Работа дизельного двигателя: Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Содержание

советы, нюансы, правила :: Autonews

Современные дизельные двигатели разбивают старые мифы о том, что топливо для них является уделом медленных и чадящих грузовиков. Даже в России, где культура использования дизеля развита не так хорошо, как в Европе, в отдельных сегментах его доля оказывается очень высокой.

По данным аналитического агентства «Автостат», за девять месяцев 2019 г. в России было продано почти 100 тыс. дизельных легковушек, что составляет более 8% парка, а в сегменте внедорожников и больших кроссоверов она превышает 50%. При этом доля дизельных машин у бренда BMW в России составляет 70,6%, а Land Rover продает 79% таких автомобилей — хороший дизель обходит бензиновые моторы даже в сегменте автомобилей для водителя.

Чем технически отличается дизельный двигатель

Если в бензиновом двигателе горючая смесь воздуха и топлива формируется во впускном коллекторе, подается в цилиндр и там воспламеняется с помощью свечи зажигания, то в дизельном смесь самовоспламеняется от сжатия после того, как впрыскивается под высоким давлением в цилиндр с уже сжатым и нагретым воздухом, мгновенно образуя горючую смесь.

В дизельном двигателе свечи зажигания не используются вовсе, а само топливо испаряется медленнее, поэтому вероятность возгорания минимальна. Благодаря использованию более жесткого и прочного блока цилиндров и элементов цилиндропоршневой группы дизельные моторы в целом долговечнее бензиновых, а сама конструкция менее требовательная к обслуживанию.

За что любят дизель

Главное преимущество дизеля — экономичность: при примерно равных мощностных характеристиках дизельный двигатель потребляет на треть меньше топлива, чем бензиновый. Даже те, кто не считает затраты на топливо, ценят большие пробеги без необходимости тратить время на заправках. Но важно при этом выбирать качественное топливо вроде «Дизель Опти» c улучшенными характеристиками от АЗС «Газпромнефть» — оно напрямую влияет на экономичность.

Дизельные моторы отличаются более высокой тяговитостью и большим крутящим моментом на низких оборотах. Это значит, что автомобиль с таким двигателем быстрее реагирует на акселератор и легко ускоряется в городском потоке, не тратя время на переключения передач. Эта легкость с лихвой компенсирует более спокойное поведение на высоких оборотах, так как 99% времени автомобиль проводит в потоке транспорта, а не на треке. Кроме того, характеристики дизеля удобнее на бездорожье, где требуется крепкая и легко контролируемая тяга.

Что с зимним пуском и прогревом машины

Проблема зимнего пуска дизельного двигателя напрямую связана со свойствами самого топлива. Если летний дизель густеет при -5 градусах и не прокачивается через фильтры и трубопроводы топливной системы, то зимний может работать и при -45 градусах. В итоге любой исправный дизельный автомобиль с сезонным топливом и качественным моторным маслом пускается так же легко, как бензиновый.

Высокая эффективность дизельных двигателей обуславливает более медленный прогрев силовой установки, поэтому считается, что зимой они не могут нормально прогреть салон машины. На самом деле, любой современный мотор, включая бензиновый, не спешит отдавать тепло, но эта проблема легко решается двумя способами. Во-первых, термостаты эффективно перераспределяют тепло двигателя, а во-вторых, почти все дизельные машины комплектуются дополнительными электрическими обогревателям салона, благодаря которым тепло начинает поступать в первые минуты после пуска.

Тем, кто любит садиться в уже теплый автомобиль, можно посоветовать систему дистанционного пуска, но лучше поставить более экологичный и экономичный предпусковой подогреватель, который работает на том же дизеле, но тратит его только на обогрев салона и прогрев охлаждающей жидкости двигателя. Такую опцию можно установить на все дизельные автомобили штатно или в специализированных мастерских.

Как правильно запускать двигатель

Для облегчения зимнего пуска дизель использует свечи накаливания — устройства, которые быстро прогревают камеру сгорания в течение нескольких секунд. После поворота ключа зажигания на панели приборов зажжется символ работы свечей (обычно спираль), который гаснет через две-пять секунд в зависимости от температуры двигателя — можно включать стартер.

На автомобилях с кнопкой пуска двигателя все еще проще: после нажатия клавиши система сама выдержит нужную паузу до включения стартера.

В особенно холодных условиях можно несколько раз подряд включить свечи накаливания, поворачивая ключ зажигания, но не включая стартер, либо нажимая кнопку пуска без удержания педали тормоза (стартер в этом случае не включится). Но это уже избыточные меры для очень холодных зим, потому что современные дизели при использовании зимней солярки и правильных масел легко пускаются с первого раза после ночной стоянки даже в -30 градусов.

Каким топливом заправляться

Зимой дизель следует заправлять исключительно зимним дизтопливом, поэтому на крупных сетевых АЗС всегда тщательно соблюдают сезонность. Современные двигатели очень требовательны к качеству топлива, поэтому оно должно соответствовать всем действующим стандартам. Хорошее топливо не только обеспечивает надежный пуск, но и чистит топливную систему от нагара и отложений, заметно повышает экономичность машины и уменьшает стоимость ее содержания.

Именно так работает «Дизель Опти», который реализуется на заправках сети «Газпромнефть».

Еще одним преимуществом фирменного топлива является стабильность его характеристик на любой заправки сети. Так, во время испытаний топлива «Дизель Опти» подопытный Toyota Land Cruiser 200 заправлялся в разных регионах страны при температурах от -5° до +25° и демонстрировал абсолютную стабильность характеристик динамики, расхода и легкости пуска. После 7000 км пробега топливная система была разобрана, и инженеры отметили ее идеальное состояние, а некоторые характеристики даже улучшились благодаря очищающим свойствам топлива.

Кроме того, топливо «Опти» из года в год подтверждает свое высокое качество в экстремальном ралли-марафоне «Шелковый путь», который проходит по территории России, Монголии и Китая. Сеть АЗС «Газпромнефть» заправляет автомобили организаторов и участников ралли, заодно тестируя твое топливо в жесточайших условиях песчаных пустынь, безлюдных степей и крепких утренних морозов.

Тонкости работы дизельного двигателя

Дизельные моторы обладают более сложным структурным механизмом в отличие от своего бензинового «собрата». По этой причине ремонт дизельных двигателей грузовых автомобилей подразумевает больше проблем. Во-первых, качественный ремонт во многом зависит от квалификации специалиста, который его производит, во-вторых, от оборудования, на котором совершается ремонт.

Как работает дизель?

Непосредственно работа дизельного двигателя заключена в подаче воздуха, отделенного от топлива, в камеры сгорания, то есть цилиндры. После этого воздух для увеличения температуры и сжатия подвергается высокому давлению, что способствует воспламенению дизельного топлива. Затем топливо под значительным давлением и высокой степенью сжатия впрыскивается в двигатель. В результате это приводит к тому, что оно мгновенно воспламеняется. Именно конструкция дизельного двигателя подразумевает такой технологический процесс, ведь в нем находятся большое количество специальных форсунок и, обычно, нет свечей накаливания.

Распространенные заблуждения.

Для понимания полной картины устройства дизеля стоит остановиться на ошибочных представлениях, которые часто допускают неопытные автолюбители, ссылаясь скорее на утверждения некомпетентных специалистов, нежели на конкретные факты. К самым распространенным ошибкам можно отнести:

  1. Бытует установленный предрассудок о том, что все без исключения дизельные двигатели имеют низкие динамические показатели. В сравнение в этом случае приводятся бензиновые моторы. Такая теория прочно закостенела в умах еще с момента появления первых дизелей. Но не стоит забывать, что в наше время эта проблема стала решаться посредством системы турбонаддува, который значительно повышает работу дизельного двигателя.
  2. Ошибочно мнение и в отношении высоких характеристик шумов и вибрации. Если это трактор, тот факт, конечно, налицо, но говоря о современных грузовых дизелях, его правильная работа и должный уход не предусматривает описанных неудобств для водителя.
  3. Мнение о дешевизне топлива как главного преимущества дизеля также спорно, поскольку главный фактор экономичности дизельной машины заключается в высоком коэффициенте полезного действия. Хотя суммарно два этих плюсовых значения существенно поднимают репутацию дизеля. 

Работа дизельного двигателя

Работа дизельного двигателя, а точнее его рабочий цикл состоит из четырех постоянно повторяющихся тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

В начале работы дизельного двигателя в цилиндр поступает воздух. Воздух начинает сжиматься с очень высокой степенью сжатия, это приводит к повышению давления и соответственно температуры. В конце такта сжатия в определенное время в нагретый воздух происходит впрыск дизельного топлива с помощью специального устройства —

форсунки. Дизельное топливо от соприкосновения с горячим сжатым воздухом самовоспламеняется, поэтому вы наверно слышали, дизельный двигатель так и называют двигатель с воспламенением от сжатия. Рабочая смесь в таком двигателе образуется непосредственно в цилиндре.

Работа дизельного двигателя на такте впуска.

Поршень движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Во время этого такта в цилиндре создается разрежение.  Впускной клапан открывается и происходит наполнение чистым воздухом (очистку воздуха обеспечивает воздухоочиститель). В цилиндре остаются отработавшие газы, которые смешиваются с воздухом. Во время такта впуска давление воздуха в цилиндре может колебатся от 80 до 90 кПа, а температура где-то от 50 до 75 градусов.

Работа дизельного двигателя во время
такта сжатия.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом впускной и выпускной клапаны находятся в закрытом положении. Объем воздуха уменьшается, а давление пропорционально увеличивается, при этом увеличивается и температура. Давление воздуха может составлять 3,5 МПА, а температура держится на уровне 650-700 градусов. Чтобы обеспечить надежную раюоту двигателя необходимо, чтобы температура была значительно выше температуры самовоспламенения дизельного топлива.

Работа дизельного двигателя во время такта
рабочего хода.

При такте расширения, так его еще называют. Оба клапана находятся в закрытом состоянии. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке в горячий и сжатый воздух впрыскивается мелко распыленное, дисперсное дизельное топливо давление составляет 20—22 МПа. Это давление нагнетает топливный насос. Топливо поступает в цилиндр, перемешиваясь с воздухом нагревается, далее испаряется и воспламеняется. При сгорании топлива в цилиндре давление составляет около 6-8 Мпа, а температура 1800-200 градусов. Образовавшиеся газы действуют на днище поршня и перемещают его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Этот такт совершает работа, поэтому он считается основным тактом рабочего цикла.

Работа дизельного двигателя во время такта выпуска.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом открыт выпускной клапан, через который вытесняются отработавшие газы из цилиндра. Давление при такте пуска составляет 110-120 кПа, а температура, 600-700 градусов.

{jcomments on}

Возможные неисправности дизельного двигателя

Чаще всего владелец автомобиля  обращается с неисправностью, касающейся неудовлетворительной работы двигателя, вызванной плохим техническим состоянием (недостаточная компрессия, потеря герметичности цилиндров), неисправности в электрических цепях (датчиках, исполнительных механизмах) или неправильной регулировкой начала впрыска топлива, плохой работой ТНВД  и форсунок. Первым действием для оценки работы двигателя необходима косвенная информация об условиях в которых проявляется неисправность:

Неисправность появляется всегда или периодически.

В каких условиях эксплуатации проявляется неисправность: при запуске двигателя, при ускорении или торможении двигателем, при движении с постоянной скоростью, при определенных оборотах двигателя, на холостом ходу, на холодном или горячем двигателе. Какой  расход топлива Выдает ли двигатель требуемую мощность Дымит ли двигатель Следующее действие — это детальный осмотр двигателя и проведение диагностики. Рассмотрим некоторые признаки неисправности двигателя.

 

Признаки неисправности двигателя

 

Двигатель не запускается:

  • Подкачивающий насос не подает топливо
  • Слишком ранний или поздний впрыск
  • Неисправности форсунки
  • Неисправные свечи накаливания
  • Неисправности ТНВД

Потеря мощности двигателя:

  • Слишком малая доза впрыска
  • Повреждение распылителя
  • Утечки топлива из трубок высокого давления

Стуки в двигателе:

  • Слишком ранний впрыск
  • Слишком большее давление открытия форсунок
  • Люфт поршневых колец
  • Износ поршневых или шатунных вкладышей
  • Несоответствующая компрессия

Черный дым:

  • Слишком ранний впрыск топлива
  • Слишком низкое давление открытия форсунок
  • Заклинивание иглы в распылителе
  • Лопнувшая пружина форсунки
  • Нагнетательный клапан ТНВД не закрывается
  • Слишком низкая компрессия

Неравномерная работа двигателя:

  • Завоздушивание топливной системы
  • «льющий» распылитель
  • трещина в топливопроводе высокого давления
  • Лопнувшая пружина форсунки
  • Повышенное давление открытия форсунки
  • Износ газораспределительного механизма

 

Пять мифов о проблемах дизельных двигателей — Российская газета

Парк дизельных «легковушек» в России не превышает сегодня и 9% от числа бензиновых машин. Более того, это процент в последние месяцы планомерно снижается ввиду того, что люди все чаще отказываются от покупки транспорта на солярке, который оказывается им не по карману.

Правда и то, что многие отечественные водители по старой памяти относятся к дизельным автомобилям с предубеждением, считая их проблемными. В свою очередь реальные владельцы хвалят дизели за больший крутящий момент на низких оборотах, меньший расход топлива, а также возможность проехать большее расстояние на одном баке в сравнении с бензиновыми аналогами. Давайте разберемся, какие из представлений населения о дизелях являются абсолютными мифами.

Дорогая эксплуатация

С одной стороны, не секрет, что проводить техобслуживание — и прежде всего менять фильтры и масло на транспорте с дизелями — приходится чаще, чем на бензиновых машинах.

К тому же объем масла для заливки в дизельные агрегаты, как правило, больше, чему у бензиновых машин, а «расходники» (фильтры и свечи) дороже, топливный фильтр к тому же требует частой замены.

Эти нюансы несколько увеличивают расходы автовладельцев дизельного транспорта на ТО. Однако нужно понимать, что дизельный мотор потребляет в среднем на 20% меньше топлива, чем бензиновый. Соответственно общие затраты (скажем, по итогам года) будут у дизельных машин либо сопоставимы с таковыми у бензинового транспорта, либо лишь незначительно превышать их.

Повышенные требования к качеству топлива

Действительно, в целом дизельные силовые агрегаты требовательнее бензиновых к качеству топлива.

При этом в большинстве случаев виновником низкого качества солярки является не производитель, а продавец, нарушивший правила транспортировки или хранения. Однако фактически на сетевых АЗС нарваться на некачественное дизтопливо в наши дни малореально.

Проблемой для владельцев может стать заливка в дизельный агрегат летней солярки вместо зимней.

Ведь, как известно, на летнем топливе при температуре 15˚С дизтопливо начинает густеть и автомобиль в мороз попросту не заведется. Это обстоятельство нужно учитывать не только при поиске «правильных» (проверенных сетевых) АЗС, но и после возобновления поездок после длительного перерыва (например, вы поставили машину на прикол ранней осенью, а сели за руль зимой). В целом же для беспроблемного зимнего пуска дизельной машины достаточно, чтобы солярка была без механических примесей и воды.

Сложности с запуском зимой

Утверждение о том, что дизельный двигатель сложнее завести, чем бензиновый при минусовых температурах, верно лишь отчасти. Из-за особенностей конструкции (высокой степени сжатия в поршневой части и более прочных и массивных деталей, необходимых для эффективной прокрутки коленвала стартером) нужно предъявить повышенное внимание состоянию аккумуляторной батареи и свечам накаливания. Желательно, чтобы и то и другое было «свежим».

Кроме того, чтобы быть уверенным в беспроблемном пуске мотора в серьезный минус (ниже минус 35˚С) «дизелеводам» стоит озаботиться либо доустановкой предпускового подогревателя, либо настройкой автозапуска в тех моделях, где это допускается конструкцией.

Понятно, что последние меры несколько увеличат общий расход топлива, зато вы обезопасите себя от того, чтобы не заведетесь в суровый минус. Соответственно, при правильной эксплуатации и продуманной подготовке к зиме проблем с запуском дизельных двигателей не возникает. Ну и, разумеется, нужно помнить о том, что в межсезонье, когда на АЗС возможна пересортица (замена летней солярки на зимнюю), не будет лишним уточнить, какой сорт дизтоплива вам предлагают.

Навязчивый шум

Ввиду особенностей конструкции и алгоритма работы шум от дизельного двигателя на холостых оборотах действительно выше в сравнении с бензиновыми аналогами.

Правда и то, что двигатели на солярке, как правило, отличаются более высокой в сравнению с бензиновыми моторами вибронагруженностью.

Однако эти моменты на 100% верны лишь в отношении не самых современных силовых агрегатов. Чем дизельная машина новее и дороже, тем в большей степени она оснащена виброшумоизолирующей защитой, а также такими ноу-хау, как, к примеру, аккумуляторные топливные системы высокого давления («Common-rail»), снижающих шум прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько.

Загрязняют природу

Все зависит от конкретной марки и года выпуска автомобиля. Принципиально, что поскольку дизель потребляет меньше горючего, соответственно он выбрасывает в атмосферу меньше двуокиси углерода, чем бензиновый двигатель такой же мощности.

Новейшие дизели оборудуются специальными фильтрами, задерживающими до 99% мельчайших частиц, поэтому если вы радеете о защите экологии, смотрите в сторону современных продвинутых моделей.

И мы здесь, разумеется, не рассматриваем проблему маргиналов, которые в гаражах или «серых» сервисах вырезают из топливной схемы дизельных автомобилей нейтрализаторы и удаляют сажевые фильтры. При таком раскладе вред природе дизельного выхлопа действительно возрастает многократно.

От чего зависит жесткость работы двигателя?

Химический состав и физические свойства топлива во многом определяют процесс сгорания его в цилиндре дизельного двигателя. Например, чем менее длительным является фаза задержки воспламенения, тем лучше будет протекать процесс сгорания топлива, а работа дизеля будет мягче и устойчивее. В свою очередь, уменьшение первой фазы определяется быстротой окисления углеводородов в период предпламенных реакций (фаза, предшествующая периоду быстрого горения).

Если данные реакции протекают достаточно медленно, продолжительность первой фазы увеличивается, а ее очаги появляются с некоторым опозданием.

Дизельное топливо поступает в цилиндр, где происходит его накапливание и воспламенение. При этом давление в цилиндре резко возрастает, а мощность двигателя, напротив, падает. Таким образом, он начинает работать более жестко.

Вообще, жесткость работы двигателя, зависит от темпов увеличения давления внутри цилиндра. К примеру, если оно составляет 3кг/см² для одного градуса поворота коленчатого вала, двигатель будет работать более мягко. Жесткость увеличивается при 7кг/см², а при давлении более 12кг/см² она становится предельной. Такая чрезмерная жесткость приводит к чрезмерным же нагрузкам, которые весьма опасны для поршней и кривошипно-шатунного механизма.

Возможная жесткая работа двигателя и самовоспламенение ДТл оценивается такой величиной, как цетановое число. Эта величина определяется при помощи специальной установки. Эталоном при этом служит дизельное топливо, представляющее собой смесь цетана с а-метилнафталином. Для чистого цетана без примесей это число равно 100, а для а-метилнафталина — нулю. В реальном же топливе цетановое число характеризуется объемным содержанием цетана в образцовой смеси, с равным показателем воспламеняемости.

Если цетановое число понижено, показатели работы дизельного двигателя заметно ухудшаются, а жесткость работы вместе с износом деталей возрастают. При значении ниже 40 запустить двигатель довольно сложно, даже в теплое время года. Происходит это потому, что температура самовоспламенения топлива повышается.

Нормальный пуск двигателя и его мягкую работу обеспечивает дизтопливо, цетановое число которого составляет не менее 45.

Принцип работы дизельного двигателя

Наконец-то ответим на один из самых задаваемых вопросов в сети: «Чем отличается бензиновый двигатель от дизельного?» 

Но как ни странно, история изобретения дизельного двигателя началась с создания бензинового двигателя. Изобретен и запатентован бензиновый двигатель был в 1876 году и изобрел его Николаус Август Отто. Бензиновый двигатель использовал четырехтактный цикл сгорания топлива. Но вначале польза от бензинового движка была очень низкой и данное изобретение не могло конкурировать с паровым двигателем. Только 10% всего топлива заставляло авто передвигаться, а 90% вырабатывали лишнее тепло.

 

В 1878 году Рудольф Дизель узнал о низкой отдаче теплового и бензинового двигателей. Этот неприятный факт и сподобил его изобрести двигатель большего КПД. И в 1892 году Рудольф Дизель получил патент на дизельный двигатель.

 

В своих расчетах Дизель предположил, что более значительный уровень сжатия топливной массы приводит к большей выработки двигателя. Как только поршень начинает сжатие воздуха в цилиндре, так сразу увеличивается концентрация воздуха. Топливо для дизельных двигателей владеет высокой концентрацией энергии и тем самым происходит увеличение реакции топлива с концентрированным воздухом. Взглянем с другой точки зрения, когда молекулы так близко расположены друг с другом, как при сжатии, дизельное горючее вступает в реакцию с большим количеством молекул кислорода.  

 

Если посмотреть с точки зрения принципа работы, то бензиновый и дизельный двигатели похожи. Это можно увидеть на примере обучающей игры «Найди отличия». Оба вида двигателя считаются двигателями внутреннего сгорания, которые преобразуют химическую энергию самого топлива в энергию движения. Уже потом механическая энергия начинает двигать поршни в цилиндрах вверх-вниз. И в свою очередь поршни совмещаются с коленвалом, и линейное движение поршней преобразуется в круговое, что и требуется для вращения колес автомобиля.

 

Бензиновый и дизельный двигатели переносят всю силу энергии топлива в само движение через серию взрывов и сгораний. Главное отличие – как происходит само сгорание. В бензиновом движке горючее воспламеняется от искры, а в дизельном движке вначале происходит сжатие воздуха, а потом подается горючее. При сжатии происходит нагревание воздуха и горючее воспламеняется.

Стать автором

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, датированный 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 посмотрите 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 больше, 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. Когда воздух сжимается, 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, вам потребуется 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 состоит, 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).Необработанные 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 к передней части), используя отработанное кулинарное масло, выбрасываемое 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 будут по-прежнему использоваться в тяжелых транспортных средствах — грузовиках, автобусы, корабли и железнодорожные локомотивы — все зависит от них, но их будущее в автомобилях и легких транспортных средствах 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 прогнозировало, что будущие двигатели могут повысить эффективность с сегодняшних 40 процентов до 60 процентов или более. Если это произойдет, дизельное топливо 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 (перекрывая подачу топлива, если двигатель работает слишком быстро, а затем снова включает ее, когда двигатель снова замедляется). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (цвета и нумерация добавлены нами для упрощения объяснения). Вы можете прочитать больше в Патент США № 542 846: 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 выясняет, 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 двигатели?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 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 изображение 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 посмотрите 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 больше, 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 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. Когда воздух сжимается, 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, вам потребуется 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 состоит, 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).Необработанные 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 к передней части), используя отработанное кулинарное масло, выбрасываемое 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 будут по-прежнему использоваться в тяжелых транспортных средствах — грузовиках, автобусы, корабли и железнодорожные локомотивы — все зависит от них, но их будущее в автомобилях и легких транспортных средствах 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 прогнозировало, что будущие двигатели могут повысить эффективность с сегодняшних 40 процентов до 60 процентов или более. Если это произойдет, дизельное топливо 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 (перекрывая подачу топлива, если двигатель работает слишком быстро, а затем снова включает ее, когда двигатель снова замедляется). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (цвета и нумерация добавлены нами для упрощения объяснения). Вы можете прочитать больше в Патент США № 542 846: 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 выясняет, 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 опасных оксидов 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 контролирует топливную смесь, угол опережения зажигания и систему выбросов; 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): Сохраняет 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 работают дизельные двигатели | HowStuffWorks

Одна из самых популярных статей HowStuffWorks — «Как работают автомобильные двигатели», в которой объясняются основные принципы внутреннего сгорания, обсуждается четырехтактный цикл и рассказывается обо всех подсистемах, которые помогают двигателю вашего автомобиля выполнять свою работу. В течение долгого времени после того, как мы опубликовали эту статью, одним из наиболее частых вопросов (и одним из наиболее частых предложений, внесенных в ящик для предложений) был: «В чем разница между бензиновым и дизельным двигателями?»

История компании

Diesel фактически начинается с изобретения бензинового двигателя . Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель к 1876 году. В этом изобретении использовался принцип четырехтактного сгорания, также известный как «цикл Отто», и это основная предпосылка для большинства современных автомобильных двигателей.На начальном этапе бензиновый двигатель был не очень эффективным, и другие основные способы транспортировки, такие как паровой двигатель , также не справлялись. Только около 10 процентов топлива, используемого в этих типах двигателей, действительно приводило в движение транспортное средство. Остальное топливо просто произвело бесполезное тепло.

В 1878 году Рудольф Дизель посещал среднюю политехническую школу Германии (эквивалент инженерного колледжа), когда узнал о низкой эффективности бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя с более высоким КПД , и он посвятил большую часть своего времени разработке «двигателя внутреннего сгорания». К 1892 году Дизель получил патент на то, что мы теперь называем дизельным двигателем.

Если дизельные двигатели настолько эффективны, почему бы нам не использовать их чаще? Вы можете увидеть слова «дизельный двигатель» и подумать о больших, здоровенных грузовиках, извергающих черный, черный дым и создающих громкий грохочущий звук. Этот негативный образ дизельных грузовиков и двигателей сделал дизельное топливо менее привлекательным для случайных водителей в Соединенных Штатах — хотя дизельное топливо отлично подходит для перевозки крупных грузов на большие расстояния, оно не было лучшим выбором для повседневных пассажиров.Однако это начинает меняться, поскольку люди улучшают дизельный двигатель, чтобы он стал чище и менее шумным.

Если вы еще этого не сделали, вы, вероятно, сначала захотите прочитать «Как работают автомобильные двигатели», чтобы получить представление об основах внутреннего сгорания. Но поспешите назад — в этой статье мы раскрываем секреты дизельного двигателя и узнаем о некоторых новых достижениях.

Двигатель с воспламенением от сжатия — обзор

Топливо с воспламенением от сжатия

Двигатель с воспламенением от сжатия обычно работает на дизельном топливе, а в последнее время — на биодизельном топливе.Некоторые желательные рабочие характеристики дизельного топлива включают (1) высокое тепловыделение при сгорании, (2) летучесть, которая сохраняет его в жидком состоянии, пока температура не станет намного выше точки кипения воды, (3) быстрое воспламенение от сжатия (без искры. ), когда степень сжатия составляет примерно 15: 1 или выше, и (4) образование тонкого однородного тумана при прокачке топлива через топливные форсунки в каждом цилиндре.

Характеристики дизельного топлива почти противоположны характеристикам бензина.Бензин легко испаряется в воздух и не воспламеняется при сжатии в цилиндре двигателя. Перед впрыском топлива в цилиндре дизельного двигателя сжимается воздух, поэтому преждевременное зажигание быть не может. Дизельное топливо испаряется, когда мелкие частицы тумана из топливных форсунок воспламеняются в горячем сжатом воздухе. Топливо также смазывает топливный насос форсунки. Цетановое число дизельного топлива характеризует склонность топлива к воспламенению. Стандарты США для дизельного топлива требуют минимального цетанового числа 40.Механическое отличие дизельного двигателя от бензинового в том, что свечи зажигания заменены топливными форсунками.

Заливать бензин в бак для дизельного топлива и наоборот — не лучшая идея. Многие заправочные станции продают оба вида топлива. Сопло на бензонасосе больше, чем на дизельном топливном насосе. Отверстие под крышкой топливного бака на топливном баке дизельного топлива меньше, чем топливная форсунка для бензина, поэтому вы не можете заправить дизельный бак бензином. Однако форсунка для дизельного топлива, , заполняет бензобак, так что покупатель будьте осторожны!

При разработке альтернативных видов топлива ученый / инженер в области топлива сначала переводит физические свойства, такие как летучесть и легкость воспламенения, в молекулярные свойства, такие как размер и форма молекул. Создание топлива становится управляемой задачей, поскольку молекулы в основном содержат атомы углерода, водорода и кислорода, за некоторыми исключениями.

Небольшие молекулы, содержащие десять или меньше атомов углерода, более летучие и производят бензин, искровое топливо. Слово октан в «октановой шкале» — это химическое название восьмиуглеродной молекулы, содержащейся в бензине. Это хорошая репрезентативная молекула для бензина. Чистому изооктану присвоено октановое число 100, и оно использовалось для определения эмпирической октановой шкалы в 1930 году.

Дизельное топливо содержит молекулы с восемью или более атомами углерода и менее летучие, чем бензин. У них есть цетановые числа, которые характеризуют хорошие топлива с воспламенением от сжатия. Слово цетан в «цетановой шкале» — это название молекулы из 16 атомов углерода, которая представляет «хорошее» дизельное топливо. Молекулы с атомами углерода, расположенными в прямые цепи, имеют высокое цетановое число и являются лучшим топливом для двигателей с воспламенением от сжатия. Молекулы, в которых атомы углерода образуют кольца (бензол или толуол) или разветвленные цепи (например, изооктан), как правило, лучше подходят для искрового зажигания.

Сегодня нефтеперерабатывающие заводы используют молекулярную перегруппировку (каталитический риформинг) для получения от шести до восьми атомов углерода с разветвленной конфигурацией. Это увеличивает долю бензина, производимую на баррель сырой нефти, и бензин имеет более высокое октановое число, чем может быть получено простой перегонкой. Спецификации дизельного топлива легче достичь с помощью простых процессов нефтепереработки, поэтому для производства дизельного топлива требуется небольшой молекулярный дизайн. Дизельное топливо представляет собой смесь различных потоков нефтеперерабатывающих заводов, которые направляются в резервуар для смешивания и смешиваются для получения нужной летучести и цетанового числа, чтобы получилось «хорошее» дизельное топливо.

Дизельный двигатель — обзор

V Дизельный двигатель

Дизельный двигатель, также известный как двигатель с воспламенением от сжатия, отличается от четырехтактного двигателя SI технологией подачи топлива и, как следствие, сгоранием процесс. Общий цикл является четырехтактным (т.е. впуск, сжатие, расширение и выпуск), но в отличие от искрового зажигания, при котором воздушно-топливная смесь втягивается в цилиндр во время такта впуска, только воздух подается в цилиндр во время такт впуска дизельного двигателя.Во время такта сжатия давление и температура воздуха повышаются за счет процесса сжатия. По конструкции температура воздуха в процессе сжатия выше температуры самовоспламенения топлива, предназначенного для использования. Жидкое топливо вводится путем впрыска в цилиндр, когда поршень проходит около верхней мертвой точки. В этот момент цикла топливо самовоспламеняется при входе в цилиндр и горит как диффузионное пламя.

Этот метод подачи топлива дает два очень важных преимущества по сравнению с методами, используемыми в двигателе SI.Во-первых, поскольку во время сжатия в цилиндре находится только воздух, неконтролируемое зажигание не играет роли. Следовательно, можно использовать очень высокие степени сжатия для обеспечения высокой эффективности цикла. На практике необходимы высокие степени сжатия, чтобы обеспечить температуру сжатого воздуха выше, чем температура самовоспламенения используемого топлива. Во-вторых, топливо, впрыскиваемое в цилиндр, начинает гореть, когда попадает в горячие сжатые газы внутри цилиндра. Таким образом, дизельный двигатель не требует дискретного источника зажигания, например свечи зажигания.Это позволяет двигателю работать в очень широком диапазоне соотношений воздух-топливо независимо от требований к пределу воспламенения. Кроме того, впрыскивается только топливо, необходимое для выполнения работы, необходимой во время любого заданного цикла двигателя. Поскольку впрыск топлива контролирует работу, производимую двигателем, а не количество воздушно-топливной смеси, подаваемой в двигатель, как в двигателях SI, нет необходимости дросселировать воздух, поступающий в дизельный двигатель. Это почти исключает потери от дросселирования в дизельном двигателе.Таким образом, потери на дросселирование не снижают эффективность двигателя при частичной нагрузке, как это происходит с двигателем SI.

Проблемы с выбросами выхлопных газов дизельных двигателей в первую очередь связаны с выбросами углеводородов, выбросами твердых частиц, выбросами оксидов азота и выделениями запахов. Окись углерода редко представляет собой проблему, поскольку общее соотношение воздух-топливо довольно велико, а частичное окисление несгоревшего топлива в выхлопе невелико.

Выбросы углеводородов и твердых частиц были связаны с плохой конструкцией топливной форсунки, подтеканием топливной форсунки и чрезмерным смачиванием стенок цилиндра топливом во время впрыска.Однако четкого понимания образования УВ и твердых частиц и их последующего выброса не существует. Следовательно, в обозримом будущем дизельные двигатели будут страдать от этих выбросов.

Выбросы оксида азота являются серьезной проблемой для дизельных двигателей. Поскольку локальные температуры сгорания в дизельных двигателях практически невозможно контролировать, NOx по-прежнему будет проблемой выбросов в обычных дизельных двигателях.

Пахучие компоненты выхлопных газов дизельных двигателей обычно представляют собой высокомолекулярные частично окисленные углеводороды.К сожалению, общее знание того, что они собой представляют, не помогло предотвратить их образование в процессе сгорания дизельного двигателя. В результате попыток уменьшить выбросы углеводородов и твердых частиц был достигнут определенный успех в уменьшении запаха выхлопных газов дизельного двигателя; однако появление запаха выхлопных газов дизельного двигателя остается относительно необъяснимым.

Наддув используется как в двигателях SI, так и в дизельных двигателях для повышения начального давления в цилиндре в начале такта сжатия.Это позволяет двигателю SI заданного размера принимать больший объем топливовоздушного заряда, чем это было бы возможно при только атмосферном давлении, приводящем в действие систему. Дизельный двигатель также может развивать большую мощность при наддуве. Нагнетание может осуществляться компрессорами с приводом от выхлопных газов (турбонаддув) или непосредственно от коленчатого вала (наддув).

Зачем нужно дизельное топливо? Достоинства и преимущества

Как работает дизельный двигатель? В современном мире, где цены на топливо растут в результате стремительного роста спроса и сокращения предложения, вам необходимо выбрать экономичное топливо, отвечающее вашим потребностям.Благодаря изобретению Рудольфа Дизеля дизельный двигатель оказался чрезвычайно эффективным и экономичным.

Цена на дизельное топливо умеренно выше, чем на бензин, но дизельное топливо имеет более высокую удельную энергию, т.е. из дизельного топлива можно извлечь больше энергии по сравнению с тем же объемом бензина. Таким образом, дизельные двигатели в автомобилях обеспечивают больший пробег, что делает их очевидным выбором для перевозки тяжелых грузов и оборудования. Дизель тяжелее и жирнее бензина, а его температура кипения выше, чем у воды.А дизельные двигатели привлекают к себе все большее внимание благодаря более высокой эффективности и экономической эффективности.

Различие заключается в типе зажигания. В то время как бензиновые двигатели работают с искровым зажиганием, дизельные двигатели используют воспламенение от сжатия для воспламенения топлива. В последнем случае воздух втягивается в двигатель и подвергается сильному сжатию, которое нагревает его.

Это приводит к очень высокой температуре в двигателе, намного превышающей температуру, достигаемую в бензиновом двигателе.При пиковой температуре и давлении дизельное топливо, попадающее в двигатель, воспламеняется из-за экстремальной температуры.

В дизельном двигателе воздух и топливо вводятся в двигатель на разных стадиях, в отличие от газового двигателя, где вводится смесь воздуха и газа. Топливо впрыскивается в дизельный двигатель с помощью инжектора, тогда как в бензиновом двигателе для этой цели используется карбюратор. В бензиновом двигателе топливо и воздух вместе направляются в двигатель, а затем сжимаются.Смесь воздуха и топлива ограничивает сжатие топлива и, следовательно, общую эффективность.

Дизельный двигатель сжимает только воздух, и коэффициент может быть намного выше. В дизельном двигателе степень сжатия составляет от 14: 1 до 25: 1, тогда как в бензиновом двигателе степень сжатия составляет от 8: 1 до 12: 1. После сгорания побочные продукты сгорания удаляются из двигателя через выхлоп.

Для запуска в холодное время года дополнительное тепло обеспечивается «свечами накаливания». Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными и выбираются в зависимости от режима работы.Двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением — это варианты, которые следует выбирать соответственно. Предпочтительно использовать генератор с жидкостным охлаждением, так как он тих в работе и имеет равномерно регулируемую температуру.

Преимущества дизельного двигателя Дизельный двигатель намного эффективнее и предпочтительнее бензинового двигателя по следующим причинам:
  • В современных дизельных двигателях устранены недостатки более ранних моделей — более высокий уровень шума и затраты на техническое обслуживание. Теперь они работают тихо и требуют меньше обслуживания по сравнению с газовыми двигателями аналогичного размера
  • .
  • Они более прочные и надежные
  • Нет искры, так как топливо самовоспламеняется. Отсутствие свечей зажигания или искровых проводов снижает затраты на техническое обслуживание.
  • Стоимость топлива на один произведенный киловатт на 30-50% ниже, чем у газовых двигателей.
  • Дизельный агрегат с водяным охлаждением 1800 об / мин проработает от 12 000 до 30 000 часов, прежде чем потребуется какое-либо капитальное обслуживание.Газовая установка с водяным охлаждением на 1800 об / мин обычно работает в течение 6000-10 000 часов, прежде чем ей потребуется обслуживание
  • Газовые агрегаты горят сильнее, чем дизельные агрегаты, и, следовательно, они имеют значительно более короткий срок службы по сравнению с дизельными агрегатами

Применение и использование дизельных двигателей Дизельные двигатели обычно используются в качестве механических двигателей, генераторов энергии и в мобильных приводах. Они находят широкое применение в локомотивах, строительной технике, автомобилях и в бесчисленных промышленных применениях.Их сфера распространяется практически на все отрасли, и их можно наблюдать ежедневно, если вы загляните под капот всего, что вы проходите мимо.

Промышленные дизельные двигатели и дизельные генераторы используются в строительстве, судостроении, горнодобывающей промышленности, больницах, лесном хозяйстве, телекоммуникациях, под землей и в сельском хозяйстве, и это лишь некоторые из них. Производство электроэнергии для основного или резервного резервного питания является основным применением сегодняшних дизельных генераторов. Ознакомьтесь с нашей статьей о различных типах двигателей и генераторов и их общих применениях, чтобы увидеть больше примеров.

Электрогенераторы Дизельные генераторы или электрические генераторные установки используются в бесчисленном количестве промышленных и коммерческих предприятий. Генераторы могут использоваться для небольших нагрузок, например, в домах, а также для больших нагрузок, например, на промышленных предприятиях, больницах и коммерческих зданиях. Они могут быть либо основными источниками питания, либо резервными / резервными источниками питания.

Они доступны в различных спецификациях и размерах. Дизель-генераторные установки мощностью 5-30 кВт обычно используются в простых домашних и личных применениях, например, в транспортных средствах для отдыха.Промышленные приложения охватывают более широкий спектр номинальной мощности (от 30 кВт до 6 мегаватт) и используются во многих отраслях промышленности по всему миру. Для домашнего использования достаточно однофазных электрогенераторов. Трехфазные генераторы в основном используются в промышленных целях.

>> Вернуться к статьям и информации << .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *