Створення ДВС - коротка історія, сучасний стан, оцінка перспектив і напрямків розвитку

Перші ідеї створення двигунів внутрішнього згоряння відносяться до XVII століття, в 1 680 році Гюйгенс пропонував побудувати двигун, що працює за рахунок вибухів заряду пороху в циліндрі. До кінця XVIII - початку XIX століть відноситься ряд патентів пов'язаних з перетворенням тепла органічного палива в роботу в циліндрі двигуна. Однак перший двигун подібного типу, придатний для практичного використання, побудований і запатентований Ленуаром (Франція) в 1860 році. Двигун працював на світильному газі, без попереднього стиснення, і мав ККД близько 3%.

У 70-80-ті роки XIX століття почалося широке практичне застосування бензинових двигунів з іскровим запалюванням, які працювали по циклу швидкого згоряння. З 1885 року почалася споруда автомобілів з бензиновими ДВС. Великий внесок у розвиток цього типу двигунів внесли Карл Бенц, Роберт Бош (Німеччина), Даймлер (Австрія). Мали розвиток ці двигуни і вУкаіни - капітан українського флоту І.С. Костович побудував в 1879 році найлегший в той час двигун для дирижабля потужністю 80 л.с. з питомою вагою 3 кг / к.с. набагато випередивши німецьких інженерів.

Наступним етапом у розвитку ДВС стало створення так званих «калорізаторних» двигунів, в яких паливо запалало немає від електричної іскри, від розпеченої деталі в циліндрі. Такі двигуни почали будувати на початку 90-х років XIX століття.

Цикл нового двигуна значно відрізнявся від описаного в патенті і в брошурі. У ньому здійснювалися раніше відомі й апробовані в інших досвідчених двигунах принципи - попереднього стиснення повітря в циліндрі, безпосередньої подачі палива в кінці такту стиснення, самозаймання палива і т.д. Відмінності побудованого двигуна від 1-го патенту і використання ідей інших винахідників послужили причиною багатьох випадів проти Р. Дизеля, його численних судових тяжб і фінансових труднощів. Ймовірно, це і дало привід до трагічної загибелі Р. Дизеля перед початком 1-ї світової війни. Проте, в честь визнання заслуг Р. Дизеля в створенні нового двигуна і його широке впровадження в промисловості і транспорті двигун із займанням палива від стиснення отримав назву «дизель».

українські інженери вирішили багато конструктивних питання дизелебудування, при-дали деталям ту конструкцію, яка згодом стала загальноприйнятою. У нашій країні були вирішені і питання, пов'язані із застосуванням дизелів на судах. У 1903 році став до ладу перший в світі теплохід «Вандал», танкер озерного типу вантажопідйомністю 820 т з трьома нереверсивними 4-тактних двигунів сумарною потужністю 360 к.с. У 1908 році побудований перший в світі морський теплохід - танкер «Дело» (згодом «В. Чкалов») для плавання в Каспійському морі водотоннажністю 6000 т з двома дизелями по 500 к.с. Слідом за заводом «Л. Нобель »до виробництва дизелів приступили Коломенський і Сормовський заводи.

Завдяки успіхам дизелебудування вУкаіни дизелі стали називати один час «українськими двигунами». Україна зберігала провідне становище в судновому дизелебудуванні аж до 1-ї світової війни. Так, до 1912 року в усьому світі було побудовано 16 теплоходів з потужністю головних дизелів понад 600 л.с .; з них 14 побудовано вУкаіни. Навіть в 20-і роки, незважаючи на великі руйнування народного господарства в період 1-ї світової і громадянської воєн, в нашій країні були створені і випускалися суднові малооборотних крейцкопфні двигуни марок 6 ДКРН 38/50, 4ДКРН 41/50 і 6ДКРН 65/86 агрегатної потужністю відповідно 750, 500 і 2400 к.с ...

Переважне поширення в світовій практиці від початку використання до середини 30-х років мали компресорні дизелі, в яких паливо подавалося в циліндр за допомогою стиснутого до високого тиску повітря. Як правило, в якості головних використовувалися малооборотних крейцкопфні 2-х або 4-тактний дизелі, часто подвійної дії. Продування 2-тактних ДВС здійснювалася поршневим продувальним насосом, що приводиться від колінчастого вала.

Ідея Безкомпресорні дизеля, запатентована в 1898 році студентом Харківського технологічного інституту Г.В. Трінклера (згодом професором Горьковського інституту інженерів водного транспорту), отримала широкий розвиток лише в 30-і роки, коли була створена досить надійна паливна апаратура для безпосереднього вприскування палива за допомогою насосів високого тиску.

Особливо швидкий розвиток дизелебудування спостерігалося після 2-ї світової війни. Переважне поширення в якості головного двигуна на судах транспортного флоту отримав малооборотних крейцкопфний 2-тактний реверсивний бескомпрессорний дизель простого дії, що працює безпосередньо на гвинт. В якості допоміжних двигунів використовувалися і використовуються досі середньооборотні тронкових 4-тактні дизелі.

У середньооборотних 4-х тактних двигунів в 50-і роки середнє ефективне тиск Ре лежало в межах 6,75-8,5 кг / см2. У 60-ті роки Ре було збільшено до 14-15 кг / см2. У 70-80-ті роки всі провідні дизелебудівному фірми досягли рівня Ре 17-20 кг / см2; в досвідчених двигунах отримано Рe 25-30 кг / см2. Максимальний діаметр циліндра склав ДЦ = 600-650 мм, хід поршня S = 600-650 мм, максимальна циліндрична потужність Neц = 1500-1650 Елс. ефективний ККД 42-45%. Приблизно такі показники пропонуються на ринку середньооборотних 4-тактних двигунів і сьогодні.

Тенденція до більш широкого використання середньооборотних двигунів в якості головних на суднах морського флоту проявилися в 60-і роки. В якійсь мірі було пов'язано з успіхами фірми Пілстік (Франція), яка створила двигун РС-2 високої конкурентоспроможності, а також з потребами розвитку спеціалізованих судів, що висували обмеження по висоті машинного відділення. В подальшому двигуни цього типу були створені і іншими фірмами - V 65/65 Зульцер-МАН, 60М Мітсуі, ТМ-620 Сторк, Вяртсиля 46 і ін. Подальше вдосконалення середньооборотних суднових двигунів йде по шляху збільшення ходу поршня, форсування наддувом, підвищення економічності робочих циклів і економічності експлуатації шляхом використання все більш важких залишкових палив, зниження шкідливих викидів з вихлопними газами в навколишнє середовище.

Малооборотних 2-тактний дизель залишається найбільш поширеним головним двигуном сучасних морських суден. При цьому в результаті гострої конкурентної боротьби на ринку цього класу двигунів залишилися лише 2 конструкції - фірми Бурмейстер і Вайн (Данія) і Зульцер (Швейцарія). Припинили випуск малооборотних двигунів подібної конструкції фірми МАН (Німеччина), Доксфорд (Англія), Фіат (Італія), Гетаверкен (Швеція), Сторк (Голландія).

Фірма Бурмейстер і Вайн створила в 1981 році ряд високоекономічних довгоходові двигунів типу МС. Однак фірма не могла подолати фінансову скруту і поступилася контрольний пакет акцій фірмі МАН. Об'єднання MAN-B # 038; W продовжує удосконалювати двигуни ряду МС, пропонуючи споживачам крейцкопфні двигуни з діаметром циліндрів від 280 до 980 мм і з відношенням ходу поршня до діаметру, рівним S / D = 2,8; 3,2 і 3,8.

ВУкаіни сучасні малооборотних дизелі випускаються з 1959 року на Артемівському машинобудівному заводі за ліцензією фірми Бурмейстер і Вайн. Двигуни встановлюються як на вітчизняних судах, так і на судах іноземної споруди.

Подальше вдосконалення малооборотних крейцкопфних двигунів йде по шляху їх форсування наддувом, зменшення питомої ваги, підвищення надійності, збільшення терміну служби між розтинами, використання найважчих залишкових палив, зниження шкідливих викидів в навколишнє середовище. З огляду на обмеженість запасів рідкого нафтового палива на землі, проводяться дослідні роботи по використанню вугільного пилу в якості палива в циліндрі малооборотних дизеля.