|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Diesel. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Moteur diesel (diesel) - un moteur alternatif à combustion interne fonctionnant sur le principe de l'auto-allumage du carburant atomisé sous l'action de l'air chauffé pendant la compression. La gamme de carburants pour moteurs diesel est très large, elle comprend toutes les fractions du raffinage du pétrole, du kérosène au mazout et un certain nombre de produits d'origine naturelle - huile de colza, graisse de cuisson, huile de palme et bien d'autres. Un moteur diesel peut fonctionner au pétrole brut avec un certain succès.
Comme vous le savez, l'un des principaux indicateurs par lesquels le travail de tout moteur, y compris thermique, est évalué, est son efficacité. Plus l'énergie libérée lors de la combustion du carburant est convertie en travail utile, moins elle est perdue lors des diverses transformations, mieux c'est. Dans tous les moteurs thermiques existants, ces pertes sont très élevées, si bien que plus des deux tiers de l'énergie qui y est libérée est gaspillée. Quelle est la raison ici? Est-ce dû à une mauvaise conception ou est-ce qu'un moteur thermique ne peut pas, par principe, être très efficace par nature ? Pour la première fois, l'ingénieur français Carnot, qui a publié en 1824 l'ouvrage classique Réflexions sur la force motrice du feu, a réfléchi à cette question. Carnot s'est donné pour tâche de découvrir comment les processus doivent se dérouler dans un moteur thermique idéal pour que son rendement soit le plus élevé possible. Par des calculs, il a fini par déduire le concept d'un processus circulaire dans le fonctionnement de tous les moteurs thermiques (on l'appelle le "cycle de Carnot"), dans lequel entre deux températures T1 et T2 du fluide de travail du moteur (le fluide de travail est le gaz qui déplace le piston ; il peut s'agir de vapeur dans une machine à vapeur ou d'un mélange explosif dans une machine à gaz), vous pouvez obtenir le maximum de travail utile, et donc le rendement le plus élevé.
Le travail de cet hypothétique moteur à haut rendement, comme l'a prouvé Carnot, devrait consister en quatre cycles. Dans le premier cycle, la chaleur Q1 est fournie au fluide de travail à partir du niveau supérieur T1 à une température constante de ce niveau (c'est-à-dire que dans ce cycle, le fluide de travail doit se dilater tout en maintenant une température constante, ce qui est obtenu en chauffant le corps). Au cours du deuxième cycle, le fluide de travail se détend, mais sans apport de chaleur, jusqu'à ce que sa température descende au niveau inférieur T2. Dans le troisième cycle, le fluide de travail est comprimé à une température constante T2 (pour cela, il était nécessaire d'évacuer constamment la chaleur Q2). À la quatrième étape, le fluide de travail a été comprimé sans évacuation de la chaleur jusqu'à ce que sa température remonte à T1. Si toutes ces conditions étaient remplies, selon les calculs de Carnot, le rendement du moteur était déterminé par la formule 100•(1 - T2/T1) et atteignait environ 70-80 %. Tout au long du XIXe siècle, les calculs de Carnot ont excité la pensée créative des inventeurs qui ont tenté de trouver une réponse à la question: comment rapprocher le travail des vrais moteurs thermiques du travail sur le "cycle de Carnot" et obtenir le rendement le plus élevé possible. Mais toutes les tentatives de construction d'un tel moteur ont échoué. Par exemple, l'efficacité d'une machine à vapeur à une puissance de 100 ch. ne dépassait pas 13% et dans les moteurs de faible puissance, il était inférieur à 10%. L'efficacité des moteurs à essence et à gaz s'est avérée un peu plus élevée, mais n'a pas non plus dépassé 22-24%. Tel était l'état des choses lorsque, au début des années 90, le jeune ingénieur allemand Rudolf Diesel s'est lancé dans la création du "moteur idéal". Alors qu'il était encore étudiant, il se fixa pour objectif de développer un tel moteur, dont les performances seraient proches du "cycle Carnot", et ce moteur aurait dû surpasser un moteur à essence classique tant en puissance qu'en rendement. Après plusieurs années de travail acharné, la conception du moteur a été développée. L'essence de l'idée de Diesel était la suivante. Lors de la première étape, le piston comprime l'air dans le cylindre à une pression élevée, grâce à laquelle la température dans le cylindre monte jusqu'à la température d'allumage du carburant (cela correspond au quatrième cycle Carnot - compression sans évacuation de la chaleur). Ainsi, une pression d'environ 90 atm et une température d'environ 900 degrés ont été atteintes dans le cylindre. Le carburant a été fourni au cylindre à la fin du cycle de compression et, en raison de la température élevée de l'air, s'est enflammé à partir d'un contact avec celui-ci sans aucun allumage externe. L'injection de carburant a été effectuée de manière uniforme, de sorte qu'une partie du mouvement inverse du piston et de la détente des gaz s'est produite à température constante (conformément au premier "cycle de Carnot"). De plus, le piston se déplaçait déjà sous l'influence d'une haute pression sans brûler de carburant (le deuxième "cycle de Carnot"). Le troisième cycle correspondait à l'échappement et à l'aspiration d'une portion d'air frais atmosphérique. Ensuite, tous les cycles ont été répétés. Grâce à un tel dispositif, Diesel a pensé augmenter l'efficacité de son moteur à une valeur inouïe - 73%. Au début, il s'attendait à utiliser la vapeur d'ammoniac comme combustible, mais il a ensuite choisi la poudre de charbon. En 1892, Diesel a reçu un brevet pour le principe de fonctionnement décrit du moteur et en 1893, il a publié la brochure "Théorie et conception d'un moteur thermique rationnel" avec une description du moteur et ses calculs mathématiques.
La brochure a attiré beaucoup d'attention. Cependant, la plupart des ingénieurs considéraient l'idée de Diesel comme irréalisable. Le plus grand spécialiste des moteurs à gaz de l'époque, Koehler, a prévenu qu'il était impossible d'obtenir un rendement aussi élevé, car le moteur Diesel a des pertes de puissance très élevées pour comprimer l'air à la température d'allumage, et lorsqu'on travaille sur le "cycle Carnot" tout travail utile ne servira qu'à entretenir son propre mouvement. Néanmoins, Diesel a commencé à proposer agressivement son modèle à diverses entreprises allemandes. Au début, il a été rejeté partout. Sans désespoir, il continue à correspondre, argumente, argumente, et finit par réussir : la firme Krupp d'Essen accepte de financer les frais, et la direction de l'usine d'Augsbourg de produire un échantillon test. Déjà en juillet 1893, le premier moteur diesel monocylindre était fabriqué. Conformément à la conception d'origine, la compression dans son cylindre devait atteindre 90 atm et la température avant le début de l'admission de carburant était de 900 degrés. La température n'étant pas censée dépasser largement cette limite, aucun système de refroidissement n'a été prévu pour le moteur. Le compresseur n'était pas non plus prévu - la poudre de charbon devait être soufflée par une pompe. Mais même au stade de l'assemblage, Diesel, après avoir vérifié ses calculs, était convaincu que Koehler avait raison - la consommation d'énergie du moteur pour la compression de l'air jusqu'à 90 atmosphères s'est avérée excessivement élevée et a "mangé" tout le gain d'efficacité dû au travail sur le "cycle de Carnot". J'ai dû refaire ce que j'avais prévu sur le pouce. Afin de réduire la perte de puissance pour la compression, Diesel a décidé de réduire la pression dans le cylindre de plus de moitié - jusqu'à 35-40 atm. À cet égard, la température de l'air comprimé au lieu de 900 degrés n'aurait dû être que de 600. C'était très faible - la différence de température dans la formule de Carnot s'est avérée trop faible pour obtenir un rendement élevé. Afin d'améliorer la situation et d'augmenter la puissance du moteur, Diesel a dû abandonner le deuxième point important de sa conception - l'expansion du fluide de travail à température constante. Il a calculé que la température lors de la combustion du carburant devrait augmenter à 1500 degrés. Et cela, à son tour, nécessitait, d'une part, le refroidissement le plus intensif du moteur et, d'autre part, un carburant plus calorique. La poussière de charbon ne pouvait pas donner une température aussi élevée, donc Diesel a été obligé de se tourner vers le carburant liquide. Mais lors de la première tentative d'injection d'essence dans le cylindre, une explosion s'est produite qui a presque coûté la vie à l'inventeur et à ses assistants. Ainsi s'est terminé le premier essai. Il a eu deux résultats. Diesel a dû s'écarter un peu du schéma initial de son "moteur idéal" étape par étape. Mais, d'autre part, certains points fondamentaux de ses calculs ont été confirmés - une forte compression du mélange de travail a conduit à une augmentation de l'efficacité et, de plus (l'explosion l'a prouvé), il s'est avéré que le carburant peut effectivement être enflammé par compression sans recourir à un système d'allumage coûteux. Par conséquent, les entreprises qui ont financé le projet étaient généralement satisfaites du succès obtenu et Diesel a pu poursuivre ses expérimentations.
En juin 1894, un deuxième moteur est construit, pour lequel Diesel invente une buse qui contrôle l'injection de kérosène. Dans ce modèle, la pression dans le cylindre a été portée à 35-40 atm et la température à la fin de la compression - jusqu'à 500-600 degrés. Le moteur était non seulement capable de démarrer, mais aussi de le faire tourner au ralenti à une fréquence allant jusqu'à 80 tr/min. Ce fut un grand succès - l'idée de Diesel s'est avérée viable. En 1895, un troisième moteur a été construit, qui pouvait déjà fonctionner avec une petite charge. Pour l'injection de kérosène, un compresseur a été prévu ici pour la première fois. De plus, un système de refroidissement intensif a dû être développé pour éviter que le cylindre ne se coince. Ce n'est qu'après cela, en 1896, que le lancement d'un nouveau prototype fut couronné de succès. Lors d'un test avec une charge, l'efficacité du moteur s'est avérée être de 36% et la consommation de kérosène était d'environ 200 g par cheval-vapeur par heure. Bien que ces chiffres soient très éloignés des paramètres du "moteur idéal", ils n'en restaient pas moins impressionnants : l'efficacité du nouveau moteur s'est avérée supérieure de 10 à 12 % à celle des moteurs à essence de l'époque, et en termes de efficacité, il les a dépassés presque deux fois. Bien que Diesel n'ait pas réussi à réaliser son rêve, ce qu'il a fait était d'une grande importance - grâce à sa persévérance, une conception fondamentalement nouvelle du moteur à combustion interne a été développée, qui a été et reste la meilleure des cent dernières années. Le nouveau moteur fonctionnait comme suit. Lors de la première course du piston, en raison de la main-d'œuvre du volant d'inertie stockée pour le fonctionnement précédent de la machine, de l'air a été aspiré dans le cylindre. Lors du deuxième temps, également en raison de la main-d'œuvre du volant d'inertie, l'air emprisonné dans le cylindre a été comprimé à 35 atm. Dans le même temps, la chaleur dégagée lors de la compression l'a amené à la température d'inflammation du carburant. Au début du troisième coup, le kérosène est introduit à l'aide d'une pompe. Cette injection n'a duré qu'une petite partie de l'AVC. Pendant le reste de la course, la masse de gaz s'est dilatée et la force de travail a été transmise au piston, qui a été transmise par la bielle au vilebrequin du moteur. Au quatrième coup, les produits de combustion ont éclaté à travers le tuyau d'échappement dans l'atmosphère. Le moteur était équipé d'un compresseur qui, dans un réservoir spécial, condensait de l'air à une pression légèrement supérieure à la pression la plus élevée dans le cylindre. À partir de ce réservoir, l'air était dirigé à travers un tube de très petit diamètre dans une petite chambre de buse, c'est-à-dire un appareil de pulvérisation du carburant fourni, dans lequel du kérosène était simultanément fourni. Cette chambre communiquait avec l'intérieur du cylindre par un petit trou fermé par une aiguille : lorsque cette aiguille était soulevée, le kérosène était refoulé dans le cylindre en raison de la surpression dans la chambre. La combustion dans le cylindre était régulée, en fonction de la force que le moteur devait développer, soit en modifiant la durée de l'admission de carburant, soit en modifiant la pression dans le compresseur. Le même air comprimé a également été utilisé pour le démarrage initial du moteur à froid. Au-dessus du moteur se trouvait un arbre à cames avec cinq cames, l'une contrôlait la soupape qui laissait entrer l'air, l'autre - la soupape qui laissait entrer le kérosène, la troisième - la soupape qui libérait les produits de combustion. Les deux dernières cames contrôlaient les soupapes, à travers lesquelles l'air comprimé était admis dans le cylindre lors du démarrage initial du moteur.
Les tout premiers essais officiels du nouveau moteur ont fait sensation auprès des ingénieurs. Depuis lors, la marche victorieuse des "diesels" autour du monde a commencé. De nombreuses firmes qui n'avaient pas encore répondu à la proposition de Diesel se sont empressées de lui acheter le droit de construire les moteurs qu'il a inventés, et cela leur coûte maintenant très cher (par exemple, Emmanuel Nobel, voulant implanter la production de diesel en Russie, a payé Diesel environ 500 mille dollars). Déjà en 1898, Diesel, de manière tout à fait inattendue pour lui-même, est devenu millionnaire. Cependant, les premiers moteurs mis en production en série se sont révélés insatisfaisants, capricieux et souvent tombés en panne. La sortie d'une machine aussi complexe et de haute technologie dépassait le pouvoir de nombreuses usines dotées d'équipements obsolètes. Comme Watt en son temps, Diesel a dû déployer beaucoup d'efforts pour perfectionner le processus de production de moteurs diesel - pour développer de nouvelles machines, trouver des alliages appropriés et former des spécialistes. Pendant plusieurs années, il erra en Europe et en Amérique, visitant les usines où ses moteurs étaient fabriqués. Au début du XXe siècle, les principales difficultés avaient été surmontées et les moteurs diesel ont commencé à conquérir progressivement de plus en plus de nouveaux domaines d'application dans l'industrie et les transports. En 1900, à l'Exposition Universelle de Paris, les moteurs Diesel reçoivent le Grand Prix. Le prestige des nouveaux moteurs a été particulièrement rehaussé par la nouvelle que l'usine Nobel en Russie avait lancé la production de très bons moteurs fonctionnant au pétrole brut. Auteur : Ryzhov K.V.
Une nouvelle façon de contrôler et de manipuler les signaux optiques
05.05.2024 Clavier Primium Sénèque
05.05.2024 Inauguration du plus haut observatoire astronomique du monde
04.05.2024
▪ Cristaux artificiels pour le refroidissement de l'électronique ▪ Ordinateurs portables Honor MagicBook X ▪ Kit de construction de souris sans fil de TI et Cypress ▪ Le trafic routier peut exacerber les allergies ▪ Type de pilote MOSFET MAX5078
▪ section du site Horloges, minuteries, relais, interrupteurs de charge. Sélection d'articles ▪ article Analyse spectrale. Histoire et essence de la découverte scientifique ▪ article Quelle est la différence entre opossums et opossums ? Réponse détaillée ▪ article Composition fonctionnelle des téléviseurs Luxor. Annuaire ▪ article Filtre à quartz simple. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Nous recommandons des articles intéressants section 
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page