Дизель (далее по тексту «Д.») — это двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия. Воспламенение в цилиндре Д. происходит при впрыске топлива в воздух, нагретый до высокой температуры в результате сжатия поршнем. Дизель назван по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, построившего в 1897 году первый двигатель с воспламенением от сжатия.
Д. работает на топливе, которое значительно дешевле бензина. Существуют также газовые двигатели, работающие по циклу Д. (Газодизель ). Д. относятся к наиболее экономичным тепловым двигателям. Удельный расход топлива лучших дизелей составляет около 190 г/(квт·ч) [140 г/(л. с.·ч)], а для большинства типов Д. не превышает 270 г/(квт·ч) [200 г/(л. с.·ч)] на номинальной мощности. Такие расходы топлива соответствуют кпд 31 — 44% (кпд карбюраторных ДВС обычно 25 — 30%). Частота вращения вала Д. обычно 100 — 3000 об/мин и лишь в отдельных случаях достигает 4000 — 4500 об/мин.
Увеличение частоты вращения дизельного двигателя ограничивается временем, необходимым для смесеобразования и сгорания топлива. В Д. не возникает детонации, поэтому диаметры цилиндров практически не ограничены и в судовых дизелях достигают 1 метра; мощность в одном агрегате превышает 30000 квт (40 000 л. с.). Удельная масса на единицу мощности у Д. от 3 до 80 кг/квт (от 2 до 60 кг/л. с.). Срок службы Д. — от 5 до 80 тысяч часов.
Д. различают по конструкции камер сгорания. В Д. с неразделённой камерой в процессе смесеобразования топливо равномерно распределяется по камере сгорания за счёт большого числа струй. В вихрекамерных Д. поток воздуха закручивается при вытеснении его в вихревую камеру в процессе сжатия, а топливо впрыскивается в быстро вращающийся вихрь. В предкамерных дизелях смесеобразование осуществляется вследствие поступления воздуха и топлива из предкамеры в основную камеру, вызванного начавшимся сгоранием и повышением давления в предкамере. Для конструкции «камера в поршне» характерно плёночное смесеобразование, когда топливо подаётся на стенку камеры, а его пары захватываются вихрем воздуха и хорошо перемешиваются.
Дизель 1Д12-4
Конструкции дизельных двигателей
Конструкции Д. многообразны. Так, в СССР[en] на маневровых тепловозах и судах применялись V-образные 12-цилиндровые Д. с водяным охлаждением и газотурбинным наддувом. В качестве основных тепловозных двигателей используются вертикальные рядные 2-тактные Д. с прямоточной продувкой. Наибольших размеров достигают судовые тихоходные Д.: например, 2-тактный рядный с клапанно-щелевой продувкой фирмы «Бурмейстер ог Вайн» (Дания) имеет диаметр цилиндра 840 мм, ход поршня 1800 мм, массу 885 т, высоту 12,1 м. Судовые Д. часто делают крейцкопфного типа (Крейцкопфный двигатель).
Д. иногда выполняют без коленчатых валов. Реже применяют W-образные и Х-образные Д., т. е. вместо 2 блоков цилиндров, как у V-образного, эти дизельные моторы имеют 3 или 4 блока, а также Д. звёздообразные с расположением цилиндров лучами и даже многозвёздные (блоки звёзд) до 42 цилиндров и более.
Область применения дизелей
Область применения Д. обширна. Наибольшие объёмы применения приходятся на тракторостроение, ежегодно возрастает применение Д. в автомобилестроении. В СССР около 50% локомотивов железнодорожного транспорта составляли тепловозы, т. е. локомотивы с Д., в США[en] большинство локомотивов — тепловозы. В речном флоте теплоходы с Д. и дизельэлектроходы вытеснили пароходы.
Дизелями оборудуют самоходную военную технику (танки и ракетные установки). Широко применяют Д. в качестве передвижных и стационарных энергетических установок в районах, удалённых от линий электропередач (Дизельная электростанция ). Совершенствование Д. осуществляется путём повышения удельной мощности, частоты вращения, надёжности и долговечности, расширения ассортимента применяемых топлив (многотопливные двигатели). (Д. Н. Вырубов, В. П. Алексеев)
Дизель электростанция
Об изобретателе
Рудольф Кристиан Карл Дизель (18 марта 1858, Париж — 29 сентября 1913, пролив Ламанш) — немецкий инженер и изобретатель, создатель дизельного двигателя (1897). 27 февраля 1892 года Дизель подал заявку на получение патента на «новый рациональный тепловой двигатель», который и получил в императорском патентном бюро в Берлине 23 февраля 1893 под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу» (зарегистрирован 28 февраля 1892). Второй патент с модифицированным циклом Карно был зарегистрирован 29 ноября 1893.
28 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент под названием «Рабочий процесс и способ выполнения одноцилиндрового и многоцилиндрового двигателей». Именно эту дату считают днем рождения дизельных двигателей, которые мы все сегодня называем для краткости просто дизелем.
1 января 1898 Дизель открыл собственный завод по производству дизельных двигателей. Многочисленные патентные процессы подорвали здоровье[en] изобретателя. Он лечился в санатории Нойвиттельсбах (Мюнхен). Финансовое состояние его дел также было неудовлетворительным — Дизель не был хорошим бизнесменом. А финансовый кризис 1913 г. привёл к его полному банкротству.
Самым первым топливом в дизельном моторе оказалась угольная пыль, которая не принесла успехов и чуть ли не лишила Рудольфа жизни[en], поскольку такой двигатель, немного поработав, взорвался. Впоследствии он стал использовать керосин, позволивший достичь желаемого успеха.
Семнадцать лет упорного труда понадобилось изобретателю для достижения успеха. КПД двигателя был около 30% (паровые агрегаты того времени имели кпд всего 18%). Одним из первых предприятий выпускающих дизели был Аугсбургский завод, прародитель фирмы MAN. Первый российский[en] дизельный двигатель был создан в ноябре 1899 года Санкт-Петербургским заводом «Людвиг Нобель».
29 сентября 1913 Рудольф отправился из Антверпена на борту парохода «Дрезден» в Лондон на открытие нового завода британской компании Consolidated Diesel Manufacturing Co, которая производила двигатели его конструкции. Но в журнале регистрации парохода пассажира по фамилии «Дизель» зарегистрировано не было. Рудольф, казалось, был в хорошем настроении, но, после того, как вечером отправился в свою каюту, его больше никто не видел (наутро каюта Дизеля была обнаружена пустой, а на палубе нашли лишь его плащ и шляпу). На следующий день бельгийские рыбаки выловили в море тело хорошо одетого мужчины. Из-за начавшейся бури они не смогли доставить утопленника в порт, и сбросили тело в море, предварительно сняв с него перстни. Сын Рудольфа Дизеля опознал кольца как принадлежащие его отцу. Выдвигались версии о самоубийстве или убийстве Дизеля. В конце Первой мировой войны[en] один немецкий военнопленный заявил, что это он по заданию немецкой разведки сбросил Р. Дизеля в море, чтобы помешать его переговорам с Британским адмиралтейством. Точные обстоятельства смерти[en] так и не были выяснены.
Подробнее о дизелях читайте[en] в литературе:
- Дизели. Справочник, под ред. В. А. Ваншейдта, М. — Л., 1964;
- Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, 2 изд., Москва, 1970;
- Ricardo Н. R., The heigh-speed internal-combustion engine, L., 1955.