Дизель (двигатель)

Немецкий инженер Р. Дизель получил патент на это изобретение в 1892 и сумел заинтересовать им два ведущих завода Германии. Основная конструкция двигателя Дизеля получила оформление в результате многолетней работы конструкторов Аугсбургского машиностроительного завода и завода Круппа. К 1897 двигатель был изготовлен, испытан и поступил на рынок.

На основной плите монтируется А-образная станина, отлитая в одно целое с рубашками водяного охлаждения. Кривошипно-шатунный механизм выполнен без направляющих. Рабочую поверхность цилиндра представляет запрессованная в станину чугунная втулка, которая при нагревании во время работы свободно удлиняется вниз, вследствие чего температурные деформации перестают быть опасными.

Коленчатый вал расположен внизу и опирается на подшипники, нижняя часть которых отлита в одно целое с основной плитой.

На станине сбоку укреплен двухступенчатый компрессор, необходимый для снабжения двигателя сжатым воздухом для распыления топлива и для пуска его в ход. Движение поршню компрессора передается от шатуна с помощью двух серег через балансир и шатун компрессора.

Распределительный вал укреплен на станине на уровне крышки цилиндра и вращается с числом оборотов вдвое меньшим, чем коленчатый вал, с помощью двух пар винтовых шестерен. Для этого служит вертикальный промежуточный вал, на котором укрепляется регулятор.

Двигатель работает по четырехтактному циклу: при первом ходе поршня вниз засасывается чистый воздух, который при обратном ходе сжимается до 30-34 атм. За 8-9^о до верхней мертвой точки открывается игла для распыливающего воздуха, и поданное несколько раньше топливо вдувается в цилиндр, распыливается и воспламеняется от соприкосновения с горячим сжатым воздухом. Для этого компрессор делается двухступенчатым, чтобы давление сжатого в нем воздуха превышало максимальное давление газов в цилиндре двигателя.

При третьем такте происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания. Четвертый такт начинается с подъема поршня. За этот такт продукты сгорания выталкиваются поршнем через выпускные органы в атмосферу или к турбине нагнетателя. После этого процесс вновь начинается с первого такта.

Охлаждающая вода подводится внизу рубашки двигателя, затем через отверстие проходит в крышку цилиндра, откуда отводится через верхний фланец. В крышке цилиндра расположены впускной и выпускной клапаны. В крышке по оси цилиндра имеется форсунка для подачи топлива.

Мощность двигателя составляла 25 л. с., на керосине двигатель показал при испытании КПД в несколько раз выше, чем паровые машины того времени, а именно целых 26%.

Уже в 1897 патент на постройку нового двигателя был приобретен механическим заводом «Л. Нобель» в Петербурге, ставшим потом «Русским Дизелем», а в 1898 этот завод приступил к постройке дизелей. Уже в январе 1899 первый одноцилиндровый двигатель мощностью 20 л. с. при двухстах оборотах в минуту работал на сырой нефти с расходом 220 г / (л.с. в ч.).

Еще в 1898 выдающийся русский кораблестроитель К. П. Боклевский впервые выдвинул идею о целесообразности использования двигателей внутреннего сгорания на судах. Он считал: «Будущее принадлежит теплоходам». Именно в эти годы в русском языке появилось новое слово «теплоход».

Весной 1903 от причала Выборгской стороны в Петербурге отошел первый в мире теплоход — волжский танкер «Вандал» грузоподъемностью 820 тонн. В качестве главных двигателей на нем были установлены три трехцилиндровых четырехтактных дизеля мощностью по 120 л. с. каждый при частоте вращения 240 об/мин. Эти дизели вращали генераторы электрического тока. Три электродвигателя вращали три винта теплохода. Реверс осуществлялся переменой направления тока в обмотках электромоторов.

Второй танкер тех же размеров «Сармат» вступил в эксплуатацию годом позже, чем «Вандал». На новом теплоходе были установлены два четырехцилиндровых четырехтактных дизеля мощностью по 180 л. с. каждый. При прямом ходе дизели непосредственно вращали винты теплохода, а при обратном ходе двигатели переключались на вращение роторов генераторов электрического тока. При этом гребные винты при заднем ходу вращались электродвигателями. Это новшество, внесенное русскими инженерами, существенно повышало КПД всей силовой установки.

В 1907-1909 гг. заводы «Л. Нобель» и Коломенский совместно построили дизели для восьми амурских мониторов. На каждом мониторе было установлено по четыре дизеля общей мощностью 1000 л. с. при 350 об/мин, что обеспечивало скорость хода 11 узлов или 20, 4 км/ч.

На Коломенском заводе работал известный инженер-конструктор Р. А. Корейво, который предложил для реверса судовых дизелей передачу из зубчатых колес с разобщительными пневматическими муфтами.

По конструкции дизели подразделяются на двухтактные и четырехтактные. Рабочий цикл в двухтактном двигателе происходит за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Очистка цилиндра двигателя и наполнение его свежим зарядом воздуха происходит в тот период, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. При этом поршень открывает нижние окна, через которые в цилиндр поступает свежий заряд, а перед этим открывался выпускной клапан, и газы покидали цилиндр двигателя, освобождая место для свежего воздуха. При этой системе очистки цилиндра свежий воздух поднимается вверх и часть его может покинуть цилиндр. Такая прямоточная продувка цилиндра обеспечивает наилучшую очистку от продуктов сгорания. При движении поршня вверх закрывается сначала впускной клапан, а затем и продувочные окна. После этого начинается процесс сжатия воздуха. Около высшей мертвой точки форсункой подается топливо, которое воспламеняется от горячего воздуха, и начинается сгорание и расширение продуктов сгорания при ходе поршня вниз. В конце второго такта открываются выпускные органы и открываются впускные, и процесс повторяется. Недостатком этой системы является наличие двух коленчатых валов и, соответственно, двух узлов с самостоятельными кривошипно-шатунными механизмами. Другой вид продувки — петлевой — применяется в настоящее время реже, так как качество очистки цилиндра в этом случае хуже, чем у прямоточной. К недостаткам двухтактных дизелей следует отнести потерю части мощностина процессы очистки и наполнения цилиндра очередной порцией горючей смеси. Эта потеря составляет около 20 %.

Дальнейшая классификация дизелей связана с их мощностью и назначением. По этим признакам их можно разделить на три группы: мощностью 100-736 кВт с применением в самых разнообразных областях промышленности, строительства и транспорта, дизели мощностью 736-5000 кВт, применяемые для мощных магистральных тепловозов и, наконец, мощные тихоходные двигатели морских теплоходов, когда количество кВт изменяется в пределах от 6000 до 25000.

Автор: П.А. Шелест