Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

[ 1 ] 2 3 4 ... 20

двигатели внутреннего сгорания

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Идея сжигания топлива внутри цилиндра поршневой машины возникла еще в конце XVIII в. В первой половине XIX в многие изобретатели без особого успеха пытались создать двигатели внутреннего сгорания.

В 1860 г. был создан первый двигатель внутреннего сгорания (газовый двигатель Ленуара, построенный в Париже), работавший на светильном газе, без сжатия с засасыванием смеси на половине хода поршня.

В 1870 г. ПОЯВИЛИСЬ газовые двигатели внутреннего сгорания Лангена 1 Отто (в г. Дейтце близ Кельна), работавшие по четырехтактному циклу с зфедварительным сжатием. К этому же времени относится построение первых ;1вухтактиых двигателей.

Появление двигателей внутреннего сгорания и их дальнейшее развитие определилось потребностью в компактном двигателе вместо громоздких паро-сых машин, широко применявшихся в качестве агрегатов, снабжаюш.их энергией промышленные предприятия. Вследствие малого веса и габаритов, а также ПОСТОЯННОЙ готовности к работе двигатель этого типа стал применяться из качестве силовой установки на автомобиле и самолете.

В 1879 г. И. С. Костович предложил бензиновый двигатель для дирижабля. Это был первый двигатель, работающий на жидком топливе. Двигатель И С. Костовича отличался противолежащим расположением цилиндров и электрическим зажиганием (и то и другое применялось впервые). При мощности 80 л. с. двигатель характеризовался удельным весом 3 кг1л. с.

Начиная с 1885 г. получают распространение двигатели, работающие на 4<еросине и более тяжелых сортах жидкого топлива. В 1890 г. на Московском заводе Е. Я. Бромлея был построен четырехтактный калоризаторный керосиновый двигатель.

В 1892 г. было начато производство керосиновых двигателей на Механическом.заводе Э. Нобеля (ныне Русский дизель ). Сначала завод выпускал четырехтактные керосиновые двигатели, а позже на заводе была создана оригинальная конструкция двухтактных двигателей, преимуществом которых явилось отсутствие клапанов и привода к ним и большая плавность хода. В 1893 г. на Всемирной выставке в Чикаго за керосиновые двигатели завод получил высшую награду. Подобные двигатели по заказу Главного артиллерийского управления были установлены заводом на облегченные генераторные повозки (полевые электросганции), применявшиеся в период русско- 5птонской войны.

Наибольшее распространение двигатели внутреннего сгорания получили с появлением двигателей высокого сжатия, работающих на жидком топливе. В этих двигателях воспламенение топлива происходило от тепло гы сжатого в цилиндре воздуха.

В 1885 г. Э. Капитэн предложил конструкцию двигателя, в котором сжатие воздуха до температуры воспламенения тяжелого топлива и последующее

его сгорание происходило при постоянном давлении. Однако Капитэну не удалось построить двигатель из-за отсутствия средств.

В 1893 г. появилась брошюра Рудольфа Дизеля под названием Теория и конструкция рационального теплового двигателя для замены паровых машин и известных в настоящее время тепловых двигателей . В этой брошюре Р Дизель на основании теоретических исследований предлагал (как и Э. Ка-питэн) повьпиать температуру воздуха путем сжатия и вводить в нагретый возду.х мелко распыленное топливо, которое должно было сгорать без повышения температуры. Изотермическое сгорание должно было дать возможность работать двигателю без

;------ -. ., ....,- . .,.,... охлаждения стенок цилиндра и

приблизить тепловой процесс к циклу Карно.

Предложенное Р. Дизелем сгорание при постоянной температуре и работа двигателя без охлаждения стенок цилиндра оказались неосуществимыми: первый, построенный в 1895 г. двигатель, конструкция которого наиболее близко соответствовала высказанным Р. Дизелем идеям, оказался неработоспособным.

В период 1895-1897 гг. инженеры Аугсбурского завода. полностью переконструировали двигатель, и новый двигатель Р. Дизеля промышленного типа был установлен на спичечной фабрике в 1897г. Вследствие выявившихся при эксплуатации конструктивных недостатков выпуск этих двигателей был прекращен.

Первый четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия, созданный в России, работал на сырой нефти, соляровом масле, а также на керосине. Он был построен в 1899 г. на Механическом заводе Э. Нобеля по чертежам этого же завода. Данный двигатель конструктивно и по протеканию рабочего процесса существенно отличался от упомянутого выше двигателя, построенного в 1897 г. и работавшего только на керосине.

Первый отечественный двигатель с воспламенением от сжатия (тип А, фиг. 1), названный дизелем, имел мощность 20-26 л. с. при числе оборотов 193 в минуту и при давлении сгорания 30 кг1см. Это название прочно утвердилось за всеми двигателями с воспламенением от сжатия, несмотря на то, что процесс и конструкция их отличались от предложенных Р. Дизелем.

За два года заводом Э. Нобеля было построено 40 двигателей с воспламенением от сжатия общей мощностью около 1500 л. с.

В 1902 г. при конструировании двигателя мощностьюбО л. с. завод отказался от копструкции двигателей с крейцкопфом, остановившись на конструкции типа Б без крейцкопфа (фиг. 2). Это позволило уменьшить высоту двигателей, их вес и стоимость.

В новом двигателе, помимо других конструктивных усовершенствований, был установлен топливный н^сос с регулировкой начала подачи топлива и с

Фиг. 1. Двигатель типа А с крейцкопфом.

обратным перепуском топлива через впускной клапан. Данный насос очень скоро стал широко применяться в двигателях различного назначения. В этом же двигателе для распыливания топлива впервые была использована система отдельного компрессора-компаунд.

В двуступенчатой системе, принятой Р. Дизелем, первой ступенью являлся рабочий цилиндр. Во время хода сжатия, когда давление достигало 10 кг1см, необходимое количество воздуха отводилось из этого цилиндра в ресивер через специальный перепускной клапан и далее поступало в компрессор, в котором оно сжималось до давления 50 кг1см При такой системе продукты сгорания попадали в распыливающий воздух, вследствие чего ухудшались условия сгорания, увеличивался расход топлива и, кроме того, засорялась форсунка. В результате применения конструкторами завода отдельной системы компрессора улучшилось сгорание, уменьшился расход топлива и распылитель форсунки перестал засоряться.

Предложенная конструкция в дальнейшем получила широкое распространение и была использована за границей.

В 1903-1911 гг. производство двигателей с воспламенением от сжатия было налажено на Коломенском заводе, на заводе Фельзер (ныне Двигатель революции ), на Николаевском судостроительном и Сормовском заводах.

В 1903 г. на Сормовском заводе был построен первый теплоход (нефтеналивная баржа) Вандал , на котором было установлено три трехцилиндровых четырехтактных 120-сильных двигателя с воспламенением от сжатия конструкции завода Э. Нобеля.

В 1904 г. Сормовский завод выпустил более совершенный теплоход Сармат , на нем были установлены два двигателя завода Э. Нобеля, каждый мощностью 180 л. с. при 240 об/мин. Первые судовые двигатели конструктивно сравнительно мало отличались от стационарных, но были несколько более быстроходными и имели уменьшенный ход поршня, число оборотов можно было изменять вручную при помощи специального приспособления, которым снабжались эти двигатели. Для осуществления заднего хода завод применил систему электропередачи между двигателем и гребным винтом, последний приводился во вращение от специального электродвигателя.

Преимуществом двигателей внутреннего сгорания по сравнению с паровыми было значительное сокращение расхода топлива, а для судовых двигателей также упрощение управления, маневрирования и хранения топлива.

Вскоре после выпуска теплохода Сармат главный инженер Коломенского завода Р. А. Корейво сконструировал специальную муфту с пневматическим управлением для маневрирования и обратного хода, названную его именем.

Фиг. 2. Двигатель типа Б без крейцкопфа.

В 1907 г. Коломенский завод построил для Волжского судоходства первый колесный буксирный теплоход Мысль с нереверсивным двигателем мощностью 300 л. с. и передачей к колесам по системе Р. А. Корейво.

Почти одновременно в Петербурге инженер К. В. Хагелин создал систему реверса, использованную в 1908 г. для двигателя подводной лодки Минога .

Это первое военное судно, на котором был установлен двигатель с воспламенением о г сжатия.

После появления реверсивных судовых двигателей муфты конструкции Р. А. Корейво использовались для колесных судов как разобщительные механизмы, позволяющие пускать двигатель без нагрузки, как при переднем, так и при заднем ходе.

Фиг. 3. Первый четырехтактный рсвгрсиЕНЫН двигатель мощностью 120 л. с.

Почти одновременное выпуском Миноги Балтийским судостроительным заводом (по чертежам завода Э. Нобеля и Коломенского завода) были нос троены канонерские лодки для р. Амзф и позднее для Каспийского моря. На канонерках было установлено по четыре двигателя мощностью 250 л. с. каждый (при 360 об/мин). Канонерки более позднего времени имели по два шести-цилиндроных двигателя мощностью 500 л. с. каждый.

Применение электропередачи от двигателей к гребным винтам кроме конструктивной сложности установки сопровождалось потерей энергии, что послужило толчком к созданию реверсивных двигателей. В 1908 г. завод Э. Нобеля выпустил первый четырехтактный реверсивный двигатель мощностью 120 л. с. при 400 об/мин (фиг. 3). Два таких двигателя были установлены на подводной лодке Минога . В том же году фирма Стандарт мотор констракшен и К° в США сконструировала четырехтактный двигатель мощностью 500 л. с. двойного действия, в koto;o.vi применялось реверсирование с помощью осевого перемещения двух распределительных валов.

В дальнейшем перевод распределительных механизмов в положение обрат-лого хода осуществлялся иными способами, в частности, была применена

система двойных роликов клапанных рычагов, а кулачки переднего и заднего хода не имели осевого перемещения.

Изучая возможность применения двигателей для военно-морских целей, завод Э. Нобеля начал разработку облегченных конструкций быстроходных двигателей с воспламенением от сжатия. В результате этого в 1910 г. были построены относительно быстроходные (по тому времени) шестицилиндровые двигатели мощностью 160 л. с. при 450 об/мин для подводной лодки Сом и других подводных лодок. Двигатели имели спаренные цилиндры, колеича-

Фиг. 4. У-образный восьмицилиндровый двигатель мощностью 200 л. с.

при 800 об/мин.

тый вал, опирающийся на четыре коренных подшипника, аналогично современным автотракторным двигателям, фундаментную раму из стальных поперечных балок, цилиндры без крышек с медными рубашками и верхнее расположение распределительного вала.

Особенно важно отметить постройку заводом Э. Нобеля в 1911 г. первого V-образного двигателя (фиг. 4) с удельным весом около 10 кг/л. с. с восемью цилиндрами. Двигатель был выполнен нз алюминия, стали и бронзы. Его можно считать прототипом современных V-образных легких двигателей.

К постройке двухтактных двигателей и к опытным работам завод приступил в 1902-1903 гг. Была предложена конструкция двигателя с прямоточной клапанно-щелевой схемой продувки, с выпуском продуктов сгорания через клапаны Первый двигатель подобного типа был построен в 1906 г. на Нобелевском заводе (фиг. 5). Следует отметить положительные стороны этой конструкции, в которой при относительно хорошем качестве процессов газообмена поршень омывался холодным воздухом во время зарядки цилиндра.

Многие заводы строили и строят двухтактные двигатели различного назначения, различной мощности и быстроходности, имеющие указанную кла-панно-щелевую схему. В первую очередь следует назвать заводы Дженерал Моторс, Бурмайстер и Вайн, Крупп, Сторк, Коломенский тепловозостроительный и Ярославский автомобильный заводы.

Применявшаяся ранее в двухтактных газовых двигателях и несколько позднее в двигателях жидкого топлива прямоточная схема газораспределения, при которой впуск смеси (воздуха) осуществлялся через клапаны, а

Фиг. 5. Первая конструкция двухтактного двигагеля с клапанио-щелевой продувкой.

выпуск - через окна, распространения не получила. Данной схеме присущи крупные недостатки, делающие ее неприменимой для двигателер! транспортного и промышленного назначения: тяжелые условия работы поршневой группы, омываемой выпускными газами, неблагоприятное изменение сечений распределительных органов по времени и др. В начале текущего столетия отечественные и зарубежные заводы начали строить двухтактные двигатели, работающие на тяжелом топливе, с распределением по этой схеме.

В дальнейшем выпуск подобных двигателей был прекращен вследствие указанных недостатков.

Втотже период времени была осуществлена конструкция двухтактного двигателя с петлевой эксцентричной схемой продувки. Расположение продувочных окон по этой схеме обеспечивало направление потоков продувочного воздуха в одну половину цилиндра и создавало взаимный подпор струй воздуха, способствующий улучшению очистки.Эта конструкция была испытана

Петербургским заводом Э. Нобеля в 1912 г. на опытном двухцилиндровом двигателе мощностью около 440 л. с. при 300 об/мин после проведения эксперимента на специальных стеклянных моделях с целью проверки качества процесса продувки.

Аналогичное расположение окон применяют и иностранные заводы. Следует заметить, что схемы Модааг и Шнюрле, применяющиеся в двигателях небольшой и средней мощности, сравнительно мало отличаются от упомянутой эксцентричной схемы.

Фиг. 6. Экспериментальный двигатель без продувочного насоса.

Конструкция указанного двигателя завода Э. Нобеля характеризовалась наличием анкерных связей проходящих до средней части рубашек, автоматических клапанов на впуске в продувочные окна и телескопическим охлаждением поршней.

В 1914 г. на том же заводе были проведены экспериментальные работы с двухтактными двигателями (фиг. 6) без продувочных насосов, в которых очистка и наполнение цилиндра совершаются в результате динамических явлений в потоках выпускных газов. Проведенные эксперименты включали подбор размеров выпускного трубопровода, профиля кулачков выпускных клапанов и испытания различных конструкций клапанов, монтируемых в конце выпускного трубопровода.

Применение указанной системы позволяет увеличить вес воздушного заряда, что связано с возможностью введения большего количества топлива в цилиндр и получения большей мощности, улучшения охлаждения поршня, клапанов и цилиндров, упрощения конструкции и повышения механического

К. П. д. В 1922 г. к аналогичным опытам приступили в Англии на так называемом двигателе системы Петера, а также и во Франции (инженер Каденаси).

В 1893 г. Охельхейзер совместное Юнкерсом создал двухтактный газовый двигатель с противоположно движущимися порншями. Один поршень действовал на коленчатый вал через шатун, другой - на тот же вал с помощью-траверсы и длигшых штанг. В 1910 г. на Международной выставке в Петербурге был выставлен двухтактный двигатель с воспламенением от сжатия и противоположно движущимися поршнями конструкции р. А. Корейво, построенный Коломенским заводо.м. В отличие от почти одновременно появившегося в Германии двигателя Юнкерса, имевшего один коленчатый вал, двигатель Корейво имел два коленчатых вала, соединенных шестернями.

В начале текущего столетия русскими учеными были изобретены и построены оригинальные конструкции двигателей с воспламенением от сжатия.

Так, в 1901 г. Г. В. Тринклер создал конструкцию двигателя с воспламенением от сжатия, в котором процесс распыливания топлива осуществлялся при помощи специального устройства, включающего поршенек, двигающийся в специальном цилиндре, соединенном с рабочим цилиндром, и систему рычагов. Этот двигатель, работавший без особого компрессора, построенный' на Путиловском заводе, работал по смешанному циклу. Несколько позже-французский изобретатель Сабатэ получил патент на форсунку, обеспечивающую получение смешанного цикла при воздушном распыливании топлива.

Продолжатель идей Ф. А. Блинова, создавшего трактор, русский изобретатель Я. В. Мамин в период 1903-1909 гг. построил двигатели, работающие с впрыском топлива в цилиндр без применения сжатого воздуха. Двигатели Я. М. Мамина, построенные в 1903, 1904 и 1908 гг., демонстрировались на всероссийской и международных выставках, в частности, в 1910 г. на первой Западно-Сибирской выставке в Омске. В 1910 г. Я- В. Мамин построил бескомпрессорный двигатель повышенного сжатия мощностью 25 л. с. под названием Русский дизель для созданного им оригинального колесного трактора.

В 1906г. профессор МВТУ В.И. Гриневецкий предложил конструкцию-двигателя с двойным сжатием и расширением, которая .была осуществлена в 1911 г. на Путиловском заводе. Работа по доводке двигателя не была завершена из-за отсутствия средств. Это был прототип комбинированного двигателя, представляющего собой сочетание поршневого двигателя, компрессора и турбины, отличающегося высоким к. п. д.

В настоящее время вопросу построения комбинированных двигателей вы- сокой мощности уделяется большое внимание многими конструкторами и исследователями.

В 1912 г. студент АШТУ, впоследствии профессор, А. Н. Шелест, предложил систему комбинированного двигателя, в которой поршневой двигатель (совместно с компрессором) является механическим генератором газа. Подобные двигатели позже стали предлагаться в различных модификациях некоторыми заводами за границей.

Русские ученые достигли больших успехов в вопросах создания теории рабочего процесса, протекающего в двигателях и их агрегатах.

В 1906 г. проф. В. И. Гриневецкий предложил метод теплового расчета позволяющий установить связь между параметрами индикаторного процесса. Этот метод был положен в основу теории процессов в двигателях внутреннего' сгорания. В дальнейшем он был развит русскими учеными-профессорами МВТУ - Н. Р. Брилингом, Е. К. Мазингом, а также Б. С. Стечкиным,. связавшим вопросы мощности и экономичности с тепловым балансом двигателя.

После Великой Октябрьской социалистической революции двигателе-строение в СССР стало быстро развиваться по многим направлениям и отли-

чалось созданием оригинальных конструкций двигателей внутреннего сгорания различного назначения.

В 30-х годах были созданы мощные авиационные двигатели AM конструкции А. М. Микулина, установленные на транспортные самолеты, на которых был совершен полет через Северный полюс, авиационные двигатели ВК конструкции В. Я- Климова, авиационные двигатели АШ хонструкгши А. Д. Швецова и др.

Наряду с развитием авиационных поршневых двигателей, работающих на легком топливе, большое внимание в тот же период времени з'делялось созданию авиационных двигателей тяжелого топлива. Во время Великой Отечественной войны применялся авиационный дизель большой мощности АЧ-30 конструкции А. Д. Чаромского. Следует отметить также работу Т. М. Мелькумова по созданию маломощного дизеля Д-11 для учебной и легкомоторной авиации.

В 1935 г. на Харьковском паровозостроительном заводе была начата работа по созданию быстроходного транспортного дизеля повышенной мощности. Коллектив конструкторов, возглавляемый И. Я- Трашутиным. Т. П. Чупахиным, И. Е. Вихманом и другими, создал двигатель, принятый на серийное производство в 1939 г. под маркой В-2. В послевоенный период основные показатели двигателя были значительно улучшены; разработано несколько вариантов этого двигателя для различных отраслей народного хозяйства мощностью в пределах 300-600 л. с.

Как известно, двигатели с воспламенением от сжатия устанавливаются на тракторы С-80, КД-35, ДТ-54 и др. Тракторный двигатель М-17, созданный Научно-исследовательским тракторным институтом (НАТИ), характеризовался мягкостью протекания процесса сгорания. На тракторе КД-35 установлен созданный в послевоенное время дизель Д-35 конструкции А. С. Озер-ского и др. (НАТИ), на тракторе ДТ-54 установлен дизель Д-54.

Двигатели с воспламенением от сжатия были построены и для автомобилей. Следует назвать автомобильный двигатель КОДЖУ (с оригинальным смесеобразованием), вихрекамерный двигатель Д-7 для трехтонного автомобиля когструкции Московского завода имени И. А. Лихачева, двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 Ярославского автомобильного завода, установленные на грузовых автомобилях Я A3 и па автобусах ЗИЛ.

Разнообразные конструкции двигателей легкого топлива автомобильного типа были созданы конструкторами Москоеского завода имени И. А. Лихачева, ГорькоЕСкого автомобильного завода, Московского завода малолитражных автомобилей, Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ), НАТИ и других организаций.

Одновременно с развитием автотракторных двигателей создавались конструкции стационарных, судовых и тепловозных двигателей различной мощности и быстроходности на заводах Русский дизель . Коломенском, Красное Сормово , Двигатель революции и др. (по проектам Н. А. Гостинцева, И. П. Матвеева, М. П. Маркина, И. Д. Калинина, В. И. Чекалина и других ведущих конструкторов). На указанных заводах были созданы оригинальные конструкции двигателей с воспламенением от сжатия, отличающиеся хорошими показателями.

К их ч1Слу*,отнссятся судовые двухтактные двигатели 9ДКР 51/55 мощностью 4500 л. с, завода Русский дизель , стационарные и судовые двигатели Д 30/50 и ДР 30/50 (в четырех-, шести- и восьмицилиндровом исполнении с цилиндровой мощностью 100 л. с), судовые двигатели 8ДР 43/61 мощностью 2000 л. с. Упомянем далее судовые четырехтактные двигатели 18Д мощностью 600 л. с, двигатели 1Д мощностью 2000 л. с. и 9Д мощностью 900 л. с. с газотурбинным наддувом конструкции Коломенского завода, шести цилиндровые двухтактные судовые двигатели 37Д мощностью 2000 л. с. этого же завода

Назовем также судовые и стационарные двигатели 64 23/30 мощностью 450 л. с. и четырехтактные стационарные двигатели БК-38 и 50-38 конструкции завода Двигатель революции , на базе которых были созданы газовые стационарные двигатели ГЧ 26/38.

Нельзя ие отметить роль Центрального научно-исследовательского дизельного института (ЦНИДИ) в развитии оригинальных 1шнструкций двигателей с воспламенением от сжатия малой и средней мощности.

Наряду с построением в предвоенные годы серии четырехтактных дви-

г г 8,5 ,j 10,5 J, 13 23 п 16 ,

гателеи Ч -jj , Ч -у^ . Ч jg и Ч и двухтактных двигателей Д-2о- (стационарного и судового типов), в послевоенные годы конструкторами ЦНИДИ Н. Н- Иванченко, С. И. Левко и др. созданы серии малогабаритных двигате^ лей, отличающихся надежностью в работе и простотой в обращении.

Большие работы проведены за последние 15 лет по созданию новых типов газовых двигателей и газогенераторов различного назначения. В ЦНИДИ начаты работы в этой области в 1935г., когда был разработан проект стационар-

ного газового двигателя ГЧ оригинальной конструкции. С этого же года

ЦНИДИ, а затем завод Двигатель революции начали работы по созданию стационарных газовых двигателей других размеров на базе двигателей с

/у , 16,5 26 т-п 29 42.5\ у-г

воспламенением от сжатия I ГЧ , А Ч , 14 jr- и 1 Ч- j Подобный

способ изготовления газовых двигателей является удобным для производства, гак как позволяет один и тот же двигатель путем незначительных изменений выпускать или как газовый двигатель или как двигатель жидкого топлива с воспламенением от сжатия.

В области автотракторных двигателей НАМИ н автомобильные, и тракторные заводы таким же образом приспособили для работы на газе автомобильные двигатели ЗИЛ и ГАЗ и тракторные двигатели ХТЗ и ЧТЗ, которые иашли инрокое применение на автомобилях, тракторах, судах речного флота li в передвижных и мелких стационарных установках.

Одновременно с созданием газовых двигателей ЦНИДИ, НАЛАИ и рядом заводов были разработаны и освоены конструкции газогенераторов стационарного, судового и автотракторного типов для различных топлив.

Параллельное построением газогенераторных установок для автомобилей и тракторов были разработаны и испытаны установки для питания автомобильных двигателей сжатыми и сжиженными высококалорийными газами.

[ 1 ] 2 3 4 ... 20