Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе — газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также — кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.

Сферы применения.

Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.

Файлы: 1 файл

Федеральное агентство по образованию.doc

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

информационных технологий>>

Специальность Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования

Антропогенные загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы

Студент группы МЭ-11 К. В. Ажимов

преподаватель В. П. Хасминский

История дизельного двигателя.

Принцип работы.

Четырёхтактный цикл

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

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

Далее повторяются все 4 такта.

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

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

Двухтактный цикл

Варианты конструкции

Реверсивные двигатели

Изобретатель Рудольф Дизель известен миру только одним творением – двигателем внутреннего сгорания, который, в честь своего создателя, так же называют дизельным двигателем. Своему творению гений посвятил всю жизнь. Его изобретение способствовало развитию многих отраслей науки, машиностроения, а также многократно повысило экономику страны.

Мысль о создании механизма, обладающего большим КПД относительно самой производительной в те времена паровой машины, зародилась у Дизеля еще в студенческие времена, во время его обучения в Мюнхенской высшей политехнической школе. Но до получения патента на изобретение в 1893 году, у молодого человека уйдут годы плодотворной работы.

Сконструирован четырехтактный двигатель был в 1897 году. Многократные опыты предшествовали великому открытию: Дизель вывел закономерность – чем выше степень сжатия горючей смеси, тем выше будет производительность механизма. Но первые образцы изобретения потерпели крах. От сильного сжатия, смесь перегревалась и вспыхивала раньше, аппарат выходил из строя. Изобретатель нашел выход из этой ситуации, заменив топливо чистым воздухом.

Каков же принцип работы, сконструированного Дизелем четырехтактного двигателя?

Первый такт работы называет впуском. Название говорит само за себя – поршень двигателя опускается вниз и в цилиндр через специально предназначенный клапан поступает воздух.

После этого следует второй такт – сжатие. На этом этапе работы двигателя все клапаны закрываются (создается закрытое пространство) и поршень движется вверх. Таким образом, воздух, поступивший в цилиндр в ходе первого такта, сильно сжимается в объеме и, по законам физики, нагревается. Настает время для впрыскивания горючей смеси через специальные распылители жидкости – форсунки.

Вся основная работа двигателя заключена в третьем такте. Он носит название такт рабочего хода. После того, как в цилиндр поступило топливо, оно начинает смешиваться с находящимся внутри горячим воздухом, превращаясь в воспламеняющуюся смесь. Поршень медленно движется вниз. Впрыскивание топлива продолжается во время всего третьего такта с некоторой периодичностью – этот процесс необходим для сохранения постоянного давления на поршень. Энергия сгорания топлива преобразуется в другие виды энергии.

Сегодня существует множество разновидностей дизельного двигателя двухтактного и четырехтактного, о котором шла речь в докладе. Сконструированы дизели с разделенной и неразделенной камерой впрыска. Усовершенствованы материалы, из которых изготовлены механизмы; используется дешевое и качественное топливо. Но сам процесс работы двигателя не меняется. Дизель сконструировал уникальный, экономичный, производительный, столетие не имевший конкурентов механизм.

Двигатель Дизеля, работающий без зажигательного аппарата и на дешевом топливе сразу нашел применение в промышленности. Изобретатель прославился на весь мир. По сегодняшний день его творение, усовершенствованное и доработанное, используется в тепловозах, автомобилях, тракторах и другой сельскохозяйственной и строительной технике.

8 класс, по физике

Дизельный двигатель

Летучая мышь является единственным зверем, которая умеет летать по воздуху, поэтому ее можно назвать птичкой, однако у нее есть особенность – она не кормит своих деток молоком.

Кемерово – город, который расположен на юго-западе Сибири и является столицей Кузбасса. Кемерово получил статус города в 1918 г. путём объединения с. Щеглово и д. Кемерово. В 2019 г. численность населения города составила 558 тысяч человек.

В качестве машин, преобразующих тепловую энергию в механическую, используют преимущественно поршневые двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением топлива в среде сжатого в цилиндре воздуха. Такие двигатели получили наименование дизелей по фамилии их изобретателя — немецкого инженера Р. Дизеля.

Рис. 1.Дизельный двигатель

Дизели состоят из большого количества различных устройств, выполняющих в процессе их эксплуатации определенные функции. Остов дизеля образуют фундаментная рама 6 (рис. 1), станина и цилиндры 3, закрытые сверху крышками 5. У судовых дизелей станина и цилиндры чаще всего выполнены в виде общей отливки, называемой блок-картером.

Внутри цилиндра передвигается поршень 4, шарнирно связанный с шатуном 2, нижняя часть которого шарнирно соединена с коленчатым валом 1. Поршень, шатун и коленчатый вал образуют кривошипно-шатунный механизм, преобразующий поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками, а расстояние, проходимое поршнем при его движении от одной мертвой точки до другой,— ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.

Кроме перечисленных основных деталей остова, поршней, шатунов и коленчатого вала, дизель имеет еще целый комплекс механизмов, узлов, аппаратов и приборов, обеспечивающих его работу, называемых системами. Заполнение цилиндров воздухом (свежим зарядом) и очистку их в нужный момент от продуктов сгорания топлива осуществляет, например, система газораспределения. Очистку, хранение и подачу топлива в цилиндры выполняют устройства топливной системы. Непрерывное смазывание трущихся деталей дизеля обеспечивает смазочная система. При работе дизеля цилиндры и их крышки, поршни, выпускной коллектор и другие детали интенсивно нагреваются. Для отвода теплоты от этих деталей дизеля используется система охлаждения. С помощью системы регулирования автоматически поддерживается с определенной точностью заданная частота вращения коленчатого вала. В процессе эксплуатации судна возникает необходимость в изменении частоты вращения коленчатого вала, а также в пуске, реверсировании (обеспечении хода судна вперед или назад) и остановке дизеля. Эти операции выполняет система управления. Нормальная и безаварийная работа дизеля контролируется с помощью системы предупредительноаварийной сигнализации и защиты.

Кроме перечисленных групп деталей, механизмов и систем, в конструкции дизелей могут быть и другие устройства, например средства приготовления и хранения сжатого воздуха, утилизации (использования теплоты выпускных газов), нейтрализации (обезвреживания) выпускных газов и т. п.

Четырехтактные дизели. При работе двигателя в его цилиндрах происходят термодинамические процессы впуска (наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха), сжатия заряда, воспламенения и сгорания топлива, расширения газообразных продуктов сгорания топлива и выпуска их из цилиндров. Названные процессы в определенной последовательности периодически повторяются в каждом цилиндре двигателя. В комплексе все эти процессы, обеспечивающие преобразование химической энергии топлива в тепловую и механическую, называют циклом, а часть цикла, осуществляемую в цилиндре за один ход поршня,— тактом. Цикл у поршневых двигателей внутреннего сгорания может совершаться за четыре или два хода поршня (два или один оборот кривошипа). Поэтому двигатели называют соответственно четырех- или двухтактными.

Рассмотрим принцип действия четырехтактного дизеля. Предположим, что поршень 6 (рис. 2, а) при вращении коленчатого вала 8 через шатун 7 перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Впускной клапан 2 системой газораспределения открыт, а выпускной клапан 4 закрыт. По мере движения поршня вниз объем над ним увеличивается, а давление падает. И когда оно становится ниже атмосферного (менее 0,1 МПа), в пространство между крышкой 1, стенками цилиндра 5 и поршнем 6 поступает воздух. Осуществляется такт впуска (наполнения) цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим V_s, а объем над поршнем, когда последний находится в НМТ,— полным объемом цилиндра V_a

Чем больше воздуха будет в цилиндрах дизеля, тем больше можно сжечь в них топлива и, следовательно, получить большую мощность. Всасывание воздуха из атмосферы не может начаться сразу же с началом движения поршня от ВМТ, так как давление остаточных газов в цилиндре в первый момент выше атмосферного. Поэтому для увеличения массы воздуха в цилиндре дизеля впускные клапаны открываются несколько раньше (до прихода поршня в ВМТ), когда кривошип (колено) вала 8 не доходит до ВМТ на угол F₁ О том, как протекает рабочий цикл в цилиндрах дизеля, можно судить по индикаторной диаграмме (замкнутой кривой), которую получают во время работы дизеля с помощью специального прибора (индикатора).

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля

По вертикальной оси диаграммы можно определить давление газов р в зависимости от их объема V, т. е. положения поршня в цилиндре. Изменение давления в период впуска воздуха на индикаторной диаграмме изображено линией ram. Давление при впуске воздуха в цилиндры остается практически постоянным. Когда поршень придет в НМТ, всасывание воздуха не прекратится и даже продолжается при движении поршня вверх, пока давление в цилиндре не станет выше атмосферного. Процесс впуска завершается по диаграмме в точке m, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх, а кривошип коленчатого вала повернется от НМТ на угол 3 делают, как правило, двухтактными.

Используемая литература: "Судовые энергетические установки" В.А. Сизых

Читайте также: