Motor diesel

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "Diesel" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Diesel (dezambiguizare) .

Motorul diesel, brevetat in 1892 de Rudolf Diesel , este un tip de alternativă motor cu ardere internă , alimentat cu motorină , care utilizează principiul compresiei pentru a obține aprinderea combustibilului și nu acțiunea bujiile utilizate în schimb. Dintr - o pozitiv motor cu aprindere .

Brevetul depus de Rudolf Diesel

Istorie

Motorul diesel a fost utilizat inițial pentru vehiculele de lucru, apoi extins la vehiculele industriale și, în cele din urmă, în mileniul trei, cu evoluția sa continuă, domină din ce în ce mai mult piața automobilelor. [ fără sursă ]

Istorie

  • 1892: la 23 februarie Rudolf Diesel a depus brevetul nr. 67207 la Berlin
  • 1893: Diesel publică eseul „Teoria și construcția unui motor termic rațional, destinat să suplinească motorul cu aburi și alte motoare cu ardere cunoscute până acum”
  • 1897: în Augusta Diesel construiește primul prototip de lucru
  • 1898: elvețianul Sulzer Maschinenfabrik, pentru care Diesel lucrase în 1879, își construiește primul motor sub licență [1] , la fel ca și Deutz-ul german, care însă va începe producția în serie numai după expirarea brevetului în 1907 [2]
  • 1900: Diesel își prezintă motorul, alimentat cu ulei de arahide, la Expoziția Mondială de la Paris
  • 1902: MAN ( Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG ) începe producția de motoare staționare pentru centrala de la Kiev , unele dintre aceste motoare au rămas în funcțiune până în 1955 [3]
  • 1903: prima aplicare pe o barcă, barca franceză „Petit Pierre”, care operează în canalul Marne - Rin [4]
  • 1904: Aigrette franceză este primul submarin care folosește un motor diesel pentru navigația de suprafață și electric subacvatic [5]
  • 1909: inginerul german de origine libaneză Prosper L'Orange , sub Benz & Cie. , Brevetează camera de ardere (DPR 230517 din 14 martie 1909)
  • 1910: un motor diesel auxiliar este instalat pe vela Fram folosită pentru expediția Amundsen din Antarctica [6] [7]
  • 1910: se lansează vagonul italian MN Romagna cu motor Sulzer, scufundat în 1911, și petrolierul olandez „Vulcanus” cu motor Werkspoor , care a rămas în funcțiune până în 1932,
  • 1911: se lansează MS Selandia , este cea mai mare navă transoceanică echipată cu un motor diesel până în prezent, călătoria inițială din 1912 are rezonanță mondială
  • 1912: primul tren diesel este construit în Germania [8]
  • 1913: A murit Rudolf Diesel, care a dispărut pe mare în timpul traversării Canalului Mânecii, în circumstanțe care nu au fost niciodată clarificate
  • 1914: Junkers construiește primul prototip al unui motor diesel aeronautic, Mo3 cu 4 cilindri [9]
  • 1928: Primul zbor al unei aeronave cu motor diesel în Michigan , „Detroiter” Stinson SM-1DX cu motor Packard DR-980 [10]
  • 1931: avionul "Pacemaker" Bellanca CH-300 cu motor Packard DR-980 cucerește recordul în zbor fără realimentare în 84 de ore și 32 de minute, recordul va rămâne neînvins timp de 55 de ani de orice tip de aeronavă [11]
  • Februarie 1936: este prezentat Mercedes Benz 260 D , prima mașină produsă în serie cu motor Diesel [12]
  • Octombrie 1936: Citroën instalează un motor Diesel de 1767cc proiectat de englezul Harry Ricardo într-o autoutilitară derivată din modelul Rosalie . Deși nu a intrat niciodată în serie reală, a fost primul vehicul ușor echipat cu un motor Diesel [13]

Evoluția tehnică

Prima mașină de producție propulsată de un motor diesel a fost Mercedes-Benz 260D din 1936. Motorul diesel era cunoscut de multă vreme, pentru că a fost aplicat pe scară largă în marină în instalații fixe chiar înainte de războiul din 1914-18, și din 1927 pe camioane și autobuze .

În prima fază a fost prevăzut (deoarece compresia motorului era limitată) pentru a preîncălzi combustibilul astfel încât combustibilul preîncălzit să se aprindă suficient chiar și cu aer relativ rece. Sistemul de preîncălzire s-a dovedit a fi destul de complex și nesigur și, în plus, este legat excesiv de temperatura externă. Prin urmare, atenția a fost concentrată asupra dezvoltării sistemelor capabile să obțină aceleași condiții de încălzire într-un mod superabundant și, prin urmare, sigur în mod direct prin compresia preventivă a aerului. Arderea este precedată de vaporizarea și aprinderea combustibilului scufundat în aer roșu.

Încălzirea aerului se obține prin creșterea compresiei sale, reducând volumul (adică dimensiunile) camerei de ardere, astfel încât spațiul rămas în aer în cursa finală superioară să fie cât mai mic posibil și, de asemenea, cu adoptarea a motoarelor „subcotate”, adică în cazul în care pistoanele au avut o cursă mai lungă decât alezajul. Munca de compresie ridicată (dublă în comparație cu motoarele pe benzină) a făcut ca funcționarea motorului să fie mai „dură” și a amortizat violent rotația acestuia. Atunci a fost necesar, în aerul mai comprimat, să se injecteze amestecul. De-a lungul timpului, diferiții producători de motoare au creat sisteme diferite.

Primul rezultat substanțial al creșterii flăcării de ardere suficient de eficiente și stabile (cu progres uniform) a fost obținut de producătorul american de motoare Continental, care studia modul de utilizare a motorului diesel pe avioane. Sistemul a constat în crearea unei cavități în cap în care aerul a fost forțat, iar în acel spațiu a avut loc o mai bună amestecare a combustibilului și a aerului, a fost adăpostit și o bujie incandescentă pentru a ajuta la combustie. Sistemul a fost apoi folosit mai ales de Caterpillar , pentru munca sa și vehiculele militare.

Caterpillar, care produce în principal motoare mari, pentru a avea o combustie din ce în ce mai regulată, a avut ideea de a crește numărul de injectoare (până la trei) și, prin urmare, punctele de aprindere, pentru a standardiza procesul de ardere. Necesitatea de a lăsa un spațiu adecvat de inițiere a amestecului și arderii pentru fiecare injector a redus raportul de compresie. În anii optzeci , compania germană Volkswagen a folosit metoda de injectare a motorinei în compartimentul chiulasei folosind compresoare de înaltă presiune.

În anii nouăzeci, s-a propus eliminarea pre-camerelor și a compartimentelor pentru cap, creând în schimb un compartiment pe capul pistonului. Au fost apoi utilizate pompe rotative de injecție de înaltă presiune Bosch , cuplate cu injectoare multi-jet. Înainte de FIAT , motoarele Perkins, folosind sisteme de dinamică fluidă echilibrată în interiorul camerei de ardere, au reușit să obțină un sistem de ardere mai satisfăcător la viteze diferite, fără a complica sistemul cu dispozitive electronice.

Cu toate acestea, pompele rotative de injecție au prezentat problema unei presiuni de injecție neconstante, deoarece acestea erau legate de turația motorului în sine. Această inconstanță a redus eficiența și a crescut poluanții datorită arderii incomplete. Acest lucru a dus la o idee simplă și foarte eficientă: să depoziteze cumva motorina deja sub presiune într-un „rezervor” care a constituit o acumulare de combustibil comprimat, obținându-se pentru prima dată conceptul de „presiune” care să fie eliberat de cel de „ curgere".

Magneti Marelli a brevetat în 1988 un sistem numit Unijet, în esență o țeavă (numită „flaut”) comun tuturor cilindrilor motorului, în interiorul căruia motorina era menținută la presiune constantă (și foarte mare) și care alimenta injectoarele. Astfel s-a născut common rail (inventat de Mario Ricco în centrul de cercetare Fiat și apoi industrializat și produs după 1994 de Bosch ) care în evoluțiile sale ulterioare a făcut posibilă reducerea progresivă a deplasărilor, grație unui management perfect al fenomenelor de ardere, posibil în trecutul numai la motoarele cu deplasări mari ale unității.

Bosch a putut, de asemenea, să dezvolte evoluțiile ulterioare ale acestui sistem, făcându-l mereu competitiv pe piață. Aproape simultan, compania germană Volkswagen, în 2000 , a dezvoltat un sistem de injecție directă numit injector de pompă (PDE), reducând ceea ce era la acea vreme un sistem care avea un mare succes pe motoarele diesel cu cilindree mare utilizate pe tractoarele pentru autovehicule ( MAN și Mach care echipează tractoarele grupului Renault ). Acest sistem are avantajul de a oferi presiuni de injecție foarte mari (peste 2000 de bari ), chiar și la viteze foarte mici, permițând o atomizare excelentă a motorinei, totul în avantajul unei combustii uniforme. Cel mai mare dezavantaj a apărut curând și a fost inerent în designul motorului în sine. În timp ce sistemul common rail era direct aplicabil tuturor motoarelor diesel preexistente fără a fi nevoie să fie supuse unei reproiectări, sistemul injector-pompă a necesitat o modificare de proiectare pentru capetele motorului, pentru a le permite să găzduiască injectoarele-pompă relativ mari. trebuia să fie acționat individual mecanic de arbori cu motor sau de came.

Evoluția finală a Common-Rail este sistemul cu injecții multiple (sau „stratificat”), printre care sunt deosebit de renumite Volkswagen TDI și multi jet , inventate și brevetate de FIAT, care constă pur și simplu dintr-un rail comun normal. funcționarea este împărțită în multe injecții mici, care pot varia ca număr în funcție de condițiile de nevoie (de la 2 la 9 injecții pe ciclu).

Multi-injecțiile sunt făcute necesare prin faptul că motorina are o putere calorică ridicată. Acest fenomen a făcut ca motorul diesel să fie un pic morocănos și zgomotos până acum (clasicul TAC), care împarte totuși cantitatea de motorină necesară în doze tot mai mici injectate la presiuni ridicate, făcând combustia cât mai rotundă posibil. Fazele pot fi împărțite în:

  1. pre- injecție: se injectează o cantitate mică de motorină care acționează ca o flacără pilot pentru arderea efectivă.
  2. injectare : se dezvoltă în diferite etape succesive, cu cât sunt mai multe, cu atât arderea totală este mai bună.
  3. post- injecție: o cantitate mică de motorină este injectată după ce arderea este acum în fază completă de expansiune. Această injecție este esențială pentru regenerarea filtrelor și, prin urmare, pentru reducerea poluanților de ardere, care în motoarele diesel sunt deosebit de periculoase și dăunătoare.

Operațiune

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Ciclul diesel .

Conceptul de bază al funcționării motorului diesel este că atunci când un gaz este comprimat, acesta se încălzește. Această proprietate este utilizată în acest motor prin comprimarea numai a aerului din interiorul cilindrului la valori ridicate, astfel încât combustibilul injectat (în punctul mort superior) să se aprindă spontan, deoarece aerul prezent în cilindru în timpul fazei de compresie are o temperatură mai mare decât temperatura sa de aprindere. Prin urmare, este definit ca un motor cu aprindere prin compresie , spre deosebire de motorul cu aprindere pozitivă , în care aprinderea este declanșată de bujiile.

La un motor diesel cu un ciclu de patru timpi, aerul este introdus în cilindru , rechemat de mișcarea în jos a pistonului și prin supapa de admisie; atunci când pistonul crește, acest aer este comprimat: în această compresie, aerul poate atinge valori de temperatură cuprinse între 700 și 900 de grade C. Cu puțin timp înainte ca pistonul să ajungă în punctul mort superior , adică punctul de creștere maximă a acestuia, combustibilul este introdus prin intermediul unui injector în aerul roșu și comprimat în spațiul rezidual de deasupra pistonului; apoi există autoaprinderea și apoi arderea amestecului combustibil-aer, urmată de faza de expansiune care aduce pistonul în jos, generând astfel rotația arborelui cotit ; forța pentru această rotație constituie furnizarea de energie mecanică care este scopul motorului însuși. În cele din urmă există faza de evacuare, în care gazele arse sunt expulzate din cilindru prin deschiderea supapei de evacuare. Este construit și motorul diesel cu ciclu în doi timpi.

Dieselmotor DM 12 - monocilindru staționar de la MAN AG , Augsburg , 1906, prima generație 9 kW

Operațiunea de mai sus explică câteva dintre caracteristicile care diferențiază motorul Diesel de motorul pe benzină. Pentru a face față forțelor create pe parcursul întregului proces, motorul Diesel va trebui să aibă un raport de compresie mult mai mare decât cel al unui motor pe benzină similar. Această nevoie afectează și greutatea unui motor Diesel, care va fi mai mare decât cea a unui motor pe benzină cu o cilindree similară, deoarece piesele motorului vor trebui construite pentru a rezista la solicitări mai mari. Pe de altă parte, tocmai datorită funcționării sale, motorul Diesel atrage avantaje mai mari din utilizarea sistemelor de supraalimentare care comprimă aerul chiar înainte de a intra în cilindru.

În acest tip de motor, precizia sistemului de alimentare cu combustibil și în special a pompei de combustibil este de o importanță fundamentală, care reglementează cantitatea exactă de combustibil introdusă în cilindri, precum și momentul exact al injecției. Pe baza cantității de combustibil introduse la fiecare turație de rotație, motorul furnizează mai multă sau mai puțină putere, deoarece aerul aspirat de acesta este o valoare constantă care corespunde întotdeauna la maximul posibil (nu există carburator ). La motoarele diesel, spre deosebire de motoarele pe benzină, nu este necesară gestionarea contactului cu dispozitive externe, este același fapt cu injecția care acționează direct pentru „aprinderea” amestecului.

Puterea nu se bazează direct pe cantitatea de amestec de aer-combustibil care este alimentată în cilindru, ci doar pe cantitatea de combustibil injectată. În primele motoare diesel, acest sistem de reglare era de tip mecanic, cu o serie de trepte de viteză care preluau energie de la motorul însuși. Cea mai relevantă limită a fost dată de faptul că injecția de combustibil a fost conectată rigid cu turația de rotație a motorului în sine, deoarece arderea este un fapt fizic constant, la viteze de rotație reduse, combustia riscă să fie prea timpurie în ceea ce privește mișcarea pistonului. (care este relativ mai lent), în timp ce la viteză mare mișcarea accelerată (rapidă) a pistonului combinată cu arderea are ca rezultat o ardere relativ retardată.

Într-o fază ulterioară, evoluția pompelor de injecție a făcut posibilă îmbunătățirea controlului timpilor și cantităților de motorină injectată, cu implementarea dispozitivelor de autoreglare pentru avansul de injecție (de exemplu, variatorul avansului de injecție ). 'injecție de masă centrifugă, tipică pompelor de injecție în linie). Pe de altă parte, la motoarele moderne, injecția de combustibil este reglementată prin utilizarea electronicelor . Prin urmare, există module de control electronic (ECM - Electronic Control Module) sau unități de control (ECU - Electronic Control Unit) care nu sunt altceva decât computere mici montate pe motor. Acestea primesc date dintr-o serie de senzori și le utilizează pentru a calibra, conform tabelelor (numite și hărți ) stocate în ECM / ECU, cantitatea de combustibil care trebuie injectată și (mai presus de toate) timpul, destinat momentului exact al injecție, pentru a obține întotdeauna valoarea optimă sau cea mai apropiată de aceasta, pentru acea viteză de rotație specifică.

Acest lucru maximizează performanța motorului și reduce emisiile acestuia. În acest caz, timpul , măsurat în grade unghiulare de rotație, își asumă o importanță critică întrucât atât o întârziere, cât și un avans față de momentul optim implică probleme. De fapt, dacă anticipați prea mult, valorile semnificative ale oxizilor de azot (NO x ) se vor găsi în gazele de eșapament, chiar dacă motorul atinge o eficiență mai mare, deoarece arderea are loc la o presiune mai mare. O întârziere, pe de altă parte, datorată arderii incomplete, produce particule (praf fin) sau fum negru la evacuare. Nu există o valoare optimă valabilă pentru toate motoarele, dar fiecare motor are propria sa.

Injecție la motoare diesel

Astăzi există două tipuri de injecție a motorului diesel: indirectă și directă. Primul tip, care a dispărut aproape de ultima generatie de automobile motoare diesel, a fost utilizat pe scară largă datorită simplității sale , deoarece primele pistoanele au fost conduse forfetară, ceea ce a făcut mai ușor pentru a aranja injector. Astăzi, pe de altă parte, pistoanele cu un design al capului mai complex sunt utilizate cuplate la sistemul de injecție directă .

Injecție indirectă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Injecție indirectă .

În injecția indirectă, motorina este injectată într-o precameră de ardere situată pe capul motorului. Injectorul are o singură gaură de atomizare diesel. Presiunea de injecție a motorinei este de aproximativ 150 bari. În precameră există o bujie electrică care servește la facilitarea pornirii motorului. Bujia incandescentă nu încălzește aerul, ci motorina și pereții camerei de pre-combustie. Cu acest sistem, întârzierea aprinderii este încetinită și zgomotul emis este redus. Stresul de ardere este, de asemenea, redus și, prin urmare, presiunile asupra componentelor individuale.

Injecție directă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Injecție directă .

Există mai multe sisteme de injecție directă utilizate pe motoarele diesel. Prin injecție directă se înțelege injecția de combustibil direct în camera de ardere (deci fără pre-cameră). În acest caz, sistemul de alimentare cu combustibil trebuie să funcționeze la presiuni mult mai mari decât sistemul de injecție indirectă (injectoarele au trei sau mai multe găuri, cu un diametru mai mic), iar unele dintre acele componente care au făcut ca motorul diesel să fie deosebit de zgomotos au fost eliminate. Injecția directă a avut diferite interpretări, cea mai faimoasă fiind sistemul numit common rail și multijet, dar există și sistemul de injecție a pompei . Primele motoare diesel cu injecție directă echipate cu o pompă rotativă au dispărut acum datorită performanțelor considerabil mai mari ale celor două sisteme menționate anterior.

Tipuri de motoare diesel

Motoare diesel în doi timpi

Motoarele diesel în doi timpi sunt destinate în principal utilizării industriale și navale și sunt instalate pe nave comerciale (nave cu containere, vrachiere , petrolieri) cuplate cu o elice cu pas fix .

Comparativ cu motoarele marine în 4 timpi, motoarele în doi timpi sunt în general mai mari și dezvoltă o putere mult mai mare, cu viteze maxime de rotație de aproximativ câteva sute de rotații pe minut și au, de asemenea, o simplificare considerabilă a construcției. În prezent, cel mai mare motor din lume este finlandezul Wärtsilä 14RTFLEX96-C, care este principalul motor al celor mai mari nave de containere din lume, produs de danezul Maersk . Acest motor dezvoltă o putere de 82 MW și reușește să garanteze o viteză de croazieră de 25 de noduri .

Componentele motorului

Motor cu cap fierbinte

  1. carcasă de aspirație
  2. transfer de aer și lumină în cilindru
  3. cilindru
  4. coajă
  5. injector de combustibil
  6. port de evacuare
  7. piston
  8. bielă
  9. ei zboara
  10. arbore cotit

Nu motor cu cap cald

  1. supapa de admisie la cilindru
  2. cilindru
  3. coajă
  4. injector de combustibil
  5. port de evacuare
  6. piston
  7. bielă
  8. ei zboara
  9. arbore cotit

Principiul de funcționare al motorului diesel în doi timpi fără cap cald (unidirecțional)

Ciclul termic al unui motor diesel unidirecțional în 2 timpi
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Spălare
B = Descărcare
C = compresie
D = Extindere

Acest motor are caracteristica de a avea, în locul orificiilor de evacuare, o supapă cu ciupercă pe chiulasa de unde sunt descărcate produsele de ardere, prin urmare există un control mai bun și mai mare al fazelor, reducând pierderile de aer proaspăt pe care altfel le-ar face fii acolo cu un orificiu de evacuare. În plus, acest motor nu trebuie să încălzească carcasa, deoarece aerul poate fi mai comprimat.

În prezent, acesta este cel mai popular tip de motor diesel în doi timpi, datorită eficienței sale termice mai mari.

Principiul de funcționare al motorului diesel în doi timpi cu cap cald

Tractor Landini L25 cu motor diesel monocilindric în doi timpi de la 25 CP până la 800 rpm. deplasare 4,312 cm³, anul 1954

Motorul diesel în doi timpi, testat la cald, a fost brevetat în 1890 de Stuart și Binney și urmează principiul de funcționare al motorului pe benzină în doi timpi inventat în 1879 de Dugald Clerk , deci evident folosește păcură ca combustibil, împreună cu motorina.

Motorul cu cap fierbinte are un carter de pre-compresie unde aerul intră trecând prin fantele supapelor carterului atunci când pistonul trece de la punctul mort inferior până la punctul mort superior, adică atunci când se creează un vid în carterul de pretensionare, care de aceea permite aspirarea aerului.
Aerul trece de la carterul de precompresie la cilindru prin orificiile de transfer atunci când pistonul descoperă orificiile de transfer și, prin urmare, se află în apropierea PMI, odată ce această fază se încheie cu închiderea orificiilor de transfer și ulterior și a evacuării, acolo este compresie.
Rolul fundamental îl are cu siguranță capacul, adică acea parte a capului care, fiind încălzită la o temperatură cuprinsă între 400 ° C și 700 ° C, permite împreună cu temperatura ridicată a aerului comprimat din cilindru. arderea combustibilului care este injectat în cilindru chiar și cu 180 ° avans, adică 180 ° înainte de punctul mort superior. Aceste motoare erau montate în principal de tractoare .

Motoare diesel în patru timpi

Ciclul termic al unui motor 4T
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Aspiratie;
B = compresie;
C = Extindere;
D = Descărcare;

Motoarele diesel în patru timpi sunt cele mai frecvente în centralele electrice de generație auto, feroviară, diesel-electrică, bărci de agrement și nave de croazieră , feriboturi și nave comerciale mici.

În ceea ce privește tipurile de motoare, motorina poate fi fabricată cu orice configurație de cilindri, deoarece problemele și avantajele unei configurații date rămân neschimbate, indiferent dacă este vorba de motoare cu ciclu Otto sau motoare cu ciclu Diesel. La mașini, cea mai comună configurație este cea cu patru cilindri în linie. Multe motoare diesel sunt supraalimentate pentru a profita de avantajele acestui tip de motor. De fapt, pentru a atinge același nivel de eficiență, datorită caracteristicilor lor, motoarele cu ciclu Otto trebuie să aibă o cilindree (deci dimensiunea motorului) mai mare decât cea a motoarelor diesel. Acest lucru determină că, cu aceeași deplasare, motorul Diesel are o eficiență mai mare (peste 40%)

Notă

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 39638 · LCCN (EN) sh85037828 · GND (DE) 4012211-6 · BNF (FR) cb11932537p (dată) · NDL (EN, JA) 00.561.498