Статья сия не будет иметь даже намека на наукообразность, я просто хочу рассказать о... дизеле. Просто раз зацепили тему, наверное, стоило бы дать хотя бы минимум информации в простой, понятной форме по истории двигателя
Ну, казалось бы, дизель, он и в Гренландии дизель (токмо там его труднее запустить), и отчего ж мы в предыдущей статье написали о том, что, мол, старые двигатели, которые выпускал ( завод Нобеля ) "Русский дизель" уже не отвечали требованиям времени?
Причин много, менялось многое (кое-что меняется даже сейчас), техника, это не "муха в янтаре", техника не стоит на месте.
Вот об отдельных любопытных аспектах истории дизеля мы сегодня поговорим. Скучно? Ну, как сказать... современная история достаточно тесно связана со многими отраслями знания, в том числе и с техникой. И, иногда, чтобы понять, что же произошло, приходится лезть в технические дебри. Не все мы академии заканчивали, но общее понимание для статей должно быть. Итак...
Калоризаторный двигатель
Это не совсем дизель (точнее совсем не дизель), но это его предок, хотя, многочисленные статьи про наши "болиндеры" обзывают его таковым.
Ну, да, у нас строились десантные боты с нефтяным двигателем шведской фирмы "Bolinder", которые иногда обзывали "дизелем", но...
Степень сжатия у подобных двигателей гораздо ниже, чем у дизельных — не более 8. К тому же топливо, в отличие от дизельного двигателя, поступает не в конце такта сжатия, а во время впуска, что позволяет применять топливный насос более простой конструкции, рассчитанный на сравнительно небольшое давление (обычно не более 30…40 атм).
Калоризаторный двигатель может быть хоть двухтактным, хоть четырёхтактным, но большинство из них были двухтактными с кривошипно-камерной продувкой, что упрощало конструкцию и эксплуатацию — так, направление вращения двигателя задавалось направлением при пуске.
Основной особенностью данного типа двигателей является калильная головка (калоризатор), закрытая теплоизоляционным кожухом. Перед запуском двигателя калоризатор должен быть нагрет (извне) до высокой температуры любым доступным способом, например, при помощи паяльной лампы, факела, или (ну, в общем, любым, способом).
При работе двигателя в ходе такта впуска в калильную головку через форсунку подаётся топливо (обычно в момент прохождения поршнем нижней мёртвой точки), где сразу же испаряется, однако не воспламеняется, так как калильная головка в момент срабатывания форсунки заполнена отработавшими газами и в ней недостаточно кислорода для поддержания горения топлива. Лишь незадолго до того, как поршень придёт в верхнюю мёртвую точку, в головку из цилиндра поступает богатый кислородом сжатый поршнем свежий воздух, в результате чего пары топлива воспламеняются. Первые калоризаторные двигатели выпускались с 1891 года в Англии фирмой Richard Hornsby & Sons. Авторство на эти двигатели принадлежит англичанину Герберту Акройду Стюарту, заключившему в 1891 году эксклюзивный контракт на их производство с вышеупомянутой фирмой. Эти двигатели получили известность, как "нефтяные двигатели Хорнсби-Акройда" (Hornsby-Akroyd engine) . С 1891 по 1905 год фирмой было выпущено более 32 000 двигателей. Но, это все-таки не дизель, ну, в крайнем случае, полу-дизель. Но это вариант не совсем для нас (если не считать маленьких понтонов, тракторов и.т.д.). Но есть несомненные достоинства. Какие?
-простота конструкции, надёжность, нетребовательность к уходу;
-возможность работы на разных видах топлива (вплоть до отработанного моторного масла) без перенастройки.
Более того, двухтактные нефтяные двигатели могут работать при любом направлении вращения маховика, для реверсирования необходимо плавно снижать обороты до тех пор, пока очередная вспышка топлива не произойдёт раньше, чем поршень подойдёт достаточно близко к верхней мёртвой точке, после чего маховик останавливается и начинает вращение в обратную сторону. Все это прекрасно, но и у этого двигателя есть недостатки:
- необходимость прогрева калильной головки до температуры 300—350 °C перед запуском, что занимало 10….15 минут при использовании открытого огня, или 1…2 минуты с электрической спиралью;
-низкий КПД за счёт плохой продувки калоризатора свежим воздухом и низкой степени сжатия;
-двигатель данной конструкции развивает максимальную мощность на более низких оборотах, чем традиционные дизельные двигатели, отсюда — сильные вибрации и малая удельная мощность. К тому же двигатель требует очень массивного маховика. Вместе с тем низкая скорость вращения в определенных областях техники может быть и достоинством, например, при применении двигателя в качестве судового;
-высокая температура калильной головки поддерживается за счёт вспышек топлива в цилиндрах, поэтому данный тип двигателя не может работать длительное время без дополнительного подогрева при малой нагрузке и на холостых оборотах. При длительной работе на высоких нагрузках калильная головка может перегреваться, из-за чего увеличивается угол опережения зажигания, что приводит к снижению мощности и увеличению нагрузки на детали двигателя.
Ладно, идем к обычному дизелю.
Двигатель Дизеля на угодной пыли.
Самое интересное, что двигатель имени Рудольфа Дизеля, изначально, работал не на дизельном топливе (пардон за каламбур, я тут не виноват). Двигатель Р.Дизеля, изначально, должен был вообще работать на отходах угольного производства - угольной пыли, и топливная система система разрабатывалась применительно именно к этому топливу.
Для подачи угольной пыли в цилиндры Дизелем была сконструирована воздушная система, в которой топливо вдувалось в камеру сгорания струей предварительно сжатого воздуха. Для этого двигатель имел навешенный воздушный компрессор.
Двигатель работал, но очень нестабильно, и недолго. Была масса проблем связанных, в первую очередь, с дозированием и подачей угольной пыли в рабочие цилиндры, а так же с удалением твердых продуктов сгорания. Мучения с угольной пылью продолжались 3 года, пока Р.Дизель не решил сменить топливо, взяв в качестве топлива осветительный керосин.
Компрессорная система подачи топлива.
Принцип остался тем же: навешенный компрессор подавал сжатый воздух в ресивер, оттуда воздух подавался на устройство (похожее на пульверизатор), создававшее керосино-воздушную смесь. Смесь подавалась в цилиндры...
Потом эту систему немного модернизировали. Преимуществом этой системы была относительная простота конструкции и отсутствие высоких требований к точности изготовления основных элементов. Недостаток — наличие громоздкого воздушного компрессора, который потреблял 10...15% от мощности самого двигателя.
Многие конструктора потом бились над совершенствованием компрессорной системы с целью сокращения ее габаритов и улучшения качества распыливания топлива. Делались попытки использования для распыливания топлива водяного пара, получаемого за счет утилизации теплоты отработавших газов, а также использовались и другие конструктивные решения, однако существенного прогресса в этом направлении достигнуто не было.
Двигатель Тринклера.
Летом 1898 года при переходе на V курс института Тринклер завершил работу над проектом и был принят на Путиловский завод, где очень быстро начал строить первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», который он назвал «Тринклер-мотором». В течение 1898 года двигатель был построен, и в 1900 году начались его испытания. Результаты испытания «Тринклер-мотора», спроектированного, построенного и испытанного молодым русским инженером вызвали восхищение специалистов достигнутым блестящим результатом (КПД равен 29 %). И хотя в разработанном им двигателе топливо подавалось в камеру сгорания с помощью воздушной форсунки, двигатель обходился без компрессора. Воздух для питания форсунки отбирался из цилиндра на такте сжатия и дожимался до более высокого давления специальным поршневым устройством, которое приводилось в действие от распределительного вала.
Все было до поры прекрасно, но, как говорят японцы "бьют всегда по торчащему гвоздю". Весной 1902 года новый директор Путиловского завода С. И. Смирнов категорически потребовал прекращения работ по новому двигателю. Почему? Да потому, что новый двигатель (который был экономичнее и мощнее) создавал конкуренцию компрессорным двигателям Эммануила Нобеля, который уже купил патент на двигатель Рудольфа Дизеля и после целого комплекса работ по усовершенствованию конструкции наладил их серийное производство на принадлежавшем ему механическом заводе «Людвиг Нобель» (потом завод «Русский дизель») в Санкт-Петербурге. Случилась "недобросовестная конкуренция", и на время зло победило. Г. В. Тринклер уезжает строить свои двигатели на завод «Братьев Кертинг» в Ганновере (Германия), где и работает до середины 1907 года главным конструктором. "Нет пророка в родном Отечестве"
Бесспорные преимущества «Тринклер-мотора», опробованного и освоенного за рубежом, привлекли, наконец, внимание отечественных промышленников. С июня 1907 года Г. В. Тринклер работает начальником отдела тепловых двигателей на Сормовском судостроительном заводе, куда он был приглашен в качестве одного из ведущих специалистов по тепловым двигателям мирового энергомашиностроения.
Бескомпрессорный способ (но еще не ТНВД)
В 1913 г. фирма Vickers разработала аккумуляторную топливную систему, в которой многоплунжерный насос нагнетал топливо в объемный аккумулятор под давлением 35 МПа. Оттуда топливо распределялось по цилиндрам и впрыскивалось механическими форсунками. Позже подобную систему на своих малооборотных двигателях использовала английская фирма Doxford. В современной литературе подобные системы впрыска топлива получили название Common Rail и все более широко внедряются на транспортных дизелях. В сочетании с возможностью управления процессом топливоподачи с помощью контроллеров на основе микропроцессорной техники использование системы Common Rail значительно расширяет возможности современных дизелей.
Для управления процессами топливоподачи в судовых дизелях с системами Common Rail широко используется электромагнитный привод управляющих клапанов, или золотников. Следует отметить, что идея управления процессом впрыска с помощью электромагнитного соленоида впервые была высказана американским инженером Томасом Гаффом (Thomas Gaff), который получил на эту идею патент США № 1 059 604 в 1913 г. Но... (это еще не современные дизеля)
