Двухтактный дизельный двигатель - Two-stroke diesel engine

Nordberg двухтактный радиальный дизельный двигатель, ранее использовавшийся в насосная станция в Озеро Окичоби

А двухтактный дизельный двигатель это Дизельный двигатель который работает путем объединения четырех циклов: впуска, сжатия, сгорания и выпуска. два удара (один оборот) двигателя. Это было изобретено Хьюго Гюльднер [де ] в 1899 г.[1]

Все дизельные двигатели используют воспламенение от сжатия, процесс, при котором топливо впрыскивается после сжатия воздуха в камере сгорания, в результате чего топливо самовоспламеняться. Напротив, бензиновые двигатели использовать Цикл Отто, или в некоторых последних высокоэффективных двигателях Цикл Аткинсона, в котором топливо и воздух смешиваются перед входом в камеру сгорания, а затем воспламеняются от свеча зажигания.

История

По словам конструктора первого действующего дизельного двигателя, Имануэль Лаустер [де ], Дизель никогда не предполагал использовать двухтактный двигатель для дизельного двигателя. Считается, что Хьюго Гюльднер изобрел двухтактный дизельный двигатель. Он разработал первый действующий двухтактный дизельный двигатель в 1899 году и убедил его. МУЖЧИНА, Крупп и Дизель для финансирования строительства этого двигателя с ℳ По 10 000 штук.[2] Двигатель Гюльднера имел диаметр 175 мм. Работа цилиндр и продувочный цилиндр 185 мм; у обоих был ход 210 мм. Указанная выходная мощность составляла 12 л.с. (8826 Вт).[3] В феврале 1900 года этот двигатель впервые заработал своим ходом. Однако с его фактической выходной мощностью всего 6,95 л.с. (5112 Вт) и высоким расходом топлива 380 г · л.с.−1·час−1 (517 г · кВт−1·час−1), она не увенчалась успехом;[4] Проект двухтактного дизельного двигателя Гюльднера был заброшен в 1901 году.[5]

В 1908 году MAN Нюрнберг предложены поршневые двухтактные дизельные двигатели одностороннего действия для морского применения,[6] Первый поршневой двигатель двустороннего действия от MAN Nürnberg был изготовлен в 1912 году для электростанции.[7] В сотрудничестве с Blohm + Voss в Гамбург, MAN Nürnberg построил первый поршневой двухтактный двигатель двустороннего действия для морского применения в 1913/1914 году.[8] Во время Первой мировой войны компания MAN Nürnberg построила шестицилиндровый поршневой двухтактный дизельный двигатель двустороннего действия с номинальной мощностью 12400 л.с. (9120 кВт).[6] В 1919 году компания MAN перевела свой отдел двухтактных дизельных двигателей из Нюрнберга в Аугсбург.[9]

Чарльз Ф. Кеттеринг и коллеги, работающие в General Motors Research Corporation и дочерняя компания GM Winton Engine Corporation в течение 1930-х годов продвинули искусство и науку о технологии двухтактных дизельных двигателей, чтобы получить двигатели с гораздо более высокой удельная мощность и выходной диапазон, чем современный четырехтактный дизели. Первое мобильное применение двухтактных дизельных двигателей было связано с дизельными обтекаемыми моделями середины 1930-х годов, и продолжающиеся разработки привели к созданию улучшенных двухтактных дизелей для локомотив и морские применения в конце 1930-х годов. Эта работа заложила основу дизелизация железных дорог в 1940-1950-х гг.[10]

Два удара

В разрезе модель МУЖЧИНА Ч / Б двухтактный судовой дизельный двигатель с Шток поршня прикреплен к крейцкопф

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания механически проще, чем четырехтактные двигатели, но более сложный в термодинамический и аэродинамический процессы, согласно SAE определения. В двухтактном двигателе четыре «цикла» теории двигателя внутреннего сгорания (впуск, сжатие, зажигание, выпуск) происходят за один оборот, 360 механических градусов, тогда как в четырехтактном двигателе они происходят за два полных оборота, 720 механические градусы. В двухтактном двигателе в любой момент времени во время работы двигателя выполняется более одной функции.

  • Прием начинается, когда поршень находится рядом с нижняя мертвая точка. Воздух поступает в цилиндр сквозные отверстия в стенке цилиндра (нет впускные клапаны ). Все двухтактные дизельные двигатели требуют для работы искусственного всасывания и будут использовать либо механический привод. воздуходувка или турбокомпрессор заправить баллон воздухом. На ранней стадии всасывания заряд воздуха также используется для вытеснения любых оставшихся продуктов сгорания от предыдущего рабочего такта, процесс, называемый уборка мусора.
  • Когда поршень поднимается, всасываемый воздух сжимается. Вблизи верхней мертвой точки впрыскивается топливо, что приводит к сгоранию из-за чрезвычайно высокого давления заряда и тепла, создаваемого сжатием, которое перемещает поршень вниз. По мере того, как поршень движется вниз в цилиндре, он достигает точки, в которой выпускное отверстие открывается для удаления газов сгорания под высоким давлением. Однако в большинстве современных двухтактных дизельных двигателей используется верхняя установка. тарельчатые клапаны и непоточный уборка мусора. Продолжительное движение поршня вниз откроет отверстия для впуска воздуха в стенке цилиндра, и цикл начнется снова.

В большинстве EMD и GM (т.е. Детройт Дизель ) двухтактных двигателей, очень немногие параметры регулируются, а все остальные фиксируются механической конструкцией двигателей. Отверстия для продувки открыты от 45 градусов перед BDC до 45 градусов после BDC (этот параметр обязательно симметричен относительно BDC в двигателях с поршневыми портами). Остальные регулируемые параметры связаны с выпускным клапаном и синхронизацией впрыска (эти два параметра не обязательно симметричны относительно ВМТ или, если на то пошло, НМТ), они установлены для максимального выхлопа газов сгорания и максимального впуска наддувочного воздуха. Один распределительный вал управляет выпускными клапанами тарельчатого типа и Инжектор с использованием трех лепестков: двух лепестков для выпускных клапанов (либо два клапана на самых маленьких двигателях, либо четыре клапана на самом большом, и третий лепесток для насос-форсунки).

Специально для двухтактных двигателей EMD (567, 645, и 710 ):

  • Рабочий такт начинается в ВМТ ([0 °]; впрыск топлива в ВМТ на 4 ° [356 °], так что впрыск топлива будет завершен в ВМТ или очень скоро после этого;[нужна цитата ] топливо воспламеняется так же быстро, как и впрыск), после рабочего такта выпускные клапаны открываются, что значительно снижает давление и температуру газов сгорания и подготавливает цилиндр к продувке для рабочий ход продолжительность 103 °.
  • Очистка начинается на 32 ° позже, при НМТ – 45 ° [135 °], и заканчивается на НМТ + 45 ° [225 °] в течение уборка мусора продолжительность 90 градусов; задержка на 32 ° при открытии продувочных отверстий (ограничение длины рабочего хода) и задержка на 16 ° после закрытия продувочных отверстий (тем самым инициируя такт сжатия) максимизируют эффективность продувки, тем самым максимизируя выходную мощность двигателя при минимизации расход топлива двигателя.
  • К концу продувки все продукты сгорания вытесняются из цилиндра, и остается только «наддувочный воздух» (продувка может выполняться с помощью нагнетателей Рутса для впуска наддувочного воздуха при температуре немного выше температуры окружающей среды или собственного турбокомпрессора EMD, который действует как нагнетатель во время запуска и как турбонагнетатель при нормальных условиях эксплуатации, а также для подачи наддувочного воздуха при значительно превышающих температуру окружающей среды,[я] и какой турбонаддув обеспечивает 50-процентное увеличение максимальной номинальной мощности по сравнению с двигателями с роторным двигателем того же объема).
  • Такт сжатия начинается на 16 ° позже, при НМТ + 61 ° [241 °] для ход сжатия продолжительность 119 °.
  • В EFI -оборудованные двигатели, насос-форсунка с электронным управлением по-прежнему приводится в действие механически; количество топлива, подаваемого в насос-форсунку плунжерного типа, контролируется блоком управления двигателем (в локомотивах, блоком управления локомотивом), а не традиционным Woodward Регулятор PGE или аналогичный регулятор двигателя, как с обычными насос-форсунками.

Специально для двухтактных двигателей GM (6-71 ) и сопутствующие дорожные / внедорожные / морские двухтактные двигатели:

  • При этом используются те же основные соображения (двигатели GM / EMD 567 и GM / Detroit Diesel 6-71 были спроектированы и разработаны в одно и то же время и одной и той же командой инженеров и технических менеджеров).
  • В то время как некоторые двигатели EMD и Detroit Diesel используют турбонаддув, только такие двигатели EMD используют систему турбонаддува; в таких двигателях Detroit Diesel используется обычный турбокомпрессор, в некоторых случаях с промежуточным охлаждением, за которым следует обычный вентилятор Рутса, поскольку система турбокомпрессора была бы слишком дорогостоящей для этих очень дорогих и высококонкурентных приложений.

Известные производители

Brons двухтактный дизельный двигатель V8, приводящий в движение Heemaf генератор
  • Burmeister & Wain (часть MAN Дизель с 1980 г.), двойного действия дизели для морских силовых установок с 1930 г., также производимые судостроителями по лицензии
  • Детройт Дизель, однопоточный[11] двигатели для грузовых автомобилей и внедорожников, автобусов и стационарного оборудования
  • Doxford, оппозитные поршневые тихоходные судовые дизельные двигатели.
  • Электро-Дизель, однопоточные дизельные двигатели для судового, железнодорожного и стационарного применения
  • Фэрбенкс-Морс, оппозитный поршень дизельные двигатели для судового и стационарного применения. Увеличенная нелицензионная копия Юнкерс Юмо 205 авиационный двигатель.
  • Foden, Серия FD дизельных двигателей для грузовых автомобилей, морской и промышленной энергетики.
  • Юнкерс, патент от 1892 г., конструкция с оппозитным поршнем для стационарных, судовых и автомобильных двигателей (с одним коленчатым валом), позднее использование в самолетах с компоновкой с двумя коленчатыми валами (Junkers Jumo 205).
  • Серый морской, однопоточные дизельные двигатели для морского применения
  • MAN Дизель и Турбо, крейцкопфные дизельные двигатели для судовых двигателей
  • Mitsubishi Heavy Industries, крейцкопфные дизельные двигатели для судовых двигателей
  • Napier & Son, Napier Deltic и Напье Калверин Бесклапанные двухтактные дизельные двигатели с оппозитными поршнями и прямоточным наддувом. Начиная с лицензионного Юнкерс Юмо 205 производная.
  • Rootes Group, то Коммерческий TS3 двигатель для грузовиков
  • Wärtsilä, крейцкопф дизельные двигатели для морских силовых установок

Список используемой литературы

Процитированные работы

  • Слоан, Альфред П. (1964), Макдональд, Джон (редактор), Мои годы в General Motors, Гарден-Сити, Нью-Йорк, США: Doubleday, LCCN  64011306, OCLC  802024. Переиздан в 1990 г. с новым введением Питер Друкер (ISBN  978-0385042352).

дальнейшее чтение

Заметки

  1. ^ Мощность в лошадиных силах для двигателей без наддува (включая двухтактные двигатели с наддувом Рутса) обычно снижается на 2,5% на 1000 футов (300 м) над средним уровнем моря, что является огромным штрафом на высоте 10000 футов (3000 м) или выше, что несколько Железные дороги США и Канады работают, и это может привести к потере мощности до 25%. Турбонаддув эффективно устраняет это снижение характеристик

использованная литература

  1. ^ Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1984, ISBN  978-3-528-14889-8. п. 7
  2. ^ Фридрих Засс: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 - 1918, Шпрингер, Берлин / Гейдельберг 1962, ISBN  978-3-662-11843-6. п. 502
  3. ^ Фридрих Засс: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 - 1918, Шпрингер, Берлин / Гейдельберг 1962, ISBN  978-3-662-11843-6. п. 503
  4. ^ Фридрих Засс: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 - 1918, Шпрингер, Берлин / Гейдельберг 1962, ISBN  978-3-662-11843-6. п. 504
  5. ^ Фридрих Засс: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 - 1918, Шпрингер, Берлин / Гейдельберг 1962, ISBN  978-3-662-11843-6. п. 505
  6. ^ а б Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1984, ISBN  978-3-528-14889-8. п. 16
  7. ^ Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1984, ISBN  978-3-528-14889-8. п. 9
  8. ^ Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1984, ISBN  978-3-528-14889-8. п. 10
  9. ^ Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Springer-Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1984, ISBN  978-3-528-14889-8. п. 17
  10. ^ Слоан 1964, стр. 341–353.
  11. ^ MTU Inc, Двухтактные двигатели Detroit Diesel.