Dyzelinis variklis – tobulas sprendimas
Nuo 1897 metų, kai buvo pagamintas pirmasis serijinis vidaus degimo variklis, pagrindiniai dyzelinių variklių veikimo principai išliko tie patys. Tačiau pažvelgus įdėmiau, matyti, kad šiuolaikinės aukštųjų technologijų dyzelinės sistemos mažai kuo primena savo pirmtakes.
Inovacijų prasme dyzeliniai varikliai yra neblėstantis fenomenas. Nuo tada, kai prieš 120 metų išradėjui Rudolf Diesel gimė ši idėja, o Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg, vėliau tapęs MAN, pradėjo serijinę gamybą, dyzelinių variklių technologijos nesiliauja stebinti.
Vidaus degimo variklio pagrindinis principas išliko modernus iki šių dienų: stūmoklis judėdamas cilindru aukštyn suspaudžia orą degimo kameroje, kuris įkaista iki 700-900 C°, po to įpurškiamas dyzelinis kuras į cilindrą (laivuose – mazutas). Dėl didelio slėgio ir aukštos temperatūros įpurkštas kuras į cilindrą greitai užsidega, o užsidegęs kuro ir oro mišinys sukelia slėgį, priversdamas stūmoklį judėti žemyn ir perduodamas judesį alkūniniam velenui.
Nors pastaruoju metu populiarėja Otto benzininiai varikliai, varomi gamtinėmis dujomis, bet R. Diesel kompresinis degimo variklis dažnai laikomas žymiai efektyvesniu. Dyzeliniai varikliai yra ekonomiškesni, kadangi orą degimo kameroje galima suspausti labiau, todėl padidėja degimo efektyvumas. Lyginant su Nicolaus August Otto benzininiu varikliu, benzinas sumaišomas su oru, ir tik po to įpurškimas į į degimo kamerą.
Lūkesčius viršijęs slėgio stiprumas
Lyginant pirmojo kompresinio degimo variklio konstrukciją su šiandieniniais dyzeliniais varikliais, daug panašumų nerasime, išskyrus naudojamą kurą ir patį vidaus degimo variklio veikimo principą. Tai ką padarė Rudolf Diesel – į degimo kamerą, kuriame yra suspaustas oras, įpurškęs kuro – tai ir šiandien yra pagrindinis modernių įpurškimo sistemų principas. Pirmuosiuose dyzeliniuose varikliuose slėgis pasiekdavo iki 35 barų slėgį cilindre, tuo tarpu šiuolaikiniuose dyzeliniuose varikliuose pasiekiamas net 250 barų slėgis. Net pats R. Diesel manė, kad maksimalus slėgis, kurį galima būtų pasiekti, 150 barų. .
Pirmasis variklis
Pirmasis dyzelinis variklis visuomenei pristatytas 1897 m. vasario 17 d. Augsburge. Šiandien šio variklio originalą galime pamatyti Deutsches muziejuje Miunchene.
26% – naudingumo koeficientas 1897 m. atrodė stulbinantis. Tuo metu garais varomos mašinos pasiekdavo vos 12 proc. našumo koeficientą.
19 l cilindro talpa esant 172 aps./min. sukimosi greičiui sukuria pakankamai didelį sukimo momentą, todėl dyzelinis variklis yra ypač tvirtas ir patvarus.
4,5 t bendras svoris. Varikliai buvo sunkūs, masyvūs ir stacionarūs, tam, kad pasiekti aukštą slėgį.
14,7 kW buvo pirmojo vidaus degimo variklio galia. Pavyzdžiui, šiandien konteineriniuose laivuose naudojami galingiausi dviejų taktų laivų dyzeliniai varikliai gali pasiekti iki 85 000 kW galią.
Nuo keturių iki dviejų taktų
Priešingai nei pirmasis dyzelinis variklis, didelių prekybinių laivų (įskaitant naftos tanklaivius, masinius krovininius ir konteinerinius laivus), varikliai veikia dviejų taktų principu. Tuo tarpu pakrančių apsaugos kateriai, karinio jūrų laivyno transportas, keltai ir kruiziniai laivai varomi keturių taktų varikliais.
Variklio taktai atspindi jo darbo principą. Keturių taktų varikliuose, kaip ir pirmajame dyzeliniame variklyje, yra ši taktų seka:
• Pirmasis taktas: stūmoklis panyra žemyn į cilindrą ir įsiurbia orą;
• Antrasis taktas: stūmoklis suspaudžia orą, įpurškiamas kuras ir mišinys užsidega;
• Trečiasis taktas: degantis kuro mišinys stūmoklį spaudžia žemyn, kuris perduoda judesį alkūniniam velenui;
• Ketvirtasis taktas: stūmoklis kyla į viršų, išstumdamas proceso metu pagamintas išmetamąsias dujas.
Dviejų taktų varikliuose, pavyzdžiui, moderniuose jūrų transporto dyzeliniuose varikliuose, kuriuos gamina MAN, viskas vyksta vos per du judesius: pirmojo takto metu stūmoklis juda cilindre į viršų. Kompresorius įpučia švarų orą pro įleidimo sklendes, esančias virš stūmoklio grįžimo taško. Tuo pat metu prie cilindro galvutės atsidaro vožtuvai sudegusio kuro dujoms išmesti. Vos stūmoklis pasiekia viršutinį tašką, vožtuvai užsidaro ir įpurškiamas dyzelinis kuras.
Įpurškimo metu kuras užsidega, slėgis stūmoklio kameroje padidėja, stumdamas stūmoklį žemyn. Šio proceso metu stūmoklis perduoda judesio momentą alkūniniam velenui. Apatiniame taške procesas kartojasi. Didelių laivų varikliai yra labai lėti ir perduoda judesio momentą be pavaros blokų, tiesiogiai į propelerius, kurių greitis siekia tarp 70 – 130 aps./ min. Palyginimui: keturių taktų modernių dyzelinių automobilių variklių įprastas sukimosi greitis lygus 4000 – 5000 aps./min.
Turbokompresorius žymiai padidino variklio efektyvumą
„Lemiamas lūžis dyzelinių variklių srityje įvyko 1909 metais, kuomet buvo sukurta kuro įpurškimo prieš kamerą koncepcija. Tai buvo techninis pagrindas patikimoms, reguliuojamoms ir efektyvioms šiandieninėms įpurškimo sistemoms“, – teigia MAN Diesel & Turbo Inžinerinių tyrimų ir plėtros padalinio vadovas Christian Poensgen.
Sėkmingą istoriją tęsė linijiniai ir V formos varikliai. Štai aviacijos srityje I-ojo pasaulinio karo metais buvo pagaminti radialiniai varikliai, kurie buvo naudojami net iki 1950-ųjų.
MAN muziejaus direktorė Gerlinde Simon pabrėžia, kad „per kelis sekančius dešimtmečius dyzeliniai varikliai buvo nuolat tobulinami“. Antai dar 1905 m. šveicarų inžinierius Alfred Buchi išrado ir užpatentavo pirmąjį turbokompresorių (turbiną), o pirmasis dviejų taktų rotorinis variklis su turbokompresoriumi buvo sukonstruotas jau 1910 metais.
Šiuolaikiniuose dviejų taktų varikliuose pasiekiamas 180 barų slėgis – tai šešis kartus didesnis slėgis nei Rudolf Diesel pasiekė pirmajame savo variklyje.
„Serijinės gamybos keturių taktų varikliai pasiekia 250 barų slėgį, nors bandymų metu jau esame pasiekę ir 400 barų slėgį“ – pastebi MAN specialistas Christian Poensgen.
Efektyviausias dyzelinis variklis
3600 kW galia pasiskirsto tarp šešių cilindrų. MAN keturių taktų CR (common rail) varikliai, kuriuose vienas cilindras sukuria 600 kW galią, pirmauja rinkoje pagal efektyvumą.
48,5% Pasiekiamas efektyvumas yra itin aukštas. Lyginant su R. Diesel pirmojo variklio našumu, šis koeficientas beveik padvigubėjo.
210 l darbinis tūris, esant 750 aps./min. sukimosi greičiui, užtikrina mažas kuro sąnaudas. Kuo didesnis darbinio tūrio ir sukimosi greičio santykis, tuo mažesnės kuro sąnaudos.
39 t bendra masė. Dėl jo efektyvumo 32/44 CR (common rail) variklį galima lyginti net su lengvais varikliais. CR variklis pasiekia iki 125 AJ galią vienai tonai, tuo tarpu pirmasis dyzelinis variklis siekė vos 3 AJ/t.
Naujausios technologijos
Pastaruoju metu inžinieriai nuolat kuria naujas efektyvesnes technologijas, kurios padėtų sumažinanti kuro sąnaudas.
Pavyzdžiui, iki 2017 m. Kinijoje ir Japonijoje bus paleisti šeši suskystintų gamtinių dujų (SGD) tanklaiviai su MAN dviejų tipų kuro varikliais. Pastatyti Hudong-Zhongua laivų gamykloje prie Šanchajaus, šie laivai bus pirmieji dideli SGD tanklaiviai, kurių elektrinė pavara bus varoma dviejų tipų kuro varikliais. Šiuose varikliuose bus galima naudoti ne tik gamtines dujas ar dyzelinį kurą, bet ir skysto kuro bei gamtinių dujų mišinį. Šie varikliai, naudodami gamtines dujas, jau atitiks būsimus ir jau patvirtinus Tarptautinės jūrų transporto organizacijos Tier III emisijos reikalavimus.
Artimiausiu metu MAN gamtinėmis dujomis varomi varikliai bus įrenginėjami pirmuosiuose konteineriniuose laivuose. Nors dujų turbinos pasižymi didesniu efektyvumu, tačiau jos gali pranokti dyzelinį variklį tik pilnos apkrovos sąlygomis. Todėl dyzeliniai varikliai bent artimiausiu metu išliks efektyviausiu pasirinkimu tarp variklių.
Parengta pagal “Adampolis” žurnalo “Specialistas” informaciją.
Komentarai
Kol kas komentarų nėra
Jūsų komentaras
Jei norite parašyti komentarą, prašome prisijungti:
arba užsiregistruoti.