Двс дизель: Ошибка 404 — страница не найдена

Проверка фактов. Дизель против бензина: что больше портит воздух?

21 января 2018

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Современные дизели оснащаются фильтрами, улавливающими мельчайшие частицы

Мировые продажи автомашин с дизельными двигателями упали в прошлом году на 17% по сравнению с 2016 годом.

Причиной тому главным образом распространившееся мнение об их экологической вредности.

Представители отрасли утверждают, что современные дизели на самом деле исключительно чистые, и обвиняют правительства и борцов за охрану окружающей среды в предубеждениях.

Действительно ли дизельные двигатели опаснее бензиновых, или их просто демонизируют в прессе.

Меньше, но хуже

Однозначного ответа нет, говорят независимые эксперты. Все зависит от конкретной марки автомобиля.

И дизельные, и бензиновые двигатели переводят химическую энергию в механическую путем сжигания топлива, но делают это по-разному.

Дизель потребляет в целом меньше горючего и соответственно выбрасывает в атмосферу меньше двуокиси углерода, чем бензиновый двигатель такой же мощности. Но выделяемые им мельчайшие частицы сажи считаются особо вредными для человека.

«Они проникают очень глубоко в легкие, вызывая раздражение, оседают на поверхностях, с которых кровь поглощает кислород, и способны попадать в саму кровь. Это повышает риск инсульта, сердечных приступов и астмы, особенно у людей, которые к ним предрасположены», — говорит Мэтью Локхэм, исследователь токсичных воздействий загрязнения атмосферы из университета Саутгемптона.

Однако новейшие дизели оборудуются специальными фильтрами.

«Фильтры задерживают до 99% мельчайших частиц, так что для современных дизелей этой проблемы больше не существует», — утверждает глава независимого исследовательского центра Emissions Analytics Ник Молден.

Автор фото, Getty Images

Возглавляемая им группа известна тем, что тестирует машины на ходу, тогда как автопроизводители проводят в основном стендовые испытания и на их основании получают сертификаты.

Кроме частиц сажи, дизели по сравнению с бензиновыми моторами выбрасывают больше двуокиси азота, продолжительный контакт с которой ухудшает функцию легких и провоцирует аллергию.

К счастью, современные технологии позволяют добиться хорошего результата и здесь. Экологический стандарт Евро 6, вступивший в силу в сентябре 2015 года, предусматривает снижение выбросов двуокиси азота вдвое для дизельных машин, выпущенных позже этого срока.

Британская ассоциация автопроизводителей и автодилеров в связи с этим утверждает, что современные дизели в экономическом отношении в основном соответствуют бензиновым по воздействию на окружающую среду.

Группа Emissions Analytics замечает, что ситуация все же не столь однозначна. Дело в том, что на дороге выбросы двуокиси азота резко, порой в 15 раз, превышают результаты стендовых испытаний. В целом, по оценке экспертов, бензиновые двигатели все-таки чище, но очень многое зависит от конкретной модели.

«Если взять 10% самых «чистых» дизелей и 10% самых «грязных» бензиновых двигателей, то разница будет, конечно, в пользу первых, и весьма существенная», — замечает Ник Молден.

С сентября прошлого года проверки на экологичность в реальных условиях сделались обязательными для новых моделей, производимых в ЕС. По словам специалистов, это должно дать более объективную картину.

Чтобы повысить экономичность бензиновых моторов, производители все шире используют технологию так называемого прямого впрыскивания, но это отрицательно сказывается на экологичности.

Так что спор между двумя видами двигателей далеко не завершен.

Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800^оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда 

повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше — при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.

ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания — 

их называю дизелями с непосредственным впрыском — топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию. 

Наиболее распространенным является другой тип дизеля — с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).

УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. Ее функция — подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.

Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.

ТНВД — топливный насос высокого давления.

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера.  

Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.

ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Форсунки дизеля.

Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.

Топливные фильтры дизеля.

Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка.

На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.

Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.

КАК ПРОИСХОДИТ ЗАПУСК ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ?

Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы — свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900

оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа. 

Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30^оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.

ТУРБОНАДДУВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».

Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла.

Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.

СИСТЕМА COMMON-RAIL ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.

В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора. 

Расплата за лидерство: 15 секретов дизеля

Рудольф Дизель покинул этот мир при странных обстоятельствах. Известно одно – 29 сентября 1913 года инженер отправился из Антверпена в Лондон через Харвич, но до пункта назначения не добрался. Утром на палубе парохода отыскали плащ и шляпу, каюта изобретателя оказалась пустой. Позже рыбаки выловили тело богато одетого мужчины, сняли драгоценности и, согласно традициям, вернули труп обратно морской стихии. Опознанные перстни утопленника принадлежали Дизелю, хотя до сих пор историки спорят: был тот инцидент суицидом, убийством из мести угольных королей (на их деньги ученый построил в итоге нефтяной мотор), инсценировкой или трагическим финалом шпионских игр накануне Первой мировой войны.

Прошло сто лет, дизели превратились из шумных тихоходных агрегатов для танков, грузовиков и прочей тяжелой техники в почитаемые водителями юрких легковушек за тяговитость, выносливость и экономичность моторы. Характерный запах «солярочного» выхлопа окутал улицы европейских городов: еще недавно считалось, что осязаемый аромат — легкий побочный эффект, разумная плата за низкую токсичность таких двигателей. Но грянул дизельгейт, ополчились экологи, подключились политики – и едва ли не в одночасье (по историческим меркам) почет в отношении дизелей сменился гонениями. В ответ на угрозы властей запретить ДВС автопроизводители поспешили взять курс на электрификацию, свернуть разработки перспективных моторов. Такое ощущение, дизелям аукнулась карма их создателя – в нынешней ситуации тоже легко заподозрить заговор. Или все проще: человечество вдруг прозрело и осознало губительность агрегатов на тяжелом топливе для окружающей среды?

Предлагаем подробно разобраться на примере британских моторов семейства Ingenium, что такое современный дизель, какие технологии в нем скрыты и реально ли так плохо дело с экологическим аспектом. Ведь как раз двигатели Jaguar Land Rover в этом плане показательны – их разработали на пике «солярочного» тренда, причем с чистого листа, без оглядки на прежние фордовские технологии. Пять лет ушло на проект, а в 2014-м английская компания открыла в Вулверхэмптоне передовой завод мощностью 500 000 агрегатов в год. Треть энергии на производство поставляют солнечные батареи на крышах цехов, автоматизация высокая – из 1400 сотрудников лишь 600 заняты непосредственно на сборке. При этом роботы обеспечивают точность обработки заготовок блоков цилиндров, головок и коленвалов в пределах трех микрон, то есть 0,003 мм. И нам удалось буквально пощупать это, разобрав и собрав своими руками дизель Ingenium в российской Академии Jaguar Land Rover под руководством тренера Кирилла Рязанова. Листайте галерею!

 

P.S. Ни один клиентский автомобиль при наших экспериментах не пострадал.

Бензиновый и дизельные двигатели: кому достаётся больше?

БЕНЗИНОВЫЙ Образование рабочей смеси и ее горение происходит не так быстро, как в дизельном двигателе.		ДИЗЕЛЬНЫЙ Дизельные двигатели более теплонапряжены, работают на более бедных горючих смесях, а смесеобразование и сгорание у них происходит в сотни раз быстрее.
0,8-0,9 БАР 70-120° C На такте впуска давление в цилиндре ниже атмосферного — 0,8-0,9 бара. Температура топливовоздушной смеси из-за ее контакта с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными раскаленными газами — 70-120 °C.		110-250 БАР 550-600° C Воздух в цилиндре сжимается до давления в 28-40 бар, нагреваясь до 550-600 °C, иначе говоря — до температуры самовоспламенения тяжелого жидкого топлива. У верхней мертвой точки в цилиндр впрыскивается топливо под давлением 110-250 бар
20-40 БАР 400-600° C Когда поршень сжимает рабочую смесь, давление в камере сгорания возрастает  до 20-40 бар, сама же рабочая смесь нагревается до 400-600° C.		40-80 БАР до 1800° C Распыленное в среде горячего сжатого воздуха топливо самовоспламеняется и сгорает при температуре до 1800° C. Поэтому часто говорят, что воспламенение  топливной смеси дизельных двигателей происходит «от сжатия». Давление образовавшихся газов на поршень составляет 40-80 бар.
0,03% СЕРЫ Незадолго до верхней мертвой точки тепловоздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания и сгорает при температуре 980-1100° C, выделяя большое количество тепла. Температура образовавшихся газовв цилиндре при этом возрастает до 1800° C поршень толкается под давлением порядка 40 бар.		40-80 БАР до 1800° C Распыленное в среде горячего сжатого воздуха  топливо самовоспламеняется и сгорает  при температуре до 1800° C. Поэтому часто говорят, что воспламенение топливной смеси дизельных двигателей происходит «от сжатия».  Давление образовавшихся газов на поршень  составляет 40-80 бар.
Моторное масло TOTAL QUARTZ INEO MC3 5W-30  содержит самый современный пакет противоизносных присадок, который позволит защитить бензиновый двигатель от износа и обеспечить его максимальный ресурс. Синтетическое базовое масло позволяет выдерживать продленные интервалы замены и свести к минимуму необходимость доливки моторного масла в процессе эксплуатации автомобиля.		Пакет моюще-диспергирующих присадок в моторном масле TOTAL QUARTZ INEO MC3 5W-30 содержит все необходимые компоненты, способствующие максимальному удалению сажи и нагаров, образующихся при сгорании дизельного топлива,что позволяет получить высокую степень чистоты двигателя.

Дизельный двигатель — принцип работы

                                                                                                          Дизельный двигатель, наряду с бензиновым, является одним из двух самых распространенных типов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Принцип его работы базируется на самовоспламенении воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры сжигания под давлением.

Благодаря этому горючее нагревается и самовоспламеняется, что является главным отличием дизельного двигателя от бензинового и выступает основной причиной всех конструктивных и эксплуатационных изменений в силовом агрегате этого типа, а также напрямую влияет на сферу применения и частоту его использования. В статье подробно рассматривается история создания и совершенствования дизельного двигателя, устройство и принцип работы подобного оборудования, а также его основные отличия и преимущества по сравнению с бензиновой силовой установкой.

 

 

История создания и совершенствования

Первые научные разработки, касающиеся возможности использовать для воспламенения горючего в тепловой машине сжатого до высокого давления топлива, были осуществлены в 20-30-х годах 19-го века. На практике этот принцип был реализован выдающимся немецким изобретателем и инженером Рудольфом Дизелем, который в 1892 году оформил патент на изобретение двигателя оригинальной конструкции, получивший название дизель-мотор в честь его создателя. Через 3 года документ был признан США. В течение нескольких лет Дизель зарегистрировал еще несколько патентов на различные модификации дизельного двигателя.

Первый работающий агрегат был изготовлен в конце 1896 года, а его испытания прошли практически сразу – 28 января следующего года. В качестве горючего первые дизельные двигатели использовали растительные масла и легкие нефтепродукты. Силовая установка практически сразу же стала показывать высокий КПД, будучи еще и очень удобной в эксплуатации. Но в первые годы после изобретения дизельные двигатели применялись, главным образом, в тяжелых паровых машинах.

Существенно расширить сферу практического использования дизельных агрегатов позволили два ключевых усовершенствования. Первое заключалось в применении в качестве топлива керосина, что первым использовал в 1898 году другой великий инженер того времени – родившийся в России швед Рудольф Нобель. Вторым серьезным рационализаторским решением стало изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД), который заменил используемый ранее для сжатия горючего компрессор.

Серьезный вклад в усовершенствования ТНВД внес в 20-е годы 20-го века Роберт Бош. Он изобрел и внедрил модель встроенного насоса и бескомпрессорной форсунки, применение которых привело к существенному уменьшению габаритов дизельного двигателя, что, в свою очередь, позволило устанавливать его сначала на общественный и грузовой транспорт, а во второй половине 30-х годов – впервые использовать на легковых машинах. Дальнейшие улучшения рассматриваемого агрегата, в частности использование специального дизельного топлива, позволили силовой установке на этом типе горючего успешно конкурировать с бензиновыми двигателями, постоянно увеличивая занимаемую долю рынка.

Отличие от бензинового двигателя

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового было упомянуто выше. Оно состоит в отсутствии системы зажигания, что объясняется использованием принципа самовоспламенения топливно-воздушной смеси в результате нагнетания давления и вызванного этим нагрева горючего. Необходимо отметить несколько ключевых следствий разницы между рассматриваемыми типами силовых установок.

Главные положительные для дизельного двигателя моменты состоят в следующем. Во-первых, отсутствие системы зажигания делает конструкцию агрегата заметно проще, повышая надежность и долговечность. Во-вторых, компрессионное воспламенение топлива обеспечивает более полное и эффективное сгорание, в результате чего повышается КПД силовой установки и снижается количество вредных выбросов.

Основным негативным следствием указанного выше отличия между двигателями внутреннего сгорания выступают более существенные требования к прочности и качеству изготовления клапанов и других деталей дизельных агрегатов. Это связано с тем, что они эксплуатируются под серьезной нагрузкой, связанной с повышенным давлением топливно-воздушной смеси.

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы – турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Принцип работы

Дизельные двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Первый вариант в сегодняшних условиях используется крайне редко, а потому детально рассматривать его попросту не имеет смысла. Стандартный принцип работы обычного четырехтактного двигателя предполагает, что вполне логично, 4 основных этапа:

1. Впуск. Коленвал поворачивается в диапазоне между 0 и 180 градусами. На этой стадии воздух подается в цилиндр.

2. Сжатие. Положение коленвала изменяется со 180 до 360 градусов. Это обеспечивает движение поршня к так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), что приводит к сжатию воздуха в цилиндре в 16-25 раз.

3. Рабочий ход с последующим расширением. Коленвал осуществляет перемещение между 360 и 540 градусами. В камеру сжигания через форсунки впрыскивается топливо, которое при смешивании с воздухом воспламеняется. Это происходит чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ.

4. Выпуск. Коленвал завершает оборот, перемещаясь между 540 и 720 градусами. В результате очередного перемещения поршня в верхнюю часть цилиндра из камеры сгорания удаляются отработанные газы. После этого цикл начинается заново.

Основные разновидности

Основным параметром, который используется для классификации дизельных двигателей, выступает конструкция камеры сжигания. По этому параметру различают два основных типа рассматриваемых силовых установок, на которых используется

· разделенная камера сгорания. Подача горючего производится в специальную камеру, которая называется вихревой и размещается в головке блока, соединяясь с цилиндром при помощи канала. Наличие такого дополнительного элемента позволяет добиться увеличения уровня нагнетания, что положительно сказывается на способности смеси к самовоспламенению;

· неразделенная камера сгорания. Более простая, а потому надежная конструкция, при использовании которой топливо подается непосредственно в пространство над поршнем, которое и выступает камерой сгорания. Это позволяет заметно снизить расход топлива, что, наряду с надежностью механизма, стало ключевой причиной широко распространения именно такого типа дизельных двигателей.

Особенно популярными дизельные агрегаты с неразделенной камерой сгорания стали после появления ТНВД системы Common Rail. Ее использование позволяет обеспечить оптимальный уровень давления, количества и времени впрыскивания топлива для последующего сжигания. Таким образом, достигаются все основные преимущества двигателей с разделенной камерой сгорания без присущих им недостатков.

Основные достоинства и недостатки

Широкое распространение и успешная конкуренция дизельных двигателей с бензиновыми объясняется рядом впечатляющих преимуществ. Главными из них выступают:

· КПД, достигающий 40% на обычных установках и 50% на дизельных двигателях с турбонаддувом. Такие показатели являются попросту недосягаемыми для агрегатов, использующих в качестве топлива бензин;

· мощность. Крутящий момент дизельного двигателя обеспечивается даже на малых оборотах, что гарантирует автомобилю уверенный и быстрый разгон;

· экологичность. Сгорание топлива под высоким давлением приводит к уменьшению количества образующихся в процессе эксплуатации двигателя выхлопных газов. В сегодняшних условиях этому плюсы дизелей придается все большее значение;

· надежность. Как правило, моторесурс дизельного агрегата примерно в полтора-два раза превосходит аналогичный показатель бензинового конкурента. Кроме того, отсутствие системы зажигания позволяет избавиться от многих традиционных проблем двигателей на бензине, например, слабой искры на свечах или их залива.

В числе недостатков, присущих дизельному двигателю, прежде всего, необходимо выделить два. Первый – это несколько более высокая стоимость транспортных средств, оборудованных этим типом силовой установки. Разница в цене обычно варьируется от 10 до 20%.

Второй минус – необходимость существенных эксплуатационных расходов. Это объясняется серьезными требованиями к качеству изготовления и уровню технического обслуживания автомобилей с дизельными двигателями. Однако, обращение в солидную компанию за приобретением, а также последующим обслуживанием, комплектованием и ремонтом сведет к минимуму недостатки агрегата, оставив в полной сохранности его впечатляющие достоинства.

Чем отличается бензиновый двигатель от дизельного

Бензин против Дизеля: в чем разница?

На самом базовом уровне современные двигатели внутреннего сгорания работают по принципу четырех простых шагов: всасывание, сжатие, воспламенение и выхлоп. Этот цикл повторяется снова и снова, когда двигатель находится в рабочем состоянии. Таким образом, создается крутящий момент, который и передается на трансмиссию, а затем на колеса. Причем эти шаги работы двигателя не зависят от типа используемого мотора, будь то дизельный или бензиновый двигатель. Но в этих двух моторах есть различия в том, как они выполняют эти циклы работы. 

 

Различия в работе бензиновых и дизельных двигателей

 

Для бензиновых двигателей этап впуска обычно заключается во всасывании воздуха и топлива в камеру сгорания. Если сравнивать работу с дизельным мотором, то в этот рабочий момент дизельный агрегат только всасывает воздух без топлива. Далее происходит сжатие воздуха в камере сгорания. 

 

Зажигание контролируется в каждом типе двигателей по-разному. Бензиновые моторы используют свечи зажигания, которые с помощью электрической искры воспламеняют топливную смесь (кислород + бензин) в камере сгорания, тем самым запуская двигатель. В результате воспламенения топлива образуется энергия, которая начинает двигать поршни в моторе.  

 

Что касаемо дизельного двигателя, то в отличие от бензинового силового агрегата воспламенение дизельного топлива в камере сгорания происходит от силы сжатия. То есть, происходит самовоспламенение топливной смеси. Происходит все очень просто.

 

Как мы уже сказали, сначала в камеру сгорания дизельного мотора подается только воздух, который сжимается по ходу движения поршня. В результате сильного сжатия кислород в камере сгорания сильно нагревается. В этот момент и подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется от горячего кислорода в камере сгорания, запуская мотор. 

 

Смотрите также: Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?

 

Таким образом, момент воспламенения топлива в дизельных моторах контролируют топливные форсунки, тогда как в бензиновых моторах, это регулируют свечи зажигания.

 

Стоит отметить, что, как правило, оба типа двигателей используют одинаковую систему выпуска, чтобы выпустить из камеры сгорания скопившиеся газы в результате воспламенения топлива. Это регулируется клапанами путем их открытия / закрытия, которые когда это необходимо и выпускают отработанные газы, направляя их в выхлопную систему автомобиля.

 

Какой двигатель эффективней: Дизель или бензин?

 

 

Дизельные двигатели продолжают совершенствоваться в экологическом плане, постепенно, доказывая, что уровень вредных веществ в выхлопе может быть почти таким же, как в бензиновых автомобилях. Но пока что все равно бензиновые двигатели считаются более экологичными. Но есть в дизельных двигателях неоспоримое преимущество, которое заключается в том, что они, по сравнению с бензиновыми, намного экономичнее.

 

Действительно, в большинстве случаев дизельные двигатели значительно превосходят бензиновые по топливной эффективности. 

 

Это объясняется особенностью температуры самовоспламенения дизельного топлива в камере сгорания. Температура самовоспламенения — это температура, при которой соотношение в смеси кислорода-топлива будет приводить к самовоспламенению топливной смеси. 

 

В бензиновых моторах наоборот важно, чтобы температура в соотношении бензин-кислород в камере сгорания не приводила к самовоспламенению бензина во время сжатия, поскольку это может привести к воспламенению топлива до подачи свечами зажигания искры. Это может привести к повреждению двигателя. 

 

Чтобы этого не происходило, бензиновые моторы имеют довольно низкие коэффициенты сжатия (такт сжатия, когда определенное количество кислорода и бензина попадают в камеру сгорания). Это необходимо чтобы во время сжатия резко не повышалась температура воздуха. 

 

Поскольку дизельные моторы не имеют во время такта сжатия (впуска) в камере сгорания дизельного топлива, они могут сжимать всасываемый кислород намного больше, чем бензиновые двигатели. В результате сильного сжатия воздух в камере сгорания сильно нагревается, после чего в камеру сгорания попадает дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.

 

Другим преимуществом эффективности дизельного двигателя является отсутствие дроссельной заслонки. Когда вы нажимаете педаль газа в бензиновом автомобиле, это открывает впускные клапана в двигателе, что позволяет большому количеству воздуха попадать в мотор.

 

Соответственно чем больше кислорода, тем больше энергии образуется в результате воспламенения топлива, которое также в этом случае начинает подаваться в повышенном объеме. Стоит отметить, что этот процесс контролирует компьютер, который и определяет необходимое количество топлива. 

 

В дизельных моторах дроссельные клапаны не нужны. При нажатии педали газа компьютер просто определяет, какое количество топлива необходимо подать в камеру сгорания.

 

В результате этого при работе дизельного мотора теряется не много топлива, в отличие от бензиновых моторов, которые большой процент бензина сжигают зря. 

 

Разница в соотношении топливной смеси: воздух / топливо

 

 

Дизельные двигатели имеют способность работать в очень широком диапазоне соотношения кислорода / топлива в топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания.

 

Бензиновые моторы обычно работают в диапазоне от 12 до 18 частей воздуха на 1 часть топлива (по массе).

Обычно это соотношение остается близким к 14,7:1. Дело в том, что при этом коэффициенте соотношения кислорода и топлива, вся топливная смесь полностью сгорает в камере сгорания. 

 

Однако в дизельных моторах все по-другому. Например, как правило, дизельный мотор работает в соотношениях кислорода от 18:1 до 70:1. 

 

Когда вы нажимаете педаль газа в дизельной машине это приводит к уменьшению соотношения воздух / дизельное топливо за счет увеличения впрыска дизеля в камеру сгорания.

 

Соответственно чем больше топлива, тем больше мощность. Правда когда дизельные моторы работают при низком соотношении кислород / топливо, в процессе сгорания образуется много сажи.

 

Именно поэтому, несмотря на наличие системы очистки, мы часто видим черный дым от грузовиков, когда они трогаются с места. В этот момент водители грузовиков сильно нажимают педаль газа, чтобы сдвинуть с места тяжелую машину.

 

В этот самый момент в дизельный двигатель начинает поступать меньше кислорода, но больше топлива.

 

Помимо этого существует еще множество отличий дизельных моторов от бензиновых. Например, каждый тип мотора по-разному может замедлять транспортное средство при торможении двигателем. 

 

Для получения дополнительной информации посмотрите несколько видео роликов ниже. 

Перед просмотром включите показ субтитров и их перевод.

 

 

Запретит ли Германия автомобили с ДВС к 2035 году? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Германии вновь вспыхнула дискуссия о том, стоит ли запрещать продажу автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с целью ускорить переход автомобильного транспорта на более экологичные альтернативные двигатели, прежде всего — электрические. Новый виток обсуждения вызван заявлениями двух влиятельных немецких политиков — и двумя знаковыми зарубежными событиями. 

Калифорния запретит ДВС ради защиты климата и своих пляжей

Одно из них произошло в Калифорнии. Ее губернатор Гевин Ньюсом объявил 23 сентября, что с 2035 года калифорнийские власти запретят продажу новых легковых машин и легких коммерческих автомобилей с ДВС. В 2045 году запрет распространится на средние и тяжелые грузовики с бензиновыми или дизельными двигателями.  

Губернатор Калифорнии Гевин Ньюсом объявляет о запрете ДВС в легковых машинах с 2035 года

Власти самого большого по населению штата США пошли на такой шаг для защиты не только глобального климата, но и непосредственных интересов собственных жителей. «Из-за автомобилей не должны таять ледники и повышаться уровень мирового океана», ведь это угрожало бы пляжам и побережью Калифорнии, подчеркнул Гевин Ньюсом. К тому же, по его словам, «автомобили не должны усиливать лесные пожары». А они оказались в нынешнем году на западном побережье США чрезвычайно мощными, и губернатор явно связывает это с глобальным потеплением.

В Германии калифорнийскую инициативу поддержал глава Федерального ведомства по охране окружающей среды (UBA) Дирк Месснер (Dirk Messner). «Запрет регистрации новых дизельных и бензиновых автомобилей с 2035 года я считаю хорошей идеей», — заявил он изданиям медиагруппы Funke.

Но одно дело — слова государственного защитника экологии, совсем другое — высказывания премьер-министра Баварии. Кто бы ни занимал эту должность, он неизменно лоббировал в Германии интересы автомобильной промышленности. Ведь в этой федеральной земле находятся штаб-квартиры и головные заводы сразу трех крупных немецких производителей легковых и грузовых автомобилей — BMW, Audi и MAN, не говоря уже о многочисленных поставщиках компонентов для автопрома.

Возможный кандидат в канцлеры Маркус Зёдер подает сигнал «зеленым»

Выступая 26 сентября с программной речью на состоявшемся в режиме онлайн съезде возглавляемой им консервативной баварской партии ХСС, премьер-министр Баварии Маркус Зёдер (Markus Söder) к удивлению многих подчеркнул, что он «решительно за то, чтобы мы определились с окончательной датой» отказа от ДВС. И уточнил, что, вслед за Калифорнией, считает 2035 год «очень хорошей датой».

Премьер-министр Баварии Маркус Зёдер — влиятельная фигура в консервативном блоке ХДС/ХСС

Правда, в данный кризисный момент было бы правильно помочь отрасли, приняв государственную программу стимулирования продаж не только электромобилей, но и наиболее современных и экологичных автомобилей с ДВС, добавил Зёдер, который и раньше отстаивал такую точку зрения, но не смог переубедить правительство ФРГ. 

Далеко не все в консервативном блоке ХДС/ХСС поддержали предложение баварского лидера о запрете ДВС к конкретной дате, хотя принципиальных возражений против ускоренного перехода на электрические и водородные двигатели ни у кого нет. Зато инициативу Маркуса Зёдера похвалила Партия «зеленых».

Тут следует учитывать, что ровно через год в Германии должны состояться выборы в бундестаг, и все явно идет к тому, что следующая правящая коалиция в ФРГ будет сформирована блоком ХДС/ХСС и «зелеными». Поэтому за инициативой баварского премьера вполне может стоять четкий внутриполитический расчет: заранее подготовить почву для успеха будущих коалиционных переговоров, подав потенциальным партнерам сигнал о готовности поддержать одно из их ключевых требований. Тем более, что Маркус Зёдер рассматривается сейчас как один из возможных кандидатов на пост канцлера ФРГ.

Автосалон Auto China 2020: главные герои — электромобили

Так что вероятность того, что в Германии уже следующей осенью примут решение о запрете ДВС в легковых машинах к 2035 году или даже раньше, в последние дни существенно возросла. Впрочем, каким бы ни было следующее правительство ФРГ, темпы перехода немецкого автопрома на электрические двигатели будет определять вовсе не оно. Их будут задавать или даже диктовать крупнейшие экспортные рынки автомобилей Made in Germany. А это США, все та же Калифорния, и Китай.

Автосалон Auto China 2020 — первый крупный отраслевой смотр в год пандемии

Причем рынок Китая крупнее, динамичнее, а потому сейчас играет решающую роль. И этот рынок сделал стратегическую ставку на электромобильность, что убедительно подтвердило второе знаковое зарубежное событие последних дней: проходящий в Пекине с 26 сентября по 5 октября первый после начала пандемии международный автосалон на планете — все остальные пришлось отменить из-за коронавируса.

Главными героями выставки Auto China 2020, указывают в сообщениях из столицы КНР немецкие СМИ, стали электромобили. Через пять лет каждый четвертый продаваемый на китайском рынке автомобиль должен быть на электрической тяге. Это примерно 4 миллиона единиц. Кто их будет выпускать?

Главный экспортный рынок для автомобилей Made in Germany — Китай

В репортажах немецких СМИ с автосалона в Пекине и в комментариях экспертов в эти дни неизменно отмечалось, что пока автостроители Германии представлены на этом направлении развития мирового автопрома довольно скромно. «До сих пор у Volkswagen, Daimler и BMW лишь незначительная доля на большом китайском рынке электромобильности», — констатировала, к примеру, экономическая газета Handelsblatt. Правда, свою статью она посвятила подробному рассказу о том, как они намерены это изменить.

Зарядные станции для электромобилей в Пекине

«Китай — главный рынок электромобилей, причем c большим отрывом, и здесь очень велика опасность оказаться в хвосте», — предупредил руководитель Центра автомобильного менеджмента (CAM) в Бергиш-Гладбахе профессор Штефан Брацель (Stefan Bratzel). По его мнению, «уже из-за одного только Китая немецким автостроителям следовало бы уделять куда больше внимания электромобильности, поскольку конкуренция здесь очень сильна».

Иными словами, для того, чтобы сохранить и тем более укрепить позиции на жизненно важном для всего автопрома Германии китайском рынке, тем же баварским автостроителям BMW и Audi, как и всем остальным, придется в ближайшие годы усиленно вкладывать деньги в развитие электромобилей. И, соответственно, сокращать инвестиции в производство легковых машин с ДВС. Получается, что баварский премьер своим предложением отказаться от их выпуска с 2035 года вовсе не предал интересы отрасли: немецкие автостроители сами к этому идут. 

Смотрите также:

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Volkswagen ID.3: народный электромобиль

  Концерн под названием «народный автомобиль» начал продажи своего главного электромобиля для массового рынка. Он призван повторить легендарный успех VW Golf. По длине и ширине ID.3 соответствует этой модели, но несколько выше. Цена в базовой комплектации: почти 30 000 евро. Минус 9 000 евро скидка до конца 2021 года. Батареи трех размеров, самая мощная должна обеспечить пробег до 550 км.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Renault Zoe: лидер немецкого рынка

  Уже не первый год самый популярный в Германии электромобиль — родом из Франции. С осени 2019 Renault выпускает «полностью обновленный» вариант своего электрического бестселлера. Его теперь можно быстро подзаряжать постоянным током. В ФРГ базовая версия с дальностью пробега 300 км продается по прежней цене: от 22 000 евро. Zoe Life Z.E. 50 c более мощной батареей проезжает 395 км, но стоит 24 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Tesla Model 3: претендент на лидерство

  Культовый американский автостроитель начал поставлять в Германию свою модель среднего класса в 2019 году, и она сразу стала одним из двух лидеров продаж среди электромобилей. Версию Standard Range предлагают за 45-54 000 евро, полноприводная AWD Long Range с двумя электромоторами и дорогой комплектацией может стоить порядка 65-70 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  BMW i3: испытанный ветеран

  Баварский автоконцерн начал выпускать эту модель в 2013 году, став немецким первопроходцем в деле электромобильности. С тех пор с конвейера сошли, в основном на экспорт, свыше 150 тысяч машин. В Германии i3 несколько раз был в тройке лидеров. Развивать дальше эту модель BMW не намерен, но и снимать с производства после семи лет тоже пока передумал: больно хорошо она продается за 38-42 000 евро.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Opel Corsa-e: электрический вариант

  Corsa вот уже четыре десятилетия — популярный в ФРГ бренд автомобиля малого класса. Осенью 2019 началось производство шестого поколения этой модели, и ее рекламирует Юрген Клопп — тренер футбольного клуба «Ливерпуль». В ролике он садится за руль именно электрического варианта, который компания Opel выпускает наряду с бензиновым и дизельным. Те стоят 14-18 000 евро, а электромобиль — почти 30 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Seat Mii electric: доступная малютка

  Свой первый электромобиль вывела на рынок испанская дочка Volkswagen. С Seat Mii, варианта VW up!, сняли бензиновый двигатель, и впредь малютку будут производить только с электрическим мотором. В компании считают, что для типично городского автомобиля дальность пробега в 260 км и 83 лошадиные силы вполне достаточно. Цена — от 20 650 евро. А если еще вычесть субсидии…

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Nissan Leaf: недооцененный чемпион

  Японцы первыми разработали электромобиль для массового производства и с 2010 года выпустили уже свыше 400 тысяч машин, что сделало Nissan Leaf мировым чемпионом продаж. Однако в ФРГ, в отличие от США, Японии, Норвегии и Великобритании, эта модель особо популярной не стала, хотя и входила в Топ 10. Базовый вариант стоит сейчас от 37 000 евро, Leaf e+ с более мощной батарей — примерно 45 000.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Hyundai Kona Elektro: компактный SUV

  Южнокорейский концерн называет эту выпускаемую с 2018 года модель «первым полностью электрическим компактным SUV в Европе». На станциях быстрой зарядки вариант Kona Elektro Trend с двигателем мощностью 150 кВт (204 лошадиные силы) заряжается меньше, чем за час, а дальность пробега составляет при идеальных условиях до 449 км. Цена — от 42 000 евро, базовый вариант примерно на 8 000 дешевле.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Audi e-tron: настоящий внедорожник

  Свой первый электрический SUV дочка концерна Volkswagen выпустила в 2019 году для привычного ей премиум-сегмента — и сразу попала в ФРГ в Топ 10 среди электромобилей. Полноприводный Audi e-tron 50 quattro с двумя моторами стоит в Германии от 69 000 евро, включая 19% НДС, а 55 quattro мощностью 300 кВт и дальностью пробега до 430 км — от 81 000. Хотя часть можно вернуть с помощью субсидий.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Mercedes EQC: батарейный «Мерседес»

  Концерн Daimler выбрал для продвижения на рынке Германии своего первого внедорожника на электрической тяге рекламный слоган «Это «Мерседес» среди электромобилей». Его цена — от 71 000 евро, мощность — 300 кВт, дальность пробега при идеальных условиях — 470 км, максимальная скорость — 180 км в час. Полноприводный электромобиль с двумя моторами испытывали, в частности, в условиях шведской зимы.

• Какие электромобили можно купить в Германии в 2020 году

  Porsche Taycan 4S: «уцененный» спорткар

  Электромобиль за 185 000 евро? Именно столько стоит Taycan Turbo S. Осенью 2019 года его начала выпускать компания Porsche, прославившаяся спортивными автомобилями. Модель Turbo обойдется в 152 000. Чтобы несколько расширить круг потенциальных покупателей, прибавили третий вариант: Taycan 4S «всего» за 105 000. Его мощность — 390 кВт, дальность пробега — 330-400 км.

  Автор: Андрей Гурков

Как работают дизельные двигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 июля 2020 г.

Вы когда-нибудь с изумлением смотрели, как гигантский грузовик медленно ползет в гору? Возможно нет! Такое случается каждый день. Но остановись и подумай о момент о том, что происходит — как огромная, тяжелая нагрузка систематически поднимается против подавляющей силы гравитации, используя не более чем несколько чашек грязной жидкости (другими словами, топлива) — и вы можете согласиться то, что вы видите, весьма примечательно.Дизельные двигатели — это сила наших самых больших машин — грузовиков, поезда, корабли и подводные лодки. На первый взгляд, они похожи на обычные бензиновые (бензиновые) двигатели, но вырабатывают больше мощности, более эффективно, работая несколько иначе. Возьмем пристальный взгляд!

Фото: Дизельные двигатели (как в этом локомотиве) идеально подходят для буксировки тяжелых поездов. Это прекрасно сохранившийся (и отполированный до блеска!) British Rail Class 55 («Deltic»), номер 55022, названный Royal Scots Grey, датируемый 1960 годом.Вот фотография Дизельный двигатель Napier Deltic, которым он питается.

Что такое дизельный двигатель?

На фото: типичный дизельный двигатель (от пожарной машины) производства Detroit Diesel Corporation (DDC). Фото Хуана Антуана Кинга любезно предоставлено ВМС США.

Подобно бензиновому двигателю, дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания. двигатель. Горение — это другое слово для обозначения горения и внутреннего означает внутри, поэтому двигатель внутреннего сгорания — это просто тот, где топливо сгорает внутри основной части двигателя (цилиндров) где производится энергия.Это сильно отличается от внешнего двигатель внутреннего сгорания, такой как те, которые используются старомодным паром локомотивы. В паровом двигателе большой пожар на одном конце бойлер, который нагревает воду для получения пара. Пар стекает долго трубы к цилиндру на противоположном конце котла, где он толкает поршень вперед и назад для перемещения колес. Это внешний горение, потому что огонь находится вне цилиндра (действительно, обычно на расстоянии 6-7 метров или 20-30 футов). В бензиновом или дизельном двигателе топливо горит внутри самих баллонов.Отходы внутреннего сгорания гораздо меньше энергии, потому что тепло не должно исходить откуда производится в цилиндр: все происходит в одном место. Вот почему двигатели внутреннего сгорания более эффективны чем двигатели внешнего сгорания (они производят больше энергии из тот же объем топлива).

Чем дизельный двигатель отличается от бензинового?

Бензиновые и дизельные двигатели работают за счет внутреннего сгорания, но в немного разными способами.В бензиновом двигателе топливо и воздух впрыскивается в небольшие металлические цилиндры. Поршень сжимает (сжимает) смесь, делающая его взрывоопасным, и небольшую электрическую искру от свеча зажигания поджигает его. Это заставляет смесь взорваться, генерирующая мощность, которая толкает поршень вниз по цилиндру и (через коленчатый вал и шестерни) крутит колеса. Ты можешь читать подробнее об этом и просмотрите простую анимацию того, как это работает в нашем статья о автомобильных двигателях.

Дизельные двигатели похожи, но попроще.Во-первых, воздух попадает в цилиндр и поршень сжимают его — но гораздо сильнее, чем в бензиновый двигатель. В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь сжат примерно до одной десятой исходного объема. Но в дизеле В двигателе воздух сжимается от 14 до 25 раз. [1] Если вы когда-нибудь накачивали велосипедную шину, вы почувствовали ее накачку. Чем дольше вы его использовали, тем горячее в ваших руках. Это потому что при сжатии газа выделяется тепло. Представьте себе, сколько тепла создается за счет нагнетания воздуха в 14-25 раз меньшее пространство, чем обычно занимает.Так много тепла, что воздух действительно горячий — обычно не менее 500 ° C (1000 ° F), а иногда очень сильно горячее. Как только воздух сжимается, топливный туман распыляется в цилиндр обычно (в современном двигателе) электронным система впрыска топлива, которая работает как сложный аэрозоль может. (Количество впрыскиваемого топлива варьируется в зависимости от мощности водитель хочет, чтобы двигатель работал.) Воздух такой горячий, что топливо мгновенно воспламеняется и взрывается без искры затыкать.Этот управляемый взрыв заставляет поршень выталкиваться из цилиндр, производящий мощность, которая приводит в движение транспортное средство или машину на котором установлен двигатель. Когда поршень возвращается в цилиндра выхлопные газы выталкиваются через выпускной клапан и процесс повторяется — сотни или тысячи раз минута!

Что делает дизельный двигатель более эффективным?

Дизельные двигатели вдвое эффективнее бензиновых — около 40–45 процентов. в лучшем случае эффективен.[2] Проще говоря, это означает, что при том же количестве топлива вы можете пройти гораздо дальше. (или получите больше миль за свои деньги). Есть несколько причин для это. Во-первых, они сильнее сжимаются и работают при более высоких температурах. Фундаментальная теория работы тепловых двигателей, известное как правило Карно, говорит нам, что эффективность двигателя зависит от от высоких и низких температур, между которыми он работает. Дизельный двигатель, работающий через большую разницу температур (более высокая самая высокая температура или самая низкая низкая температура) более эффективна.Во-вторых, отсутствие системы зажигания свечи зажигания делает более простая конструкция, которая может с легкостью сжимать воздух намного сильнее — и это делает топливо более горячим и полным, высвобождая больше энергии. Есть еще одна экономия на эффективности тоже. В бензиновом двигателе, который не работает на полную мощность, необходимо подавать больше топлива (или меньше воздуха) в цилиндр, чтобы он работал; дизельные двигатели не имеют этой проблемы, поэтому им нужно меньше топлива, когда они работают на более низкой мощности. Еще одним важным фактором является то, что дизельное топливо несет немного больше энергии на галлон, чем бензин потому что молекулы, из которых он сделан, имеют больше энергии, запирая их атомы вместе (другими словами, дизель имеет более высокую удельную энергию, чем бензин).Дизель тоже лучше смазка, чем бензин, так что дизельный двигатель, естественно, будет работать с меньшим трением.

Чем отличается дизельное топливо?

Дизель и бензин совершенно разные. Вы это узнаете, если вы когда-либо слышал ужасные истории о людях, которые заправили свою машину или грузовик с неправильным видом топлива! По сути, дизель — это низкосортный, менее очищенный нефтепродукт, полученный из более тяжелых углеводороды (молекулы, состоящие из большего количества углерода и водорода атомы). Неочищенные дизельные двигатели без сложной системы впрыска топлива Теоретически системы могут работать практически на любом углеводородном топливе, поэтому популярность биодизеля (вид биотоплива, производимого, среди прочего, вещи, отработанное растительное масло). Изобретатель дизельного двигателя, Рудольф Дизель успешно запускал свои первые двигатели на арахисовом масле и думал, что его двигатель окажет людям услугу, освободив их от зависимость от топлива, такого как уголь и бензин, и централизованная источники энергии. [3] Если бы он только знал!

Фото: Смазка поедет: Джошуа и Кайя Тикелл, пара Защитники окружающей среды, используйте этот трейлер (Green Grease Machine), чтобы сделать биодизельное топливо для своего фургона (прикрепленного спереди) из отработанного кулинарного масла, выбрасываемого ресторанами быстрого питания.Топливо стоит впечатляющих 0,80 доллара за галлон. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено США. Министерство энергетики / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Преимущества и недостатки дизельных двигателей

Дизели — самые универсальные двигатели, работающие на топливе, которые широко используются сегодня. можно найти во всем: от поездов и кранов до бульдозеров и подводные лодки. По сравнению с бензиновыми двигателями они проще, более эффективный и экономичный. Они также безопаснее, потому что дизельного топлива меньше летучий и его пары менее взрывоопасны, чем бензин.В отличие от бензиновых двигателей они особенно хороши для перемещать большие грузы на низких скоростях, поэтому они идеально подходят для использования в грузовые суда, грузовики, автобусы и локомотивы. Более высокое сжатие означает, что части дизельного двигателя должны выдерживать гораздо большие напряжения и деформации, чем в бензиновом двигателе. Поэтому дизельные двигатели должны быть сильнее и тяжелее и почему, надолго время они использовались только для питания больших транспортных средств и машин. Пока это может показаться недостатком, это означает, что дизельные двигатели обычно более надежны и служат намного дольше, чем бензиновые двигатели.

Фото: Дизельные двигатели используются не только в транспортных средствах: эти огромные стационарные дизельные двигатели вырабатывают электроэнергию на электростанции на Остров Сан-Клементе. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено США. Министерство энергетики / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Загрязнение одно из самых больших недостатков дизельных двигателей: они производить смесь загрязняющих веществ, в том числе оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и частицы сажи, которые являются грязными и опасными для здоровья.Теоретически дизели более экономичны, поэтому они должны использовать меньше топлива, производить меньше выбросов углекислого газа (CO2) и меньше способствуют глобальному потеплению. На практике есть некоторые споры о том, правда ли это. Некоторые лабораторные эксперименты показали средние выбросы дизельного топлива. лишь немного ниже, чем у бензиновых двигателей, хотя производители настаивают на том, что если аналогичные дизельные и бензиновые автомобили по сравнению, дизели действительно лучше выходят. Другое недавнее исследование показывает, что даже новые дизельные автомобили сильно загрязняют окружающую среду.Европейское агентство по окружающей среде, например, отмечает, что даже типичный «чистый» дизельный автомобиль соответствует нормам выбросов EURO 6, производит примерно в 10 раз больше азота оксидное загрязнение, как у сопоставимого бензинового автомобиля. [4] А как насчет выбросов CO2? По данным Британского общества производителей автомобилей и трейдеры: «Автомобили с дизельным двигателем внесли огромный вклад в сокращение выбросов CO2. С 2002 года покупатели, выбирающие дизельное топливо, сэкономили почти 3 миллиона тонн CO2 от попадания в атмосферу». Дизельные двигатели, как правило, изначально стоят дороже, чем бензиновые, хотя их эксплуатационные расходы и более длительный срок службы обычно компенсирует это.Несмотря на это, покупатели автомобилей больше не кажутся убежденными: с тех пор продажи значительно упали. скандал с выбросами Volkswagen в 2015 году, когда немецкий автопроизводитель исказил выбросы своих дизельных автомобилей, чтобы они казались меньше загрязнение.

Нет никаких сомнений в том, что дизельные двигатели по-прежнему будут использоваться в тяжелых транспортных средствах — грузовиках, автобусы, корабли и железнодорожные локомотивы — все зависит от них, но их будущее в области автомобилей и легких транспортных средств становится все более неопределенным. Стремление к электромобилям дало мощный толчок к тому, чтобы сделать бензиновые двигатели более легкими, экономичными и менее загрязняющими, и эти улучшенные газовые двигатели подрывают некоторые предполагаемые преимущества использования дизелей в автомобилях.В условиях растущей конкуренции между доступными электромобилями и улучшенными бензиновые автомобили, дизели могут оказаться вытесненными и вовсе. Опять же сами дизели постоянно развиваются; В 2011 году Министерство энергетики США предсказало, что будущие двигатели могут повысить эффективность с сегодняшних 40 процентов до 60 процентов или более. Если это произойдет, дизель может остаться соперник в автомобилях меньшего размера на многие годы вперед, особенно если их выхлопные газы можно правильно решить.

Кто изобрел дизельный двигатель?

Изображение: оригинальный двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля, как он изобразил в своем патенте 1895 года.Цилиндр (1) находится вверху. 2) «Плунжер» (как его называют дизель) прикреплен кривошипом и шатуном (3) к маховику (4). Шестерня, приводимая в движение маховиком (5), прикреплена к центробежному регулятору (6), который поддерживает постоянную частоту вращения двигателя (отключает подачу топлива, если двигатель работает слишком быстро, а затем снова включает ее, когда двигатель снова замедляется). Изображение предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США (цвета и нумерация добавлены нами для упрощения объяснения). Вы можете прочитать больше в Патент США № 542846: Способ и устройство для преобразования тепла в работу Рудольфа Дизеля.

Неудивительно, что это был немецкий инженер Рудольф Дизель (1858–1913). Вот вкратце история:

• 1861: французский инженер Альфонс Бо де Роша (1815–1893) излагает основную теорию четырехтактного двигателя и подает патент на идею 16 февраля 1862 года, но ему не удается собрать рабочую машину.
• 1876: немецкий инженер Николаус Отто (1832–1891) создает первый успешный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
• 1878: Шотландец Дугальд Клерк (1854–1932) разрабатывает двухтактный двигатель.
• 1880: 22 года, Рудольф Дизель переходит на работу к инженеру по холодильникам Карлу фон Линде (1842–1934), где он изучает термодинамику (науку о том, как движется тепло) и как работают двигатели.
• 1890: Дизель придумывает, как улучшить внутреннее сгорание двигатель, использующий более высокие давления и температуры, не нуждающийся в свече зажигания.
• 1892: Дизель начинает патентовать свои идеи, чтобы не дать другим получить от них прибыль.
• 1893: Дизель создает огромный стационарный двигатель, который работает целую минуту самостоятельно. власти, 17 февраля 1894 года.
• 1895: Патент на двигатель Дизеля выдан в США 16 июля 1895 г.
• 1898: С помощью Дизеля был построен первый коммерческий двигатель. завод в Сент-Луисе, штат Миссури, США, автор — Адольфус Буш (1839–1913), пивовар пива Budweiser.
• 1899: Начало производства дизельных двигателей на заводе Diesel в Аугсбурге. Дизель начинает передавать свои идеи другим фирмам и вскоре становится очень богатый.
• 1903: Petit Pierre, один из первых дизельных судов, начинает работу на канале Марн-Рейн во Франции.
• 1912: MS Selandia, первое океанское дизельное судно, совершает свой первый рейс.
• 1913: Дизель умирает при загадочных обстоятельствах, очевидно, упав за борт корабля «Дрезден» во время путешествия из Лондона, Англия, в Германию. Ходят слухи, что он был убит или покончил жизнь самоубийством, но ничего не известно. доказано.
• 1931: Клесси Камминс, основатель Cummins Engine Co., построил один из первых успешных автомобилей с дизельным двигателем и продемонстрировал его эффективность, проехав на нем из Индианаполиса в Нью-Йорк всего за 1 доллар.39 топлива.
• 1931: Caterpillar совершает революцию в сельском хозяйстве, представив Diesel Sixty, первый гусеничный трактор с дизельным двигателем, созданный на базе популярной модели Caterpillar Sixty.
• 1936: Mercedes представляет 260D, один из первых серийных легковых автомобилей с дизельным двигателем, и остается в производстве до 1940 года. В течение следующих четырех десятилетий Mercedes продает почти два миллиона автомобилей с дизельным двигателем.
• 1939: General Motors представляет свой EMD FT, мощный дизель-электрический локомотив, и отправляет первый (номер 103) в годичное путешествие, чтобы продемонстрировать его достоинства.Несомненно, доказывая превосходство дизельного топлива, это звучит как похоронный звон для паровозов.
• 1970-е годы: мировой топливный кризис пробудил возобновление интереса к использованию небольших эффективных дизельных двигателей в автомобилях.
• 1987: всемирно известный корабль Queen Elizabeth 2 (QE2) оснащенный девятью дизель-электрическими двигателями (каждый размером с двухэтажный автобус), что сделало его самым мощным торговым судном с дизельными двигателями того времени.
• 2000: Peugeot представляет первые в мире фильтры твердых частиц (PF) для дизельных двигателей на своей модели 607, заявив, что выбросы сажи сокращаются на 99%.
• 2015: Volkswagen погрузился в огромный мировой скандал из-за систематического мошенничества при испытаниях дизельных двигателей на выбросы выхлопных газов. Продажи дизельных автомобилей резко упали впервые за много лет.
• 2017: Volvo становится первым крупным автопроизводителем, отказавшимся от бензиновых и дизельных двигателей, объявляя об этом все новые автомобили будут гибридными или полностью электрическими с 2019 года.

Как работают дизельные автомобили?

Автомобили с дизельным двигателем похожи на автомобили с бензиновым двигателем, поскольку оба используют двигатели внутреннего сгорания.Одно отличие состоит в том, что дизельные двигатели имеют систему впрыска с воспламенением от сжатия, а не систему с искровым зажиганием, используемую в большинстве бензиновых автомобилей. В системе с воспламенением от сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя и воспламеняется за счет высоких температур, достигаемых при сжатии газа поршнем двигателя. В отличие от систем контроля выбросов на автомобилях с бензиновым двигателем, многие автомобили с дизельным двигателем имеют дополнительные компоненты доочистки, которые уменьшают выброс твердых частиц и разлагают выбросы опасного оксида азота (NO _x ) на безвредные азот и воду.Дизель — обычное транспортное топливо, и в некоторых других вариантах топлива используются аналогичные системы и компоненты двигателя. Узнайте об альтернативных вариантах топлива.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты легкового автомобиля с дизельным двигателем

Система доочистки: Эта система состоит из нескольких компонентов, которые отвечают за фильтрацию выхлопных газов двигателя в соответствии с требованиями по выбросам выхлопных газов. После того, как выхлопные газы двигателя фильтруются через сажевый фильтр (DPF) и катализатор окисления дизельного топлива для уменьшения твердых частиц, жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF) впрыскивается в смесь выхлопных газов, затем восстанавливается до азота и воды путем химического преобразования. в селективном каталитическом восстановителе (SCR) перед выбросом в атмосферу через выхлопную трубу автомобиля.

Батарея: Батарея обеспечивает электричество для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Заливная горловина для выхлопных газов дизельного двигателя: Этот порт предназначен для заполнения бака для отработанных газов дизельного двигателя.

Бак с жидкостью для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF): В этом баке содержится жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя, водный раствор мочевины, который впрыскивается в поток выхлопных газов во время избирательного каталитического восстановления.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ управляет топливной смесью, опережением зажигания и выбросами; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заполнения бака.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный насос: Насос, перекачивающий топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя по топливопроводу.

Топливный бак (дизель): Хранит топливо на борту транспортного средства до тех пор, пока оно не понадобится для работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с воспламенением от сжатия): В этой конфигурации топливо впрыскивается в камеру сгорания и воспламеняется за счет высокой температуры, достигаемой при сильном сжатии газа.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

Как работает дизельный двигатель

Традиционно, дизельные двигатели всегда считались шумными, вонючими и слабый двигатели мало пользы, кроме грузовиков, такси и фургонов. Но, как дизельные двигатели и их система впрыска стали более совершенными, В 80-е годы эта ситуация изменилась. В Великобритании в 1985 г. было почти Продано 65000 дизельных автомобилей (около 3,5% от общего количества проданных автомобилей), по сравнению с 5380 в 1980 году.

Двигатель воспламенения от сжатия

Многие автомобильные дизели основаны на существующих конструкциях бензиновых двигателей, но основные компоненты усилены, чтобы выдерживать повышенное давление.Топливо подается с помощью ТНВД и дозатора, которые обычно устанавливаются сбоку от блока цилиндров. Никакой системы электрического зажигания не требуется.

Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми двигателями является их более низкая эксплуатационные расходы. Отчасти это связано с большей эффективностью высоких коэффициент сжатия дизельный двигатель и отчасти из-за более низкой цены на дизель топливо — хотя разница в цене варьируется, поэтому преимущество использования дизельный автомобиль будет немного дешевле, если вы живете в районе с высокими ценами. дизельное топливо Межсервисные интервалы также часто бывают длиннее, но многие дизельные модели требуют более частой замены масла, чем их бензиновые аналоги.

Повышение мощности

Главный недостаток дизельного автомобиля — меньшая производительность по сравнению с бензиновые двигатели эквивалентной мощности. Один из способов решения проблемы — просто увеличить размер двигателя, но это часто приводит к значительному увеличению веса. Некоторые производители добавляют турбокомпрессоры к их двигателям, чтобы заставить их конкурентоспособны с точки зрения производительности; Среди них Rover, Mercedes, Audi и VW. производители турбодизелей.

Как работают дизельные двигатели

Индукция

Когда поршень начинает двигаться вниз по каналу, впускной клапан открывается, и воздух всасывается.

Компрессия

Впускной клапан закрывается в конце хода. Поршень поднимается, чтобы сжать воздух.

Зажигание

Топливо впрыскивается в верхней части хода.Он воспламеняется и толкает поршень вниз.

Выхлоп

При движении поршня вверх выпускной клапан открывается, и сгоревший газ выходит.

Дизельный двигатель работает иначе, чем бензиновый, даже если они имеют общие основные компоненты, и оба работают на четырехтактном цикл . Главный различия заключаются в способе воспламенения топлива и в том, как регулируется.

В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняется от Искра .В дизеле двигатель, зажигание достигается сжатие одного воздуха. Типичное сжатие соотношение для дизельного двигателя это 20: 1 по сравнению с 9: 1 для бензинового двигателя. При таком сильном сжатии воздух нагревается до температуры, достаточно высокой, чтобы Самопроизвольно воспламенять топливо без искры и, следовательно, система зажигания.

Бензиновый двигатель всасывает переменное количество воздуха на одно всасывание Инсульт , то точное количество в зависимости от открытия дроссельной заслонки. С другой стороны, дизельный двигатель рука всегда втягивает одинаковое количество воздуха (при каждой частоте вращения двигателя) через нерегулируемый впускной тракт, который открывается и закрывается только впуском клапан (нет ни карбюратор ни дроссельной заслонки).

Когда поршень достигает эффективного конца своего индукция ход, вход клапан закрывается. Поршень, приводимый в движение силой других поршней и импульс маховик , поднимается на вершину цилиндр , сжимая воздух примерно в двадцатую часть своего первоначального объем .

Когда поршень достигает максимума своего хода, точно отмеренное количество дизельное топливо впрыскивается в камера сгорания . Тепло от сжатия немедленно воспламеняет топливно-воздушную смесь, вызывая ее возгорание и расширение.Этот силы поршень вниз, поворачивая коленчатый вал .

По мере продвижения поршня вверх цилиндр на ход выпуска , выпускной клапан открывается и позволяет сгоревшим и расширенным газам проходить по выхлопная труба . В конце такта выпуска цилиндр готов к новому обвинять из воздуха.

Конструкция двигателя

Основные компоненты дизельного двигателя похожи на компоненты бензинового двигателя. и выполнять ту же работу. Однако детали дизельного двигателя должны быть сильнее, чем их аналоги с бензиновым двигателем, из-за гораздо более высоких нагрузок участвует.

Стены дизеля Блок двигателя обычно намного толще блока разработаны для бензинового двигателя, и у них есть больше распорок, чтобы обеспечить дополнительные прочность и поглощение стрессов. Помимо большей прочности, сверхмощный block также может более эффективно снижать шум.

Поршни, шатуны , коленчатые валы и несущий шапки должны быть сделаны сильнее своих собратьев с бензиновым двигателем. В крышка цилиндра дизайн должен сильно отличаться из-за топливные форсунки а также из-за формы своего горение и вихревые камеры.

Инъекция

Прямой впрыск

Прямой впрыск означает, что топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания в верхней части днища поршня. Форма камеры лучше, но труднее заставить топливо правильно смешиваться с воздухом и гореть без резкого, характерного дизельного «стука».

Для любого двигатель внутреннего сгорания для бесперебойной и эффективной работы топливо и воздух необходимо тщательно перемешать.Проблемы смешивания топлива и воздуха являются особенно хорош в дизельном двигателе, где воздух и топливо вводятся на разное время в течение цикла и должны перемешиваться внутри цилиндров.

Существует два основных подхода: прямой и непрямой впрыск. Традиционно использовалась непрямая инъекция, потому что это самый простой способ введения турбулентность так что впрыскиваемый топливный спрей хорошо смешивается с сжатый воздух в камере сгорания.

В двигателе с непрямым впрыском имеется небольшая спиральная вихревая камера (также называется камерой предварительного сгорания), в которую инжектор впрыскивает топливо прежде, чем он достигнет самой основной камеры сгорания. Вихревая камера создает турбулентность в топливе, чтобы оно лучше смешивалось с воздухом при горении камера.

Недостатком этой системы является то, что вихревая камера эффективно становится часть камеры сгорания. Это означает, что камера сгорания как в целом неправильной формы, что вызывает проблемы с горением и затрудняет эффективность.

Непосредственный впрыск

Непрямой впрыск

Непрямой впрыск означает, что топливо впрыскивается в небольшую камеру предварительного сгорания.Это приводит к основной камере сгорания. Такая конструкция нарушает идеальную форму камеры сгорания.

Двигатель с прямым впрыском не имеет вихревой камеры, в которую подается топливо. впрыскивается — топливо попадает прямо в камеру сгорания. Инженеры должны очень внимательно относиться к конструкции камеры сгорания. в головке поршня, чтобы обеспечить достаточную турбулентность.

Контроль скорости

Свечи накаливания

Для предварительного нагрева головки цилиндров и блока цилиндров перед холодным запуском в дизельном топливе используются свечи накаливания. Они выглядят как короткие короткие свечи зажигания и подключены к электрической системе автомобиля. Элементы внутри очень быстро нагреваются после подачи питания. Свечи накаливания активируются либо вспомогательным положением переключателя на рулевой колонке, либо отдельным переключателем. На последних моделях они автоматически отключаются, когда двигатель запускается и разгоняется до скорости выше холостого хода.

Дизельный двигатель не дросселируется, как бензиновый двигатель, поэтому количество воздуха всасывается при любой частоте вращения двигателя всегда одинаково.Обороты двигателя регулируется исключительно количеством топлива, впрыснутого в камеру сгорания — чем больше топлива в камере, тем интенсивнее сгорание и произведено.

ускоритель педаль соединена с дозатором двигателя система впрыска, а не дроссельная заслонка, как на бензине двигатель.

Остановка дизеля по-прежнему включает выключение ключа зажигания, но, скорее, чем отсечение искр, это закрывает электрический соленоид что отсекает подача топлива на форсунку насос узла учета и распределения топлива. В этом случае двигателю необходимо использовать небольшое количество топлива, прежде чем он начнет работать. остановка. На самом деле, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые. потому что гораздо более сильное сжатие оказывает большее замедляющее действие на двигатель.

Запуск дизеля

Как и в случае с бензиновыми двигателями, дизельные двигатели запускаются включением электрический мотор , с которого начинается воспламенение от сжатия цикл. Когда холодно, однако дизельные двигатели сложно запустить просто потому, что.сжатие воздух не приводит к температуре, достаточно высокой для воспламенения топлива.

Чтобы обойти проблему, производители поместиться свечи накаливания . Это маленькие электронагреватели, питаемые от автомобильной аккумулятор , которые включены несколько секунд перед попыткой запуска двигателя.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. это немного менее изысканный, в результате получается более тяжелый, более вязкий и менее летучий жидкость .Эти физические характеристики часто приводят к тому, что именуется «дизельное топливо» или «мазут». На дизельных насосах в гараже привокзалы его часто называют «дерв», сокращенно от «дорога с дизельным двигателем». транспортных средств.

Дизельное топливо может немного затвердеть или даже затвердеть на очень холоде. Погода. Это усугубляется тем фактом, что он может поглощать очень маленькие количество воды, которая может замерзнуть. Все виды топлива поглощают крошечные количества вода из атмосферы и утечка в подземные резервуары довольно часто.Дизельное топливо выдерживает содержание воды до 50 или 60. частей на миллион без проблем — чтобы представить это в перспективе, это примерно четверть кружки воды на каждые десять галлонов топлива.

Замерзание или восковая депиляция могут блокировать топливопроводы и форсунки и предотвратить двигатель не работает. Вот почему в очень холодную погоду вы будете время от времени можно увидеть людей, играющих в паяльные лампы на топливных магистралях грузовиков.

Frontiers | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство для инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (для отопления домов) и, конечно же, для дизельного топлива (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия для создания необходимых условий для самовоспламенения. Высокая степень сжатия — одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для управления выходной мощностью двигателя. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием.Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно встретились и преодолены многие технологические препятствия, такие как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для самовоспламенения дизеля, форкамеры, которые могли бы использовать имеющиеся форсунки относительно низкого давления в камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива с топливом под очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами, чтобы соответствовать строгим требованиям регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель зависит от легкости самовоспламенения топлива, что инженеры-химики называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве добавок к нефтяному дизельному топливу.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия — двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов), как правило, являются двухтактными, прежде всего потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), поскольку воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор портов (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает выходить из цилиндра через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху поступать в цилиндр, что вытесняет последний выхлоп из верхних выпускных клапанов. Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (где-то около положения поршня в НМТ). Впускные отверстия по-прежнему открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, а затем поршень движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением выталкивается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте. Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двухтактным или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные исследовательские усилия были затрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей CI.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологии двигателей с непрерывным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя ХИ к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные достижения.

Чем механизм CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели с ХИ полагаются на топливо, впрыскиваемое в цилиндр, и смешивание этого топлива с воздухом, детонация двигателя предотвращается. Детонация двигателя — одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор — это устраненная необходимость в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощность двигателя CI можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси при уменьшении количества топлива необходимо уменьшить количество воздуха в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «насосные» потери. Третий фактор — теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к повышению эффективности.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельных теплоемкостей C _p / C _v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO ₂ и H ₂ O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочей жидкости, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень надежным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальную скорость двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI — это характер выбросов.Использование сгорания с регулируемой диффузией означает, что между топливом и воздухом существует значительная стратификация, в отличие от однородности смесей бензин / воздух в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO _x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ представляют опасность для здоровья и окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, похоже, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо — один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Обычно биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно более низкую энергоемкость по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива, полученного из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому содержание энергии, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от сырья.Газ в жидкость (GTL), уголь в жидкость (CTL) и биомасса в жидкость (BTL) — вот лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества — с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии — но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современные двигатели CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с непрерывной интеграцией в условиях все более строгого экологического регулирования, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет использования передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, усовершенствованное турбомашинное оборудование и утилизация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным сокращением NO _x . Достижения в области последующей обработки, такие как дизельные сажевые фильтры (DPF), катализаторы deNO _x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности управлять выходной мощностью за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (например, бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.).). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, чтобы избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном дизельном сгорании) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и требование либо нести два отдельных топлива, либо нести добавку, повышающую реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей CI — это использование топлива с довольно низкой реакционной способностью (бензин, нафта и т. Д.) По сравнению с дизельным двигателем, но все же использование двигателя с воспламенением от сжатия и использование длительной задержки воспламенения этих топлив для обеспечения некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль воспламенения может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая термического NO производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению — это проблема, к которой решают несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынке коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того как во всем мире все больше нормативных требований применяется к выбросам парниковых газов и качеству воздуха, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей CI и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели CI популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии последующей обработки для контроля выбросов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку численность населения мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решаем транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США оставляет за собой и другими лицами, действующими от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичное отображение, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы выразить признательность за финансовую поддержку Управлению автомобильных технологий Министерства энергетики США за продвинутую программу по сжиганию топлива в двигателях, управляемую г-ном Гурпритом Сингхом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) как возобновляемое дизельное топливо: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хансон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ добычи промышленного масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Е. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, доктор медицины: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрём, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау, М., Фостер, М., Хойер, К., Мур, В., Синнамон, Дж., И Хустед, Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ранняя история дизельного двигателя

Ранняя история дизельного двигателя

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В 1890-х годах Рудольф Дизель изобрел эффективный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, который носит его имя. Ранние дизельные двигатели были большими и работали на низких оборотах из-за ограничений их систем впрыска топлива с подачей сжатого воздуха. В первые годы своего существования дизельный двигатель конкурировал с другой концепцией двигателя на тяжелом топливе — двигателем с горячей лампой, изобретенным Акройд-Стюартом.Высокоскоростные дизельные двигатели были представлены в 1920-х годах для коммерческих автомобилей и в 1930-х годах для легковых автомобилей.

Изобретение Рудольфа Дизеля

Рудольф Дизель, наиболее известный за изобретение двигателя, носящего его имя, родился в Париже, Франция, в 1858 году. Его изобретение было сделано в то время, когда паровой двигатель был основным источником энергии для крупных предприятий.

Рисунок 1 . Рудольф Дизель (1858-1913)

В 1885 году Дизель открыл свою первую мастерскую в Париже, чтобы начать разработку двигателя с воспламенением от сжатия.Процесс продлился 13 лет. В 1890-х он получил ряд патентов на изобретение эффективного двигателя внутреннего сгорания с медленным горением и воспламенением от сжатия [2856] [2857] [2858] [2859] . С 1893 по 1897 год Дизель развивал свои идеи в Maschinenfabrik-Augsburg AG (позже Maschinenfabrik-Augsburg-Nürnberg или MAN). Помимо MAN, швейцарские братья Зульцер рано проявили интерес к работе Дизеля, купив определенные права на изобретение Дизеля в 1893 году.

В компании MAN в Аугсбурге 10 августа 1893 г. начались испытания прототипа конструкции с диаметром цилиндра 150 мм и ходом поршня 400 мм. Хотя первые испытания двигателя не увенчались успехом, ряд улучшений и последующих испытаний привели к успешному испытанию 17 февраля 1897 г., когда Дизель продемонстрировал КПД 26,2% с двигателем, рис. 2, под нагрузкой — значительное достижение, учитывая, что популярный в то время паровой двигатель имел КПД около 10%. Первый дизельный двигатель, построенный компанией Sulzer, был запущен в июне 1898 года. [388] [2860] .Дополнительные сведения о ранних испытаниях Дизеля можно найти в литературе [2864] [2265] .

Рисунок 2 . Третий испытательный двигатель Дизеля, успешно прошедший приемочные испытания 1897 г.

1 цилиндр, четырехтактный, водяное охлаждение, воздушный впрыск топлива
Мощность: 14,7 кВт (20 л.с.)
Расход топлива: 317 г / кВтч (238 г / л.с.ч)
КПД: 26,2%
Число оборотов: 172 мин ^-1
Рабочий объем: 19,6 л
Диаметр цилиндра: 250 мм
Ход поршня: 400 мм

На разработку изобретения Дизеля потребовалось больше времени и усилий, чтобы добиться коммерческого успеха.Многие инженеры и разработчики присоединились к работе по повышению жизнеспособности идеи, созданной Рудольфом Дизелем. С другой стороны, этот процесс несколько напугал его, и он не всегда мог найти общий язык с другими конструкторами двигателей, разрабатывающими его изобретение. Попытки Diesel продвинуть на рынок еще не готовый двигатель в конечном итоге привели к нервному срыву. В 1913 году, глубоко обеспокоенный критикой его роли в разработке двигателя, он загадочным образом исчез с корабля во время путешествия в Англию, предположительно покончив с собой [389] .Когда срок действия патентов Дизеля начал истекать, ряд других компаний взяли его изобретение и развили его дальше.

###

ZOIL | Основы дизельного двигателя

---

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания , который использует воспламенение от сжатия для воспламенения топлива при его впрыске в двигатель.

Чтобы понять, как работают дизельные двигатели, полезно сравнить различия между дизельным двигателем и бензиновым двигателем.Основные отличия бензинового двигателя от дизельного:

• Бензиновый двигатель принимает смесь газа и воздуха, сжимает ее и воспламеняет смесь искрой. Дизельный двигатель забирает воздух, сжимает его, а затем впрыскивает топливо в сжатый воздух. Тепло сжатого воздуха самопроизвольно воспламеняет топливо. Дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.
• Бензиновый двигатель сжимает в соотношении от 8: 1 до 12: 1, а дизельный двигатель сжимает в соотношении от 14: 1 до 25: 1.Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к повышению эффективности.
• Бензиновые двигатели обычно используют либо карбюрацию, при которой воздух и топливо смешиваются задолго до того, как воздух поступает в цилиндр, либо впрыск топлива через порт, при котором топливо впрыскивается непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра). Следовательно, в бензиновом двигателе все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается. Сжатие топливно-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если он слишком сильно сжимает воздух, топливно-воздушная смесь самопроизвольно воспламеняется и вызывает детонацию.В дизельных двигателях используется прямой впрыск топлива, то есть дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Дизельный двигатель сжимает только воздух, поэтому степень сжатия может быть намного выше. Чем выше степень сжатия, тем больше генерируется мощность.
• Форсунки для дизельного топлива, в отличие от бензиновых, должны выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом подавать топливо в виде мелкого тумана. Чтобы туман равномерно распределялся по цилиндру, некоторые дизельные двигатели оснащены специальными впускными клапанами или камерами предварительного сгорания.Более новые дизельные двигатели оснащены топливными системами Common Rail высокого давления. См. «Основы дизельной топливной системы» для получения дополнительной информации об этом типе топливной системы.
• Дизельные двигатели могут быть оснащены свечой накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять температуру воздуха настолько, чтобы воспламенилось топливо. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку, которая способствует зажиганию топлива при холодном двигателе. Свечи накаливания обычно устанавливаются на небольших дизельных двигателях.Бензиновые двигатели не требуют свечей накаливания, поскольку они не полагаются на самовозгорание.

ШАГ 1	ВПУСКНОЙ (ВНИЗ) ХОД 1 | Поршень движется вниз, всасывая воздух в цилиндр .
ШАГ 2	ХОД СЖАТИЯ (ВВЕРХ) 1 | ► Поршень движется вверх, сжимая вновь втянутый воздух в цилиндр ► Прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр ► Это результат сгорания дизельного топлива
ШАГ 3	ВПУСКНОЙ ХОД (ВНИЗ) 2 | Поршень опускается, но впускной и выпускной клапаны не открываются
ШАГ 4	ДВИГАТЕЛЬ КОМПРЕССИИ (ВВЕРХ) 2 | Поршень движется вверх, вытесняя сгоревшее дизельное топливо из цилиндра в виде выхлопа .
ШАГ 5	Процесс повторяется

Дизельный двигатель предлагает эффективный способ выработки энергии.Он основан на сжатии для сгорания, что приводит к повышению топливной экономичности по сравнению с другими типами двигателей. E-ZOIL производит различные присадки к дизельному топливу, специально разработанные для дизельных двигателей. К ним относятся:

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Дизельный двигатель, изобретенный в конце 19-го ^-го века доктором Рудольфом Дизелем, является наиболее энергоэффективной силовой установкой среди всех типов двигателей внутреннего сгорания, известных сегодня. Такой высокий КПД приводит к хорошей экономии топлива и низким выбросам парниковых газов. Другие характеристики дизельного топлива, которые не были сопоставлены с конкурирующими машинами для преобразования энергии, включают долговечность, надежность и топливную безопасность. К недостаткам дизелей можно отнести шум, низкую удельную мощность, выбросы NOx и PM и высокую стоимость.

Что такое дизельный двигатель?

В большинстве современных дизельных двигателей используется обычное расположение цилиндров и поршней, приводимое в действие кривошипно-шатунным механизмом, общим для других двигателей внутреннего сгорания, таких как бензиновый двигатель. Учитывая этот базовый механизм, разница между базовой конструкцией дизельного и бензинового двигателей очень небольшая.

Концептуально дизельные двигатели работают за счет сжатия воздуха до высокого давления / температуры и затем впрыскивания небольшого количества топлива в этот горячий сжатый воздух.Высокая температура вызывает испарение небольшого количества сильно распыленного впрыскиваемого топлива. Смешиваясь с горячим окружающим воздухом в камере сгорания, испаренное топливо достигает своей температуры самовоспламенения и сгорает, высвобождая энергию, которая хранится в этом топливе [391] .

Определение дизельного двигателя менялось с годами. Например, в начале ^{-х годов} века было проведено различие между «настоящим дизельным двигателем» и двигателем, который разделял некоторые аспекты дизельного цикла, но не охватывал все аспекты, которые считались частью дизельного цикла, как тогда предполагалось. .Одно из первых определений «настоящего дизельного двигателя» — это двигатель, имеющий следующие характеристики [2959] :

1. Сжатие, достаточное для получения температуры, необходимой для самовозгорания топлива.
2. Впрыск топлива струей сжатого воздуха.
3. Максимальное давление цикла (достигаемое при сгорании), не намного превышающее давление сжатия, т. Е. Отсутствие выраженного взрывного действия.

Хотя первый пункт вышеуказанных характеристик соответствует современному дизельному двигателю, последние два нет.В течение 1920-х и 1930-х годов две другие характеристики утратили свое значение.

Инжектор твердого топлива начал появляться примерно в 1910 году, но только в конце 1920-х годов он начал быстро получать признание. Интересно отметить, что сам Дизель выбрал нагнетание воздушной струи скорее по необходимости, чем по выбору. Дизель предполагал топливную систему с твердым впрыском, а не воздушную струю.

Дизель довольно строго придерживался горения при постоянном давлении, пункт 3.Это, однако, было возможно только в больших относительно тихоходных дизельных двигателях, которые были распространены до 1920-х годов. В более мелких высокоскоростных двигателях, появившихся в 1920-х годах, практические соображения означали, что сгорание было ближе к процессу постоянного объема, как в цикле Отто, а не к постоянному давлению, как в цикле Дизеля.

Краткий обзор ранней истории дизельного двигателя обсуждается в другом месте.

###

.

No related posts.