Dieselový motor - Diesel engine

Dieselový motor postavený společností Langen & Wolf na základě licence, 1898.

Přehrát média

Film Shell Oil z roku 1952 ukazující vývoj vznětového motoru od roku 1877

Vznětový motor (také známý jako vznětovým motorem nebo vznětovým motorem ), pojmenoval Rudolf Diesel , je motor s vnitřním spalováním , ve kterém zapálení v palivu je způsobeno zvýšené teploty vzduchu ve válci v důsledku mechanického stlačení ( adiabatická komprese ). To kontrastuje se zážehovými motory, jako je zážehový motor ( benzínový motor) nebo plynový motor (na rozdíl od benzinu používá plynné palivo ), které k zapálení směsi vzduch-palivo používají zapalovací svíčku .

Dieselové motory pracují tak, že stlačují pouze vzduch. To zvyšuje teplotu vzduchu uvnitř válce na tak vysoký stupeň, že se rozprášené naftové palivo vstřikované do spalovací komory spontánně vznítí. Při vstřikování paliva do vzduchu těsně před spalováním je disperze paliva nerovnoměrná; tomu se říká heterogenní směs vzduchu a paliva. Točivý moment, který dieselový motor produkuje, je řízen manipulací poměru vzduch-palivo (λ) ; místo škrcení nasávaného vzduchu spoléhá naftový motor na změnu množství vstřikovaného paliva a poměr vzduch-palivo je obvykle vysoký.

Dieselový motor má nejvyšší tepelnou účinnost ( účinnost motoru ) ze všech praktických spalovacích motorů s vnitřním nebo vnějším spalováním díky velmi vysokému expanznímu poměru a přirozenému chudému spalování, které umožňuje odvod tepla přebytečným vzduchem. Ve srovnání s benzínovými motory s nepřímým vstřikováním se také zabrání malé ztrátě účinnosti, protože během překrývání ventilů není přítomno nespálené palivo, a proto žádné palivo nepřichází přímo ze sání / vstřikování do výfuku. Nízkootáčkové naftové motory (používané v lodích a jiných aplikacích, kde je celková hmotnost motoru relativně nedůležitá) mohou dosáhnout efektivní účinnosti až 55%.

Dieselové motory mohou být konstruovány buď jako dvoutaktní nebo čtyřtaktní . Původně se používaly jako účinnější náhrada za stacionární parní stroje . Od 10. let 20. století se používají v ponorkách a na lodích. Použití v lokomotivách, nákladních automobilech, těžkých zařízeních a elektrárnách následovalo později. Ve třicátých letech se pomalu začaly používat v několika automobilech . Od 70. let 20. století se v USA zvýšilo používání vznětových motorů ve větších silničních a terénních vozidlech . Podle Konrada Reifa představuje průměr EU u dieselových automobilů polovinu nově registrovaných automobilů.

Největšími naftovými motory na světě, které byly uvedeny do provozu, jsou 14válcové dvoudobé naftové motory pro plavidla; produkují špičkový výkon téměř 100 MW.

Dějiny

Dieselův nápad

Patent Rudolfa Diesela z roku 1893 na racionální tepelný motor

První experimentální motor nafty 1893

Druhý prototyp Dieselu. Jedná se o modifikaci prvního experimentálního motoru. Dne 17. února 1894 tento motor poprvé běžel pod svou vlastní silou.

Efektivní účinnost 16,6%
Spotřeba paliva 519 g · kW ⁻¹ · h ⁻¹

První plně funkční dieselový motor, navržený Imanuelem Lausterem, vyrobený od nuly a dokončený do října 1896.

Jmenovitý výkon 13,1 kW
Efektivní účinnost 26,2%
Spotřeba paliva 324 g · kW ⁻¹ · h ⁻¹ .

V roce 1878 se Rudolf Diesel , který byl studentem „Polytechnikum“ v Mnichově , zúčastnil přednášek Carla von Linde . Linde vysvětlil, že parní stroje jsou schopné přeměnit pouze 6–10% tepelné energie na práci, ale že Carnotův cyklus umožňuje přeměnu mnohem více tepelné energie na práci pomocí izotermické změny stavu. Podle Diesela to podnítilo myšlenku vytvořit vysoce efektivní motor, který by mohl fungovat na Carnotově cyklu. Diesel byl také vystaven ohnivému pístu , tradičnímu spouštěči ohně využívajícímu principy rychlé adiabatické komprese, které Linde získal z jihovýchodní Asie . Po několika letech práce na jeho myšlenkách je Diesel v roce 1893 publikoval v eseji Teorie a konstrukce racionálního tepelného motoru .

Diesel byl za svou esej těžce kritizován, ale jen málokdo našel chybu, kterou udělal; jeho racionální tepelný motor měl využívat konstantní teplotní cyklus (s izotermickou kompresí), který by vyžadoval mnohem vyšší úroveň komprese, než je potřeba pro kompresní zapalování. Myšlenkou Dieselu bylo stlačit vzduch tak těsně, aby teplota vzduchu překročila teplotu spalování. Takový motor však nikdy nemohl vykonávat žádnou použitelnou práci. V patentu USA z roku 1892 (uděleném v roce 1895) č. 542846 Diesel popisuje kompresi požadovanou pro jeho cyklus:

„čistý atmosférický vzduch je stlačen podle křivky 1 2 do té míry, že před zapálením nebo spalováním se získá nejvyšší tlak v diagramu a nejvyšší teplota - tj. teplota, při které se musí dojít ke spalování, nikoli k bodu hoření nebo vznícení. Aby to bylo jasnější, lze předpokládat, že následné spalování bude probíhat při teplotě 700 °. V takovém případě musí být počáteční tlak šedesát čtyři atmosfér. nebo pro 800 ° C musí být tlak devadesát atmosfér atd. Do takto stlačeného vzduchu se potom postupně zavádí z vnějšího jemně rozmělněného paliva, které se po zavedení zapálí, protože vzduch má teplotu daleko nad zapalováním - Charakteristickým rysem cyklu podle mého vynálezu je tedy zvýšení tlaku a teploty až na maximum, nikoli spalováním, ale před spalováním mechanickým kompresorem. vzduchu a tam při následném provedení práce bez zvýšení tlaku a teploty postupným spalováním během předepsané části zdvihu určené řezným olejem “.

V červnu 1893 si Diesel uvědomil, že jeho původní cyklus nebude fungovat, a přijal cyklus konstantního tlaku. Diesel popisuje cyklus ve své patentové přihlášce z roku 1895. Všimněte si, že již není zmínka o kompresních teplotách překračujících teplotu spalování. Nyní je jednoduše uvedeno, že komprese musí být dostatečná ke spuštění zapalování.

"1. U motoru s vnitřním spalováním je kombinace válce a pístu konstruována a uspořádána tak, aby stlačovala vzduch do takové míry, aby vytvářela teplotu nad bodem vznícení paliva, přívod stlačeného vzduchu nebo plynu; přívod paliva ; rozdělovací ventil pro palivo, průchod z přívodu vzduchu do válce ve spojení s ventilem pro rozdělování paliva, vstup do válce ve spojení s přívodem vzduchu a s palivovým ventilem a řezaný olej , v podstatě tak, jak je popsáno. “ Viz americký patent č. 608845 podaný 1895 / udělený 1898

V roce 1892 získala společnost Diesel patent v Německu, Švýcarsku, Velké Británii a Spojených státech na „Metodu a zařízení pro přeměnu tepla na práci“. V letech 1894 a 1895 podal pro svůj motor patenty a dodatky v různých zemích; první patenty byly vydány ve Španělsku (č. 16 654), Francii (č. 243 531) a Belgii (č. 113 139) v prosinci 1894 a v Německu (č. 86 633) v roce 1895 a ve Spojených státech (č. 608 845) v 1898.

Diesel byl napaden a kritizován po dobu několika let. Kritici tvrdí, že Diesel nikdy nevynalezl nový motor a že vynález vznětového motoru je podvod. Otto Köhler a Emil Capitaine byli dva z nejvýznamnějších kritiků Dieselovy doby. Köhler publikoval esej v roce 1887, ve kterém popisuje motor podobný motoru, který popisuje Diesel ve své eseji z roku 1893. Köhler usoudil, že takový motor nemůže vykonávat žádnou práci. Emil Capitaine postavil na začátku 90. let 19. století ropný motor se zapalováním pomocí žhavicích trubek; tvrdil proti svému lepšímu úsudku, že jeho zážehový motor pracoval stejně jako Dieselův motor. Jeho tvrzení byla neopodstatněná a prohrál patentový spor s Dieselem. Jiné motory, například motor Akroyd a Brayton , také používají provozní cyklus, který se liší od cyklu vznětového motoru. Friedrich Sass říká, že dieselový motor je „vlastní prací“ Dieselu a že jakýkoli „dieselový mýtus“ je „ padělání historie “.

První vznětový motor

Diesel vyhledával firmy a továrny, které by vyráběly jeho motor. S pomocí Moritze Schrötera a Maxe Gutermutha  [ de ] se mu podařilo přesvědčit jak Kruppa v Essenu, tak Maschinenfabrik Augsburg . Smlouvy byly podepsány v dubnu 1893 a počátkem léta 1893 byl v Augsburgu vyroben první prototyp motoru Diesel. 10. srpna 1893 došlo k prvnímu zapálení, použitým palivem byl benzín. V zimě 1893/1894 Diesel přepracoval stávající motor a 18. ledna 1894 jej jeho mechanici přestavěli na druhý prototyp. 17. února 1894 běžel přepracovaný motor na 88 otáček - jednu minutu; díky této zprávě vzrostly zásoby Maschinenfabrik Augsburg o 30%, což svědčí o obrovských očekávaných požadavcích na efektivnější motor. 26. června 1895 dosáhl motor efektivní účinnosti 16,6% a spotřebu paliva 519 g · kW ^-1 · h ^-1 . Navzdory prokázání koncepce však motor způsoboval problémy a Diesel nemohl dosáhnout žádného podstatného pokroku. Krupp proto uvažoval o odstoupení od smlouvy, kterou uzavřeli se společností Diesel. Diesel byl nucen vylepšit konstrukci svého motoru a vrhl se na konstrukci třetího prototypu motoru. Mezi 8. listopadem a 20. prosincem 1895 druhý prototyp úspěšně absolvoval více než 111 hodin na zkušebním stavu. Ve zprávě z ledna 1896 to bylo považováno za úspěch.

V únoru 1896 uvažoval Diesel o přeplňování třetího prototypu. Imanuel Lauster, kterému bylo nařízeno nakreslit třetí prototyp, dokončil výkresy do 30. dubna 1896. Během léta téhož roku byl motor postaven a dokončen 6. října 1896. Zkoušky byly prováděny do začátku roku 1897. První veřejné zkoušky začaly dne 1. února 1897. Test Moritze Schrötera dne 17. února 1897 byl hlavní testem dieselového motoru. Motor měl jmenovitý výkon 13,1 kW a měrnou spotřebu paliva 324 g · kW ⁻¹ · h ⁻¹ , což vedlo k efektivní účinnosti 26,2%. Do roku 1898 se Diesel stal milionářem.

Časová osa

90. léta 19. století

• 1893: Objevuje se esej Rudolfa Diesela s názvem Teorie a konstrukce racionálního tepelného motoru .
• 1893: 21. února Diesel a Maschinenfabrik Augsburg podepisují smlouvu, která umožňuje Dieselu postavit prototyp motoru.
• 1893: 23. února získala společnost Diesel patent (RP 67207) s názvem „ Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen “ (pracovní metody a techniky pro spalovací motory).
• 1893: 10. dubna podepsaly Diesel a Krupp smlouvu, která umožňuje Dieselu postavit prototyp motoru.
• 1893: 24. dubna se Krupp i Maschinenfabrik Augsburg rozhodli spolupracovat a postavit v Augsburgu jediný prototyp.
• 1893: červenec, první prototyp je dokončen.
• 1893: 10. srpna, Diesel poprvé vstřikuje palivo (benzín), což má za následek spalování a zničení ukazatele.
• 1893: listopad, Diesel žádá o patent (RP 82168) pro upravený proces spalování.
• 1894: 18. ledna, poté, co byl první prototyp upraven tak, aby se stal druhým prototypem, začíná testování s druhým prototypem.
• 1894: 17. února, druhý prototyp běží poprvé.
• 1895: 30. března, Diesel žádá o patent (RP 86633) pro proces spouštění stlačeným vzduchem.
• 1895: 26. června, druhý prototyp prošel poprvé testováním brzd.
• 1895: Diesel žádá o druhý patent US Patent # 608845
• 1895: 8. listopadu - 20. prosince je provedena řada testů s druhým prototypem. Celkově je zaznamenáno 111 provozních hodin.
• 1896: 6. října je dokončen třetí a poslední prototyp motoru.
• 1897: 1. února, po 4 letech běží prototyp dieselového motoru Diesel a je konečně připraven k testování účinnosti a výrobě.
• 1897: 9. října, Adolphus Busch licencuje práva na naftový motor pro USA a Kanadu.
• 1897: 29. října získal Rudolf Diesel patent (DRP 95680) na přeplňování vznětového motoru.
• 1898: 1. února je zaregistrována společnost Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft.
• 1898: březen, první komerční vznětový motor o výkonu 2 × 30 k (2 × 22 kW), je instalován v závodě Kempten ve společnosti Vereinigte Zündholzfabriken AG
• 1898: 17. září, Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. je založen.
• 1899: Je vyroben první dvoutaktní vznětový motor, který vynalezl Hugo Güldner.

1900

Vznětový motor MAN DM kufru vyrobený v roce 1906. Řada MAN DM je považována za jeden z prvních komerčně úspěšných vznětových motorů.

• 1901: Imanuel Lauster navrhl první vznětový motor s pístem kufru (DM 70).
• 1901: V roce 1901 společnost MAN vyrobila 77 válců vznětových motorů pro komerční použití.
• 1903: Jsou vypuštěny dvě první lodě s dieselovým pohonem, a to jak pro říční, tak pro vodní kanály: tanker nafty Vandal a Sarmat .
• 1904: Francouzský startu první diesel ponorky se Chochol .
• 1905: 14. ledna: Diesel žádá o patent na jednotkové vstřikování (L20510I / 46a).
• 1905: Společnost Büchi vyrábí první turbodmychadla a mezichladiče vznětových motorů .
• 1906: Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft je rozpuštěn.
• 1908: Patentům Dieselu vyprší platnost.
• 1908: Objevuje se první nákladní automobil (nákladní automobil) se vznětovým motorem.
• 1909: 14. března Prosper L'Orange žádá o patent na vstřikování předspalovací komory . Později s tímto systémem vyrábí první vznětový motor.

10. léta 20. století

• 1910: MAN začíná vyrábět dvoutaktní dieselové motory.
• 1910: 26. listopadu, James McKechnie žádá o patent na jednotkové vstřikování . Na rozdíl od Dieselu se mu podařilo úspěšně postavit vstřikovače pracovní jednotky.
• 1911: 27. listopadu, Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. je rozpuštěn.
• 1911: Německá loděnice v Kielu vyrábí dieselové motory o výkonu 850 k (625 kW) pro německé ponorky. Tyto motory jsou instalovány v roce 1914.
• 1912: MAN vyrábí první dvojčinný pístový dvoutaktní vznětový motor.
• 1912: První lokomotiva se vznětovým motorem se používá na švýcarské železnici Winterthur-Romanshorn .
• 1912: Selandia je první zaoceánská loď s naftovými motory.
• 1913: Na komerční lodě a ponorky amerického námořnictva jsou instalovány diesely NELSECO .
• 1913: 29. září Rudolf Diesel záhadně zemřel při překročení Lamanšského průlivu na SS  Drážďany .
• 1914: MAN vyrábí pro holandské ponorky dvoutaktní motory o výkonu 900 PS (662 kW).
• 1919: Prosper L'Orange získává patent na vložku předspalovací komory s jehlovou injekční tryskou . První vznětový motor od společnosti Cummins .

20. léta 20. století

Fairbanks Morse model 32

• 1923: Na výstavě Königsberg DLG je představen první zemědělský traktor s dieselovým motorem, prototyp Benz-Sendling S6.
• 1923: 15. prosince, společnost MAN testuje první nákladní automobil s dieselovým motorem s přímým vstřikováním. Ve stejném roce Benz vyrábí nákladní automobil se vznětovým motorem se vstřikováním do spalovací komory.
• 1923: Objevuje se první dvoudobý vznětový motor s protiproudem.
• 1924: Fairbanks-Morse představuje dvoutaktní Y-VA (později přejmenovaný na Model 32).
• 1925: Sendling zahájil masovou výrobu zemědělského traktoru s dieselovým pohonem.
• 1927: Bosch představuje první řadové vstřikovací čerpadlo pro naftové motory motorových vozidel.
• 1929: Objevuje se první osobní automobil se vznětovým motorem. Jeho motor je motor Otto upravený pro použití naftového principu a vstřikovacího čerpadla Bosch. Následuje několik dalších prototypů dieselových automobilů.

30. léta

• 1933: Junkers Motorenwerke v Německu zahajuje výrobu nejúspěšnějšího sériově vyráběného leteckého vznětového motoru všech dob, Jumo 205 . Po vypuknutí druhé světové války bylo vyrobeno přes 900 příkladů. Jeho jmenovitý vzletový výkon je 645 kW.
• 1933: Společnost General Motors používá svůj nový dvoutaktní vznětový motor Winton 201A se vstřikováním paliva k pohonu své automobilové výstavy na světové výstavě v Chicagu ( A Century of Progress ). Motor je nabízen v několika verzích od 600–900 hp (447–671 kW).
• 1934: Společnost Budd vyrábí první dieselelektrický osobní vlak v USA Pioneer Zephyr 9900 s využitím Wintonova motoru.
• 1935: Citroën Rosalie je pro účely testování vybaven dieselovým motorem se vstřikováním rané vířivé komory . Daimler-Benz začíná vyrábět Mercedes-Benz OM 138 , první sériově vyráběný vznětový motor pro osobní automobily, a jeden z mála prodávaných vznětových motorů osobních automobilů své doby. Jmenuje se 45 PS (33 kW).
• 1936: 4. března poprvé vzlétla vzducholoď LZ 129 Hindenburg , největší letadlo, jaké kdy bylo vyrobeno. Je poháněna čtyřmi vznětovými motory V16 Daimler-Benz LOF 6, každý o výkonu 1200 PS (883 kW).
• 1936: Zahájena výroba prvního sériově vyráběného osobního automobilu s naftovým motorem ( Mercedes-Benz 260 D ).
• 1937: Konstantin Fjodorovič Chelpan vyvíjí vznětový motor V-2 , který se později používá v sovětských tancích T-34 , všeobecně považován za nejlepší podvozek tanku druhé světové války.
• 1938: General Motors tvoří divizi GM Diesel, později se z ní stal Detroit Diesel a představuje řadový vysokorychlostní dvoutaktní motor se středním výkonem řady 71 , vhodný pro silniční vozidla a námořní použití.

40. léta

• 1946: Clessie Cummins získává patent na zařízení pro podávání a vstřikování paliva pro motory spalující olej, které obsahuje samostatné komponenty pro generování vstřikovacího tlaku a časování vstřikování.
• 1946: Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) uvádí na trh vzduchem chlazený sériově vyráběný vznětový motor.

1950

Píst vznětového motoru se spalovací komorou typu MAN M-System ( 4 VD 14,5 / 12-1 SRW )

• 50. léta: KHD se stává vzduchem chlazeným dieselovým motorem na světovém trhu.
• 1951: J. Siegfried Meurer získává patent na M-System , konstrukci, která v pístu zahrnuje centrální kouřovou spalovací komoru (DBP 865683).
• 1953: První sériově vyráběná vířivá komora se vstřikovaným vznětovým motorem osobního automobilu (Borgward / Fiat).
• 1954: Daimler-Benz představuje Mercedes-Benz OM 312 A , průmyslový vznětový motor sériové výroby s objemem 4,6 litru, s turbodmychadlem a výkonem 115 k (85 kW). Ukazuje se to jako nespolehlivé.
• 1954: Volvo vyrábí malou dávkovou sérii 200 jednotek přeplňované verze motoru TD 96. Tento 9,6 litrový motor má výkon 136 kW.
• 1955: Přeplňování u dvoutaktních lodních vznětových motorů MAN se stalo standardem.
• 1959: Peugeot 403 se stal prvním sériově vyráběným sedanem / sedanem pro cestující vyráběným mimo západní Německo, který byl nabízen s naftovým motorem.

1960

Mercedes-Benz OM 352 , jeden z prvních vznětových motorů Mercedes-Benz s přímým vstřikováním. To bylo představeno v roce 1963, ale masová výroba byla zahájena až v létě 1964.

• 1964: Léto, Daimler-Benz přechází ze vstřikování předspalovací komory na přímé vstřikování řízené spirálou.
• 1962–65: Clessie Cummins vynalezl a patentoval naftový brzdový systém , který nakonec vyrobila společnost Jacobs Manufacturing Company a přezdíval se „Jake Brake“.

Sedmdesátá léta

• 1972: KHD zavádí AD-System , Allstoff-Direkteinspritzung , (anyfuel s přímým vstřikováním), na své dieselové motory. Dieselové motory AD mohou pracovat prakticky s jakýmkoli druhem kapalného paliva, ale jsou vybaveny pomocnou zapalovací svíčkou, která vystřelí, pokud je kvalita zapalování paliva příliš nízká.
• 1976: Vývoj vstřikování common rail začíná na ETH Zürich.
• 1976: Volkswagen Golf se stává prvním kompaktním sedanem / sedanem pro cestující nabízeným s naftovým motorem.
• 1978: Daimler-Benz vyrábí první vznětový motor pro osobní automobil s turbodmychadlem ( Mercedes-Benz OM 617 ).
• 1979: První prototyp nízkorychlostního dvoutaktního příčného motoru se vstřikováním common rail.

1980

BMW E28 524td , první sériově vyráběný osobní automobil s elektronicky řízeným vstřikovacím čerpadlem

• 1981/82: Úklid uniflow u dvoutaktních lodních vznětových motorů se stal standardem.
• 1985: prosinec probíhá silniční testování systému vstřikování common rail pro nákladní automobily s upraveným motorem 6VD 12,5 / 12 GRF-E v IFA W50 .
• 1986: BMW E28 524td je první osobní automobil na světě vybavený elektronicky řízeným vstřikovacím čerpadlem (vyvinutý společností Bosch ).
• 1987: Daimler-Benz představuje elektronicky řízené vstřikovací čerpadlo pro dieselové motory nákladních vozidel.
• 1988: Fiat Croma se stává prvním sériově vyráběným osobním automobilem na světě, který má vznětový motor s přímým vstřikováním .
• 1989: Audi 100 je první osobní automobil na světě s přeplňovaným dieselovým motorem s přímým vstřikováním a elektronicky řízeným vznětovým motorem.

90. léta

• 1992: 1. července vstupuje v platnost emisní norma Euro 1 .
• 1993: První vznětový motor osobního automobilu se čtyřmi ventily na válec, Mercedes-Benz OM 604.
• 1994: Systém vstřikovačů od společnosti Bosch pro dieselové motory nákladních vozidel.
• 1996: První vznětový motor s přímým vstřikováním a čtyřmi ventily na válec, používaný v modelu Opel Vectra .
• 1996: První vstřikovací čerpadlo rozdělovače radiálních pístů od společnosti Bosch.
• 1997: První sériově vyráběný vznětový motor common rail pro osobní automobil Fiat 1.9 JTD.
• 1998: BMW zvítězilo v závodě 24 hodin Nürburgring s upraveným BMW E36 . Vůz s názvem 320d je poháněn dvoulitrovým vznětovým motorem s přímým vstřikováním a čtyřválcovým vstřikovacím čerpadlem (Bosch VP 44) o výkonu 180 kW. Spotřeba paliva je 23 l / 100 km, což je pouze polovina spotřeby paliva u podobného vozu poháněného Ottou.
• 1998: Volkswagen představuje motor VW EA188 Pumpe-Düse (1,9 TDI) s elektronicky řízenými vstřikovacími jednotkami vyvinutými společností Bosch .
• 1999: Daimler-Chrysler představuje první tříválcový vznětový motor common rail používaný v osobním automobilu ( Smart City Coupé ).

2000s

Audi R10 TDI, 2006, vítěz 24 hodin Le Mans.

• 2000: Peugeot představuje filtr pevných částic pro osobní automobily.
• 2002: Piezoelektrická injektorová technologie společnosti Siemens.
• 2003: Piezoelektrická injektorová technologie společností Bosch a Delphi.
• 2004: BMW představuje dvoustupňové přeplňování motorem BMW M57 .
• 2006: Vyrábí se nejsilnější naftový motor na světě, Wärtsilä RT-flex96C . Jmenovitý výkon je 80 080 kW.
• 2006: Audi R10 TDI , vybavené motorem V12-TDI o objemu 5,5 litru, s výkonem 476 kW, zvítězilo v roce 2006 v 24 hodin Le Mans .
• 2006: Daimler-Chrysler uvádí na trh první sériově vyráběný motor osobních automobilů se selektivní katalytickou redukcí výfukových plynů Mercedes-Benz OM 642 . Plně vyhovuje emisní normě Tier2Bin8.
• 2008: Volkswagen představuje katalyzátor LNT pro vznětové motory osobních automobilů s motorem VW 2.0 TDI .
• 2008: Volkswagen zahajuje sériovou výrobu největšího vznětového motoru pro osobní automobily, 6litrového Audi V12 TDI.
• 2008: Subaru představuje první horizontálně umístěný vznětový motor, který má být namontován na osobní automobil. Jedná se o dvoulitrový motor common rail o výkonu 110 kW.

2010s

• 2010: Mitsubishi vyvinulo a zahájilo masovou výrobu svého 4N13 1,8 L DOHC I4, prvního dieselového motoru osobních automobilů na světě, který je vybaven systémem variabilního časování ventilů .
• 2012: BMW představuje dvoustupňové přeplňování se třemi turbodmychadly pro motor BMW N57 .
• 2015: Zahájeny systémy Common Rail pracující s tlakem 2 500 barů.
• 2015: Ve skandálu s emisemi Volkswagen je US EPA vydala oznámení o porušení zákona o ochraně ovzduší k Volkswagen Group poté, co bylo zjištěno, že Volkswagen se záměrně naprogramovány přeplňovaný s přímým vstřikováním (TDI) dieselové pro aktivování některých motorů emisní kontroly pouze při laboratorních emisí testování .

Princip fungování

Vlastnosti

Vlastnosti vznětového motoru jsou

• Kompresní zapalování: Kvůli téměř adiabatickému stlačení se palivo vznítí bez jakéhokoli iniciačního zařízení, jako jsou zapalovací svíčky.
• Tvorba směsi uvnitř spalovací komory: Vzduch a palivo jsou smíchány ve spalovací komoře, nikoli ve vstupním potrubí.
• Nastavení otáček motoru pouze podle kvality směsi: Místo škrcení směsi vzduch-palivo je množství vytvářeného točivého momentu (což má za následek rozdíly v otáčkách klikového hřídele) určeno pouze hmotou vstřikovaného paliva, vždy smíchaného s co největším množstvím vzduchu.
• Heterogenní směs vzduchu a paliva: Rozptyl vzduchu a paliva ve spalovací komoře je nerovnoměrný.
• Vysoký poměr vzduchu : Vzhledem k tomu, že vždy běží na co nejvíce vzduchu a nezávisí na přesné směsi vzduchu a paliva, mají vznětové motory poměr vzduchu a paliva chudší než stochiometrický ( ).${\ displaystyle \ lambda _ {v} \ geq \ lambda _ {min}> 1}$
• Difúzní plamen : Při spalování musí kyslík nejdříve difundovat do plamene, místo aby už byl před spalováním smíchán kyslík a palivo, což by vedlo k předem smíchanému plameni .
• Palivo s vysokým zážehovým výkonem: Jelikož se vznětové motory spoléhají výhradně na vznětové motory, je pro správné fungování motoru ideální palivo s vysokým zážehovým výkonem ( cetanové číslo ), u vznětových motorů je palivo s dobrým odporem klepání ( oktanové číslo ), např. Benzín, optimální. .

Cyklus vznětového motoru

pV diagram pro ideální naftový cyklus. Cyklus sleduje čísla 1–4 ve směru hodinových ručiček. Vodorovná osa je objem válce. V naftovém cyklu dochází ke spalování téměř při konstantním tlaku. Na tomto diagramu práce generovaná pro každý cyklus odpovídá oblasti uvnitř smyčky.

Model vznětového motoru, levá strana

Model vznětového motoru, pravá strana

Dieselové vnitřní liší spalovacích motorů z benzínový pohon Ottova cyklu pomocí vysoce stlačeného horkého vzduchu pro zapálení paliva, spíše než za použití zapalovací svíčku ( vznětový spíše než zapalovací jiskry ).

U vznětového motoru se do spalovací komory nejprve přivádí pouze vzduch. Vzduch se poté stlačuje s kompresním poměrem obvykle mezi 15: 1 a 23: 1. Tato vysoká komprese způsobí zvýšení teploty vzduchu. Zhruba v horní části kompresního zdvihu je palivo vstřikováno přímo do stlačeného vzduchu ve spalovací komoře. To může být do (obvykle toroidní ) dutiny v horní části pístu nebo předkomory v závislosti na konstrukci motoru. Vstřikovač paliva zajišťuje, že se palivo rozkládá na malé kapičky a že palivo je distribuováno rovnoměrně. Teplo stlačeného vzduchu odpařuje palivo z povrchu kapiček. Pára se potom zapálí teplem ze stlačeného vzduchu ve spalovací komoře, kapičky se z jejich povrchů nadále odpařují a hoří, zmenšují se, dokud se nespálí veškeré palivo v kapičkách. Ke spalování dochází během počáteční části silového zdvihu při v podstatě konstantním tlaku. Začátek odpařování způsobí zpoždění před zapálením a charakteristický zvuk klepání nafty, když pára dosáhne zapalovací teploty, a způsobí náhlý nárůst tlaku nad pístem (nezobrazeno na diagramu indikátoru PV). Když je spalování dokončeno, spaliny se rozšiřují, jak píst dále klesá; vysoký tlak ve válci pohání píst dolů a dodává energii klikovému hřídeli.

Stejně jako vysoká úroveň komprese umožňující spalování bez samostatného zapalovacího systému, vysoký kompresní poměr výrazně zvyšuje účinnost motoru. Zvýšení kompresního poměru u zážehového motoru, kde se před vstupem do válce směšuje palivo a vzduch, je omezeno nutností zabránit předzápalu , což by způsobilo poškození motoru. Protože v naftovém motoru je stlačován pouze vzduch a palivo se do válce přivádí až krátce před horní úvratí ( TDC ), není předčasná detonace problém a kompresní poměry jsou mnohem vyšší.

Diagram p – V je zjednodušené a idealizované znázornění událostí zapojených do cyklu dieselového motoru, uspořádané tak, aby ilustrovalo podobnost s Carnotovým cyklem . Počínaje 1 je píst ve spodní úvrati a oba ventily jsou na začátku kompresního zdvihu uzavřeny; válec obsahuje vzduch za atmosférického tlaku. Mezi 1 a 2 je vzduch stoupajícím pístem stlačen adiabaticky - to znamená bez přenosu tepla do nebo z prostředí. (To je jen přibližně pravda, protože dojde ke určité výměně tepla se stěnami válce .) Během této komprese se objem zmenší, tlak i teplota stoupají. Přibližně před 2 (TDC) se vstřikuje palivo a hoří ve stlačeném horkém vzduchu. Uvolňuje se chemická energie, což představuje vstřikování tepelné energie (tepla) do stlačeného plynu. Ke spalování a ohřevu dochází mezi 2 a 3. V tomto intervalu zůstává tlak konstantní, protože píst klesá a objem se zvyšuje; teplota stoupá v důsledku energie spalování. Při 3 je vstřikování paliva a spalování dokončeno a válec obsahuje plyn při vyšší teplotě než při 2. Mezi 3 a 4 se tento horký plyn rozpíná, opět přibližně adiabaticky. Práce se provádí na systému, ke kterému je motor připojen. Během této expanzní fáze objem plynu stoupá a jeho teplota i tlak klesají. Ve 4 se výfukový ventil otevře a tlak prudce poklesne na atmosférický (přibližně). Toto je neodolatelná expanze a neprovádí se žádná užitečná práce. V ideálním případě by adiabatická expanze měla pokračovat a prodlužovat linku 3–4 doprava, dokud tlak neklesne na tlak okolního vzduchu, ale ztráta účinnosti způsobená touto neodolatelnou expanzí je ospravedlněna praktickými obtížemi spojenými s její obnovou (motor by musel být mnohem větší). Po otevření výfukového ventilu následuje zdvih výfuku, ale tento (a následující indukční zdvih) nejsou na schématu zobrazeny. Jsou-li zobrazeny, byly by představovány nízkotlakou smyčkou ve spodní části diagramu. V 1 se předpokládá, že výfukové a indukční zdvihy byly dokončeny a válec je opět naplněn vzduchem. Systém píst-válec pohlcuje energii mezi 1 a 2 - to je práce potřebná ke stlačování vzduchu ve válci a je zajišťována mechanickou kinetickou energií uloženou v setrvačníku motoru. Pracovní výkon se provádí kombinací píst-válec mezi 2 a 4. Rozdíl mezi těmito dvěma pracovními přírůstky je indikovaný pracovní výkon na cyklus a je reprezentován oblastí uzavřenou smyčkou p – V. Adiabatická expanze je ve vyšším tlakovém rozsahu než při stlačení, protože plyn ve válci je během expanze teplejší než během komprese. Z tohoto důvodu má smyčka konečnou plochu a čistý výkon práce během cyklu je kladný.

Účinnost

Díky vysokému kompresnímu poměru má vznětový motor vysokou účinnost a nedostatek škrticí klapky znamená, že ztráty při výměně náplně jsou poměrně nízké, což má za následek nízkou specifickou spotřebu paliva, zejména při středním a nízkém zatížení. Díky tomu je vznětový motor velmi ekonomický. Přestože mají dieselové motory teoretickou účinnost 75%, v praxi je mnohem nižší. Rudolf Diesel ve své eseji Teorie a konstrukce racionálního tepelného motoru z roku 1893 popisuje, že efektivní účinnost vznětového motoru by se pohybovala mezi 43,2% a 50,4%, nebo možná ještě vyšší. Dieselové motory moderních osobních automobilů mohou mít efektivní účinnost až 43%, zatímco motory ve velkých naftových nákladních automobilech a autobusech mohou dosáhnout špičkové účinnosti kolem 45%. Průměrná účinnost během jízdního cyklu je však nižší než špičková účinnost. Například to může být 37% pro motor se špičkovou účinností 44%. Nejvyšší účinnosti dieselového motoru až 55% dosahují velké dvoutaktní dieselové motory.

Hlavní výhody

Vznětové motory mají oproti motorům pracujícím na jiných principech několik výhod:

• Vznětový motor má nejvyšší efektivní účinnost ze všech spalovacích motorů.
  • Dieselové motory vstřikují palivo přímo do spalovací komory, nemají žádná omezení nasávaného vzduchu kromě vzduchových filtrů a sacího potrubí a nemají vakuum v sacím potrubí, které by přidávalo parazitní zatížení a ztráty čerpáním způsobené tažením pístů směrem dolů proti vakuu sacího systému. Napomáhá se plnění lahví atmosférickým vzduchem a ze stejného důvodu se zvyšuje objemová účinnost.
  • I když palivová účinnost (hmotnost spálená na vyrobenou energii) vznětového motoru klesá při nižším zatížení, neklesá tak rychle jako u typického benzínového nebo turbínového motoru.
• 

  Autobus poháněný bionaftou
  Dieselové motory mohou spalovat obrovské množství paliv, včetně několika topných olejů, které mají výhody oproti palivům, jako je benzín. Mezi tyto výhody patří:
  • Nízké náklady na palivo, protože topné oleje jsou relativně levné
  • Dobré mazací vlastnosti
  • Vysoká hustota energie
  • Nízké riziko vznícení, protože netvoří hořlavé páry
  • Bionafta je snadno syntetizovat, non-ropné bázi paliva An (prostřednictvím transesterifikace ), které lze spustit přímo v mnoha dieselových motorů, zatímco zážehové motory buď adaptace potřeba spouštět syntetických paliv nebo také použít jako přísada do benzínu (např, ethanol přidá k benzohol ).
• Vznětové motory mají velmi dobré chování z hlediska emisí výfukových plynů. Výfuk obsahuje minimální množství oxidu uhelnatého a uhlovodíků . Dieselové motory s přímým vstřikováním emitují přibližně tolik oxidu dusíku jako motory s Ottovým cyklem. Vstřikované motory s vířivou komorou a předspalovací komorou však při plném zatížení emitují přibližně o 50% méně oxidu dusíku než motory s Ottovým cyklem. Ve srovnání s motory s Ottovým cyklem emitují dieselové motory 10krát méně znečišťujících látek a 3krát méně oxidu uhličitého.
• Nemají žádný vysokonapěťový elektrický zapalovací systém, což vede k vysoké spolehlivosti a snadné adaptaci na vlhké prostředí. Absence cívek, vodičů zapalovacích svíček atd. Také vylučuje zdroj vysokofrekvenčních emisí, které mohou interferovat s navigačními a komunikačními zařízeními, což je zvláště důležité v námořních a leteckých aplikacích, a pro zabránění rušení rádiových dalekohledů . (Z tohoto důvodu jsou v částech Tichého pásma amerického národního rozhlasu povolena pouze vozidla na naftu .)
• Vznětové motory mohou akceptovat tlak přeplňování nebo přeplňování bez jakéhokoli přirozeného limitu, který je omezen pouze konstrukcí a provozními limity součástí motoru, jako je tlak, rychlost a zatížení. To je na rozdíl od benzínových motorů, které nevyhnutelně trpí detonací při vyšším tlaku, pokud není provedeno vyvážení motoru a / nebo nastavení oktanového čísla paliva.

Vstřikování paliva

Dieselové motory spoléhají na vnitřní tvorbu směsi, což znamená, že vyžadují systém vstřikování paliva. Palivo se vstřikuje přímo do spalovací komory, kterou může být buď segmentovaná spalovací komora, nebo nesegmentovaná spalovací komora. Vstřikování paliva s posledně jmenovaným se označuje jako přímé vstřikování (DI), zatímco vstřikování do prvního se nazývá nepřímé vstřikování (IDI). V terminologii dieselových motorů nepřímé vstřikování neznamená vstřikování paliva do sacího potrubí nebo kdekoli jinde mimo válec nebo spalovací komoru: definice dieselového motoru ve skutečnosti takové metody vstřikování vylučuje. Pro vytváření tlaku paliva mají dieselové motory obvykle vstřikovací čerpadlo. Existuje několik různých typů vstřikovacích čerpadel a metod pro vytváření jemné směsi vzduchu a paliva. V průběhu let se používalo mnoho různých injekčních metod. Lze je popsat takto:

• Tryskání vzduchem, kdy je palivo vháněno do válce proudem vzduchu.
• Tuhé palivo / hydraulické vstřikování, při kterém je palivo tlačeno pružinovým ventilem / vstřikovačem za vzniku hořlavé mlhy.
• Mechanická jednotka vstřikovače, kde je vstřikovač přímo ovládán vačkou a množství paliva je ovládáno hřebenem nebo pákou.
• Mechanická elektronická jednotka vstřikovače, kde je vstřikovač ovládán vačkou a množství paliva je řízeno elektronicky.
• Mechanické vstřikování Common rail , kde je palivo v systému Common Rail pod vysokým tlakem a je ovládáno mechanickými prostředky.
• Elektronické vstřikování Common rail, kde je palivo v systému Common Rail pod vysokým tlakem a je řízeno elektronicky.

Řízení točivého momentu

Vzhledem k tomu, jak dieselové motory pracují, je důležitou součástí všech dieselových motorů mechanický nebo elektronický regulátor, který reguluje točivý moment motoru a tím řídí volnoběžné otáčky a maximální otáčky řízením rychlosti dodávky paliva. To znamená změnu . Na rozdíl od Ottových motorů není přiváděný vzduch škrcen. Mechanicky ovládané systémy vstřikování paliva jsou poháněny převodovkou motoru . Tyto systémy používají kombinaci pružin a závaží k řízení dodávky paliva ve vztahu k zatížení i rychlosti. Moderní elektronicky řízené dieselové motory řídí dodávku paliva pomocí elektronického řídicího modulu (ECM) nebo elektronické řídicí jednotky ( ECU ). ECM / ECU přijímá signál otáček motoru a další provozní parametry, jako je tlak v sacím potrubí a teplota paliva, ze snímače a ovládá množství paliva a časování vstřikování prostřednictvím akčních členů, aby maximalizoval výkon a účinnost a minimalizoval emise. Řízení načasování začátku vstřikování paliva do válce je klíčem k minimalizaci emisí a maximalizaci spotřeby paliva (účinnosti) motoru. Časování se měří ve stupních úhlu kliky pístu před horní úvratí. Například pokud ECM / ECU iniciuje vstřikování paliva, když je píst 10 ° před TDC , začátek vstřikování nebo časování se říká 10 ° před TDC. Optimální načasování bude záviset na konstrukci motoru, jeho otáčkách a zatížení. ${\ displaystyle \ lambda _ {v}}$

Druhy vstřikování paliva

Vstřikování vzduchem

Typický vznětový motor se vstřikováním vzduchu z počátku 20. století o výkonu 59 kW.

Originální motor nafty vstřikoval palivo pomocí stlačeného vzduchu, který atomizoval palivo a tlačil jej do motoru tryskou (podobný princip jako aerosolový sprej). Otvor trysky byl uzavřen čepovým ventilem zvednutým vačkovým hřídelem, aby se zahájilo vstřikování paliva před horní úvratí ( TDC ). Tomu se říká vstřikování vzduchu . Řízení kompresoru spotřebovávalo určitý výkon, ale účinnost byla v té době lepší než účinnost jakéhokoli jiného spalovacího motoru. Také vstřikování pomocí tryskání vzduchem způsobilo, že motory byly velmi neohrabané a těžké a neumožňovaly rychlou změnu zátěže, čímž se staly nepoužitelnými pro silniční vozidla.

Nepřímá injekce

Komora pro nepřímé vstřikování Ricardo Comet

Motor s nepřímým vstřikováním nafty (IDI) dodává palivo do malé komory zvané vířivá komora, předspalovací komora, předkomora nebo předkomora, která je s válcem spojena úzkým průchodem vzduchu. Obecně je cílem předkomory vytvořit zvýšenou turbulenci pro lepší míchání vzduchu a paliva. Tento systém také umožňuje plynulejší a tišší chod motoru a protože míchání paliva podporuje turbulence, mohou být tlaky vstřikovače nižší. Většina systémů IDI používá jediný vstřikovací otvor. Nevýhoda předkomory spočívá v tom, že snižuje účinnost kvůli zvýšeným tepelným ztrátám do chladicího systému motoru, což omezuje spalování a tím snižuje účinnost o 5–10%. Startování motorů IDI je také obtížnější a obvykle vyžadují použití žhavicích svíček. Výroba motorů IDI může být levnější, ale obecně vyžadují vyšší kompresní poměr než protějšek DI. IDI také usnadňuje výrobu hladkých a tišších motorů s jednoduchým systémem mechanického vstřikování, protože přesné načasování vstřikování není tak důležité. Nejmodernější automobilové motory jsou DI, které mají výhodu vyšší účinnosti a snadnějšího startování; motory IDI však stále lze nalézt v mnoha aplikacích ATV a malých naftových motorech. Dieselové motory s nepřímým vstřikováním používají vstřikovací trysky typu píst.

Přímé vstřikování řízené šroubovice

Různé typy pístových misek

Dieselové motory s přímým vstřikováním vstřikují palivo přímo do válce. Obvykle je v horní části pístu, kde je stříkáno palivo, spalovací pohár. Lze použít mnoho různých injekčních metod. Motor s mechanickým přímým vstřikováním řízeným šroubovice má obvykle řadové nebo rozdělovací vstřikovací čerpadlo. Odpovídající píst v palivovém čerpadle měří pro každý válec motoru správné množství paliva a určuje načasování každého vstřikování. Tyto motory používají vstřikovače, což jsou velmi přesné pružinové ventily, které se otevírají a zavírají při určitém tlaku paliva. Oddělené vysokotlaké palivové potrubí spojuje palivové čerpadlo s každým válcem. Objem paliva pro každé jednotlivé spalování je řízen zešikmenou drážkou v pístu, která se otáčí pouze o několik stupňů a uvolňuje tlak a je řízen mechanickým regulátorem, který se skládá z závaží rotujících při otáčkách motoru omezených pružinami a pákou. Vstřikovače jsou udržovány otevřené tlakem paliva. U vysokorychlostních motorů jsou pístová čerpadla společně v jedné jednotce. Délka palivového potrubí od čerpadla k každému vstřikovači je obvykle stejná pro každý válec, aby se dosáhlo stejného zpoždění tlaku. Dieselové motory s přímým vstřikováním obvykle používají vstřikovače paliva s otvorem.

Elektronické ovládání vstřikování paliva změnilo motor s přímým vstřikováním tím, že umožnilo mnohem větší kontrolu nad spalováním.

Jednotka přímé vstřikování

Jednotka s přímým vstřikováním, známá také jako Pumpe-Düse ( čerpadlo-tryska ), je vysokotlaký systém vstřikování paliva, který vstřikuje palivo přímo do válce motoru. V tomto systému jsou vstřikovač a čerpadlo spojeny do jedné jednotky umístěné nad každým válcem ovládaným vačkovým hřídelem. Každý válec má svou vlastní jednotku, která eliminuje vysokotlaké palivové potrubí a zajišťuje rovnoměrnější vstřikování. Při plném zatížení může vstřikovací tlak dosáhnout až 220 MPa. Systémy vstřikování jednotek dříve dominovaly na trhu komerčních dieselových motorů, ale kvůli vyšším požadavkům na flexibilitu systému vstřikování byly pokročilejším systémem common-rail zastarány.

Přímé vstřikování common rail

Systémy přímého vstřikování Common rail (CR), na rozdíl od jiných vstřikovacích systémů, nemají kombinované zařízení pro vytváření a vstřikování tlaku. Vysokotlaké vstřikovací čerpadlo vytváří konstantní tlak, který nezávisí na otáčkách motoru nebo vstřikované hmotnosti paliva. Nárazník, tzv. Kolejnice, tento tlak šetří. To umožňuje vstřikování paliva v kterémkoli daném okamžiku, dokonce i několikanásobné vstřikování ve velmi krátkém čase. Elektronická řídicí jednotka nafty (EDC) ovládá tlak v kolejišti i vstřikování v závislosti na několika různých parametrech motoru. Injektory starších systémů CR mají solenoidem poháněné písty pro zvedání injekční jehly, zatímco novější vstřikovače CR používají písty poháněné piezoelektrickými akčními členy, které mají méně pohyblivé hmoty, a proto umožňují ještě více injekcí ve velmi krátké době. Vstřikovací tlak moderních systémů CR se pohybuje od 140 MPa do 270 MPa.

Typy

Existuje několik různých způsobů kategorizace vznětových motorů na základě různých konstrukčních charakteristik:

Podle výkonu

• Malý <188 kW (252 k)
• Střední 188–750 kW
• Velký> 750 kW

Zdroj

Vrtáním válce

• Motory osobních automobilů: 75 ... 100 mm
• Motory nákladních a užitkových vozidel: 90 ... 170 mm
• Vysoce výkonné vysokorychlostní motory: 165 ... 280 mm
• Středněotáčkové motory: 240 ... 620 mm
• Nízkorychlostní dvoutaktní motory: 260 ... 900 mm

Zdroj :

Podle počtu úderů

• Čtyřtaktní cyklus
• Dvoudobý cyklus

Zdroj

Pístem a ojnicí

• Píst s křížovou hlavou
• Dvojčinný píst
• Protilehlý píst
• Píst kufru

Uspořádáním válců

U vznětových motorů lze použít běžné konfigurace válců, jako jsou přímé (řadové), V a boxerové (ploché) konfigurace. Konstrukce řadového šestiválce je nejplodnější u lehkých až středně těžkých motorů, ačkoli řadové čtyři motory jsou také běžné. Maloobjemové motory (obecně se považují za ty, které mají objem nižší než pět litrů) jsou obvykle čtyřválcové nebo šestiválcové typy, přičemž čtyřválec je nejběžnějším typem používaným v automobilovém průmyslu. Konfigurace V byla pro užitková vozidla běžná, ale byla upuštěna ve prospěch konfigurace inline.

Podle otáček motoru

Günter Mau rozděluje naftové motory podle jejich otáček do tří skupin:

• Vysokorychlostní motory (> 1 000 ot./min),
• Středněotáčkové motory (300–1 000 ot / min) a
• Pomalé motory (<300 ot / min).

Zdroj

Vysokorychlostní motory

Vysokorychlostní motory se používají k pohonu nákladních automobilů, autobusů , traktorů , automobilů , jachet , kompresorů , čerpadel a malých elektrických generátorů . Od roku 2018 má většina vysokorychlostních motorů přímé vstřikování . Mnoho moderních motorů, zejména v aplikacích na dálnicích, má přímé vstřikování common rail . Na větších lodích se pro pohon elektrických generátorů často používají vysokorychlostní dieselové motory. Nejvyšší výkon vysokorychlostních vznětových motorů je přibližně 5 MW.

Středněotáčkové motory

Středněotáčkové motory se používají ve velkých elektrických generátorech, lodních pohonech a aplikacích s mechanickým pohonem, jako jsou velké kompresory nebo čerpadla. Středně rychlé vznětové motory pracují na naftu nebo těžký topný olej přímým vstřikováním stejným způsobem jako nízkootáčkové motory. Obvykle se jedná o čtyřtaktní motory s písty kufru.

Výkon středněotáčkových vznětových motorů může být až 21 870 kW, přičemž efektivní účinnost je kolem 47 ... 48% (1982). Většina větších středotáčkových motorů se spouští stlačeným vzduchem přímo na písty pomocí rozdělovače vzduchu, na rozdíl od pneumatického spouštěcího motoru působícího na setrvačník, který se obvykle používá u menších motorů.

Středně rychlé motory určené pro námořní aplikace se obvykle používají k pohonu (ro-ro) trajektů, osobních lodí nebo malých nákladních lodí. Používání motorů se středními otáčkami snižuje náklady menších lodí a zvyšuje jejich přepravní kapacitu. Kromě toho může jedna loď místo dvou velkých motorů používat dva menší motory, což zvyšuje bezpečnost lodi.

Nízkorychlostní motory

5-válcový dvoutaktní nízkootáčkový lodní vznětový motor MAN B&S 5S50MC. Tento konkrétní motor se nachází na palubě 29 000 tun chemického nosiče.

Nízkootáčkové vznětové motory jsou obvykle velmi velké a většinou se používají k pohonu lodí . Existují dva různé typy nízkorychlostních motorů, které se běžně používají: dvoutaktní motory s příčnou hlavou a čtyřtaktní motory s pravidelným kmenovým pístem. Dvoutaktní motory mají omezenou frekvenci otáčení a jejich výměna náboje je obtížnější, což znamená, že jsou obvykle větší než čtyřtaktní motory a slouží k přímému pohonu lodní vrtule. Čtyřtaktní motory na lodích se obvykle používají k pohonu elektrického generátoru. Elektromotor pohání vrtuli. Oba typy jsou obvykle velmi podtržené. Nízkootáčkové vznětové motory (používané v lodích a jiných aplikacích, kde je celková hmotnost motoru relativně nedůležitá) mají často efektivní účinnost až 55%. Stejně jako středněotáčkové motory jsou i nízkootáčkové motory spouštěny stlačeným vzduchem a jako primární palivo používají těžký olej.

Dvoutaktní motory

Načasování Detroit Diesel

Dvoutaktní vznětové motory používají pro kompletní cyklus motoru pouze dva zdvihy místo čtyř zdvihů. Naplnění válce vzduchem a jeho stlačení probíhá jedním tahem a jsou kombinovány výkonové a výfukové tahy. Komprese u dvoutaktního vznětového motoru je podobná jako u čtyřtaktního vznětového motoru: Když píst prochází středem dole a začíná vzhůru, začíná komprese, která vyvrcholí vstřikováním paliva a zapalováním. Namísto plné sady ventilů mají dvoutaktní vznětové motory jednoduché sací otvory a výfukové otvory (nebo výfukové ventily). Když se píst přiblíží k dolní úvrati, jsou sací i výfukové otvory „otevřené“, což znamená, že uvnitř válce je atmosférický tlak. Proto je zapotřebí nějaké čerpadlo, které bude foukat vzduch do válce a spaliny do výfuku. Tento proces se nazývá úklid . Požadovaný tlak je přibližně 10 - 30 kPa.

Úklid

Obecně existují tři typy úklidu:

• Uniflow úklid
• Crossflow úklid
• Vychytávání zpětného toku

Crossflow scavenging je neúplný a omezuje zdvih, přesto ho někteří výrobci používali. Zachytávání zpětného toku je velmi jednoduchý způsob úklidu a mezi výrobci byl populární až do začátku 80. let. Úklid Uniflow je komplikovanější, ale umožňuje nejvyšší účinnost paliva; od začátku 80. let přešli na tento systém výrobci jako MAN a Sulzer. Je standardem pro moderní lodní dvoutaktní vznětové motory.

Dvoupalivové vznětové motory

Takzvaných dual-palivo vznětové motory nebo plynové zážehové motory spalovat dva druhy paliva najednou , například plynného paliva a motorová nafta motor. Palivo se vznětovým motorem se automaticky vznítí v důsledku vznětového zapalování a poté zapálí plynné palivo. Takové motory nevyžadují žádný typ zážehu a fungují podobně jako běžné vznětové motory.

Zvláštnosti vznětového motoru

Točivý moment a síla

Točivý moment je síla působící na páku v pravém úhlu vynásobená délkou páky. To znamená, že točivý moment, který motor produkuje, závisí na posunutí motoru a síle, kterou tlak plynu uvnitř válce působí na píst, běžně označovaný jako efektivní tlak v pístu :

${\ displaystyle M = p_ {e} \ cdot V_ {h} \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot i ^ {- 1}}$

${\ displaystyle M}$.. Točivý moment [N · m]; .. Efektivní tlak na píst [kN · m ⁻² ]; .. Zdvihový objem [dm ³ ]; .. Tahy [2 nebo 4]${\ displaystyle p_ {e}}$${\ displaystyle V_ {h}}$${\ displaystyle i}$

Příklad

• Motor A: efektivní tlak na píst = 570 kN · m ⁻² , zdvihový objem = 2,2 dm ³ , zdvihy = 4, točivý moment = 100 N · m

${\ displaystyle 570 \ cdot 2.2 \ cdot \ pi ^ {- 1} \ cdot 4 ^ {- 1} \ přibližně 100}$

Síla je podíl práce a času:

${\ displaystyle P = 2 \ pi nM}$

${\ displaystyle P}$.. Příkon [W]; .. Točivý moment [N · m]; .. Čas (otáčky klikového hřídele) [s ^-1 ]${\ displaystyle M}$${\ displaystyle n}$

což znamená:

${\ displaystyle P = 2 \ pi \ cdot n_ {1} \ cdot M \ cdot 60 ^ {- 1}}$

${\ displaystyle P}$.. Příkon [W]; .. Točivý moment [N · m]; .. Čas (otáčky klikového hřídele) [min ⁻¹ ]${\ displaystyle M}$${\ displaystyle n_ {1}}$

Příklad

• Motor A: Výkon ≈ 44 000 W, točivý moment = 100 N · m, čas = 4200 min ⁻¹

${\ Displaystyle 44 000 \ přibližně 2 \ cdot \ pi \ cdot 4200 \ cdot 100 \ cdot 60 ^ {- 1}}$

• Motor B: Výkon ≈ 44 000 W, točivý moment = 260 N · m, čas = 1600 min ⁻¹

${\ Displaystyle 44 000 \ přibližně 2 \ cdot \ pi \ cdot 1600 \ cdot 260 \ cdot 60 ^ {- 1}}$

To znamená, že zvýšení točivého momentu nebo času povede ke zvýšení výkonu. Protože maximální frekvence otáčení klikového hřídele vznětového motoru je obvykle mezi 3500 ... 5 000 min ⁻¹ kvůli omezením principu nafty, musí být točivý moment vznětového motoru velký, aby se dosáhlo vysokého výkonu, nebo, jinými slovy, dieselový motor nemůže pro dosažení určitého výkonu využít hodně času, musí vykonat více práce (= vyprodukovat více točivého momentu).

Hmotnost

Průměrný vznětový motor má horší poměr výkonu k hmotnosti než motor Otto . Je to proto, že nafta musí pracovat při nižších otáčkách motoru. Kvůli vyššímu provoznímu tlaku uvnitř spalovací komory, který zvyšuje síly na součásti v důsledku setrvačných sil, potřebuje vznětový motor těžší a silnější součásti, které jsou schopné těmto silám odolat, což má za následek celkově větší hmotnost motoru.

Emise

Jelikož dieselové motory spalují směs paliva a vzduchu, výfuk proto obsahuje látky, které se skládají ze stejných chemických prvků jako palivo a vzduch. Hlavními prvky vzduchu jsou dusík (N ₂ ) a kyslík (O ₂ ), palivo se skládá z vodíku (H ₂ ) a uhlíku (C). Spalování paliva bude mít za následek konečnou fázi oxidace . Ideální dieselovým motorem , (hypotetický model, který použijeme jako příklad), běží na ideální směsi paliva se vzduchem, vytváří výfuk, který se skládá z oxidu uhličitého (CO ₂ ), vodou (H ₂ O), dusík (N ₂ ), a zbývající kyslík (O ₂ ). Spalovací proces za liší skutečné motoru ze spalovacího procesu je ideálním motoru, a v důsledku nedokonalého spalování, výfuková obsahuje další látky, Nejpozoruhodnější je, že oxid uhelnatý (CO), nafta pevných částic (PM), a v důsledku rozkladu , oxid dusíku ( Č
X ).

Když dieselové motory spalují palivo s vysokou hladinou kyslíku, vede to k vysokým teplotám spalování a vyšší účinnosti a pevné částice mají tendenci hořet, ale množství NO
X znečištění má tendenci se zvyšovat. NE
X znečištění lze snížit recirkulací části výfukových plynů motoru zpět do válců motoru, což snižuje množství kyslíku, což vede ke snížení teploty spalování a výsledkem je méně NO
X . K dalšímu snížení NO
X emise, chudé NO
X lze použít lapače (LNT) a SCR-katalyzátory . Lean NO
X lapače adsorbují oxid dusíku a „zachycují“ jej. Jakmile je LNT plný, musí se „regenerovat“ pomocí uhlovodíků. Toho je dosaženo použitím velmi bohaté směsi vzduchu a paliva, což vede k neúplnému spalování. Katalyzátor SCR převádí oxid dusíku pomocí močoviny , která se vstřikuje do proudu výfukových plynů, a katalyticky převádí NO
X na dusík (N ₂ ) a vodu (H ₂ O). Ve srovnání s motorem Otto produkuje vznětový motor přibližně stejné množství NO
X , ale některé starší vznětové motory mohou mít výfuk, který obsahuje až o 50% méně NO
X . Na rozdíl od vznětových motorů však mohou motory Otto používat třícestný katalyzátor , který převádí většinu NO
X .

Hluk

Přehrát média

Typický hluk vznětového motoru dvouválcového vznětového motoru s přímým vstřikováním z 50. let ( MWM AKD 112 Z , při volnoběhu)

Výrazný hluk vznětového motoru se variabilně nazývá klepání nafty, přibití nafty nebo klepání nafty. Rachot nafty je do značné míry způsoben tím, jak se palivo vznítí; náhlé zapálení motorové nafty při vstřikování do spalovací komory způsobí tlakovou vlnu, která vede ke slyšitelnému „klepání“. Konstruktéři motorů mohou omezit klepání nafty prostřednictvím: nepřímého vstřikování; pilotní nebo předinjekční; načasování vstřikování; rychlost vstřikování; kompresní poměr; Turbo zrychlení; a recirkulace výfukových plynů (EGR). Systémy vstřikování nafty Common rail umožňují více vstřikovacích akcí jako pomůcku ke snížení hluku. Proto novější naftové motory již neklepou. Nafta s vyšším cetanovým číslem se pravděpodobně vznítí, a tím sníží klepání nafty.

Chladné počasí začíná

Obecně vznětové motory nevyžadují žádnou pomoc při startování. Za chladného počasí však může být obtížné nastartovat některé vznětové motory, které mohou vyžadovat předehřev v závislosti na konstrukci spalovací komory. Minimální počáteční teplota, která umožňuje spuštění bez předehřívání, je 40 ° C pro motory s předspalovací komorou, 20 ° C pro motory s vířivou komorou a 0 ° C pro motory s přímým vstřikováním. Menší motory se zdvihovým objemem menším než 1 litr na válec mají obvykle žhavicí svíčky , zatímco větší motory pro velké zátěže mají systémy plamenného startu .

V minulosti byla používána širší paleta metod studeného startu. Některé motory, jako například dieselové motory Detroit, používaly systém k zavádění malého množství etheru do sacího potrubí k zahájení spalování. Namísto žhavicích svíček jsou některé vznětové motory vybaveny systémy podpory startování, které mění časování ventilů. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je dekompresní páka. Aktivace dekompresní páky zablokuje výstupní ventily v poloze mírně dolů, což má za následek, že motor nemá žádnou kompresi, a umožňuje tak převrácení klikového hřídele bez odporu. Když klikový hřídel dosáhne vyšší rychlosti, převrácením dekompresní páky zpět do normální polohy se náhle znovu aktivují výstupní ventily, což vede ke kompresi - moment setrvačnosti setrvačníku poté nastartuje motor. Jiné dieselové motory, jako je například motor předspalovací komory XII Jv 170/240 od ​​společnosti Ganz & Co., mají systém pro změnu časování ventilů, který je ovládán nastavením vačkového hřídele sacího ventilu a jeho posunutím do mírné "pozdní" polohy. Díky tomu se vstupní ventily se zpožděním otevřou, což bude mít za následek zahřívání vstupního vzduchu při vstupu do spalovací komory.

Přeplňování a přeplňování

Dvoutaktní vznětový motor s Rootsovým ventilátorem , typický pro Detroit Diesel a některé Electro-Motive Diesel Engines

Přeplňovaný vznětový motor osobního automobilu z 80. let s turbodmychadlem wastegate a bez mezichladiče ( BMW M21 )

Jelikož se vznětový motor spoléhá na manipulaci s řízením točivého momentu a regulací otáček, nemusí hmotnost nasávaného vzduchu přesně odpovídat hmotnosti vstřikovaného paliva (což by bylo ). dieselové motory jsou proto ideálně vhodné pro přeplňování a přeplňování. Další výhodou vznětového motoru je nedostatek paliva během kompresního zdvihu. U vznětových motorů je palivo vstřikováno v blízkosti horní úvrati (TDC), když je píst blízko nejvyšší polohy. Palivo se poté vznítí v důsledku kompresního tepla. Preignice způsobená zvýšením komprese umělého turbodmychadla během kompresního zdvihu nemůže nastat.${\ displaystyle \ lambda _ {v}}$${\ displaystyle \ lambda = 1}$

Mnoho dieselových motorů je proto přeplňovaných turbodmychadly a některé jsou přeplňované a přeplňované . Přeplňovaný motor může produkovat více energie než atmosférický motor stejné konfigurace. Kompresor je poháněn mechanicky klikovým hřídelem motoru , zatímco turbodmychadlo je poháněno výfukem motoru. Přeplňování může zlepšit spotřebu paliva vznětových motorů rekuperací odpadního tepla z výfuku, zvýšením faktoru přebytečného vzduchu a zvýšením poměru výkonu motoru ke ztrátám třením. Přidání mezichladiče k přeplňovanému motoru dále zvyšuje výkon motoru tím, že ochlazuje vzduchovou hmotu a umožňuje tak větší množství vzduchové hmoty na objem.

Dvoutaktní motor nemá diskrétní výfukového systému a sacího zdvihu a je tedy neschopná vlastní aspirace. Proto musí být všechny dvoutaktní vznětové motory vybaveny dmychadlem nebo nějakou formou kompresoru pro plnění válců vzduchem a pro pomoc při rozptylování výfukových plynů, což je proces označovaný jako úklid . Rootové kompresory se u lodních motorů používaly až do poloviny 50. let, od roku 1955 byly široce nahrazovány turbodmychadly. Dvoutaktní lodní vznětový motor má obvykle jednostupňové turbodmychadlo s turbínou, která má axiální přítok a radiální odtok.

Vlastnosti paliva a kapaliny

U vznětových motorů systém mechanického vstřikování odpařuje palivo přímo do spalovací komory (na rozdíl od trysky Venturi v karburátoru nebo vstřikovače paliva v systému vstřikování do potrubí odpařujícího palivo do sacího potrubí nebo sacích kanálů jako u benzínového motoru ). Toto nucené odpařování znamená, že lze použít méně těkavá paliva. A co je důležitější, protože u vznětového motoru je do válce přiváděn pouze vzduch, může být kompresní poměr mnohem vyšší, protože za předpokladu, že je proces vstřikování přesně načasován, nehrozí žádné riziko předzápalu. To znamená, že teploty válců jsou u vznětových motorů mnohem vyšší než u zážehových motorů, což umožňuje použití méně těkavých paliv.

Dieselový motor MAN 630 M-System je zážehový motor (určený k provozu na benzín NATO F 46 / F 50), ale pracuje také na tryskové palivo (NATO F 40 / F 44), petrolej (NATO F 58) a palivo naftového motoru (NATO F 54 / F 75)

Proto mohou dieselové motory pracovat na širokou škálu různých paliv. Obecně by palivo pro vznětové motory mělo mít správnou viskozitu , aby vstřikovací čerpadlo mohlo pumpovat palivo do vstřikovacích trysek, aniž by došlo k jeho poškození nebo korozi palivového potrubí. Při vstřikování by palivo mělo tvořit dobrý rozstřik paliva a nemělo by to mít koksovací účinek na vstřikovací trysky. Aby bylo zajištěno správné nastartování motoru a hladký chod, mělo by být palivo ochotné se vznítit, a proto by nemělo způsobovat vysoké zpoždění zapalování (to znamená, že palivo by mělo mít vysoké cetanové číslo ). Nafta by měla mít také vysokou nižší výhřevnost .

Inline mechanická vstřikovací čerpadla obecně snášejí nekvalitní nebo biopaliva lépe než čerpadla distribučního typu. Také motory s nepřímým vstřikováním obecně fungují uspokojivěji na paliva s velkým zpožděním zapalování (například benzín) než motory s přímým vstřikováním. Je to částečně proto, že motor s nepřímým vstřikováním má mnohem větší „vířící“ účinek, který zlepšuje odpařování a spalování paliva, a protože (v případě paliv typu rostlinného oleje) může na stěnách válce přímého vstřikování kondenzovat usazování lipidů. motoru, pokud jsou příliš nízké teploty spalování (například nastartování motoru za studena). Přímo vstřikované motory se spalovací komorou ve středu koule MAN spoléhají na kondenzaci paliva na stěnách spalovací komory. Palivo se začne odpařovat až po zapnutí zapalování a hoří relativně hladce. Proto tyto motory také tolerují paliva se špatnou charakteristikou zpoždění zapalování a obecně mohou pracovat na benzín s hodnocením 86 RON .

Druhy paliv

Ve své práci Teorie a konstrukce racionálního tepelného motoru z roku 1893 Rudolf Diesel zvažuje použití uhelného prachu jako paliva pro vznětový motor. Diesel však právě uvažoval o použití uhelného prachu (stejně jako kapalných paliv a plynu); jeho skutečný motor byl zkonstruován pro provoz na ropu , která byla brzy pro další zkušební účely nahrazena běžným benzínem a petrolejem, protože ropa se ukázala jako příliš viskózní. Kromě petroleje a benzínu mohl motor Diesel pracovat také na ligroin .

Před standardizací paliva pro dieselové motory byla použita paliva jako benzín , petrolej , plynový olej , rostlinný olej a minerální olej , jakož i směsi těchto paliv. Typická paliva specificky určená pro použití v dieselových motorech byly ropné destiláty a destiláty z černouhelného dehtu , jako jsou následující; tato paliva mají specifické nižší hodnoty vytápění:

• Nafta: 10 200 kcal · kg ⁻¹ (42,7 MJ · kg ⁻¹ ) až 10 250 kcal · kg ⁻¹ (42,9 MJ · kg ⁻¹ )
• Topný olej: 10.000 kcal · kg ^-1 (41,8 MJ · kg ^-1 ) až 10.200 kcal · kg ^-1 (42,7 MJ · kg ^-1 )
• Uhelno-dehtový kreosot : 9 150 kcal · kg ⁻¹ (38,3 MJ · kg ⁻¹ ) až 9 250 kcal · kg ⁻¹ (38,7 MJ · kg ⁻¹ )
• Petrolej : až 10 400 kcal · kg ^-1 (43,5 MJ · kg ^-1 )

Zdroj:

První normy pro naftu byly DIN 51601 , VTL 9140-001 a NATO F 54 , které se objevily po druhé světové válce. Moderní evropská norma pro naftu EN 590 byla stanovena v květnu 1993; moderní verze standardu NATO F 54 je s ní většinou totožná. Norma DIN 51628 pro bionaftu byla ve verzi EN 590 z roku 2009 zastaralá; Bionafta FAME odpovídá normě EN 14214 . Dieselové motory pro plavidla obvykle pracují na palivo se vznětovým motorem, které odpovídá normě ISO 8217 ( Bunker C ). Některé vznětové motory také mohou pracovat na plyny (například LNG ).

Moderní vlastnosti nafty

Želírování

Nafta DIN 51601 byla náchylná k voskování nebo gelovatění za chladného počasí; oba jsou výrazy pro tuhnutí motorové nafty do částečně krystalického stavu. Krystaly se hromadí v palivovém systému (zejména v palivových filtrech), nakonec hladovějí motor paliva a způsobí jeho zastavení. K vyřešení tohoto problému byly použity elektrické ohřívače s nízkým výkonem v palivových nádržích a kolem palivových potrubí. Většina motorů má také systém zpětného rozlití , kterým se přebytečné palivo z vstřikovacího čerpadla a vstřikovačů vrací do palivové nádrže. Jakmile se motor zahřeje, vracení teplého paliva zabrání voskování v nádrži. Před dieselovým motorem s přímým vstřikováním doporučili někteří výrobci, například BMW, přimíchání až 30% benzínu s naftou pomocí naftových automobilů s benzínem, aby se zabránilo želatinaci paliva, když teploty klesly pod -15 ° C.

Bezpečnost

Hořlavost paliva

Motorová nafta je méně hořlavá než benzín, protože jeho bod vzplanutí je 55 ° C, což vede ke snížení rizika požáru způsobeného palivem ve vozidle vybaveném vznětovým motorem.

Nafta může za správných podmínek vytvářet výbušnou směs vzduchu a par. Ve srovnání s benzínem je však méně náchylný kvůli nižšímu tlaku par , což je známkou rychlosti odpařování. Bezpečnostní list materiálu pro motorovou naftu s velmi nízkým obsahem síry naznačuje nebezpečí výbuchu par u motorové nafty uvnitř, venku nebo v kanálech.

Rakovina

Dieselové výfukové plyny byly klasifikovány jako karcinogen IARC skupiny 1 . Způsobuje rakovinu plic a je spojena se zvýšeným rizikem rakoviny močového měchýře .

Rozběh motoru (nekontrolovatelné překročení rychlosti)

Podívejte se na útěk vznětového motoru .

Aplikace

Vlastnosti nafty mají různé výhody pro různé aplikace.

Osobní automobily

Dieselové motory jsou již dlouho populární ve větších automobilech a od 80. let se v Evropě používají v menších automobilech, jako jsou supermini . Oni byli populární ve větších autech dříve, protože hmotnost a náklady sankce byly méně nápadné. Hladký provoz a vysoký točivý moment jsou považovány za důležité pro osobní automobily a malá užitková vozidla. Zavedení elektronicky řízeného vstřikování paliva významně zlepšilo plynulé vytváření točivého momentu a od počátku 90. let začali výrobci automobilů nabízet svá luxusní luxusní vozidla s naftovými motory. Vznětové motory osobních automobilů mají obvykle tři až deset válců a zdvihový objem od 0,8 do 5,0 litrů. Moderní elektrárny jsou obvykle přeplňované a mají přímé vstřikování.

Naftové motory netrpí škrcením nasávaného vzduchu, což má za následek velmi nízkou spotřebu paliva, zejména při nízkém částečném zatížení (například: jízda městskými rychlostmi). Jedna pětina všech osobních automobilů na světě má vznětové motory, přičemž mnoho z nich je v Evropě, kde přibližně 47% všech osobních automobilů má naftový pohon. Společnost Daimler-Benz ve spolupráci se společností Robert Bosch GmbH vyráběla osobní automobily se vznětovými motory od roku 1936. Popularita osobních automobilů s dieselovým pohonem na trzích, jako je Indie, Jižní Korea a Japonsko, roste (od roku 2018).

Užitková vozidla a nákladní automobily

Životnost vznětových motorů Mercedes-Benz

V roce 1893 Rudolf Diesel navrhl, že dieselový motor by mohl pohánět „vozy“ (nákladní automobily). První nákladní automobily se vznětovými motory byly uvedeny na trh v roce 1924.

Moderní dieselové motory pro nákladní automobily musí být jak extrémně spolehlivé, tak velmi úsporné. Standardem je přímé vstřikování common-rail, přeplňování turbodmychadlem a čtyři ventily na válec. Posuny v rozmezí od 4,5 do 15,5 litrů, s poměrem výkonu k hmotnosti z 2,5-3,5 kg · kW ^-1 pro těžký provoz a 2,0-3,0 kg · kW ^-1 pro středně těžké motory. Motory V6 a V8 bývaly běžné kvůli relativně nízké hmotnosti motoru, kterou poskytuje konfigurace V. V poslední době se od konfigurace V upustilo ve prospěch přímých motorů. Tyto motory jsou obvykle přímé 6 pro těžké a střední zatížení a přímé 4 pro střední zatížení. Jejich konstrukce ve tvaru čtverce způsobuje nižší celkové rychlosti pístu, což má za následek prodlouženou životnost až 1 200 000 kilometrů (750 000 mil). Ve srovnání s dieselovými motory sedmdesátých let se očekávaná životnost moderních nákladních naftových motorů více než zdvojnásobila.

Železniční kolejová vozidla

Dieselové motory pro lokomotivy jsou konstruovány pro nepřetržitý provoz a za určitých okolností mohou vyžadovat schopnost používat nekvalitní palivo. Některé lokomotivy používají dvoutaktní dieselové motory. Dieselové motory zastínily parní stroje jako hybnou sílu na všech neelektrifikovaných železnicích v průmyslovém světě. První dieselové lokomotivy se objevily v roce 1913 a nafta několik jednotek brzy poté. Mnoho moderních dieselových lokomotiv je vlastně dieselelektrických lokomotiv : dieselový motor se používá k pohonu elektrického generátoru, který zase pohání elektrické trakční motory bez mechanického spojení mezi dieselovým motorem a trakcí. Zatímco elektrické lokomotivy nahradily dieselovou lokomotivu pro osobní dopravu v Evropě a Asii, nafta je stále velmi oblíbená pro nákladní vlaky přepravující náklad a na tratích, kde není možná elektrifikace.

Ve čtyřicátých letech minulého století byly vznětové motory silničních vozidel s výkony 150 ... 200 PS (110 ... 147 kW) považovány za přiměřené pro DMU. Běžně se používaly běžné elektrárny nákladních vozidel. Výška těchto motorů musela být menší než 1 000 mm, aby bylo možné instalovat podlahu. Obvykle byl motor spojen s pneumaticky ovládanou mechanickou převodovkou, kvůli malým rozměrům, hmotnosti a výrobním nákladům této konstrukce. Některé jednotky DMU místo toho používaly hydraulické měniče točivého momentu. Diesel-elektrický přenos nebyl vhodný pro takové malé motory. Ve třicátých letech Deutsche Reichsbahn standardizoval svůj první motor DMU. Jednalo se o 30,3litrový 12válcový boxer s výkonem 275 PS (202 kW). Podle této normy vyrábělo motory několik německých výrobců.

Plavidlo

Jeden z osmiválcových motorů 3200 IHP Harland a Wolff - Burmeister & Wain instalovaných v motorové lodi Glenapp . Jednalo se o dosud nejvýkonnější vznětový motor (1920) instalovaný na lodi. Pro srovnání velikosti stojí muž stojící vpravo dole.

Přehrát média

Ruční natažení lodního dieselového motoru v jezeře Inle ( Myanmar ).

Požadavky na lodní naftové motory se liší v závislosti na aplikaci. Pro vojenské použití a pro středně velké lodě jsou nejvhodnější střednědobé čtyřtaktní vznětové motory. Tyto motory mají obvykle až 24 válců a jsou dodávány s výkony v jednomístném regionu megawattů. Malé čluny mohou používat naftové motory nákladních vozidel. Velké lodě používají extrémně efektivní dvoutaktní vznětové motory s nízkou rychlostí. Mohou dosáhnout účinnosti až 55%. Na rozdíl od většiny běžných vznětových motorů používají dvoutaktní motory pro plavidla vysoce viskózní topný olej . Ponorky jsou obvykle dieselelektrické.

První dieselové motory pro lodě vyrobila společnost AB Diesels Motorer Stockholm v roce 1903. Jednalo se o tříválcové jednotky s výkonem 120 PS (88 kW) a čtyřválcové jednotky s výkonem 180 PS (132 kW) a používaly se pro ruské lodě. Během první světové války rychle pokročil zejména vývoj ponorkových vznětových motorů. Na konci války byly pro námořní použití vyrobeny dvojčinné pístové dvoutaktní motory s výkonem až 12 200 PS (9 MW).

Letectví

Dieselové motory byly používány v letadlech před druhou světovou válkou, například v tuhé vzducholodi LZ 129 Hindenburg , která byla poháněna čtyřmi naftovými motory Daimler-Benz DB 602 , nebo v několika letadlech Junkers, která měla instalované motory Jumo 205 . Až do konce sedmdesátých let neexistovala v letadle žádná aplikace vznětového motoru. V roce 1978 Karl H. Bergey tvrdil, že „pravděpodobnost nafty pro všeobecné letectví v blízké budoucnosti je malá.“ V posledních letech (2016) našly dieselové motory použití v bezpilotních letadlech (UAV) díky své spolehlivosti, životnosti a nízké spotřebě paliva. Na začátku roku 2019 AOPA oznámila, že model dieselového motoru pro letadla všeobecného letectví „se blíží k cílové čáře“.

Nesilniční dieselové motory

Vzduchem chlazený vznětový motor modelu Porsche 218 z roku 1959

Nesilniční dieselové motory se běžně používají pro stavební zařízení . U těchto motorů je velmi důležitá palivová účinnost, spolehlivost a snadná údržba, zatímco vysoký výkon a tichý provoz jsou zanedbatelné. Proto je stále velmi časté mechanicky řízené vstřikování paliva a chlazení vzduchem. Společné výkony nesilničních vznětových motorů se značně liší, přičemž nejmenší jednotky začínají na 3 kW a nejsilnějšími motory jsou nákladní vozy s těžkými nákladními vozy.

Stacionární naftové motory

Tři anglické elektrické dieselové alternátory 7SRL instalované v elektrárně Saateni, Zanzibar 1955

Stacionární dieselové motory se běžně používají k výrobě elektřiny, ale také k napájení kompresorů v chladničce nebo jiných typů kompresorů nebo čerpadel. Obvykle tyto motory běží trvale, buď s většinou částečným zatížením, nebo přerušovaně, s plným zatížením. Stacionární dieselové motory pohánějící elektrické generátory, které vydávají střídavý proud, obvykle pracují se střídavým zatížením, ale s pevnou frekvencí otáčení. To je způsobeno pevnou frekvencí sítě 50 Hz (Evropa) nebo 60 Hz (USA). Frekvence otáčení klikového hřídele motoru je volena tak, aby frekvence sítě byla její násobkem. Z praktických důvodů to vede k frekvencím otáčení klikového hřídele buď 25 Hz (1 500 za minutu) nebo 30 Hz (1 800 za minutu).

Motory s nízkou tepelnou izolací

Během několika desetiletí byla vyvinuta speciální třída prototypových pístových motorů s vnitřním spalováním s cílem zlepšit účinnost snížením tepelných ztrát. Tyto motory se různě nazývají adiabatické motory; díky lepší aproximaci adiabatické expanze; motory s nízkou tepelnou izolací nebo motory s vysokou teplotou. Obvykle se jedná o pístové motory s částmi spalovací komory vyloženými keramickými povlaky tepelné bariéry. Některé používají písty a jiné součásti vyrobené z titanu, který má nízkou tepelnou vodivost a hustotu. Některé konstrukce dokážou úplně vyloučit použití chladicího systému a související parazitické ztráty. Vývoj maziv schopných odolat vyšším teplotám je hlavní překážkou komercializace.

Budoucí vývoj

V literatuře v polovině roku 2010 jsou hlavní cíle vývoje budoucích vznětových motorů popsány jako zlepšení emisí výfukových plynů, snížení spotřeby paliva a prodloužení životnosti (2014). Říká se, že naftový motor, zejména naftový motor pro užitková vozidla, zůstane nejdůležitější pohonnou jednotkou do poloviny 20. let 20. století. Redaktoři předpokládají, že složitost vznětového motoru se bude dále zvyšovat (2014). Někteří redaktoři očekávají budoucí konvergenci provozních principů naftových a ottských motorů díky vývojovým krokům ottských motorů k homogennímu vznětovému kompresnímu zapalování (2017).

Viz také

Reference

externí odkazy

• "Diesel Information Hub" . Sdružení pro kontrolu emisí katalyzátorem.
• Krátký film Příběh nafty (1952) je k dispozici ke stažení zdarma v internetovém archivu
• „Úvod do dvoutaktního lodního naftového motoru“ na YouTube
• Dokument „Motor, který pohání svět“ Dokument BBC na YouTube

Patenty

• Způsob a zařízení pro přeměnu tepla na práci. # 542846 podaná 1892
• Spalovací motor č. 608845 podaný 1895