Газовые двигатели: история и современность

О существовании бензиновых и дизельных двигателей известно почти каждому жителю планеты. Но праотцом всех современных двигателей внутреннего сгорания является . Появление этого двигателя послужило базой для создания дизельных и бензиновых двигателей. В нашей статье представлены некоторые исторические факты создания зарубежного моторостроения, основные события, новые разработки и достижения, произошедшие за последние десятилетия в этой отрасли. Также мы обсудим свойства применяемых видов газа в качестве топлива и результаты продуктов горения и проанализируем системы управления двигателей наиболее известных производителей.

КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ КЛАСС

О существовании бензиновых и дизельных двигателей известно почти каждому жителю планеты, и то, что они находятся в постоянном техническом развитии и производятся во всем мире в большом количестве, никого не удивляет. Область их применения во всех сферах жизнедеятельности человечества настолько широка, что даже нет необходимости перечислять все направления их использования. Громадный объем производства всегда предъявлял к этим двигателям особые требования, заставляя специалистов постоянно их совершенствовать, и на сегодняшний день бензиновые и дизельные двигатели уже достигли высочайшего уровня.

 

Газовые двигатели незаменимы там, где стоит вопрос энерго независимости объектов. Они применяются в качестве механических приводов генераторов для выработки электрической энергии и тепла.

Почему же мы будем говорить о газопоршневых двигателях обособленно и выделять их в отдельный класс, хотя по принципу работы и многим характеристикам они очень близки к своим собратьям? Основное отличие этих двигателей, как это вытекает из их названия, заключается в использовании газа в качестве основного вида топлива.

Газообразное топливо обусловливает совершенно иные процессы в двигателе, создает другие возможности регулирования данных процессов, заставляет искать отличительную технологию подготовки горючей смеси. У газовых двигателей есть индивидуальные конструктивные особенности. Кроме того, цели, для которых они разрабатываются, совсем другие, а именно: работа при неизменном числе оборотов для достижения высоких показателей по К.П.Д. и эксплуатация в длительных интервалах времени с изменяемым режимом нагрузок. Если говорить о К.П.Д. современных газопоршневых установок (ГПУ), то они на сегодня уже «наступают на пятки» дизельным, а в некоторых случаях даже их опережают.

К газовым двигателям можно отнести не только классический двигатель внутреннего сгорания Отто (Gas-Ottomotor), но и газодизельный (Gas-Dieselmotor) и дизельно-газовый (Diesel-Gasmotor) двигатели, о существовании которых было известно еще в первые годы XIX века и которые положили начало современному моторостроению.

Ввиду сложившихся исторических и экономических причин на некоторое время они были забыты. Вспомнили об их существовании совсем недавно, когда остро встал вопрос энерго независимости объектов — децентрализованного, локального применения двигателей в качестве механических приводов генераторов для выработки электрической энергии и тепла. Конечно, это связано с тем, что природный газ стал основным видом топлива во многих странах мира, более дешевым и доступным благодаря разветвленной транспортной сети. Но главное, продукты его сгорания отвечают требованиям защиты окружающей среды.

Какие ассоциации вызывают у нас сегодня современные ГПУ? По сравнению с другим оборудованием газопоршневые установки имеют следущие преимущества:
— высокий электрический К.П.Д.;
— способность утилизировать проблемные газы — свалочный, шахтный, газ сточных вод, синтетический (пиролизный), коксовый и доменный;
— экологическая чистота, безвредные для окружающей среды выхлопные газы;
— низкие себестоимость произведенной электрической энергии и эксплуатационные затраты.

ПРАОТЕЦ СОВРЕМЕННЫХ ДВС

Христиан Гюйгенс
(1629-1695)

Праотцом всех современных двигателей внутреннего сгорания является . Появление этого двигателя послужило базой для создания дизельных и бензиновых двигателей. Однако рассмотрим по порядку этапы эволюции ДВС.

Идея применять в ДВС принцип работы поршня принадлежит голландскому физику, механику, математику и астроному Христиану Гюйгенсу (1629-1695). В нашей стране он больше известен как основатель волновой теории света. В 1673 году ученый разработал и сконструировал небольшой грузоподъемный агрегат, использовавший в качестве силы тяги вакуум, который возникает от сгорания порохового заряда.

В состоянии покоя поршень находился в верхней, открытой части цилиндра и был соединен с помощью троса с грузом. На небольшом расстоянии снизу от поршня в корпусе цилиндра было сделано два поперечных отверстия, к которым крепились кожаные шланги, исполняющие роль выпускных клапанов. Пороховой запал производили в нижней части цилиндра, откуда отработавшие газы выходили через отверстия-шланги. Из-за резкой смены температур и последующего охлаждения в цилиндре образовывалось разряжение, которое с силой втягивало поршень вниз, а прикрепленный к нему груз, соответственно, — вверх.

Многие блестящие изобретатели работали над усовершенствованием принципа Гюйгенса, однако теоретические основы всех последующих двигателей изложены в основополагающих трудах французского физика Сади Николы Леонарда Карно (1796-1823), обессмертившего свое имя работой «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

1-Ый работоспособный двигатель внутреннего сгорания на светильном газе создал в 1860 году в Париже уроженец Люксембурга Жан-Жозе-Этьен Ленур (1822-1900). Этот двигатель работал без сжатия газовоздушной смеси, но уже имел высоковольтное искровое воспламенение.

Николаус Август Отто (1832-1891), один из основоположников промышленного моторостроения, проводя опыты параллельно с Этьеном Ленуром, пытался сделать двигатель независимым от газовой сети, работающим на спирту и способным приводить в движение другие механизмы. В процессе экспериментов было сделано открытие возрастающего воздействия силы сжатия на топливно-воздушную смесь перед сгоранием, которое уже в 1861 году привело к созданию четырехтактного двигателя с тактом сжатия топлива.

В 1864 году Николаус Август Отто и Ойген Ланген основали первую в мире моторостроительную компанию N. A. Otto & Ое.

Через три г., в 1867-м, разработанная Н. А. Отто и О. Лангеном «атмосферная силовая машина» получила золотую медаль на выставке в Париже как самая экономичная приводная машина для малого производства. Интересно отметить, что атмосферный № 1 был продан прямо с выставки, а спустя 8 лет выкуплен назад в качестве образца для коллекции моторов.

С 1868 года компания начала производить атмосферные газовые двигатели партиями, а когда Крослей Бразерс из Манчестера получил лицензию на производство атмосферных газовых двигателей, в Англии началась эпоха серийного выпуска этой продукции.

Возрастающий спрос на двигатели требовал расширения производства. Благодаря большим капиталам, вложенным гамбургским коммерсантом Розен-Рунге в компанию N.A. Otto & Ое, был построен новый завод, и предприятие поменяло название на Langen, Otto & Roosen, а после очередного расширения компании в 1872 году было основано акционерное общество Gasmotoren-Fabrik Deutz AG (GFD).

В 1876 году Николаус Август Отто завершил создание четырехтактного двигателя для любого вида топлива и для всех областей применения. Этим двигателем было положено начало моторизации на Земле. Решением наблюдательного совета в честь Н. А. Отто новые двигатели были названы двигателями Отто.

Необходимо отметить, что все существовавшие до этого времени моторы работали на светильном газе, что ставило их в зависимость от общественного газоснабжения. Для использования жидкого топлива не было соответствующей системы зажигания, а газо-факельное зажигание не могло применяться для бензиновых двигателей.

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.