2행정 디젤 엔진

Two-stroke diesel engine
Okechobee 호수의 펌프장에서 사용되었던 노드버그 2행정 방사형 디젤 엔진

2행정 디젤 엔진은 2행정 연소 사이클을 갖는 압축 점화 방식을 사용하는 내연 기관입니다.그것은 1899년 [1]휴고 귈드너에 의해 발명되었다.

압축 점화 시에는 먼저 공기가 압축되고 가열된 다음 연료가 실린더로 분사되어 자체 점화됩니다.2행정 사이클은 피스톤이 실린더 내에서 상승 및 하강할 때마다 연료를 점화하여 파워 스트로크를 공급하며, 4행정 사이클의 추가적인 배기 및 유도 스트로크가 필요하지 않습니다.

역사

최초의 디젤 엔진 설계자인 이마누엘 로스터에 따르면, 루돌프 디젤은 원래 디젤 엔진에 2행정 원리를 사용할 의도가 없었다고 한다.Hugo Güldner는 1899년에 최초의 2행정 디젤 엔진을 설계했고, MAN, Krupp, Diesel을 설득하여 [2]각각 10,000파운드로 이 엔진을 제작하도록 했습니다.귈드너의 엔진은 175mm의 작업 실린더와 185mm의 청소 실린더를 가지고 있었다. 두 실린더 모두 210mm의 스트로크를 가지고 있었다.표시된 출력은 12PS(9kW, 12hp)[3]였습니다.1900년 2월, 이 엔진은 처음으로 자체 동력으로 작동했다.그러나 실제 출력은 6.95PS(5kW; 7hp)에 불과하고 연료소모가 380g·PS−1·h−1(517g·kW−1·h−1)에 달해 성공을 [4]거두지 못하고 1901년 [5]귈드너의 2행정 디젤 엔진 프로젝트는 포기됐다.

1908년, MAN Nürnberg는 [6]해양용으로 단동 피스톤 2행정 디젤 엔진을 제공하였고, MAN Nürnberg의 첫 번째 복동 피스톤 엔진은 1912년에 발전소를 [7]위해 만들어졌습니다.MAN Nürnberg는 함부르크에서 Blohm + Voss와 협력하여 1913/[8]1914년에 해양용 최초의 복동 피스톤 2행정 엔진을 개발했습니다.폴 헨리 슈바이처는 반대되는 피스톤 2행정 디젤 엔진은 원래 휴고 융커스에 [9]의해 발명되었다고 주장한다.1차 세계대전 중 MAN Nürnberg는 정격 출력 12,400 PS (9,120 kW; 12,230 [6]hp)의 6기통 복동 피스톤, 2행정 디젤 엔진을 제작했습니다.MAN은 1919년 [10]2행정 디젤 엔진 부서를 뉘른베르크에서 아우크스부르크로 옮겼다.

1939년에는 여러 종류의 2행정 디젤이 널리 사용되었고, 다른 디젤은 고출력 [11]용도로 개발되었습니다.

여러 개의 2행정 항공기 디젤 엔진 컨셉 중, 정커스 주모 205는 [12]총 900대 정도의 대량으로 제작된 유일한 유형이었다.1939년에 도입된 디자인 컨셉은 [13][14]1914년에 처음 제안되었다.이 디자인은 여러 국가에서 라이선스 제조되었습니다.그 후 가솔린 연료 분사 기술의 발전은 2행정 항공기 엔진을 구식으로 [15]만들었다.비록 더 큰 주모 204의 라이센스 버전인 네이피어 컬버린은 생산에 투입되지 않았지만, 후에 네이피어 델틱은 뱅크당 3개의 실린더를 가진 재설계된 삼각 배치를 통합했고, 전후까지 [16]성공적으로 기관차와 해양 응용 분야에 채택되었다.

1923년부터 1982년까지 MAN은 해양용 2행정 엔진에 역류 스캐빈지를 사용해 왔다.1945년부터 램유도효과를 위한 슬라이드 밸브가 설치되었고, 1954년부터는 인터쿨링에 의한 지속적인 가스 흐름 과급이 [17]사용되었습니다.과급은 크랭크축 구동 루트형 과급기, 터보 과급기, 엔진 피스톤 언더사이드 및 전기 [18]모터로 구동되는 과급기의 네 가지 과급 방법을 조합하여 달성되었습니다.램 유도 효과를 위한 슬라이드 밸브는 결국 고장이 발생하기 쉽다는 것이 입증되었고 [10]1960년대 초에 과급 속도가 증가하여 더 이상 사용되지 않게 되었습니다.1980년대 초, 모든 주요 2행정 디젤 엔진 제조업체는 역류 스캐빈징에서 유니플로 스캐빈징으로 전환했습니다. 왜냐하면 후자는 더 복잡함에도 불구하고 엔진 효율을 높이고 그에 따라 연료 [6]소비량을 낮췄기 때문입니다.

찰스 F. 1930년대에 제너럴 모터스 리서치 코퍼레이션과 GM의 자회사인 윈튼 엔진 코퍼레이션에서 일했던 케터링과 동료들은 현재의 4행정 디젤 디젤 디젤 엔진보다 훨씬 높은 중량 대비 출력 비율과 출력 범위를 가진 포장도로용 2행정 디젤 엔진을 설계했습니다.2행정 디젤 엔진의 첫 번째 모바일 적용은 1930년대 중반의 디젤 유선형 여객기였다.지속적인 개발 작업으로 1930년대 후반 기관차와 해양 용도를 위한 2행정 디젤이 개선되었습니다.이 작업은 1940년대와 1950년대에 미국에서 [19]철도의 디젤화를 위한 토대를 마련했습니다.

20세기 말, 2015년 현재 개발 중인 슈페리어 에어 부품 제미니 디젤 100과 같은 2행정 사례와 함께 항공기 디젤 엔진에 대한 관심이 [20]되살아났다.

특성.

디젤 또는 오일 엔진

주요 기사:디젤 엔진

디젤 엔진의 특징은 압축 점화 기능에 의존한다는 것입니다.공기가 압축되면 뜨거워집니다.그런 다음 연료가 뜨거운 압축 공기로 분사되고 자발적으로 점화됩니다.따라서 주로 공기로 구성된 희박 혼합물과 함께 작동할 수 있습니다.높은 압축비와 더불어 가솔린 또는 가솔린 오토 엔진보다 경제성이 뛰어납니다.또한 배송 전에 공기와 연료를 혼합하는 카뷰레터나 스파크 플러그 또는 기타 점화 시스템이 필요하지 않습니다.또 다른 결과로는 속도와 출력을 제어하기 위해 에어플로우를 조절하지 않고 각 사이클에서 분사되는 연료량만 변화시키는 것이다.

2 스트로크 사이클

주요 기사:2행정 엔진
피스톤 로드가 크로스헤드에 부착된 MANB&W 2행정 해양 디젤 엔진의 컷어웨이 모델

2행정 사이클에서는 4단계 내연기관 작동(흡입, 압축, 점화, 배기)이 크랭크 샤프트의 360° 회전으로 발생하는 반면, 4행정 엔진에서는 2단계가 완전히 회전합니다.결과적으로, 2행정 사이클에서는 엔진 작동의 대부분에 걸쳐 단계가 겹칩니다.따라서 열역학 및 공기역학 프로세스가 더욱 복잡해집니다.4 스트로크 실린더는 다른 모든 회전수만 작동하기 때문에 이론적으로 2 스트로크 사이클의 출력은 2배입니다.그러나 소거 손실로 인해 실제로 이 이점을 달성하기가 어렵습니다.

  • 흡입구는 피스톤이 하사점(BDC) 근처에 있을 때 시작됩니다.공기는 실린더 벽의 포트를 통해 실린더로 유입됩니다(흡기 밸브는 없습니다).모든 2행정 디젤 엔진은 작동에 인공 흡인이 필요하며, 기계적으로 구동되는 블로워 또는 터보 압축기를 사용하여 실린더에 공기를 충전합니다.흡기 초기 단계에서는 이전 동력 행정에서 남은 연소 가스를 강제로 배출하는 데도 차지 에어(air charge)가 사용됩니다. 이 과정을 스캐빈징이라고 합니다.
  • 피스톤이 상승함에 따라 공기의 흡기 하중이 압축됩니다.상사점 부근에서는 연료가 분사되어 압축에 의해 생성되는 전하의 매우 높은 압력과 열로 인해 연소가 발생하여 피스톤이 아래로 구동됩니다.피스톤이 실린더에서 아래로 이동하면 배기 포트가 열리는 지점에 도달하여 고압 연소 가스를 배출합니다.그러나 대부분의 최신 2행정 디젤 엔진은 탑 마운티드 포핏 밸브와 유니플로우 스캐빈징을 사용합니다.피스톤이 계속 아래로 움직이면 실린더 벽의 흡기 포트가 노출되고 사이클이 다시 시작됩니다.

2 스트로크 디젤

대부분의 EMD 및 GM(예: 디트로이트 디젤) 2행정 엔진에서 조정 가능한 매개변수는 극히 일부이며 나머지 매개변수는 엔진의 기계적 설계에 의해 고정됩니다.소기 포트는 BDC 전 45도에서 BDC 후 45도로 개방됩니다(피스톤 포트 엔진의 경우 이 매개 변수는 BDC와 대칭이어야 합니다).나머지 조정 가능한 매개변수는 배기 밸브 및 분사 타이밍과 관련이 있습니다(이 두 매개변수는 TDC 또는 BDC에 대해 반드시 대칭인 것은 아닙니다). 이러한 매개변수는 연소 가스 배기량을 극대화하고 차지 에어 흡기를 최대화하기 위해 설정됩니다.단일 캠축은 배기 밸브용 로브 2개(가장 작은 엔진의 밸브 2개 또는 가장 큰 엔진의 밸브 4개, 그리고 장치 인젝터의 밸브 3개)를 사용하여 포핏형 배기 밸브와 장치 인젝터를 작동합니다.

EMD 2 스트로크 엔진(567, 645 및 710):

  • 그 동력 행정 TDC는([0°];[표창 필요한]연료 점화 그렇게 빨리 주사하면 연료 주입 4°[356°], 그러한 연료 주입 열확산 계수에 의해 또는 매우 그 직후에 완성될 것이다;에 의해 TDC는 이어진다)에 있는 파워 스트로크 후 배기 밸브, 그에 따라 사용할 수 있으며, 거칠게 연소 가스 압력 및 온도 감소되기 시작합니다.그 cylind금을 삭감하는 것er 청소용, 파워 스트로크 지속시간 103°
  • 소탕은 32° 후 BDC – 45° [135°]에서 시작하여 90°의 소탕 지속 시간 동안 BDC + 45° [225°]에서 종료됩니다. 소탕 포트를 여는 데 32° 지연(파워 스트로크의 길이 제한) 및 소탕 포트를 닫은 후 16° 지연(이후 압축 스트로크 시작)이 최대화됩니다.엔진 출력을 최대화하는 동시에 엔진 연료 소비를 최소화합니다.
  • 소거가 끝날 무렵에는 모든 연소 생성물이 실린더 밖으로 강제 배출되고 "차지 에어"만 남아 있습니다(소거 작업은 주변보다 약간 높은 곳에서 차지 에어 유도를 위해 루트 블로워 또는 시동 시 블로워 역할을 하고 정상 작동 시 터보차저 역할을 하는 EMD 자체 터보 압축기에 의해 수행될 수 있습니다).환경보다 [i]훨씬 위에서의 차지 에어 유도 및 동일한 배기량의 루트 송풍 엔진에 대해 최대 정격 출력 50% 증가를 제공하는 터보차징).
  • 압축 스트로크는 16° 후 BDC+61°[241°]에서 119°의 압축 스트로크 지속 시간 동안 시작됩니다.
  • EFI가 장착된 엔진의 경우 전자 제어식 장치 인젝터는 여전히 기계적으로 작동됩니다. 플런저형 인젝터 펌프로 공급되는 연료량은 기존의 Woodward PGE 거버너 또는 이와 동등한 엔진 거버너가 아닌 엔진 컨트롤 유닛(기관차, 기관차 컨트롤 유닛)에 의해 제어됩니다.nal 유닛 인젝터

GM 2행정(6-71) 및 관련 포장도로/오프로드/해상 2행정 엔진에 고유:

  • 동일한 기본 고려 사항이 채택되었습니다(GM/EMD 567 및 GM/Detroit Diesel 6-71 엔진은 동시에 설계 및 개발되었으며, 엔지니어 및 엔지니어링 매니저로 구성된 동일한 팀에 의해 개발되었습니다).
  • 모든 EMD 및 디트로이트 디젤 엔진은 터보차징을 채택하고 있지만, 일부 EMD 엔진만 터보 압축기 시스템을 채택하고 있습니다. 일부 디트로이트 디젤 엔진은 일반적인 터보차저를 채택하고 있으며, 인터쿨링 기능을 갖춘 후 일반적인 루트 블로워를 채택하고 있습니다. 터보 압축기 시스템은 매우 비용 민감하고 높은 컴팩트 성능을 자랑합니다.에티티브 어플리케이션

연료

디젤 엔진에 사용되는 연료는 스파크 점화 엔진에 사용되는 가솔린 또는 가솔린보다 무거운 탄화수소 오일로 구성되어 있어 섬광점이 높을수록 휘발성이 낮아지고 [21]에너지 밀도가 높아집니다.따라서, 소정의 에너지량에 대해 보다 쉽고 안전하게 취급할 수 있으며, 보다 적은 부피를 차지합니다.2행정 디젤은 보통 표준 디젤 연료보다 더 무거운 등급의 연료를 태웁니다.

해상 선박용 2행정 해양 디젤 엔진에서 가장 일반적인 연료는 잔류 [22]오일입니다.귄터 마우는 그러한 연료에 대한 통일된 기준이 존재하지 않는다고 주장하며, 그렇기 때문에 해양 중간 연료, 중유, 해양 벙커 연료 및 벙커 [23]C 연료를 포함한 여러 다른 구어 이름이 있습니다.주모 205 2행정 디젤 항공기 [15][24]엔진에도 중유가 사용됐다.1960년대에, 잔류 오일은 "정유소 [25]폐기물을 기반으로 만들어진 것"이었다.잔류 오일은 매우 품질이 낮고 점도가 높으며 세탄 수치가 낮지만 가격이 저렴하여 [26]사용하기에 경제적입니다.

제조원

Heemaf 제너레이터를 구동하는 Brons 2행정 V8 디젤 엔진
  • Burmeister & Wain(1980년 이후 MAN Diesel의 일부), 1930년 이후 선박 추진용 복동 디젤로, 조선업체도 라이선스 하에 제조함
  • 디트로이트 디젤, 온로드 및 오프로드 트럭, 온로드 버스 및 정지 애플리케이션용 유니플로[27] 엔진
  • Doxford, 피스톤 저속 해양 디젤 엔진과 마주보고 있습니다.
  • 선박, 철도 및 정지 애플리케이션용 Electro-Motive Diesel, 유니플로 디젤 엔진
  • Fairbanks-Morse, 해양 및 고정 애플리케이션용 대향 피스톤 디젤 엔진.Junkers Jumo 205 에어로 엔진의 업그레이드된 무면허 복사입니다.
  • Foden, 상용차, 해양 및 산업용 디젤 엔진 FD 시리즈.
  • 1892년부터 특허받은 정커스는 정지, 해양 및 자동차(단일 크랭크축) 엔진에 대한 피스톤 설계에 반대했으며, 이후 이중 크랭크축 레이아웃(Junkers Jumo 205)을 사용한 항공기 사용에 반대했습니다.
  • 그레이 마린, 6-71 단일 디젤 엔진.
  • MAN Diesel & Turbo, 선박용 크로스헤드 디젤 엔진
  • 미쓰비시 중공업, 해상 추진용 크로스헤드 디젤 엔진
  • Napier & Son, Napier Deltic 및 Napier Culverin의 대향 피스톤 밸브리스, 슈퍼차지 유니플로 소기, 2 스트로크 디젤 엔진.Junkers Jumo 205 파생 모델부터 시작합니다.
  • Rootes Group, 트럭용 상용 TS3 엔진
  • 선박 추진용 크로스헤드 디젤 엔진인 Wértsilae
  • Waukesha 엔진, INNIO Waukesha 가스 엔진에서 생산하는 대형 정지 왕복 엔진
    • 아핑게담의 전 네덜란드 엔진 제조업체인 Brons(현재는 Waukesha Engine으로 대표)

메모들

  1. ^ 자연 흡기 엔진(뿌리 송풍 2행정 엔진 포함)의 마력은 보통 평균 해발 300m(1,000피트)당 2.5% 감소하며, 이는 여러 서부 미국 및 캐나다 철도가 운영하는 10,000피트(3,000m) 이상의 고도에서 엄청난 패널티이며, 이는 25%의 동력 손실에 이를 수 있습니다.터보차징을 통해 이러한 감소 효과를 효과적으로 제거

참조

인용문

  1. ^ 마우 (1984) 페이지 7
  2. ^ Sass(1962), 페이지 502
  3. ^ Sass(1962), 페이지 503
  4. ^ Sass(1962), 페이지 504
  5. ^ Sass(1962), 페이지 505
  6. ^ a b c 마우 (1984) 페이지 16
  7. ^ 마우 (1984) 페이지 9
  8. ^ 마우 (1984) 페이지 10
  9. ^ Paul Henry Schweitzer: 2행정 사이클 디젤 엔진 청소, 1949년 뉴욕 맥밀런, 페이지 8
  10. ^ a b 마우 (1984) 페이지 17
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  12. ^ Klaus Mollenhauer, Helmut Tschöke(에드): 디젤 엔진 핸드북, Springer, Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-89082-9, 300페이지
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  25. ^ 버질 BGuthrie (ed.) : 석유제품 핸드북, 맥그로힐, 뉴욕/토론토/런던 1960, 섹션 6-25
  26. ^ 버질 BGuthrie (ed.) : 석유제품 핸드북, McGraw-Hill, 뉴욕/토론토/런던 1960, 섹션 6-26.
  27. ^ MTU Inc, Detroit Diesel 2-cycle engines, archived from the original on 2018-01-01, retrieved 2017-12-30.

참고 문헌

  • Mau, Günter(1984), Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks-und Schiffsbetrieb, Springer-Viebeg, Braunschweig/Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-1489-8.
  • Sass, Friedrich (1962), Geschichte des Deutschen Verbrenungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6.

추가 정보