Двигатели внутреннего сгорания

Друзья, поговорим о бензиновых двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Именно создание этих устройств ускорило темп существования человечества, поскольку сразу возникла целая культура автомобилестроения, возрос прогресс в военном деле и во многих других отраслях.

Результатом работы двигателя внутреннего сгорания является механическое действие, полученное в результате преобразования энергии сгорания. Она, в свою очередь, получена при сгорании топливной смеси внутри двигателя, в рабочей камере. Существуют также двигатели внешнего сгорания, у которых продукты сгорания и рабочий механизм разделены, но их удельная мощность по сравнению с ДВС значительно ниже.

Разновидности двигателей внутреннего сгорания

КУПИТЬ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Сегодня мы наиболее часто встречаемся с поршневыми бензиновыми и дизельными двигателями внутреннего сгорания. Вместо поршня могут быть использованы компрессоры, турбины — множество других решений, без которых не работали бы тракторы и самосвалы, тепловозы и суда, то есть вся техника, для которой нужны двигатели либо средней (более 5 кВт), либо высокой (более 100 кВт) мощности.

Несмотря на то, что новые технологии сейчас развиваются ускоренными темпами, и производители автомобилей внедряют масштабные планы по электрификации своего продукта, тем не менее, они не спешат отказываться от испытанных ДВС. Например, концерн Volkswagen, готовя обширную программу электрификации целой линейки своих двигателей, абсолютно не планирует отказываться от старых добрых ДВС. Тем более, что современные двигатели уже позволяют существенно экономить топливо на 20-30%.

Издавна существующие разработки таких моторов, несомненно, будут развиваться и дальше, благодаря надежности и дешевизне. Стремление производителей сегодня сосредоточено на улучшение технических характеристик ДВС и сведения к минимуму их влияния на атмосферу.

Типы ДВС и отличия систем питания

Двигатели внутреннего сгорания могут быть 2-х тактными и 4-х тактными. В настоящее время больше используются четырёхтактные двигатели, которым свойственны четыре этапа работы:

Схема работы 4-х тактного двигателя

• нагнетание внутрь воздуха или топливно-воздушной смеси — выбор зависит от типа двигателя;
  сжатие смеси;
• сгорание топлива — преобразование энергии сгорания в механическую для запуска коленвала;
• выход отработанных газов из камеры сгорания через выпускной клапан.

Это принцип работы не только поршневых бензиновых, но и дизельных двигателей.

Схема принципа работы 2-х тактного двигателя

В двухтактных двигателях впуск и сжатие топливной смеси происходит одновременно, а затем также одновременно выполняется опускание поршня, на который давит топливо, и выход из коллектора продуктов сгорания.

Именно эти два типа двигателей внутреннего сгорания широко применяются в автомобилях и других современных технических устройствах.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания

В наиболее распространенном поршневом бензиновом двигателе возгорание топливной смеси происходит с помощью электрической искры, то есть принудительно. А управление двигателем осуществляет электронная система, в которую включены входные датчики, измеряющие параметры работы мотора с последующим преобразованием их в электрический сигнал. Полученная информация — основа управления ДВС.

Конструкция поршневого бензинового двигателя внутреннего сгорания

Кроме датчиков к системе управления относятся электронный блок управления и все исполнительные системы двигателя, которые управляющая система объединяет, а именно:

• система непосредственного впрыска, которая подает топливо в камеру сгорания. Сам момент впрыска, нужный вид топлива и его количество определяется режимом работы двигателя;
• впускная система, состоящая из дроссельной заслонки с электроприводом и предусмотренных для каждого цилиндра впускных заслонок;
• система турбонаддува — служит для повышения мощности бензинового двигателя;
• система изменения фаз газораспределения, которая в зависимости от заданного режима работы ДВС регулирует показатели работы механизма распределения газа и обеспечивает повышение крутящего момента и мощности механизма;
• электронная система зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси;
• выпускная система с каталитическим нейтрализатором, который снижает токсичность отработанных выпускаемых газов;
• система рециркуляции отработанных газов, уменьшающая в них оксид азота благодаря частичному их возврату во впускной коллектор.

Как видим, работа всех систем ДВС направлена на повышение мощности двигателя, снижение потребления топлива и токсичности выделяемых газов.

Одни из самых узнаваемых марок ДВС — бензиновые моторы компании Champion. Бренд принадлежит американской компании разработчику, которая расширяет свои мощности за счет сборки продукции в Китае и поставляет качественную технику по доступной цене во многие уголки мира, в том числе нашу страну.

Модель ДВС CHAMPION G200 VK-1-1

Сегодня компания выпускает кроме стандартных двигателей ещё и модели с вертикальным валом, такие как CHAMPION G200 VK/1-1. Это четырёхтактный ДВС для cадовой и строительной техники. Двухтактные моторы обычно поставляются для бензокос (триммеров).

Все двигатели CHAMPION экономичные, имеют усиленную поршневую группу, обладают высоким ресурсом и совместимостью с моторами таких производителей, как Honda, Lifan, Subaru и другие. Это возможно благодаря идентичным размерам крепления и приводного вала двигателей, если объем камеры сгорания и мощности мотора одинаковые.

Модель ДВС CARVER 190 FL 15,0 л.с

В России также хорошо известен отечественный бренд CARVER. Примером двигателей, разработанных под сельскохозяйственную и строительную технику, выпущенных этой компанией, может послужить модель CARVER 190 FL 15,0 л.с. для совместной эксплуатации с мотоблоками или культиваторами. Конструкция предусматривает верхнее расположение клапана и воздушное охлаждение.

В чем отличие бензиновых и дизельных ДВС

Чтобы сравнить дизельные и бензиновые двигатели, нельзя оценивать их однозначно, нужно рассмотреть несколько характеристик:

• КПД двигателей и мощность: КПД бензинового двигателя ниже чем у дизельного, зато он характеризуется большей мощностью, но и большим расходом топлива, примерно на 20%;
• длительность эксплуатации: конструктивно дизельный двигатель более долговечен, благодаря прочности составляющих узлов и деталей, но, в зависимости от условий и качества топлива, он может уступать бензиновому двигателю в этой характеристике. Он не приемлет слишком низких температур, долго прогревается, а бензиновый запускается даже при значительном минусе. Однако во влажном климате лучше использовать кроссоверы и внедорожники с дизельными двигателями;
• ключевое различие: вид топлива и разница в формировании топливной смеси. В цилиндры дизельных двигателей подается топливо и воздух отдельно, а у бензиновых ДВС — вместе.

(фото №7)

Отсюда можно сделать вывод: техника на бензиновом двигателе уверенно запускается в зимнее время, обладает меньшим уровнем шума, доступна по цене. Преимущество же дизельных мотоблоков в том, что при большом тяговом усилии они экономичнее в расходе топлива, дольше работают без перерыва, обладают большим ресурсом. Особенно модификации с водяным охлаждением.

Таким образом, выбирайте дизельные моторы для тяжелой техники, которая длительно эксплуатируется. Во всех остальных случаях более целесообразны бензиновые ДВС, которые проще в эксплуатации, доступнее по стоимости. А разница в количестве топлива при умеренных объемах работ несущественна.

Удачного выбора!

Ваш Кузьмич.

ᐉ Условия работы дизельного двигателя

Условия работы дизельного двигателя основаны на различных соотношениях, которые являются типичными для следующих процессов.

В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в сильно сжатый горячий воздух, результатом чего будет самовоспламенение топлива. Таким образом, дизельный двигатель не связан с ограничениями по зажиганию подобно двигателю с искровым зажиганием (бензиновый двигатель). Поэтому, считая, что количество воздуха в камере сгорания остается постоянным, то необходимо будет регулировать только количество топлива.

Система впрыска топлива имеет, таким образом, решающее значение для работы двигателя. При всех оборотах и нагру нагрузках система отвечает за дозировку топлива и за его равномерное распределение при подаче. В дополнение к этому нужно принимать во внимание давление и температуру поступающего воздуха.

Таким образом, в каждый момент времени при работе двигателя требуется следующее:

• правильное количество впрыскиваемого топлива;
• правильный момент впрыска;
• правильное давление впрыска;
• правильная временная последовательность;
• правильное расположение точки в камере сгорания.

В дополнение к требованиям по оптимальному смесеобразованию, для дозировки необходимо принимать во внимание такие рабочие ограничения для конкретного двигателя и конкретного автомобиля, которые перечислены ниже:

• ограничение по дымности;
• ограничение по давлению сгорания;
• ограничение по температуре выхлопных газов;
• ограничения по оборотам двигателя и крутящему моменту;
• ограничения для конкретного автомобиля и нагрузок.

Ограничение по дымности

Так как значительная часть процесса смесеобразования имеет место при сгорании, то происходит локальное переобогащение и увеличение черного дыма в выхлопе, которое происходит даже при умеренном избытке воздуха. Соотношение «воздух-топливо», которое приводит к выбросам дыма, находящимся у разрешенного предела, является критерием того, насколько качественно используется воздух. Двигатели с предкамерой работают при ограничении по дымности с избытком воздуха в 10 — 25%, тогда как двигатели с непосредственным впрыском имеют избыток воздуха в 40 — 50%.

Ограничение по давлению сгорания

У дизельных двигателей из-за того, что испаренное топливо, смешанное с воздухом, сгорает резко при сильном сжатии в процессе воспламенения, будем говорить о «жестком» или «шумном» сгорании. Высокие пиковые давления, которые будут результатом этого, требует довольно крепких двигателей. Усилия, которые образуются при сгорании, становятся причиной периодически изменяющейся нагрузки на детали двигателя и на основе их размеров и срока службы эти детали накладывают ограничения на давление при сгорании.

Ограничение по температуре выхлопных газов

Ограничение по температуре выхлопных газов дизельного двигателя определяется по высоким термическим нагрузкам деталей двигателя, окружающим горячую камеру сгорания, по тепловому сопротивлению выхлопной системы и по температурной зависимости концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.

Ограничение по оборотам двигателя

Подача избыточного воздуха в дизельном двигателе и регулирование количества топлива уже производятся с учетом того, что при постоянном числе оборотов мощность двигателя зависит лишь от количества впрыскиваемого топлива. Если топливо подается в дизельный двигатель без соответствующего уменьшения крутящего момента, то обороты двигателя возрастут. Если количество впрыскиваемого топлива не уменьшится до того, как будут достигнуты критические обороты двигателя, то двигатель «перекрутиться» и может выйти из строя. В связи с этим для дизельных двигателей абсолютно необходимо ограничение оборотов или их регулирование. Когда дизельный двигатель используется как привод какого-либо механизма, обуславливается определенное число оборотов, которое поддерживается постоянным или остается в допустимых пределах независимо от нагрузки.

Когда дизельный двигатель используется на автомобиле, то водитель должен иметь возможность, пользуясь педалью акселератора («газа»), выбирать желаемую скорость, причем обороты двигателя не должны упасть ниже предела холостого хода во избежание остановки при отпускании педали. Поэтому мы сделаем различие между регуляторами с изменяемым числом оборотов и регуляторами минимального и максимального числа оборотов в качестве систем управления.

Принимая во внимание все специфические требования, можно определить характерные кривые (графики) для рабочего диапазона двигателя. Эти графики показывают количество впрыскиваемого топлива как функцию числа оборотов и нагрузки, а также компенсации требуемой температуры и давления воздуха. Количество впрыскиваемого топлива соответствует средней потребности всех цилиндров и среднему количеству при определенном числе оборотов.

Рис. 1. Количество впрыскиваемого топлива; 2. Обороты двигателя; 3. Запуск; 4. Холостой ход; 5. Полная нагрузка; 6. Двигатель с турбонаддувом; 7. Контроль крутящего момента; 8. Двигатель без наддува; 9. Коррекция атмосферного давления; 10. Температурная компенсация; 11. Регулирование оборотов.

Как показывает следующий пример, конкретные рабочие условия предъявляют высокие требования к точности работы системы впрыска. Количество топлива при полной нагрузке для 4-цилин-дрового 4-тактного двигателя с мощностью 75 кВт и удельным расходом топлива в 200 г/кВт ч делает необходимым общий расход топлива в 15 кг/час. Это эквивалентно 288000 ходам впрыска за 1 час для 4-тактного двигателя, работающего при 2400 об/мин.

Переходя к одному ходу впрыска, это будет означать количество топлива в 59 мм3 за один ход впрыска. По сравнению с этим примером, дождевая капля имеет объем примерно в 30 мм3. Система впрыска топлива должна обеспечить такую точную дозировку для одного цилиндра и для однородного распределения в отдельном цилиндре в многоцилиндровом двигателе.

Удельный расход топлива

Рис. Удельный расход топлива:
1. Бензиновый двигатель. Дизельный двигатель: 2. Предкамера/вихревая камера; 3. Непосредственный впрыск; За. Турбонаддув; Зв. Достижимая возможность; 4. Удельный расход топлива; 5. г/кВт; 6. Число оборотов: 2500-3000 об/мин; 7. Среднее давление; 8. Бар.

Теоретически определенное количество впрыскиваемого топлива служит в качестве исходной величины для конструирования системы впрыска. Характеристика полной нагрузки ограничивается путем ограничения по дымности двигателя в диапазоне более низких оборотов и путем допустимой температуры выхлопных газов или деталей в диапазоне более высоких оборотов. Действительно требуемые количества топлива определяются на двигателе в соответствии с эмпирическими величинами. Системы обычно конструируются в предположении высоты на уровне моря, т.е. величины мощности уменьшаются до этого уровня: если двигатель работает на высоте, превышающей уровень моря, то количество топлива должно быть скорректировано в соответствии с барометрической формулой, известной из физики. Уменьшение плотности воздуха на 7% на каждые 1000 м высоты используется как исходная величина.

Однако, в противоположность удельному расходу топлива, который определяется на теплом двигателе при постоянных условиях проверки, лишь расход топлива в движении обеспечит величины, используемые на практике.

Автомобили, в частности, работают главным образом на коротких расстояниях с частыми запусками холодного двигателя и в диапазоне низких оборотов. Необходимое обогащение на холодном двигателе приведет к явным различиям в расходе топлива.

Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С )

Рис. Сравнительный расход топлива после запуска холодного двигателя (10 ° С ):
1. Бензиновый двигатель 1,1л-37кВт; 2. Дизельный двигатель 1,5л-37 кВт; 3. Расход топлива, л; 4. Пройденное расстояние, км.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя — Engihub

Все студенты инженерных специальностей, особенно инженеры-механики, знакомы со словом «дизельный двигатель». Эти люди могут лучше знать принцип работы дизельного двигателя, а также автомобильного двигателя.

Если у вас нет степени бакалавра в области машиностроения, вы все равно легко поймете, как работает двигатель внутреннего сгорания. Вам просто нужно прочитать статью полностью.

Дизельный двигатель широко используется в автомобилестроении, автомобильной промышленности и автопроизводителях. Его также можно использовать в дизельных генераторах и на кораблях. В настоящее время сельскохозяйственный насос также приводится в действие небольшим дизельным двигателем.

Если вы механик по дизельным двигателям или хотите стать техником и механиком по обслуживанию дизельных двигателей, эта статья для вас.

Я хотел бы поделиться подробностями в очень простой форме, чтобы вы лучше поняли работу двигателя.

В дизельном двигателе в качестве топлива используется дизельное топливо, легкое и тяжелое топливо. Это топливо воспламеняется путем впрыскивания в цилиндр двигателя воздуха, сжатого до очень высокого давления.

Температура этого сжатого воздуха достаточно высока для воспламенения топлива. Следовательно, в дизельном двигателе не используется свеча зажигания.

Этот высокотемпературный сжатый воздух, используемый в виде очень тонкого распыления, впрыскивается с контролируемой скоростью. Итак, сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Для этой операции используется топливный инжектор или топливный насос высокого давления или топливный распылитель. Мощность генерируется при завершении рабочего хода.

Ход всасывания

При этом ходе поршень движется вниз от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. В результате впускной клапан открывается, и воздух всасывается в цилиндр.

После забора достаточного количества воздуха под давлением всасывающий клапан закрывается в конце хода. Выпускной клапан остается закрытым во время этого такта.

Такт сжатия

В этом такте поршень движется вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Во время этого такта впускной и выпускной клапаны закрыты.

Воздух, всасываемый в цилиндр во время такта всасывания, захватывается внутри цилиндра и сжимается за счет движения поршня вверх.

В дизельном двигателе используется очень высокая степень сжатия, в результате чего воздух в конечном итоге сжимается до очень высокого давления — до 40 кг/см², при этом давлении температура воздуха достигает 1000° Цельсия, что достаточно для воспламенения топлива.

Такт постоянного давления

В этом такте топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, где оно начинает гореть при постоянном давлении. При перемещении поршня в верхнюю мертвую точку подача топлива прекращается.

Следует сказать, что топливо впрыскивается в конце такта сжатия и впрыск продолжается до точки отсечки, но на практике зажигание начинается до конца такта сжатия, чтобы обеспечить метка зажигания.

Рабочий  или Рабочий ход

В этом такте впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

Горячие газы (которые образуются в результате воспламенения топлива во время такта сжатия) и сжатый воздух теперь адиабатически расширяются в цилиндре, толкая поршень вниз, и, следовательно, совершается работа.

В конце хода поршень наконец достигает нижней мертвой точки.

Такт выпуска

В этом такте поршень снова движется вверх. Выпускной клапан открывается, а впускной и топливный клапаны закрываются. Большая часть сгоревших топливных газов улетучивается за счет собственного расширения.

Движение поршня вверх выталкивает оставшиеся газы через открытый выпускной клапан. В камере сгорания остается лишь небольшое количество выхлопных газов.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается, и, таким образом, цикл завершается.

Так как при работе впускного и выпускного клапана возникает некоторое сопротивление и некоторая часть продуктов сгорания остается внутри цилиндра во время цикла, что приводит к насосным потерям.

Эти насосные потери рассматриваются как отрицательная работа и поэтому вычитаются из фактической работы, выполненной в течение цикла. Это даст нам сеть, сделанную из цикла.

На самом деле все эти удары выполняются с такой быстрой скоростью; вы не можете видеть это шаг за шагом, но это происходит в каждом четырехтактном двигателе.

Помимо этой информации, вам предлагается прочитать кое-что еще снизу. Книги по инженерии

Итак, здесь вы найдете лучшие инженерные ресурсы для получения дополнительной информации

Чтобы получить более подробную информацию по теме, я также рекомендую прочитать

•  Двигатели внутреннего сгорания
• Основы двигателей внутреннего сгорания
• Основы инженерии внутреннего сгорания
• Учебник по двигателям внутреннего сгорания

Если вам понравился пост, поделитесь им с друзьями, а также в социальных сетях.

Как работают дизельные двигатели?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 20 октября 2021 г.

Вы когда-нибудь с изумлением смотрели, как гигантский грузовик медленно ползет в гору? Возможно нет! Такие вещи случаются каждый день. Но остановись и подумай
момент о том, что происходит — как огромный, тяжелый груз
систематически преодолевать подавляющую силу гравитации, используя
не более чем несколько чашек грязной жидкости (иными словами, топлива) — и, согласитесь,
то, что вы видите, весьма примечательно.
Дизельные двигатели — это сила наших самых больших машин — грузовиков,
поезда, корабли и подводные лодки. На первый взгляд, они
аналогичны обычным бензиновым (бензиновым) двигателям, но генерируют большую мощность,
более эффективно, работая немного по-другому. давайте возьмем
пристальный взгляд!

Фото: Дизельные двигатели (такие, как в этом железнодорожном локомотиве) идеально подходят для буксировки тяжелых поездов. Это прекрасно сохранившийся (и тщательно отполированный!) вагон British Rail Class 55 («Deltic»), номер 55022, именуемый Royal Scots Grey, датированный 1960 годом.
Дизельный двигатель Napier Deltic, который приводит его в действие.

Содержание

1. Что такое дизельный двигатель?
2. Чем дизельный двигатель отличается от бензинового?
   • Четырехтактные двигатели
   • Двухтактные двигатели
3. Что делает дизельный двигатель более эффективным?
4. Чем отличается дизельное топливо?
5. Преимущества и недостатки дизельных двигателей
6. Кто изобрел дизельный двигатель?
7. Узнать больше

Что такое дизельный двигатель?

Как и бензиновый двигатель, дизельный двигатель относится к типу двигателей внутреннего сгорания. Горение — это еще одно слово для обозначения горения, и внутреннее
означает внутри, поэтому двигатель внутреннего сгорания — это просто двигатель, в котором
топливо сгорает внутри основной части двигателя (цилиндры)
где производится мощность.

Это сильно отличается от внешнего
двигатель внутреннего сгорания, такой как те, которые использовались старомодными паровыми
локомотивы. В паровой машине есть большой огонь на одном конце
котел, нагревающий воду для получения пара. Пар стекает долго
трубки к цилиндру на противоположном конце котла, куда он толкает
поршень назад и вперед, чтобы двигать колеса. Это внешний
сгорание, потому что огонь находится вне цилиндра (действительно,
обычно 6-7 метров или 20-30 футов). В бензиновом или дизельном двигателе топливо
горит внутри самих цилиндров. Отходы внутреннего сгорания
гораздо меньше энергии, потому что тепло не должно течь откуда
производится в цилиндр: все происходит в том же
место. Вот почему двигатели внутреннего сгорания более эффективны.
чем двигатели внешнего сгорания (они производят больше энергии от
одинаковый объем топлива).

Фото: Типичный дизельный двигатель (от пожарной машины) производства Detroit Diesel Corporation (DDC). Фото Хуана Антуана Кинга предоставлено ВМС США и
Викисклад.

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
вводят в небольшие металлические цилиндры. Поршень сжимается (сжимается)
смесь, делающую ее взрывоопасной, и небольшая электрическая искра от
свеча зажигания поджигает его. Это заставляет смесь взрываться,
генерируя энергию, которая толкает поршень вниз по цилиндру и
(через коленчатый вал и шестерни) поворачивает колеса. Ты можешь читать
подробнее об этом и посмотрите простую анимацию того, как это работает в нашем
статья про автомобильные двигатели.

Дизельные двигатели аналогичны, но проще. Сначала воздух попадает в
цилиндр и поршень сжимают его — но гораздо больше, чем в
бензиновый двигатель. В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь
сжимается примерно до десятой части своего первоначального объема. Но на дизеле
двигателем воздух сжимается от 14 до 25 раз. [1]
Если вы когда-нибудь накачивали велосипедную шину, то чувствовали, как насос
тем горячее в ваших руках, чем дольше вы его использовали. Это потому что
при сжатии газа выделяется тепло. Представьте себе, сколько тепла
создается за счет нагнетания воздуха в пространство, в 14–25 раз меньшее, чем обычно
занимает. Бывает так жарко, что воздух становится действительно
горячие — обычно не менее 500°C (1000°F), а иногда и очень
жарче. Когда воздух сжимается, туман топлива 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 настолько горячий, что
топливо мгновенно воспламеняется и взрывается без искры
затыкать. Этот управляемый взрыв заставляет поршень выталкиваться из
цилиндр, производящий энергию, приводящую в движение транспортное средство или машину.
на котором установлен двигатель. Когда поршень возвращается в
цилиндр, выхлопные газы выталкиваются через выпускной клапан
и этот процесс повторяется сотни или тысячи раз в
минута!

Что делает дизельный двигатель более эффективным?

Фото: Типовой дизельный двигатель проходит испытания в лабораторных условиях.
Фотография Пэта Коркери предоставлена ​​Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Дизельные двигатели почти в два раза эффективнее бензиновых двигателей — примерно на 40–45 %.
в лучшем случае эффективен. [2]
Проще говоря, это означает, что вы можете проехать гораздо дальше на том же количестве топлива.
(или получить больше миль за ваши деньги). Есть несколько причин для
этот. Во-первых, они сильнее сжимаются и работают при более высоких температурах.
Фундаментальная теория работы тепловых двигателей,
известный как правило Карно, говорит нам, что КПД двигателя зависит
на высоких и низких температурах, между которыми он работает.
Дизельный двигатель, который работает при большей разнице температур
(более высокая самая высокая температура или самая низкая более низкая температура) более эффективны.
Во-вторых, отсутствие системы зажигания от свечи зажигания делает
более простая конструкция, которая может легко сжимать воздух намного сильнее — и
это заставляет топливо сгорать горячее и полнее, высвобождая больше энергии.
Еще одна экономия эффективности
слишком. В бензиновом двигателе, работающем не на полную мощность, нужно
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 меньшей 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, запирающей их
атомов вместе (другими словами, дизель
имеет более высокую плотность энергии, чем бензин). Дизель тоже лучше
смазка, чем бензин, поэтому
дизельный двигатель естественно будет работать с меньшим трением.

Чем отличается дизельное топливо?

Дизель и бензин совершенно разные. Вы будете знать это, если вы
когда-либо слышал ужасные истории о людях, которые заправили свою машину или
грузовик с неподходящим топливом! По сути дизель это
более низкокачественный, менее очищенный продукт нефти, полученный из более тяжелой
углеводороды (молекулы, построенные из большего количества углерода и водорода
атомы). Сырые дизельные двигатели без сложного впрыска топлива
Теоретически системы могут работать практически на любом углеводородном топливе.
популярности биодизеля (разновидность биотоплива, изготовленного, в частности, из
вещи, отработанное растительное масло). Изобретатель дизельного двигателя,
Рудольф Дизель успешно запускал свои ранние двигатели на арахисовом масле и
думал, что его двигатель сделает людям одолжение, освободив их от
зависимость от топлива, такого как уголь и бензин, и централизованного
источники силы. [3]
Если бы он только знал!

Фото: Смазка будет путешествовать: Джошуа и Кайя Тикелл, пара
защитники окружающей среды, используйте этот трейлер (Green Grease Machine) для производства биодизельного топлива для своего фургона (прикрепленного спереди) из отходов кулинарного масла, выбрасываемых ресторанами быстрого питания.
Топливо стоит впечатляющие 0,80 доллара за галлон. Фото Уоррена Гретца предоставлено США.
Министерство энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Преимущества и недостатки дизельных двигателей

Дизели являются наиболее универсальными двигателями, работающими на топливе, из распространенных сегодня.
можно найти во всем, от поездов и подъемных кранов до бульдозеров и
подводные лодки. По сравнению с бензиновыми двигателями они проще,
эффективнее и экономичнее. Они также безопаснее, потому что дизельного топлива меньше.
летуч, а его пары менее взрывоопасны, чем бензин. В отличие от бензиновых двигателей, они особенно хороши для
перемещения больших грузов на низких скоростях, поэтому они идеально подходят для использования в
грузовые суда, грузовые автомобили, автобусы и локомотивы. Более высокое сжатие
означает, что детали дизельного двигателя должны выдерживать гораздо большую
напряжения и деформации, чем в бензиновом двигателе. Вот почему
дизелям нужно быть мощнее и тяжелее и зачем, на долго
время они использовались только для питания больших транспортных средств и машин. Пока
это может показаться недостатком, значит дизельные двигатели обычно более
надежные 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 предоставлено США.
Министерство энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Загрязнение является одним
из самых больших недостатков дизельных двигателей: они
производят смесь загрязняющих веществ, включая оксиды азота, окись углерода,
углеводороды и частицы сажи, которые загрязняют и опасны для здоровья.
Теоретически дизели более эффективны, поэтому они
должны использовать меньше топлива, производить меньше выбросов углекислого газа (CO2) и
меньше способствуют глобальному потеплению.
На практике ведутся споры о том, так ли это на самом деле.
Некоторые лабораторные эксперименты показали средние выбросы дизельных двигателей.
лишь немного ниже, чем у бензиновых двигателей,
хотя производители настаивают на том, что если аналогичные дизельные и бензиновые автомобили
по сравнению, дизели действительно выходят лучше.
Другие недавние исследования показывают, что даже новые дизельные автомобили
сильно загрязняют окружающую среду. Европейское агентство по окружающей среде, например, отмечает, что даже типичный «чистый» дизельный автомобиль
который соответствует нормам выбросов ЕВРО 6, производит примерно в 10 раз больше азота
оксидное загрязнение, как у сопоставимого бензинового автомобиля. [4]
А выбросы CO2?
По данным Британского общества автопроизводителей
и Трейдеры: «Автомобили с дизельным двигателем внесли огромный вклад в сокращение выбросов CO2. С 2002 года покупатели, выбирающие дизельное топливо, предотвратили попадание в атмосферу почти 3 миллионов тонн CO2».
Дизельные двигатели, как правило, изначально стоят дороже, чем бензиновые двигатели, хотя их более низкие 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 данные о выбросах своих дизельных автомобилей, чтобы они казались меньшими.
загрязняющий.

Нет никаких сомнений в том, что дизельные двигатели будут по-прежнему использоваться в тяжелых транспортных средствах — грузовиках,
автобусы, корабли и железнодорожные локомотивы — все они зависят от них, но их будущее в автомобилях и более легких транспортных средствах становится все более неопределенным. Стремление к электромобилям послужило мощным стимулом к ​​тому, чтобы бензиновые двигатели стали легче, экономичнее и меньше загрязняли окружающую среду, 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 вообще вытесненными. Опять же сами дизеля
постоянно развиваются; в 2011 году Министерство энергетики США предсказало, что будущие двигатели могут повысить эффективность с сегодняшних 40 процентов до 60 процентов и более. Если это произойдет, дизель может остаться
соперник в небольших транспортных средствах на многие годы вперед, особенно если их выбросы сажи
можно правильно решить.

Кто изобрел дизельный двигатель?

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 эту идею 16 февраля 1862 года, но ему это не удается. собрать рабочую машину.
• 1876: Немецкий инженер Николаус Отто (1832–1891) строит первый успешный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
• 1878: шотландец Дугалд Клерк (1854–1932) разрабатывает двухтактный двигатель.
• 1880: 22 года,
  Рудольф Дизель переходит на работу к инженеру-холодильнику Карлу фон
  Линде (1842–1934), где он узнает о термодинамике (наука
  того, как движется тепло) и как работают двигатели.
• 1890: Дизель придумал, как улучшить двигатель внутреннего сгорания
  двигатель, использующий более высокое давление и температуру, для которого не требуется свеча зажигания.
• 1892: Дизель начинает патентовать свои идеи, чтобы другие не могли ими воспользоваться.

  Изображение: Оригинальный двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля, как он нарисовал его в своем патенте 1895 года.
  Цилиндр (1) находится вверху. 2) «Плунжер» (как называл его Дизель) прикреплен кривошипом и шатуном (3) к маховику (4). Шестерня, приводимая в движение маховиком (5), соединена с центробежным регулятором (6), который поддерживает постоянную скорость вращения двигателя (отключая подачу топлива, если двигатель работает слишком быстро, затем снова включая его, когда двигатель снова замедляется). Изображение 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.

• 1893: Дизель строит огромный стационарный двигатель, который работает в течение одной минуты самостоятельно.
  власти, 17 февраля 1894 г.
• 1895: 16 июля 1895 года в США выдан патент на дизельный двигатель.
• 1898: С помощью Дизеля в
  завод Адольфа Буша в Сент-Луисе, штат Миссури, США.
  (1839–1913), пивовар пива Budweiser.
• 1899: На заводе Diesel в Аугсбурге начинается производство дизельных двигателей.
  Дизель начинает лицензировать свои идеи другим фирмам и вскоре становится
  очень богатый.
• 1903: Petit Pierre, одно из первых дизельных судов, начинает работу на канале Марна-Рейн во Франции.
• 1912: MS Selandia, первое океанское дизельное судно, совершает свой первый рейс.
• 1913: Дизель умирает при загадочных обстоятельствах, по-видимому, выпав 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., строит один из первых успешных автомобилей с дизельным двигателем и демонстрирует его эффективность, проехав на нем из Индианаполиса в Нью-Йорк всего за 1,39 доллара. топлива.
• 1931: Компания Caterpillar произвела революцию в сельском хозяйстве, представив дизельный двигатель Sixty.
  свой 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.
  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 из них (номер 103) в годичное путешествие, чтобы продемонстрировать его ценность. Несомненно доказывая превосходство дизеля, это звучит похоронным звоном для паровозов.
• 1970-е годы: глобальный топливный кризис возродил интерес к использованию в автомобилях небольших экономичных дизельных двигателей.
• 1987: Всемирно известный корабль Queen Elizabeth 2 (QE2)
  был переоборудован девятью дизель-электрическими двигателями (каждый размером с двухэтажный автобус), что делало его самым мощным торговым судном с дизельным двигателем в то время.
• 2000: Peugeot представляет первые в мире сажевые фильтры (PF) для дизельных двигателей модели 607, заявляя о снижении выбросов сажи на 99 процентов.
• 2015: Volkswagen втянут в крупный глобальный скандал из-за систематического мошенничества в тестах на выбросы дизельных двигателей. Продажи дизельных автомобилей резко упали впервые за много лет.
• 2017: Volvo становится первым крупным автопроизводителем, отказавшимся от бензиновых и дизельных двигателей.
  с 2019 года все новые автомобили будут гибридными или полностью электрическими.

Узнайте больше

На этом сайте

• Биотопливо
• Карбюраторы
• Электрические и гибридные автомобили
• Двигатели (общий обзор тепловых двигателей)
• Бензиновые автомобильные двигатели
• История автомобилей

На других сайтах

• Форум дизельных технологий: отраслевая организация, продвигающая более чистые и эффективные дизельные двигатели.

Книги

Для читателей старшего возраста

• Справочник по дизельным двигателям Клауса Молленхауэра, Гельмута Чоке (ред.). Springer, 2010. Обширный сборник научных статей, посвященных истории и эксплуатации всех видов дизельных двигателей.
• Два главных двигателя глобализации: история и влияние дизельных двигателей и газовых турбин, Вацлав Смил. MIT Press, 2010. Увлекательный социальный анализ влияния дизельного двигателя на нашу жизнь.
• Биодизель: рост экономики новой энергии, Грег Пал. Chelsea Green, 2008. Всемирный обзор биодизеля, включая его историю, будущее и воздействие на окружающую среду.
• Дизельный двигатель Дэниела Дж. Холта (ред.). Общество автомобильных инженеров, 2004 г. Сборник технических документов, освещающих последние тенденции и разработки в области проектирования двигателей.
• Справочник по дизельным двигателям Бернарда Чаллена и Родики Баранеску. Butterworth-Heinemann, 1999. Подробное, хорошо иллюстрированное руководство по всем видам дизельных двигателей и их применению, охватывающее как дорожные, так и морские транспортные средства.
• Дизель: Человек и двигатель Мортона Гроссера. Дэвид и Чарльз, 1978 г. Если вы ищете простую биографию Дизеля, эта очень читаемая старая книга стоит поискать; довольно легко найти б/у. Первая часть представляет собой хронологический отчет о том, как Дизель разработал свой двигатель, в основном благодаря одержимости стремлением превзойти эффективность бензина и пара. Последние несколько глав (о состоянии мирового производства дизельного топлива) крайне устарели и не стоят того, чтобы их читать, но первые три четверти книги остаются совершенно актуальными.

Для младших читателей

• Car Science by Richard Hammond. DK, 2007. Это лучше всего подходит для детей в возрасте 9–12 лет, но будет интересно и читателям постарше. (Я работал одним из консультантов и авторов этой книги и очень рекомендую ее.)

Статьи

• Великобритания может запретить продажу бензиновых и дизельных автомобилей через 12 лет, сообщает Shapps by Jasper Jolly. The Guardian, 12 февраля 2020 г.
  Британское правительство предполагает, что оно может полностью запретить двигатели внутреннего сгорания чуть более чем через десять лет.
• Тесты на выбросы «невозможно обмануть» показывают, что почти все новые дизели все еще грязные Дэмиан Кэррингтон, The Guardian, 6 июня 2018 г. Новое исследование предполагает, что дизельные двигатели в подавляющем большинстве виноваты в загрязнении воздуха в городах.
• Насколько токсичен ваш
  выхлоп автомобиля? Том де Кастелла, BBC News, 17 октября 2017 г. Почему современные дизели грязнее, чем вы думаете, и почему европейские системы контроля выбросов, основанные на нереалистичных лабораторных испытаниях, не смогли сделать их такими чистыми, как мы ожидаем.
• Скандал с выбросами набирает обороты, и будущее дизельных двигателей в Европе выглядит шатким, Джек Юинг. Нью-Йорк Таймс. 25 июля 2017. Дизельные двигатели могут стать самыми большими жертвами скандала с Volkswagen.
• Дизельный двигатель на 120 Вацлава Смила. IEEE Спектр. 23 января 2017 г. Почему дизельные двигатели никуда не денутся.
• Как двигатель Рудольфа Дизеля изменил мир, Тим Харфорд, BBC News, 19 декабря 2016 г. Краткий отчет о жизни Дизеля (и неоднозначной смерти).
• Грязная правда о «Чистом дизеле» Тараса Греско. Нью-Йорк Таймс. Почему наша любовь к дизелям так ужасно испортилась?
• Затемнение будущего дизельного топлива в автомобилях, Конрад де Энлль. Нью-Йорк Таймс. 8 декабря 2015 г. Есть ли будущее у дизеля в легковых автомобилях?
• Дизельные автомобили: пора переходить на более чистое топливо? Ричард Андерсон, BBC News, 16 июля 2015 г. С точки зрения загрязнения и выбросов дизельные двигатели кажутся вредными для окружающей среды.
• Argonne Labs моделирует дизельный двигатель Филипа Э. Росса. IEEE Спектр. 2 октября 2014 г.
  Почему для моделирования того, что происходит внутри двигателя, нужен один из самых мощных в мире суперкомпьютеров?
• Являются ли газовые двигатели более эффективными, чем дизельные? Рекс Рой, Popular Mechanics, 22 ноября 2010 г.

Технические ссылки

• Рациональный тепловой двигатель Дизеля: лекция Рудольфа Дизеля. Издательство Progressive Age Publishing, 1897. Эта захватывающая стенограмма — отличное место для более глубокого технического понимания научных и инженерных мотивов Дизеля. Он точно описывает, чего он пытался достичь и как он это делал, кратко документирует историю своих экспериментов на сегодняшний день и включает некоторые сторонние тесты, подтверждающие эффективность его двигателя.

Патенты

• Патент США № 542 846: Метод и устройство для преобразования тепла в работу Рудольфа Дизеля, 16 июля 1895 г. Оригинальный дизельный двигатель, описанный самим изобретателем в одном из первых патентов.
• Патент США № 542846: Двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля, 9 августа 1898 г. Усовершенствованная версия двигателя Дизеля, описанная в чуть более позднем патенте.

Каталожные номера

1. ↑   Вы увидите множество вариантов этой цифры.