Dyzeliniai varikliai – atsiradimas ir evoliucija (1 dalis)

1 spalio 2013, 21:16

1936 metais Berlyno automobilių parodoje automobilių gamintojai MERCEDES BENZ ir HANOMAG pristatė pirmuosius pasaulyje automobilius, kuriuose buvo sumontuoti dyzeliniai varikliai. MERCEDES BENZ pristatė 4 cilindrų 2,6 litro dyzelinį variklį turintį modelį „Mercedes-Benz 260D“, o HANOMAG – „Hanomag Rekord Diesel Typ D 19 A“, turintį 4 cilindrų 1,9 litro dyzelinį variklį. Nuo tos dienos prabėgo nemažai laiko, o dyzelinių variklių varomos technikos šiandieną galima rasti visame pasaulyje.

Dyzelinis variklis – vidaus degimo stūmoklinis variklis, veikiantis pagal savaiminio įpurkšto kuro užsiliepsnojimo nuo suslėgto oro temperatūros principą. Dyzelinių variklių naudojamo kuro spektras yra labai platus – visos naftos perdirbimo frakcijos – nuo žibalo iki mazuto – bei daugybė natūralios kilmės produktų – rapsų aliejus, gruzdintuvių aliejus, palmių aliejus ir kiti. Dyzelinis variklis gali veikti ir naudojant žalią naftą. Kompresiniai karbiu­ratoriniai varikliai nepriskiriami prie dyzelinių variklių, nes dyzeliniuose varikliuose suslegia­mas grynas oras, o ne kuro ir oro mišinys. Kuras įpurškiamas suslėgimo takto pabaigoje.

Istorija

1824 metais prancūzų fizikas Nicolas Léo­nard Sadi Carnot suformulavo Karno ciklo teoriją, tvirtindamas, kad, norint maksima­liai ekonomiškoje šiluminėje mašinoje įkaitinti darbinį kūną iki kuro degimo temperatūros, būtina keisti jo tūrį – tai yra staigiai jį suslėgti. 1890 metais vokiečių inžinierius Rudolfas Kris­tianas Karlas Dyzelis pasiūlė savo praktinį šio principo pritaikymo būdą. 1892 metų vasario 23 dieną jis patentavo savo variklį (1895 me­tais JAV), o 1893 metais išleido brošiūrą. Vėliau jis patentavo dar kelis konstrukcijos variantus. Po kelių nesėkmingų bandymų 1897 metų pradžioje buvo sukurtas pirmas praktiškai naudoti tinkamas variklis, pavadintas „Dyzel-motor“, o tais pačiais metais sausio 28 dieną jis buvo sėkmingai išbandytas. Dyzelis pradėjo aktyviai parduoti licencijas gaminti naują variklį. Nepaisant aukšto naudingumo koefi­ciento ir eksploatacijos patogumo, lyginant su garo mašinomis, tokio variklio praktinis pritai­kymas buvo apribotas: jis gerokai nusileisdavo garo mašinoms savo matmenimis ir svoriu.

Pirmieji Dyzelio varikliai buvo varomi augaliniais aliejais arba lengvais naftos produktais. Įdomu, kad pirmiausia Rudolfas Kristianas Kar­las Dyzelis kaip idealų kurą savo varikliui siūlė naudoti akmens anglies dulkes. Tačiau eksperimentai parodė, kad šio kuro naudoti negali­ma – visų pirma dėl pačių dulkių bei degimo procese susidarančių degėsių abrazyvinių savybių, taip pat iškilo didžiulės problemos dėl dulkių tiekimo į variklio cilindrus.

Anglų inžinierius Herbert Akroyd Stuart dar prieš Dyzelį siūlė panašias idėjas ir 1886 me­tais sukūrė veikiantį variklį. Jis pasiūlė variklį, kuriame oras buvo įsiurbiamas į cilindrą, susle­giamas, o paskui tiekiamas (suspaudimo takto pabaigoje) į talpą, į kurią buvo įpurškiamas kuras. Varikliui paleisti talpa iš išorės buvo šildoma naudojant specialią lempą, o pa­leistas variklis veikė savarankiškai, nereikėjo iš išorės papildomai kaitinti. Akroyd Stuart nepastebėjo darbo privalumų, atsirandančių dėl didelio suslėgimo, jis tiesiog eksperimen­tavo, norėdamas nustatyti, ar yra galimybė atsisakyti degimo žvakių variklyje, tai yra jis neatkreipė dėmesio į pagrindinį privalumą – kuro panaudojimo efektyvumą.

1898 metais Peterburge, Putilovo gamykloje, rusų inžinierius Gustavas Trinkleris sukūrė pirmąjį pasaulyje aukšto slėgio nekompresinį naftos variklį, tai yra šiuolaikinio dyzelinio variklio su pirmine degimo kamera prototipą, kuris buvo pavadintas „Trinkler-motor“. Lygi­nant „Dyzel-motor“ su „Trinkler-motor“, rusų konstrukcija, atsiradusi pusantrų metų vėliau nei vokiečių ir išbandyta metais vėliau, pasirodė kur kas sėkmingiau praktiškai pritai­koma. Būtent Trinklerio variklis buvo pirmasis variklis, varomas žaliąja nafta, veikiantis pagal savaiminio užsiliepsnojimo nuo suslėgimo principą. Hidraulinės kuro suslėgimo ir tie­kimo sistemos panaudojimas leido atsisakyti papildomo oro kompresoriaus ir suteikė galimybę padidinti apsukų skaičių. Rusų kon­strukcija buvo paprastesnė, patikimesnė ir perspektyvesnė nei vokiečių. Tačiau dėl No­belio bei kitų Dyzelio licencijų savininkų spau­dimo 1902 metais variklio tobulinimo darbai buvo nutraukti.

1898 metais Emanuelis Nobelis nusipirko Ru­dolfo Dyzelio vidaus degimo variklio licenciją. Nuo 1899 metų mechaninė gamykla „Ludvig Nobel“ Peterburge pradėjo serijinę dyzelinių variklių gamybą. Peterburge Trinkleris pritaikė variklį, kad jis galėtų veikti naudodamas žaliąją naftą vietoj žibalo. 1900 metais Paryžiuje vykusioje pasaulinėje parodoje Dyzelio variklis iškovojo „Grand Prix“ apdovanojimą už tai, kad Nobelio gamykla Peterburge pradėjo variklių, naudojančių žaliąją naftą, gamybą. Šis variklis Europoje gavo „rusiško dyzelio“ pavadinimą. Žinomas rusų inžinierius Aršaulovas pirmasis sukūrė originalios konstrukcijos aukšto slėgio kuro siurblį, varomą suslėgtu oru ir veikiantį su nekompresiniu purkštuku (literatūra: В. Т. Цветков, «Двигатели внутреннего сгорания», МАШГИЗ, 1954 m.).

Pastaruoju metu vidaus degimo varikliams, veikiantiems pagal savaiminio užsiliepsnojimo dėl suslėgimo principą, pavadinti vartojamos sąvokos „dyzelio variklis“, „dyzelinis variklis“ arba tiesiog „dyzelis“, nes Rudolfo Dyze­lio teorija tapo šiuolaikinių šio tipo variklių sukūrimo pagrindu. Vėliau apie 20–30 metų tokie varikliai buvo plačiai naudojami stacio­nariuose mechanizmuose bei jūrinių laivų pavaroms, tačiau tuo metu buvusios kuro įpurškimo sistemos su oro kompresoriais neleido naudoti dyzelinių variklių agregatuose, turinčiuose aukštas apsukas. Neaukštos ap­sukos, pakankamai didelis oro kompresorių, naudojamų kuro įpurškimo sistemose, svoris neleido naudoti pirmųjų dyzelinių variklių automobilių transporto srityje.

20-aisiais XX-ojo amžiaus metais vokiečių inžinierius Robertas Boschas patobulino integruotą aukšto slėgio kuro siurblį – agregatą, kuris iki mūsų dienų yra plačiai nau­dojamas. Jis taip pat sukūrė labai sėkmingą nekompresinio purkštuko modifikaciją. Toks aukštų apsukų dyzelinis variklis tapo vis popu­liaresniu pagalbinio ir visuomeninio trans­porto pavaros agregatu, tačiau karbiuratorinių variklių privalumai (tradicinis veikimo prin­cipas, lengvumas ir nedideli gamybos kaštai) lėmė didesnę jų paklausą lengvųjų automobilių ir smulkių krovininių automobilių gamyboje: nuo 50–60-ųjų dvidešimtojo amžiaus metų dyzeliniai varikliai dideliais kiekiais buvo montuojami sunkvežimiuose ir furgonuose, o 70-aisiais metais dėl staigaus kuro kainų šuolio šiems varikliams buvo skiria­mas vis didesnis mažų, nebrangių lengvųjų automobilių gamintojų dėmesys.

Vėlesniais metais dėl ekonomiškumo ir mažesnio išmetamųjų dujų toksiškumo dyzelinių variklių naudojimo lengvuosiuose automobiliuose bei sunkvežimiuose popu­liarumas sparčiai augo. Šiuo metu visi pir­maujantys Europos automobilių gamintojai turi modelius, kuriuose įmontuoti dyzeliniai varikliai, o kai kuriose Europos šalyse (pvz., Prancūzija) šiuo metu iš visų parduodamų naujų automobilių net apie 70 procentų turi dyzelinius variklius.

Dyzeliniai varikliai taip pat labai plačiai naudo­jami geležinkelių transporto srityje. Lokomo­tyvai, varomi dyzelinių variklių (vadinamieji šilumvežiai), – tai pagrindinė lokomotyvų rūšis neelektrifikuotuose ruožuose, kuri dėl savo autonomiškumo atstoja elektrinius loko­motyvus.

Tęsinys kitame straipsnyje.

Komentarai

Komentarų nėra. Būkite pirmas!