Дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания, который использует сжатие для воспламенения дизельного топлива. В бензиновых двигателях используется цикл Отто, в котором топливо и воздух обычно смешиваются перед входом в камеру сгорания и воспламеняются свечой зажигания, что делает воспламенение от сжатия нежелательным так как произойдет детонация. Двигатель работает по дизельному циклу, названному в честь немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который изобрел его в 1892 году на основе двигателя с горячей лампой и на который он получил патент 23 февраля 1893 года.
Дизель предназначен для использования в двигателе различных видов топлива, включая угольную пыль и арахисовое масло. Он продемонстрировал это на Всемирной выставке 1900 года , используя арахисовое масло.
Как работают дизельные двигатели
Сжатие любого газа повышает его температуру — метод воспламенения топлива в дизельных двигателях. Воздух втягивается в цилиндры и сжимается поршнями при степени сжатия 25: 1, что намного выше, чем в двигателях с искровым зажиганием. Почти в конце такта сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания через инжектор (или распылитель). Топливо воспламеняется от контакта с воздухом, который из-за сжатия был нагрет до температуры примерно 700–900 градусов по Цельсию ( ° C ) (1300–1650 по Фаренгейту ( ° F).)). Возникающее в результате сгорание вызывает повышенное нагревание и расширение в цилиндре, что увеличивает давление и перемещает поршень вниз. Шатун передает это движение на коленчатый вал, чтобы преобразовать линейное движение во вращательное для использования в качестве мощности в различных приложениях. Впуск воздуха в двигатель обычно регулируется механическими клапанами в головке блока цилиндров. Для увеличения выходной мощности большинство современных дизельных двигателей оснащаются турбонагнетателем, а в некоторых модификациях — нагнетателем для увеличения объема всасываемого воздуха. Использование промежуточного охладителя / промежуточного охладителя для охлаждения всасываемого воздуха, который был сжат и, таким образом, нагрет турбонагнетателем, увеличивает плотность воздуха и обычно приводит к повышению мощности и эффективности.
В холодную погоду дизельные двигатели могут трудно запускаться, потому что холодный металл блока цилиндров и головки отводит тепло, создаваемое в цилиндре во время такта сжатия, тем самым предотвращая воспламенение. В некоторых дизельных двигателях внутри цилиндра используются небольшие электрические нагреватели, называемые свечами накаливания, которые помогают воспламенить топливо при запуске. Некоторые даже используют резистивные сеточные нагреватели во впускном коллекторе для подогрева поступающего воздуха до тех пор, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Подогреватели блока двигателя (электрические резистивные нагреватели в блоке двигателя), подключенные к электросети, часто используются при выключении двигателя на длительные периоды (более часа) в холодную погоду, чтобы сократить время запуска и износ двигателя. Дизельное топливо также склонно к «парафинизированию» в холодную погоду — термин, обозначающий отверждение дизельного топлива до кристаллического состояния. Кристаллы накапливаются в топливе (особенно в топливных фильтрах), что в конечном итоге приводит к нехватке топлива в двигателе. Для решения этой проблемы используются маломощные электронагреватели в топливных баках и вокруг топливопроводов. Кроме того, большинство двигателей имеют систему «возврата топлива», с помощью которой любое излишнее топливо из инжекторного насоса и форсунок возвращается в топливный бак. После прогрева двигателя возврат теплого топлива предотвращает образование парафина в баке. В последнее время топливные технологии улучшились, так что благодаря специальным присадкам парафинизация больше не происходит во всех странах, кроме самых холодных. в результате чего избыток топлива из инжекторного насоса и форсунок возвращается в топливный бак.
Хронология ранней истории дизельного двигателя:
• 1862: Николаус Отто разрабатывает свой угольный газовый двигатель, похожий на современный бензиновый двигатель.
• 1891: Герберт Акройд Стюарт из Блетчли доводит до совершенства свой нефтяной двигатель и сдает права на производство двигателей Хорнсби из Англии. Строят первые двигатели с холодным запуском и воспламенением от сжатия.
• 1892: Двигатель Хорнсби № 101 построен и установлен на водопроводной станции. Сейчас он находится в музее грузовиков MAN в Северной Англии.
• 1892: Рудольф Дизель разрабатывает двигатель типа теплового двигателя Карно, сжигающий угольную пыль. Его нанял гений холодильной техники Карл фон Линде, затем мюнхенский производитель чугуна MAN AG, а затем швейцарский производитель двигателей Sulzer. Он заимствует у них идеи и оставляет в наследство всем фирмам.
• 1892: Джон Фройлих строит свой первый сельскохозяйственный трактор с масляным двигателем.
• 1894: Витте, Рид и Фэрбенкс начинают создавать масляные двигатели с различными системами зажигания.
• 1896: Хорнсби строит дизельные тракторы и железнодорожные двигатели.
• 1897: Винтон производит и водит первый построенный в США газовый автомобиль; Позже он строит дизельные заводы.
• 1897: Миррлис, Ватсон и Ярян создают первый британский дизельный двигатель по лицензии Рудольфа Дизеля. Сейчас это выставлено в Музее науки в Южном Кенсингтоне, Лондон.
• 1898: Буш устанавливает двигатель типа Рудольфа Дизеля на своей пивоварне в Сент-Луисе. Это первый в США. Рудольф Дизель совершенствует свой двигатель с компрессионным пуском, патентует и лицензирует его. Этот двигатель, изображенный выше, находится в немецком музее.
• 1899: Дизель передает лицензию на свой двигатель машиностроителям Burmeister & Wain, Krupp и Sulzer, которые становятся известными машиностроителями.
• 1902: Ф. Рундлоф изобретает двухтактный картерный двигатель с продувкой горячей лампы.
• 1902: Компания под названием Forest City начала производство дизельных генераторов.
• 1903: Корабль Gjoa пересекает ледяной Северо-Западный проход с помощью керосинового двигателя Dan.
• 1904: Французы строят первую дизельную подводную лодку Z.
• 1908: Bolinder-Munktell начинает производство двухтактных двигателей с горячей лампой.
• 1912: Построен первый дизельный корабль MS Selandia. SS Fram, флагманский корабль полярного исследователя Амундсена, переоборудован на дизель AB Atlas.
• 1913: Фэрбенкс Морс начинает производство полудизельного двигателя модели Y. Подводные лодки ВМС США используют агрегаты NELSECO.
• 1914: немецкие подводные лодки оснащены дизелями MAN. Военная служба доказывает надежность двигателя.
• 1920-е годы: рыболовный флот переходит на нефтяные двигатели. Появляются дизели Atlas-Imperial of Oakland, Union и Lister.
• 1924: Появляются первые дизельные грузовики.
• 1928: Канадские национальные железные дороги используют маневровый дизель на своих верфях.
• 1930-е годы: Клесси Камминс начинает с голландских дизельных двигателей, а затем строит свои собственные грузовики и роскошный автомобиль Duesenberg на автодроме Дейтона.
• 1930-е годы: Caterpillar начинает производство дизелей для своих тракторов.
• 1933: Citroen представляет Rosalie, легковой автомобиль с первым в мире коммерчески доступным дизельным двигателем, разработанным вместе с Гарри Рикардо.
• 1934: General Motors открывает исследовательский центр GM по дизельному топливу. Он производит дизельные железнодорожные двигатели — Pioneer Zephyr — и создает подразделение General Motors Electro-Motive, которое становится важным производителем двигателей для десантных кораблей и танков во время Второй мировой войны. Затем GM применяет эти знания для контроля над рынком, создавая свои знаменитые двигателя для автобусов и железнодорожных двигателей.
• 1936: Mercedes-Benz строит дизельный автомобиль 260D. ATSF торжественно открывает дизельный поезд Super Chief.
• 1936: дирижабль «Гинденбург» приводится в движение дизельными двигателями.