РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ (1858-1913)
В истории техники известны имена таких изобретателей, как Т.А Эдисон, Н. Тесла, В.Г Шухов, которые подарили миру сотни идей и решений. У немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля только одно детище, но зато такое, без которого сегодня не мыслим мир машин, - двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Этому двигателю изобретатель отдал всю творческую жизнь. Двигатель носит имя своего создателя.
Ещё студентом Мюнхенской высшей политехнической школы Р. Дизель увлёкся идеей повысить кпд паровой машины.
Кпд самой совершенной тогда паровой машины выше 10% поднять не удавалось. Студента целиком захватила эта мысль. Она не оставила Р. Дизеля и тогда, когда он стал инженером. Но путь от теории к воплощению мечты оказался очень труден. На это ушли годы.
И, наконец, долгий мучительный труд увенчался успехом. В 1892 г. он получил патент на изобретённый им двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель Дизеля четырёхтактный. Изобретатель установил, что кпд двигателя внутреннего сгорания повышается от увеличения степени сжатия горючей смеси. Но слишком сильно сжимать горючую смесь нельзя: от сжатия она перегревается и вспыхивает раньше времени. Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух. И только к концу сжатия, когда температура достигла 600 – 650.С в цилиндр под сильным давлением впрыскивалось жидкое топливо. Конечно, оно немедленно воспламенялось, и газы, расширяясь, двигали поршень. Таким образом, Дизелю удалось значительно повысить кпд двигателя. К тому же здесь не нужна была система зажигания. Двигатель Дизеля очень экономичный, он работает на дешёвых видах топлива.
Впервые такой двигатель был построен в 1897 году.
К Дизелю пришла слава. Его двигатель внутреннего сгорания находил всё новое применение. Многие страны приглашали к себе изобретателя. В 1910 году Дизеля восторженно встречала Россия, несколько позже – Америка.
Но на родине изобретателя обвинили в том, что он пользуется незаслуженной славой, что его изобретение не ново. Дизель тяжело переживал эти нападки, стал, мрачен, много болел.
Обстоятельства гибели Дизеля трагичны. Сентябрьским днём 1913 года он сел на пароход, отправляющийся в Лондон. На утро Дизеля не нашли в каюте, он бесследно исчез.
Созданный Дизелем двигатель продолжает работать и совершенствуется. Дизели приводят в действие суда, тепловозы, автомобили, тракторы… и т.п. Эти двигатели используют также для привода электрогенераторов на тепловых электростанциях,
в качестве тяговых двигателей газо-турбовозов, большегрузных автомобилей и других
транспортных средств, в том числе кораблей, катеров и подводных лодок.
В1903 году К.Э Циолковский в своей статье «Исследование мировых пространств
реактивными приборами» впервые в мире описал основные элементы ракетных двигателей, которые являются разновидностью реактивного двигателя.
В1909 году русский инженер Н.Герасимов разработал схему первого в мире турбореактивного двигателя. Ныне большинство военных и гражданских самолётов называются реактивными потому, что на них установлены турбореактивные двигатели; эти двигатели устанавливают также и на больших вертолётах
Принцип действия реактивного двигателя основан на использовании силы реакции (отдачи) струи газов, вытекающий из сопла двигателя. Сила отдачи газовой струи заставляет двигатель перемещаться в пространстве в сторону, противоположную
истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в реактивном двигателе могут преобразовываться в разные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная).
Реактивный двигатель сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т.е. движет себя сам без участия промежуточных механизмов. Основная часть любого реактивного двигателя – камера сгорания. В ней в результате сгорания топлива образуют горячие газы. Вырываясь с большой скоростью из сопла, горячие газы создают реактивную струю, которая вызывает тягу двигателя и приводит в движение аппарат, на котором этот двигатель установлен.
Различают воздушно-реактивные двигатели и ракетные двигатели. В воздушно-реактивных двигателях в камеру сгорания кроме топлива подаётся воздух. Поэтому такие двигатели можно использовать лишь там, где плотность атмосферы достаточна, чтобы двигатель не «задохнулся». Ракетный двигатель не нуждается в воздухе: все необходимые компоненты топлива он несёт с собой. Поэтому такие двигатели хорошо работают в безвоздушном пространстве, т.е. в космосе. Их устанавливают главным образом на боевых ракетах и ракетах-носителях космических кораблей. Отсюда и название – ракетный двигатель. Для достижения нужной скорости на космических ракетах устанавливают 2, 3, а иногда и больше двигателей; такие многодвигательные ракеты называются двухступенчатыми и трёхступенчатыми. Отработает одна ступень со своим двигателем и отделяется от ракеты. Тотчас включается двигатель следующей ступени. Так продолжается до тех пор, пока ракета не достигнет заданной скорости полёта.
История развития техники, и особенно машинного производства, тесно связанно с созданием и совершенствованием двигателей. И каков бы не был двигатель – водяное колесо или газовая турбина, электродвигатель или дизель, он является машиной, преобразующий какой-либо вид энергии в механическую работу. Те двигатели, которые для получения механической работы используют природные энергетические ресурсы (топливо, поток воды, ветер и др.), называют первичными (например, паровая машина, гидротурбина, ветродвигатель.). Двигатели, преобразующие в механическую работу энергию первичных двигателей, называют вторичными (электрические, пневматические и др.). К двигателям относятся также устройства, способные накапливать механическую энергию, а затем по мере надобности отдавать её (инерционные, или маховиковые, пружинные и гиревые механизмы).
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.
Один из самых распространённых двигателей – двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т.д., во всём мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей. Существуют два типа двигателей внутреннего сгорания - бензиновые и дизели.
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания работают на жидкостном топливе (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева). Проектируют двигатели, где горючим будет водород.
Основная часть ДВС – один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.
Внутри цилиндра скользит поршень – металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневыми кольцами), вложенные в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутки между поршнем и стенками цилиндра.
Поршень снабжён металлическим стержнем – пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт движение поршня коленчатому валу.
Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из клапанов – впускной подаётся горючая смесь, через другой выпускной удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча – приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры.
Наибольшее распространение в технике получил четырёхтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-й такт – впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-й такт – сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень двигаясь в верх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-й такт – рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов – раскалённых продуктов горения – толкает поршень вниз. Движение поршня передаётся коленчатому валу, вал поворачивается, производится тем самым полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-й такт – выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.
Из 4 тактов двигателя только один, третий – рабочий. Поэтому двигатель снабжён маховиком, за счёт которых вал вращаются в течение остальных тактов. Отменим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах и т.п. для более равномерной работы ставят 4,6,8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название - звездообразных. Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации.
ДИЗЕЛЬ – другой тип двигателя внутреннего сгорания. В отличие от бензинового воспламенения в его цилиндрах происходит при впрыскивание топлива в воздух, предварительно сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры.
Этот двигатель назвали по имени немецкого инженера Р. ДИЗЕЛЯ, построившего в 1897г. первый двигатель с воспламенением от сжатия – в этом и заключается его отличие от бензинового двигателя внутреннего сгорания, использующего особое устройство для воспламенения топлива.
Конструктивно дизель мало, чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень, клапаны. Да и принцип действия дизеля такой же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан – форсунка. Назначение её – в определённые фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны, топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя.
Пусть начальным положением поршня будет верхняя мёртвая точка. При движении поршня вниз (первый такт) открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывает воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжение всего второго такта остаётся закрытым.