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柴油机发展的历史背景

 q1338 2018-02-18

柴油发动机原创荣誉的归属是有争议的,到底是Herbert Akroyd-Stuert的专利,还是Rudolf diesel的专利对燃烧柴油的高速压燃式发动机的构想和发展做出了最重要的贡献,即使是知名的工程师们也莫衷一是。

​下面简要介绍一下这两位先驱的背景和成就。Herbert Akroyd-Stuart生于1864年,在位于英格兰Fenny Stratford他父亲工作的工厂里接受过工程师培训。1885-1890年期间,他获得了对有关柴油机进行改进的几项专利,之后又与伦敦的Charles. R. Binney一起于1890年获得第7146号专利,介绍了他的发动机的工作原理。他的发动机仅将空气吸入气缸并通过一个带缩颈或瓶口的气道压人一个称为蒸发器的单独的燃烧室内。之后在接近压缩行程结束时利用油泵和喷油嘴将油雾喷入压缩后的空气中。在炽热燃烧室和压缩空气升温的共同作用下,油雾自燃并以接近等容的状态迅速燃烧,这就是目前柴油发动机的一个特征。

柴油机发展的历史背景​早期的这些发动机,压缩程度比较低,燃料发生爆炸燃烧主要是借助蒸发器自身的热量进行的,因而这类发动机也被称为‘热球式’或‘表面点火式’发动机。起动时,利用一个喷灯从蒸发器外部对蒸发器进行加热,直到蒸发器的温度高到足以靠压缩产生的高温点燃几次进气充量为止。之后,蒸发器依靠柴油燃烧获得的热量加上压缩空气产生的热量来维持其足够的高温。

Rudolf Diesel (如下图)1858年生于巴黎,父母是德国人,在Augsburg和慕尼黑接受的教育,在W -interthur的苏尔寿兄弟公司完成工作培训。
柴油机发展的历史背景​Diesel博士的第一个英国专利,第7421号专利,是在1892年获得的,是一项有关在理想卡诺循环下工作并可使用各种燃料(固体、液体和气体)的发动机专利,但实践证明: 要实现这种热力循环太难了。在曼工厂(Mashinen-fabrik Augsburg Nurnbecg)经过四年实验之后,于1897年制造出了能够可靠运转的柴油机。
柴油机发展的历史背景​在这种发动机中,空气被吸人气缸内并被压缩到35-40bar。在接近压缩行程终点时,柴油以更高的压力(约68 -70bar)喷入燃烧室,从而在燃烧室内形成湍流。由发动机驱动的三级压缩机(消耗大约发动机总功率的10%)供应压缩空气存储在储气罐内。压缩空气既用来起动,也用来将空气喷射到气缸内的压缩空气中,就是说,通过喷射迫使空气穿过安装在带槽针阀喷射器周围的多孔盘来雾化柴油。由此获得的弥漫油雾一碰到炽热的压缩空气便会立刻燃烧,而且燃烧速度会随着活塞下行而增加的气缸容积进行相应改变,因此,会在接近等压的条件下进行膨胀。

总的来说,Akroyd-Stuart的压缩过程使用低压缩比,采用无空气液态燃油喷射和依靠热的燃烧室来蒸发和点燃燃油;而Diesel的压缩过程则使用较高的压缩比,采用空气喷射来雾化燃油,并使用热的湍流空气来引发燃烧。可以说,现代的高速压燃式发动机同时包含有这两种产生无火花自燃方式的特点,即利用被称为混合循环或双循环的等容和等压的综合过程进行燃烧。

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