23 февраля 1893 г. — Рудольф Дизель получил патент на поршневой двигатель внутреннего сгорания, позже названный его именем

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.

Спектр топлива для дизельных двигателей весьма широк, сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения — рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определённым успехом работать и на сырой нефти.

В 1824 году Сади Карно формулирует идею цикла Карно, утверждая, что в максимально экономичной тепловой машине нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо «изменением объёма», то есть быстрым сжатием. В 1890 году Рудольф Дизель предложил свой способ практической реализации этого принципа. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1892 года, в 1893 году выпустил брошюру. Ещё несколько вариантов конструкции были им запатентованы позднее. После нескольких неудач первый практически применимый образец, названый Дизель-мотором, был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан. Дизель активно занялся продажей лицензий на новый двигатель. Несмотря на высокий КПД и удобство эксплуатации по сравнению с паровой машиной практическое применение такого двигателя было ограниченным: он уступал паровым машинам того времени по размерам и весу.

Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или лёгких нефтепродуктах. Интересно, что первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива — прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.

Инженер Экройд Стюарт ранее высказывал похожие идеи и в 1886 году построил действующий двигатель. Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя ёмкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода дополнительного тепла. Экройд Стюарт не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, то есть он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.

Независимо от Дизеля в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге инженером Густавом Тринклером был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», то есть дизельный двигатель в его современном виде с форкамерой, который назвали «Тринклер-мотором». При сопоставлении двигателей постройки «Дизель-мотора» и «Тринклер-мотора» русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более совершенной и перспективной. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным увеличение скорости вращения. «Тринклер-моторы» не имели воздушного компрессора, а подвод тепла в них был более постепенным и растянутым по времени по сравнению с двигателем Дизеля. Российская конструкция оказалась проще, надёжнее и перспективнее немецкой. Однако под давлением Нобелей и других обладателей лицензий Дизеля работы над двигателем в 1902 году были прекращены.

В 1898 г. Эммануэль Нобель приобрёл лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля. Двигатель приспособили для работы на нефти, а не на керосине. С 1899 г. Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизельных двигателей. В 1900 г на Всемирной выставке в Париже дизельный двигатель получил Гран-при, чему способствовало известие, что завод Нобеля в Петербурге наладил выпуск двигателей, работавших на сырой нефти. Этот двигатель получил в Европе название «русский дизель». Выдающийся русский инженер Аршаулов впервые построил и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции — с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха, работавший с бескомпрессорной форсункой.

В настоящее время для обозначения ДВС с воспламенением от сжатия используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», так как теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей этого типа. В дальнейшем около 20—30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива с воздушными компрессорами не позволяли применять дизельные двигатели в высокооборотных агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизельных двигателей на автотранспорте.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Он же создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки. Востребованный в таком виде высокооборотный дизельный двигатель стал пользоваться всё большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу карбюраторных двигателей позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях: с 50-х — 60-х годов XX века дизельный двигатель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилей, не только из-за их экономичности и долговечности, но также из-за меньшей токсичности выбросов в атмосферу. Все ведущие европейские производители автомобилей в настоящее время имеют модели с дизельным двигателем.

Дизельные двигатели применяются также на железной дороге. Локомотивы, использующие дизельный двигатель — тепловозы — являются основным видом локомотивов на неэлектрифицированных участках, дополняя электровозы за счёт автономности. Тепловозы перевозят до 40 % грузов и пассажиров в России, они выполняют 98 % маневровой работы. Существуют также одиночные автомотрисы, дрезины и мотовозы, которые повсеместно используются на электрифицированных и неэлектрифицированных участках для обслуживания и ремонта пути и объектов инфраструктуры. Иногда автомотрисы и небольшие дизель-поезда называют рельсовыми автобусами.

В России в 2007 году почти весь грузовой автотранспорт и автобусный парк работал на дизельном двигателе и только незначительная часть грузовиков и средних автобусов на бензиновом двигателе.

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННЫЙ
ПРОЕКТ

Сравнение характеристик двигателей внутреннего сгорания

в

Тобольск,
2014

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность
исследования. Нередко два
одинаковых внешне автомобиля абсолютно по-разному ведут себя в эксплуатации. И
тут у многих автомобилистов возникает принципиальный вопрос: какой тип
двигателя — бензиновый или дизельный — предпочесть. Бензин вроде бы привычнее,
с другой стороны, цены на стелах АЗС на дизельное топливо выглядят
привлекательнее. Чем дизельный двигатель лучше бензинового? На этот вопрос мы
попытались найти ответ в своей работе.

Цель
работы:
сбор, оформление и представление информации в сравнении ДВС дизельного и
карбюраторного.

Задачи:

1.     Изучить
историю и принцип работы ДВС с использованием разных средств информации.

2.     Подобрать
анимации по принципу работы ДВС.

3.     Провести
анализ собранных фактов, сравнить преимущества и недостатки.

4.     Сделать
выводы.

5.    
Подготовить доклад на научную конференцию.

Проектным продуктом будет:
отчет о собранной информации и электронная презентация с элементами анимации и
видео.

Основная
часть

1.1    Понятие
о тепловых двигателях. Классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигателями
называют машины, преобразующие один из видов энергии (тепловой,
электрической, гидравлической и др.) в механическую работу. Тепловые двигатели
преобразуют в механическую работу тепловую энергию. К ним относятся паровые
машины, паровые и газовые турбины и ДВС.

В ДВС рабочее тело
получается непосредственно в цилиндрах двигателя, что существенно снижает
тепловые потери. Поэтому ДВС отличается от других тепловых двигателей не только
большей экономичностью, но и простотой конструкции и компактностью.

Современные ДВС
классифицируют по следующим основным признакам:

1)               
По
способу осуществления рабочего цикла – двухтактные или четырёхтактные.
В двухтактных двигателях рабочий цикл завершается за один оборот коленчатого
вала (или за два хода поршня), а в четырёхтактных – за два оборота коленчатого
вала (или за четыре хода поршня).

2)               
По
способу действия – простого и двойного действия.

В двигателях простого действия рабочий
цикл совершается в верхней части цилиндра – над поршнем (см рис. 2, а, б), в
двигателях двойного действия рабочий цикл происходит попеременно в верхней и
нижней частях цилиндра. Дизели двойного действия широкого распространения не
получили, так как сложны по конструкции и в эксплуатации. В настоящее время
используются дизели с противоположно движущимися поршнями (рис в-е), у которых
в каждом цилиндре работают два поршня, движущихся навстречу друг другу и
образующих при этом в центре цилиндра между днищами поршней одну общую камеру
сгорания. От верхнего и нижнего поршней мощность может передаваться на один
нижний коленчатый вал или на отдельные нижний и верхний коленчатые валы. Обычно
от верхнего поршня мощность передается через зубчатую передачу на нижний вал,
который соединен с электрогенератором.

3)               
По
роду применяемого топлива – работающее на легком топливе (бензине,
керосине, лигроине, газойле, солярном масле, дизельном топливе), на тяжелом
(моторном мазуте), на газообразном (природном или генераторном газе), на
смешанном (при работе на газообразном топливе для воспламенения используется
жидкое топливо).

4)               
По
способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом – дизели без
наддува и с наддувом.  У дизелей без наддува воздух всасывается рабочим поршнем
(в четырехтактном двигателе) или поступает из продувочного насоса двухтактного
дизеля при давлении, превышающем атмосферное на (14,7/39,2) * 10 в 3 степени
Н/м в квадрате (0,15-0,40 кгс/см в квадрате).

Рис. 1.1
Классификация двигателей по способу действия

У
дизелей с наддувом воздух подается в цилиндр принудительно, под давлением из
продувочного сжатия воздуха в цилиндре, и с принудительным воспламенением
горючей смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели).

5)               
По
способу смесеобразования – с внутренним и с внешним
смесеобразованием. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизели) топливо
подается в цилиндр в распыленном виде и смешивается внутри него с воздухом. У
двигателей с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели)
смесь легкого или газообразного топлива с воздухом подготовляется для подачи в
рабочий цилиндр двигателя.

6)               
По
конструктивному исполнению – тронковые и крейцкопфные. В тронковых
двигателях нормальная составляющая N силы давления p газов на
поршень воспринимается боковой поверхностью цилиндра. Чтобы давление на эту
поверхность было допустимым увеличивают длину направляющей части поршня –
тронка. В крейцкопфных двигателях роль направляющей выполняют ползуны
крейцкопфа, перемещаемые по параллелям дизеля. Современные четырехтактные
дизели выполняются преимущественно тронковыми, а двухтактные – крейцкопфные.

7)               
По
расположению цилиндров в одной – однорядные с расположением
цилиндром в одной плоскости и многорядные с параллельным, V, W и X –
образными и другим расположением цилиндров

8)               
По
числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые (рис.1.2)

Рис.1.2 Классификация двигателей по
расположению цилиндров

2    История
создания, принцип работы

2.1                    
Четырёхтактный
двигатель внутреннего сгорания

Четырёхтактный
двигатель впервые был запатентован англичанином Алфоном Дэ-Рош в 1861 году. До
этого около 1854-1857 годов 2 итальянца: Евгенио Барсанте и Феличе Мототци
изобрели двигатель который по имеющийся информации мог быть очень похож на
четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, однако тот патент был утерян.
Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий
инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип известен в основном
как цикл Отто. А четырёхтактный двигатель использующий свечи зажигания в
системе зажигания часто называется двигателем Отто.  

Общее
устройство и работа ДВС. Почти на всех современных
автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего
сгорания (ДВС)

Рис
2.1.1 Внешний вид двигателя внутреннего сгорания

В
основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием
давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в
дальнейшем рабочей.  При этом горит не само топливо. Горят только его
пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если
поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А
если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на
эту стенку  будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать
стенку.  

Заметим,
что в ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на
полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет
всего 20 %. ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух
механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также из следующих
систем: 

·                    
питания;

·                    
выпуска отработавших газов;

·                    
зажигания;

·                    
охлаждения;

·                    
смазки.

Основные
детали ДВС:

·                    
головка блока цилиндров;

·                    
цилиндры;

·                    
поршни;

·                    
поршневые кольца;

·                    
поршневые пальцы;

·                    
шатуны;

·                    
коленчатый вал;

·                    
маховик;

·                    
распределительный вал с кулачками;

·                    
клапаны;

·                    
свечи зажигания.

Большинство
современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми
двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью
цилиндрами (рис. 2.1.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше
потребление топлива. Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на
примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из
цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная
головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий
из головки и юбки (рис. 2.1.3). На поршне есть канавки, в которых установлены
поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не
давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под
поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в
пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности
цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два
вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные
(препятствующие попаданию масла в камеру сгорания)

 .  

 Рис. 2.1.2 Схемы расположения
цилиндров в двигателях различной компоновки: а — четырехцилиндровые; б
— шестицилиндровые; в — двенадцати цилиндровые (α — угол развала) 

Смесь
бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в
цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая
и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия
превращается в механическую. 

 Рис.2.1.3. Поршень с шатуном:  1 — шатун в сборе; 2 — крышка
шатуна;3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун;
7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 —
маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца

Далее
следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с
помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала,
который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя

Рис
2. 1.4  Коленчатый вал с маховиком: 1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш
шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов
крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных
подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника 

В
результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун
происходит вращение коленчатого вала. 
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в
цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать
движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где
поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней
мертвой точкой (НМТ). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до
НМТ) называется ходом поршня.  Когда поршень перемещается сверху вниз (от
ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального.
Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера
сгорания.   А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют
рабочим объемом цилиндра. В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров
двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя.
Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания
в момент нахождения поршня в НМТ. 

Важной
характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как
отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия
показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливовоздушная
смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень
сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом
определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет
на токсичность отработавших газов.  Мощность двигателя измеряется в
киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна
примерно 0,735 кВт. Работа двигателя внутреннего сгорания основана на
использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре
топливовоздушной смеси.  

В
бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания в
дизельных — от сжатия. 

 
 Рис.2.1.5 Свеча зажигания

При
работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в
момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время
замедляется.   Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу,
выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см.
рис. 2.1.4 ). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. А сейчас
поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.  Повторим,
первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем)
топливовоздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор.

Этот
процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя
топливовоздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения
движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной
и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее
сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих
каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это
подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой
закрывается вход из канала в цилиндр. При этом шляпка прижимается к кромке
канала мощной пружиной и закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый
гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется
(рис. 2.1.6). 

 Первый
такт — впуск  Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом
впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр
заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то
есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с
вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение
кривошипа, а, следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за
первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) колен вал
проворачивается на пол-оборота.  

Второй
такт — сжатие. После того как топливовоздушная смесь, приготовленная карбюратором
или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за
ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей. 

Теперь
наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало
некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень
начинает движение снизу-вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к
головке цилиндра (см. рис. 2.1.6). Однако, стереть в порошок эту смесь ему не
удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее
пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый
вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ,
всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера
сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а
температура достигает 450–500 °С. 

Третий
такт — рабочий ход Третий такт — самый ответственный момент,
когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а
на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью
искры свечи зажигания

Рис.2.1.6   Процесс
работы четырехтактного двигателя

Давление
от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает двигаться вниз (от
ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Рабочая смесь
сгорает с выделением большого количества тепла, давление в цилиндре резко
возрастает, и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение
через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается
до 1800–2000 °С, а давление — до 2,5–3,0 МПа.

Рис. 2.1.7 Искра между электродами свечи

Обратите
внимание, что главная цель создания самого двигателя — это как раз и есть
третий такт (рабочий ход). Поэтому остальные такты называют
вспомогательными. 

Четвертый
такт — выпуск во время этого процесса впускной клапан закрыт, а выпускной открыт.
Поршень, перемещаясь снизу-вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в
цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной
клапан в выпускной канал (трубопровод). Далее через систему выпуска
отработавших газов, наиболее известная часть которой — глушитель, отработавшие
газы уходят в атмосферу

Рис. 2.1.8Фрагмент глушителя

Все
четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая
его непрерывную работу, и называются рабочим циклом. Рабочий цикл дизельного
двигателя имеет некоторые отличия от рабочего цикла бензинового. В нем во время
такта впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух.   Во
время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце первого такта, когда
поршень приближается к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку,
ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, — под большим давлением
впрыскивается дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы
топлива быстро сгорают.   При этом выделяется большое количество тепла и
температура в цилиндре повышается до 1700–2000 °С, а давление — до 7–8
МПа.   Под действием давления газов поршень перемещается вниз, и происходит
рабочий ход. Такт выпуска дизельного двигателя аналогичен такту выпуска
бензинового двигателя.   Вспомогательные такты (первый, второй и
четвертый) совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного
массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя — маховика, о
котором также шла речь выше. Кроме обеспечения равномерного вращения
коленчатого вала, маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в
цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать
кратковременные перегрузки, например, при движении автомобиля с места. На ободе
маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Во время
третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал
передает запас инерции маховику. Инерция помогает ему осуществлять
вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. Из этого следует, что при
тактах впуска, сжатия и выпуска поршень ходит в цилиндре именно за счет
энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы
цилиндров устанавливается таким образом, чтобы рабочий ход хотя бы одного
поршня помогал осуществлять вспомогательные такты и плюс ко всему вращал
маховик.   А теперь подведем итоги: совокупность последовательных
процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и
обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом. Рабочий цикл
четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых
происходит за  один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный
рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.   Порядок
работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя: 1-3-4-2. Пятицилиндрового, как
правило, — 1-2-4-3-5.

2.2                    
Дизельный
ДВС

Дизельный
двигатель был создан великим инженером-изобретателем Рудольфом Дизелем в 1897
году. В 1890 году он выдвинул теорию «экономичного термического двигателя»,
которая предполагала изобретение эффективного мотора по принципу воспламенения
от сжатия в цилиндрах. Первый патент на изобретение Дизель получил в 1893 году.
В качестве топлива ученый предполагал использовать каменноугольную пыль,
однако, из-за ряда существенных недостатков это стало невозможным. Реальным
видом топлива явились тяжелые нефтяные фракции.

До
Рудольфа Дизеля идеи создания силового агрегата с подобным принципом работы
были высказаны инженером Экройдом Стюардом, однако, патент вследствие
выдвинутой теории получил Дизель. Именно поэтому мы и называем такие моторы
«дизелями», «дизельными двигателями». В 1898 году инженер Путиловского завода
Санкт-Петербурга Густав Тринклер построил нефтяной двигатель высокого давления,
он был бескомпрессорным (современный вид — с форкамерой). Как оказалось, он
имеет более простую конструкцию и оказался надежнее своего аналога. Однако,
основой для современных моторов с воспламенением от сжатия явилось все же
изобретение Рудольфа Дизеля.

Первые
несколько десятилетий дизели устанавливались
лишь на морские суда. На автомобильном транспорте они стали применяться с более
усовершенствованными системой впрыска топлива, скоростью вращения.

Первые
испытания сконструированного образца дизельного двигателя случились в 1893
году, однако, они не увенчались успехом, а сам изобретатель в ходе эксперимента
из-за произошедшей аварии едва не погиб. В последующие несколько лет Дизель
построил еще несколько моделей, которые работали на мазуте и керосине.

В
начале 1900-х годов дизельный двигатель был установлен на корабле, а через
какое-то время — и на локомотиве. В 20-е гг. инженером из Германии Робертом
Бошем был модернизирован топливный насос высокого давления двигателя, теперь
вместо воздушного компрессора применялась гидравлическая система нагнетания и
впрыска топлива, которая позволяла увеличить скорость вращения. Популярность
такого механизма очень быстро росла и уже к 50-м гг. большинство грузового и
пассажирского транспорта оснащалось таким видом движков. Они оказались более
экономичными, а также приемлемыми с точки зрения экологии (выбрасывали меньшее
количество токсичных веществ).

Принцип
работы дизельного двигателя немного отличается от
принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование
происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление
смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным
отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе
воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит
самовоспламенение.

Теперь
разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:

Такт впуска.1 –
впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

За первый такт,
поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан
1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре,
вовнутрь устремляется порция воздуха.

Такт сжатия. На этом
этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается
из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура
воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.

Такт расширение.
Рабочий ход.

При достижении
поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через
форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается
порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим
воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко
повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и
давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой
точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800
градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.

Такт выпуска.

Выпускной клапан 2
открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление
опускаются до 500 градусов и 0. 1 МПа.

Далее рабочие
циклы повторяются.

2.3. Сравнение дизельного
и четырехтактного ДВС

Какой
двигатель выбрать — бензиновый или дизельный??? Однозначно ответить на этот
вопрос невозможно. Рассмотрим факторы, от которых зависит принятие правильного
решения.

Если
автомобиль оборудован дизельным двигателем, то в процессе эксплуатации будут
значительно сэкономлены средства за счет более низкой стоимости топлива и его
меньшего расхода. Чем объясняется меньший расход топлива? У дизельного
двигателя легкового автомобиля степень сжатия находится в пределах 20—22
единицы по сравнению с 9 -10 у бензиновых двигателей, что обеспечивает более
высокий КПД. Кроме того, у дизеля регулирование рабочей смеси в основном
качественное, т.е. вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала и
нагрузки в цилиндры подается практически одинаковое количество воздуха, а
количество используемого топлива увеличивается с нагрузкой. Но даже при полной
мощности масса впрыскиваемого топлива в 1,5— 1,7 раза меньше, чем у бензинового
двигателя такого же рабочего объема. Это означает, что действительная степень
сжатия, т. е. давление и температура конца сжатия, не зависит от нагрузки, а
рабочая смесь по сравнению с бензиновым двигателем всегда очень бедная. Эти
факторы обеспечивают дизелю высокую эффективность сгорания и последующего
расширения и на частичных нагрузочных режимах. В условиях эксплуатации
стабильность мощностных показателей и расхода топлива зависит в первую очередь
от сопротивления воздухоочистителя, которое влияет на наполнение цилиндров
воздухом (в том числе и двигателей с турбонаддувом), угла опережения впрыска
топлива, давления начала подъема иглы форсунки (давления начала впрыска),
качества распыла топлива форсунками, а также от характера (закона) подачи
топлива топливным насосом высокого давления. Следует отметить, что стабильность
регулировочных параметров системы подачи топлива у дизельных двигателей выше,
чем у бензиновых. Однако в процессе эксплуатации нужно строго контролировать
качество очистки воздуха и топлива, а также исключить возможность перегрева двигателя,
что незамедлительно повлияет на работу форсунок и поршневой группы.

Дизельные
двигатели более долговечны, чем бензиновые, что объясняется более прочным и
жестким выполнением блока цилиндров, коленчатого вала, деталей
цилиндро-поршневой группы, головки блока цилиндров и применением дизельного
топлива, которое в отличие от бензина в известной степени также является
смазочным материалом. К недостаткам дизельных Двигателей следует отнести
большую массу, меньшую литровую мощность, повышенный шум из-за высокого
давления сгорания и затрудненный пуск при отрицательных температурах
окружающего воздуха, особенно у автомобилей прошедших 100 000 км и более. В
процессе эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса высокого
давления, нарушается герметичность посадки иглы форсунки, что приводит на
низких оборотах при пуске (70—90 оборотов в минуту) к плохому распылению шва. В
то же время в результате появившегося износа цилиндропоршневой группы на такой
частоте вращения заметно увеличивается прорыв сжимаемого воздуха в картер, а
значит, давление и температура не достигают значений, необходимых для
воспламенения распыленного топлива. Тем не менее существуют достаточно простые
уст­ройства, которые резко улучшают запуск дизелей при низких температурах, в
том числе теплообменное устройство, устанавливаемое на период зимней
эксплуатации во впускной коллектор. Опыт эксплуатации дизельных двигателей
позволяет сделать вывод, что рассмотренные выше изменения, которые происходят в
топливной аппаратуре и цилиндропоршневой группе, почти не вызывают снижения
мощности и увеличения расхода топлива. Двигатели подвергаются ремонту, главным
образом, из-за повышения расхода смазочного масла, что можно легко определить
по доливу и появлению голубого дыма, который образуется из-за сгорания масла.

Бензиновые
двигатели имеют более высокую частоту вращения, большую литровую мощность, шум
и вибрации более низкие. Регулирование горючей смеси в них, главным образом,
количественное. Поэтому на малой и средней мощностях (двигатели легковых
автомобилей работают в основном в этих режимах), действительная степень сжатия
— низкая, т. е. в результате дросселирования на впуске и частичного наполнения
цилиндра вместо давления сжатия, например, 2,5 МПа на полной мощности, смесь
сжимается до 1,0 МПа. Отсюда — низкая эффективность сгорания и последующего
расширения, а значит, и большой расход топлива.

Таким
образом, если при номинальных мощностях эффективный КПД бензинового двигателя
на 20% ниже, чем у дизеля, то на частичных режимах разрыв увеличивается до 40%
и более. Это подтверждается многочисленными сравнительными эксплуатационными
испытаниями автомобилей с дизельными и бензиновыми двигателями одинаковой
мощности. Снижение расхода топлива на 100 км пути в зависимости от условий
движения (в городе или на магистралях) составляет 25—50%. Что касается
токсичности отработанных газов, то проведенное за последнее десятилетие
усовершенствование бензиновых двигателей, включая управляемый поршневым
процессором прямой впрыск форсунками, значительно улучшило этот показатель.
Однако многие специалисты ведущих автомобильных компаний, например фирмы
Volkswagen, считают, что в условиях повышенных требований к защите окружающей
среды и расходу топлива дизели остаются наиболее перспективными двигателями.

Преимущества
дизельных ДВС:

— экономичность, расход топлива при том же
объеме и мощности меньше на 15-25%;

 -меньшая стоимость топлива;

— хорошая тяга на низких оборотах,
дизельный двигатель удобен для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;

— отсутствие свечей зажигания, проводов,
трамблёров.

Преимущества
бензиновых ДВС

— низкий уровень шума и вибраций;

— большая литровая мощность;

— способен работать на высоких оборотах,
без последствий для двигателя. 

Недостатки
дизельных ДВС

— низкая динамика разгона больший шум и
вибрация;

— чувствительная топливная система,
особенно к нашему топливу, может не завестись при сильном морозе;

— не терпит высоких оборотов, и как
следствие высоких скоростей;

— большая масса, меньшая литровая
мощность;

— чаще замена масла и фильтров, масло
необходимо более высокого качества;

— для запуска дизельного двигателя
необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость.  

Недостатки
бензиновых ДВС

— больший чем у дизеля расход топлива; 

— наличие системы зажигания; 

— наибольшая мощность достигается в
небольшом диапазоне оборотов например с 3500 до 4000, правда у новых бензиновых
двигателей диапазон более широкий и ровный, за счет изменения фаз
газораспределения, применения непосредственного впрыска.

Заключение

Так что же все-таки лучше, бензиновый или дизельный двигатель?
Вечный вопрос и проблема выбора образовала из общей массы автолюбителей два
противостоящих друг другу лагеря, которые не щадя своих сил, убеждают своих знакомых
и друзей, тех, кто еще не приобрел автомобиль, но собирается это сделать в
правильности того или иного выбора. У каждого двигателя имеются как свои
преимущества, так и недостатки. Подведем итоги.

Дизель 

Бензин 

Вопрос
о выборе ДВС остается актуальным на сегодняшний день. Право выбора за автомобилистами.

Библиографический
список:

1.    
Ваншейдт, В.А. Дизели [Текст]:
Справочник. – Изд., 3-е, перераб. и допол. В.А. Ваншейдт, Н.Н. Иванченко – Л.,
«Машиностроение» , 1977. – 480 с.

2.    
Кане, А.Б. Судовые двигатели
внутреннего сгорания [Текст]: Учебник.-3-е изд./ Кане  А.Б – Л: Судостроение,
1982 .– 288 с.

3.    
Кузнецов, А.С. Ремонт
двигателя внутреннего сгорания [Текст]: учеб. пособие/ А.С. Кузнецов – М:
Издательский центр «Академия», 2011. – 64 с.

4.     Сайт для автомобилистов. Режим доступа  http://diesel-ural.ru

5.     Сайт для автомобилистов. Режим доступа : http://www.autopeople.ru

6.    
Трофименко, А.С. Автослесарь.
Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: учебное
пособие/ А.С. Трофименко – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 576 с.

Работа дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Система питания дизельного двигателя. Особенности конструкции дизельного двигателя

История дизеля начинается почти с изобретения бензинового двигателя. Николаус Август Отто изобрел и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году, который использовал принцип четырёхтактного сгорания, также известный на западе как «цикл Отто
«, и это основная предпосылка для большинства автомобильных двигателей сегодня. В своей ранней стадии, однако, бензиновый двигатель был крайне неэффективным в своей работе, поэтому в те времена ещё долгое время широко использовался паровой двигатель для транспортировки всего, что было нужно транспортировать. Главным недостатком в работе обоих двигателей было то, что они эффективно использовали только около 10 процентов топлива из всего поступающего топлива в эти типы двигателей. Остальная часть просто превращалась в бесполезное тепло, а бензин выходил с выхлопом не сгоревшим.

Дизельный двигатель Porsche Cayenne S 2013 модельного года

Уже через 2 года — в 1878 году — Рудольф Дизель во время посещения политехнической средней школы в Германии (эквивалент инженерного университета в России) узнал о низкой эффективности работы бензиновых и паровых двигателей. Эта тревожная информация вдохновила его на создание двигателя, который мог бы работать с более высокой эффективностью, и он посвятил бóльшую часть своего времени на развитие такой технологии, которая бы позволила расходовать природные ресурсы нашей планеты гораздо эффективнее. И вот, наконец, только к 1892 году Дизель получил патент за то, что мы сегодня называем дизельным двигателем.

Рудольф Дизель и изобретённый им дизельный двигатель

Но если дизельные двигатели работают настолько эффективно, почему бы нам не использовать их чаще? Почему бы нам, в конце концов, не использовать только их? Вы можете увидеть слова «дизель», «солярка» и подумать о здоровенных грузовых автомобилях, извергающих из длинной выхлопной трубы чёрный, закопчённый дым при работе двигателями и создавая при этом довольно громкий гремящий шум. Этот негативный образ дизельных грузовиков сделал дизель менее привлекательным для обычных водителей в нашей стране, хотя дизель отлично подходит для перевозки крупных партий на большие расстояния, он практически никогда не был лучшим выбором для легковых автомобилей. Тем не менее, на сегодняшний день ситуация начинает меняться, и дизелем комплектуются даже заряженные версии легковых авто и изредка даже спортивные машины , так как современные технологии значительно улучшили дизельный двигатель, сделав его намного чище (экологичнее) и менее шумным.

А это дизельный двигатель большого теплохода мощностью около 10 000 лошадиных сил

Объясняя, как работает дизельный двигатель, мы будем опираться на то, что Вы уже знаете, как работает бензиновый четырёхтактный двигатель. Поэтому, если Вы ещё не сделали этого, Вам, вероятно, будет лучше прочитать сначала , чтобы получить ряд знаний и азов по основам двигателя внутреннего сгорания.

Дизель против бензина

В теории дизельный и бензиновый двигатели очень похожи. Они оба являются двигателями внутреннего сгорания, предназначенными для преобразования химической энергии топлива в доступную для дальнейшего движения автомобиля механическую энергию. Эта механическая энергия получается за счёт движения поршней вверх и вниз внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны, а сам коленвал имеет форму зигзага — получается, что линейное движение поршней создаёт вращательное движение коленвала, необходимое, чтобы повернуть колёса автомобиля и привести его (авто) в движение.

При этом, и дизельный, и бензиновый двигатели превращают топливо в механическую энергию через серию небольших взрывов, которые выталкивают поршни, заставляя их двигаться. Основное различие между дизелем и бензиновым «движком» заключается в том, что провоцирует эти взрывы. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается поршнями и возгорается от искры, которая появляется от свечей зажигания. В дизельном двигателе, однако, сначала поршнем сжимается воздух, и только затем топливо впрыскивается. Так как воздух нагревается, когда он сжимается, топливо воспламеняется.

Как работает дизельный двигатель?

Анимация ниже показывает, как работает дизельный двигатель, в действии — также 4 цикла работы. Вы можете сравнить его с анимацией работы бензинового двигателя и увидеть различия.

Дизельный двигатель использует четырёхтактный цикл сгорания:

1. Такт впуска
   — когда открывается впускной клапан, впуская воздух. В это время поршень движется вниз, засасывая воздух.
2. Такт сжатия
   — поршень движется вверх и сжимает воздух, которому некуда деваться, так как впускной клапан закрылся.
3. Такт воспламенения
   — когда поршень достигает вершины (верхней мёртвой точки, ВМТ), топливо впрыскивается в нужное время и воспламеняется, сильно толкая поршень вниз.
4. Такт выпуска отработавших газов
   — поршень снова движется вверх, выталкивая выхлопные газы, созданные при сгорании топливо-воздушной смеси, из выпускного клапана.

Вот все 4 цикла работы дизельного двигателя, но ещё проще:

Следует помнить, что дизельный двигатель, в отличие от бензинового, не имеет свеч зажигания, а также впускает в цилиндры сначала воздух, а затем солярку (в цилиндры бензинового двигателя топливо-воздушная смесь поступает уже готовой). Именно тепло сжатого воздуха зажигает топливо в дизельном двигателе.

Интересный момент: при своей работе топливо-воздушная смесь в дизельном двигателе сжимается гораздо сильнее, чем в бензиновом — если бензиновый двигатель сжимает топливо и воздух в соотношении от 8:1 до 12:1, то дизельный двигатель сжимает воздух в соотношении от 14:1 до более, чем 25:1.

Инжектор (форсунки) в дизеле

Одна большая разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в процессе впрыска топлива. Большинство автомобильных двигателей используют инжектор для этого (или в редких уже на сегодняшний день случаях карбюратор). Инжектор впрыскивает топливо непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра). Карбюратор смешивает воздух и топливо задолго до того, как воздух поступает в цилиндр. В двигателе автомобиля, таким образом, все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается поршнем. Сжатие топливо-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если сжать слишком много воздуха, то смесь топлива и воздуха спонтанно воспламенится и испортит двигатель, так как такт воспламенения начнётся раньше того момента, когда поршень достигнет верхней точки.

Дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива
— дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр уже после того, как туда попадёт воздух. Инжектор или, как правильнее, топливные форсунки
в дизельном двигателе является наиболее сложным компонентом и, нужно отметить, предметом большой доли экспериментов — в каждом конкретном двигателе инжектор может быть расположен в самых различных, а иногда и неожиданных местах. Инжектор должен быть способен выдерживать температуру и давление, которое создаётся внутри цилиндра, а ещё он должен смочь доставить топливо в виде мелкодисперсного тумана. Сделать так, чтобы этот туман, попадая в цилиндр, равномерно распределялся по нему, является большой проблемой, вот почему ряд дизельных двигателей используют специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания или другие устройства, чтобы создать завихрение воздуха в камере сгорания или иначе улучшить процесс зажигания и горения.

Работа топливной форсунки

Некоторые дизельные двигатели всё же содержат свечу. Когда дизельный двигатель холодный, процесс сжатия может не поднять до достаточно высокой температуры для воспламенения топлива сжатый воздух. Специальная свеча накаливания
в дизеле по сути является проводом для электрического подогрева (представьте горячие проводки, которые Вы видели в тостере), который нагревает камеру сгорания и повышает, тем самым, температуру воздуха, когда двигатель холодный, так чтобы двигатель мог завестись.

Все функции в современном дизельном двигателе контролируются компьютером и продуманным набором датчиков, измеряющих практически всё: от оборотов коленчатого вала до системы охлаждения двигателя и температуры масла и даже положение двигателя относительно горизонта. Свечи накаливания используются редко сегодня на более мощных двигателях. Вместо них используются другие технологии, самая распространённая из которых — это более сильное сжатие воздуха (для большего нагрева) и более поздний впрыск топлива.

Тем не менее, в ряде дизельных двигателей не представляется возможным решить проблему запуска в холодную погоду указанным выше способом. Кроме того, есть двигатели, которые не имеют такие продвинутые технологии управления компьютером. Потому использование свечей накаливания для двух случаев выше решает проблему холодного запуска.

Дизельное топливо

Любое нефтяное топливо берёт своё начало из сырой нефти, которая, естественно, добывается из земли. Далее сырая нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах и может быть разделена на несколько разных видов топлива, в том числе бензин, реактивное топливо, керосин и, конечно же, дизельное топливо (солярку).

Если Вы хоть раз пытались сравнить дизельное топливо и бензин, то Вы знаете, что они сильно разные. Даже их запах сильно отличается. Дизельное топливо тяжелее и более жирное. Оно испаряется значительно медленнее, чем бензин, а температура его кипения на самом деле выше, чем температура кипения воды. Вы, вероятно, часто слышали, что дизельное топливо называют «соляркой» — это потому что оно такое жирное (есть такое вещество — соляровое масло, и его раньше часто сравнивали с дизельным топливом).

Дизельное топливо испаряется медленнее, потому что оно тяжелее. Оно содержит больше углеродоатомов в длинных цепочках, чем бензин (бензин, как правило, имеет химическую формулу C9h30 (но может иметь и другую в зависимости от марки, октанового числа и т.п.), в то время как дизельное топливо, как правило, характеризуется формулой C14h40
). Требуется меньшее время и количество этапов переработки для создания дизельного топлива, и поэтому оно как бы должно быть дешевле, чем бензин. Но в последние годы, однако, спрос на дизель поднялся по нескольким разным причинам, в том числе из-за повышенной индустриализации и строительства в нашей стране, и потому на сегодняшний день дизельное топливо стоит дороже бензина.

Дизельное топливо имеет более высокую так называемую плотность энергии
, чем бензин. В среднем, 1 галлон (3,8 л) дизельного топлива содержит около 155×10 6 джоулей энергии, в то время как 1 галлон бензина содержит 132×10 6 джоулей. Это, в сочетании с повышенной эффективностью дизельных двигателей за счёт большей степени сжатия, объясняет, почему дизельные двигатели расходуют намного меньше топлива, нежели эквивалентные им бензиновые двигатели.

Дизельное топливо используется для питания широкого спектра транспортных средств и другой техники. Сюда, прежде всего, нужно включить, конечно же, дизельные грузовики, которые Вы видите крейсерящими по шоссе, но также дизель помогает двигаться лодкам, школьным автобусам, поездам, кранам, сельскохозяйственному оборудованию и тракторам, генераторам электричества и многой-многой другой технике. Подумайте о том, насколько важен дизель в экономике — без высокой эффективности дизельного топлива строительная индустрия и сельскохозяйственные предприятия страдали бы от требуемых инвестиций в топлива с низким энергопотреблением и эффективностью. Около 94 процентов грузов во всём мире — будь то отправленные грузовиками, поездами или кораблями — доставляются в конечные точки именно за счёт дизельного топлива.

Улучшение дизельного двигателя и дизельного топлива

С точки зрения окружающей среды дизель имеет и плюсы, и минусы. Плюс — дизель испускает очень небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа — выбросов, более всего приводящих к глобальному потеплению. Минус — большие количества соединений азота и твёрдых частиц (сажи) высвобождаются во время сжигания дизельного топлива, что приводит к выпадению кислотных дождей, смогу и неудовлетворительному состоянию здоровья.

Во время большого нефтяного кризиса в 1970-х годах, европейские автомобильные компании начали рекламировать дизельные двигатели для коммерческого использования в качестве альтернативы бензину. Однако, те, кто попробовал их, были разочарованы — двигатели были очень громкими, и, когда потребители дизеля осматривали свои машины, то могли обнаружить их покрытыми чёрной копотью — той же сажи, ответственной за смог в больших городах.

За последние 30 до 40 лет, однако, огромные улучшения были сделаны в работе дизельного двигателя и чистоты дизельного топлива. Прямые впрыскивающие устройства в настоящее время контролируются передовыми компьютерами, которые контролируют сгорание топлива, повышение эффективности сокращения выбросов. Гораздо лучше рафинированные виды дизельного топлива, такие как дизтопливо с ультра низким содержанием серы в топливе (ULSD) снижает количество вредных выбросов. А модернизации двигателей, чтобы сделать их совместимыми с чистым топливом, становятся простой задачей. Другие технологии, такие как фильтры твёрдых частиц и каталитические нейтрализаторы, сжигают сажу и сокращают выбросы твёрдых частиц, оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. Постоянно совершенствуя стандарты для экологически чистого топлива, Европейский Союз также будет толкать автоотрасль работать усерднее над снижением выбросов.

Вы может также слышали такой термин как «биодизель
«. Это то же самое, что дизельное топливо? Биодизель является альтернативой или добавкой к дизельному топливу, которая может использоваться в дизельных двигателях практически без модернизации самих двигателей. При этом, как видно из названия, биодизель изготавливается не из нефти, вместо этого он приходит к нам из растительных масел или животных жиров, которые были химически изменены. Интересный факт: сам Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.

Биодизель может быть использован либо в сочетании с обычным дизельным топливом, либо полностью самостоятельно. Вы можете прочитать больше об альтернативных видах топлива

Французский ученый С. Карно в 1824 году создал основы термодинамики. В этой работе он, в числе многого другого, утверждал, что заставить тепловую машину работать наиболее экономично можно, доводя рабочее тело до температуры вспышки топлива сжатием. Фактически он сформулировал принцип, на котором работают дизельные двигатели. Оставалось только взять и сделать такой двигатель. Но этого пришлось ждать еще несколько десятков лет.

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на первый двигатель (показан на рисунке), работающий на сжатии воздуха до температуры вспышки. В 1987 году первый «дизель-мотор» (так немцы называют двигатель с воспламенением от сжатия) заработал и доказал свою эффективность.

По сравнению с «отто-мотором» (бензиновый двигатель со свечами зажигания) новый двигатель был более тяжелым и поначалу не внушал большого энтузиазма. Но только поначалу. Устройство дизельного двигателя первых образцов включало воздушный компрессор для впрыскивания топлива.

Сам Дизель вначале предполагал применить совсем уж экзотический вариант: угольная пыль. Смесь угольной пыли и воздуха, конечно, способна работать в двигателе, но за сколько часов абразивные частицы съедят кольца, поршни, седла и тарелки клапанов, об этом как-то не подумали. Да и саму угольную пыль получить не так просто.

Из-за тяжелого компрессора двигатель оказывалось невозможно применить на наземном транспорте. Но в работе он расходовал так мало горючего и работа его была настолько устойчивой, что отказаться от него было уже невозможно. Расчеты показывали, что от двигателя можно ожидать значительно большую мощность, если решить проблему с подачей топлива.

У инженеров возникла идея заменить компрессор плунжерным насосом. Качать топливо в жидком виде было чрезвычайно выгодно, на это уходит гораздо меньше энергии, а насос можно сделать совсем небольшим. Однако, изготовить плунжерную пару было не так просто. Дело в особой точности изготовления — расстояние между деталями составляет 2-3 микрона.

Все же дизелям нашлась работа. Впервые они были установлены на немецких подводных лодках еще при кайзере Вильгельме. (Возможно, с этим как раз связано темная история исчезновения самого изобретателя, утонувшего в Ла-Манше по дороге в Англию.)

В 1920 году Роберт Бош наконец, получает качественный плунжерный насос. В цилиндры двигателя научились подавать больше топлива. Теперь обороты дизельного двигателя и его удельная мощность, становятся достаточными для установки на автотранспорте. Вместе с насосом Бош разрабатывает и очень удачную форсунку для топлива.

Сгорание топлива в дизельном двигателе

Проще всего понять, как работает дизельный двигатель, если посмотреть на сгорание топлива в нем. В дизелях используется тяжелое топливо. Это означает, что двигатель внутреннего сгорания такого типа может работать на керосине (известном как солярка), мазуте, сырой нефти, и даже на некоторых растительных маслах.

Все эти виды топлива более калорийны, чем бензин. Так что, рабочая температура дизельного двигателя заметно выше, чем у бензинового. Но тяжелые виды топлива горят хуже, чем бензин, медленнее и трудно поджигаются. Для их воспламенения требуется большая степень сжатия, воздушно-топливная смесь должна нагреваться до 700-800°С.

Вязкость любого из дизельных видов топлива, даже в подогретом состоянии, выше бензиновой, а распылять его необходимо до мельчайшего состояния, особенно в быстроходных дизелях. Еще экспериментальный двигатель Дизеля работал при впрыске топлива под давлением не менее 50 бар (атм), а практический двигатель требует 100-200 бар.

Однако, у тяжелых калорийных топлив есть свое преимущество перед бензином. Давление в цилиндре дизеля практически постоянно на всем такте расширения, поэтому крутящий момент у них весьма значителен и стабилен. Благодаря постоянному давлению, угол опережения зажигания также остается постоянным и регулировки не требует. Ресурс дизельного двигателя больше, чем у бензинового. Есть области, где дизель практически незаменим, например в сельскохозяйственном тракторе.

Разновидности дизельных двигателей

Принцип действия дизельного двигателя для всех из них одинаков: сначала производится сжатие свежего заряда рабочего тела (воздуха), затем впрыскивается топливо. От высокой температуры смесь воспламеняется и сгорает, поднимая давление. Под его действием поршень двигается обратно и в нижней точке выпускной клапан цилиндра открывается, выпуская отработанный газ. В основном, это углекислый газ, дизельные двигатели экологически чище бензиновых.

Камеры сгорания дизелей могут выполняться непосредственно в днище поршня — там делается выемка особой формы — или в ряде случаев используют предкамеры (или форкамеры, как это говорят на родине двигателя). Первый вариант — самый экономичный, второй считался оптимальным в прежние годы. Сейчас, когда экономичность, во многих случаях, считается решающей, от предкамерных вариантов снова отказываются.

Рабочий процесс в дизеле может протекать, как и в бензиновом двигателе, в два или четыре такта. Подавляющее большинство дизелей — четырехтактные. Двухтактные проще реверсировать, поэтому они распространены на морских судах, где применяется жесткая связь с гребным валом. Камеры сгорания в двухтактных дизелях не разделяются из-за очевидных проблем с продувкой форкамеры.

Конструкция дизельного двигателя зависит от его мощности и назначения. Наиболее мощные двигатели, применяемые на судах и некоторых электростанциях, имеют крейцкопф — устройство для снижения боковых сил на поршень. Все мощные дизели имеют сложно устроенное дно, потому, что подвергаются высокой температуре.

Часть, обращенная в цилиндр, делается стальной, а остальная часть поршня (юбка) — алюминиевой. Кроме того, в поршне сделаны канавки для системы масляного охлаждения.

Типы дизельных двигателей различаются и по расположению цилиндров. Бывает рядовое, V-образное и даже такое, при котором цилиндры располагаются с разворотом на 180 градусов. Это зависит от тех условий, которые имеются на месте установки двигателя. Например, на современном грузовике или автобусе, скорее всего, будет применен двухрядный дизель, установленный под полом кабины водителя. Как устроен дизельный двигатель, будет зависеть и от наличия наддува.

Турбонаддув дизелей

Мощность дизельного двигателя, без увеличения расхода топлива, можно повысить при помощи турбокомпрессора. Тогда можно использовать еще неплохой кусочек диаграммы цикла Карно. Эксплуатация дизельного двигателя с турбокомпрессором имеет то преимущество, что используя энергию выхлопных газов можно раскрутить турбину, и на том же валу установить другую турбину — компрессор.

Этот компрессор будет нагнетать воздух, поступающий через впускной коллектор, увеличится заряд воздуха в цилиндрах, и, таким образом, мощность двигателя заметно возрастет. (Работу таких двигателей легко узнать по характерному свисту в момент раскручивания турбины.)

Плюсы и минусы дизелей

Преимущества дизельного двигателя — это высокий и постоянный крутящий момент в сочетании с высокой экологичностью выхлопных газов (это относится, правда, только к современным двигателям). Также вне конкуренции их высокий КПД, самый высокий среди ДВС. Известны дизели (MAN) дающие свыше 50%, (что считалось «теоретическим» максимумом). Там использован максимум всех современных достижений. Экономичность достигает до 40%, если провести сравнение с бензиновыми.

Проблемы дизельных двигателей, а без них техники не бывает, заключаются в тяжелом пуске, из-за высокой степени сжатия (до 25 в современных двигателях), на автомобилях приходится ставить мощный стартер и аккумулятор. Большая точность изготовления деталей насосов высокого давления и форсунок затрудняет обслуживание.

Дизели крайне чувствительны к механическим загрязнениям топлива, для очистки которого приходится применять даже центрифугу в составе топливной аппаратуры. При равном объеме в литрах, дизельный двигатель уступает бензиновому по мощности, при равной мощности дизель тяжелее. Дизельный двигатель требует более качественных сплавов для своего изготовления и заметно дороже бензинового.

И все же, сравнивая преимущества и недостатки дизельного двигателя, можно сделать выбор в пользу дизеля. Особенно этому способствует технический прогресс в области электроники и блоков управления двигателями. Система «общая магистраль» (common rail) и электромагнитные форсунки позволяет сильно упростить ТВНД, а блок управления доводит экономию топлива до максимума, поскольку работает на любых переходных режимах и успевает все отследить.

Доброго времени суток. Думаю многим будет интересна данная тема. Преимущества и недостатки…Всё ниже.
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893. Первый функционирующий образец был построен Дизелем к началу 1897 года, и 28 января того же года он был успешно испытан.
Интересно то, что Дизель в своей книге вместо привычной нам с Вами солярки, в роли идеального топлива описывал каменноугольную пыль. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли как топлива — в первую очередь из-за высоких абразивных свойств.

Но теорию дизельного двигателя рассматривал и Экройд Стюарт. Он не рассматривал преимущества работы от высокой степени сжатия, он просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, т. е. он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность. Возможно, это и было причиной того, что в настоящее время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», т. к. теория Рудольфа Дизеля стала основой для создания современных двигателей с воспламенением от сжатия. В дальнейшем около 20-30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива не позволяли применять дизели в высоко-оборотистых агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора, необходимого для работы системы впрыска топлива сделали невозможным применение первых дизелей на автотранспорте.
В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным дальнейшее увеличение скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу двигателей с электрическим зажиганием (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях, В 50 — 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

Принципы работы:

Четырёхтактный цикл.

При первом такте
(такт впуска, поршень идет вниз) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан.
При втором такте
(такт сжатия, поршень идет вверх) впускной и выпускной клапаны закрытывоздух сжимается в объёме примерно в 17 раз (от 14:1 до 24:1), т. е. объём становится меньше в 17 раз по сравнению с общим объёмом цилиндра, и воздух становится очень горячим.
Непосредственно перед началом третьего такта
(такт рабочего хода, поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсун. При впрыске топливо распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняющейся смеси. Энергия высвобождается при сгорании, когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода.
Выпускной клапан открывается, когда начинается четвёртый такт
(такт выпуска, поршень идет вверх), и выхлопные газы проходят через выпускной клапан.

Двухтактный цикл.

Поршень находится в нижней мёртвой точке и цилиндр наполнен воздухом. Во время хода поршня вверх воздух сжимается; вблизи верхней мёртвой точки происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется. Затем происходит рабочий ход — продукты сгорания расширяются и передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мёртвой точки происходит продувка — продукты сгорания замещаются свежим воздухом. Цикл завершается.
Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6 — 1,7 раз.
В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100.000 л.с.

Плюсы и минусы.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт, достигая эффективности 54,4 %). Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — смесь не успевает догореть в цилиндрах. Это приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя.
Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий крутящий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300 °C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи. Ситуация начала меняться лишь в последние годы в связи с внедрением дизелей так называемой «Common-rail» системы. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электрически управляемыми форсунками. Подачу управляющего электрического импульса осуществляет электронный блок управления, получающий сигналы от набора датчиков. Датчики же отслеживают различные параметры двигателя, влияющие на длительность и момент подачи топливного импульса. Так что, по сложности современный — и экологически такой же чистый, как и бензиновый — дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра». «Сажевый фильтр» представляет собой подобную обычному каталитическому нейтрализатору структуру, устанавливаемую между выхлопным коллектором дизеля и катализатором в потоке выхлопных газов. В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки «сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы — и так называемого «интеркулера» — то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.

Ну и на последок самое интересное. МИФЫ о дизельных двигателях.

Дизельный двигатель слишком медленный.

Современные дизельные двигатели с системой турбонаддува гораздо эффективнее своих предшественников, а иногда и превосходят своих бензиновых атмосферных (без турбонаддува) собратьев с таким же объёмом двигателя. Об этом говорит дизельный прототип Audi R10, выигравший 24-х часовую гонку в Ле-Мане, и новые двигатели BMW, которые не уступают по мощности атмосферным (без турбонаддува) бензиновым и при этом обладают огромным крутящим моментом.

Дизельный двигатель слишком громкий.

Правильно настроенный дизель лишь немного «громче» бензинового, что заметно лишь на холостых оборотах. В рабочих режимах разницы практически нет. Громко работающий двигатель свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой. Только с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько (типично — от 2-х до 5-ти импульсов).

Дизельный двигатель гораздо экономичнее.

Времена, когда дизельное топливо стоило в три раза дешевле бензина, давно прошли. Сейчас разница составляет лишь порядка 10-30 % по цене топлива. Несмотря на то, что удельная теплота сгорания дизельного топлива (42,7 МДж/кг) меньше чем у бензина (44-47 МДж/кг), основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше. Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать 400-600 тысяч километров.[источник не указан 211 дней] Запчасти для дизельных двигателей также несколько дороже, как и стоимость ремонта. Несмотря на все вышеперечисленные причины, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя при правильной эксплуатации будут не намного меньше, чем у бензинового.[источник не указан 211 дней]

Дизельный двигатель плохо заводится в мороз.

При правильной эксплуатации и подготовке к зиме проблем с двигателем не возникнет. Например дизельный двигатель VW-Audi 1,9 TDI (77 кВт/105 л.с.) оснащён системой быстрого запуска: нагрев свечей накаливания до 1000 градусов осуществляется за 2 с. Система позволяет заводить двигатель в любых климатических условиях без предпускового разогрева.

Дизельный двигатель нельзя переоборудовать под использование в качестве топлива более дешевого газа.

Первыми примерами работы дизельных двигателей на более дешевом топливе — газе порадовали ещё в 2005 году итальянские тюнинговые фирмы, которые использовали в качестве топлива метан. В настоящее время успешно зарекомендовали себя варианты применения газодизелей на пропане, а также — кардинальные решения по переоборудованию дизеля в газовый двигатель, который имеет преимущество перед аналогичным мотором, переоборудованным из бензинового, за счет изначально более высокой степени сжатия.

А что вы скажете про дизельный двигатель?)

Статья о главных плюсах и минусах дизельного двигателя. Важные особенности эксплуатации. В конце статьи — видео о том, какой мотор круче, бензиновый или дизель!

Содержание статьи:


При покупке автомобиля с широкой гаммой предлагаемых двигателей перед автомобилистом всегда стоит непростой вопрос, заключающийся не только в выборе оптимального сочетания мощности и рабочего объёма, но и типа мотора в целом. Противостояние дизелей и традиционных бензиновых агрегатов продолжается уде достаточно долго. Поскольку и те, и другие имеют ряд преимуществ и недостатков, рассмотрим их подробнее.

Какие бывают нюансы дизельного двигателя

Ещё совсем недавно благодаря тому, что дизельное топливо стоило почти вдвое дешевле бензина, на недостатки такого мотора смотрели сквозь пальцы, ведь дешевое топливо сочеталось с его малым расходом и великолепными тяговыми способностями автомобиля.

Главными же недостатками были повышенная шумность, сильная вибронагруженность и невысокая разгонная динамика.

Сейчас ситуация изменилась в корне, и хорошее дизельное топливо, несмотря на то, что это фактически попутный продукт нефтепереработки, стоит дороже бензина. Помимо этого сам дизельный мотор ощутимо дороже и сложнее в эксплуатации и обслуживании, чем бензиновый.

При таком соотношении факторов выбор уже не ограничивается размеренной экономичной ездой или динамичной, но чуть более расходной. Под вопросом стоит сам факт целесообразности приобретения автомобиля на дизельном топливе, ведь несмотря на огромную работу, направленную на устранение его слабых мест, часть недостатков по-прежнему устранить не получилось.

Мы не будем рассматривать в данной статье грузовой автотранспорт, для которого важнейшим показателем является тяга при высокой нагрузке, а также экономичность, поскольку большинство коммерческого автопарка вообще не предлагает бензиновых версий. Это обусловлено тем, что дизельный двигатель большого объёма при высоких нагрузках гораздо предпочтительнее своего бензинового собрата в плане экономичности. Ведь когда речь идёт о расходе топлива в десятки литров на сто километров, даже незначительная экономия выглядит внушительно в денежном выражении.

Кроме того, для подобных машин езда на высоких оборотах вообще не нужна. Бензиновый двигатель при максимальной нагрузке склонен к существенному увеличению расхода топлива, дизель в этой ситуации отличается большей стабильностью.

Особенности конструкции дизельного двигателя

Использование тяжёлого топлива предполагает совершенно иные принципы работы дизельного двигателя, что находит своё отражение в его конструкции. Периодически появляются новости о том, что тот или иной завод освоил производство дизельных моторов на основе бензиновой версии, это в основном относится к устаревшему производству маломощных моторов, которые не славятся своей надёжностью. Как признают специалисты, желательно, чтобы дизельный и бензиновый моторы не имели общих деталей и создавались независимо друг от друга.

Прежде всего, дизельный двигатель производят из гораздо белее прочных сплавов, а его детали, такие как блок цилиндров, поршни, шатуны, коленвал рассчитаны на гораздо большие нагрузки. Это связано с тем, что степень сжатия дизельного мотора составляет 19-24 единицы, а у бензинового всего 9-12. Это приводит к увеличению массы и габаритов агрегата.

Ключевое же отличие кроется в системах питания и зажигания. В бензиновом моторе смесеобразование происходит во впускной системе, то есть в цилиндр поступает готовая смесь топлива и воздуха, которая воспламеняется свечой зажигания. В дизельном всё несколько сложнее — сначала в камеру сгорания поступает воздух, который нагревается до 800 градусов Цельсия, после чего под огромным давлением туда впрыскивается топливо, и полученная смесь воспламеняется свечой накаливания.

В процессе горения создаётся огромное давление, которое и обеспечивает огромный крутящий момент, но в то же время приводит к повышенной шумности. Такой принцип действия обеспечивает стабильную работу мотора на обеднённых смесях, что и даёт хорошие показатели экономичности.

Огромное внимание при эксплуатации дизельного мотора следует уделять качеству топлива, поскольку применяемые топливные насосы высокого давления стоят гораздо дороже простого бензонасоса.

Данная система питания мотора сейчас получила наибольшее распространение, но существуют и более экзотичные варианты с насос-форсунками, в которых совмещены функции подачи и распыления топлива, что позволяет осуществлять замену только одного элемента при его выходе из строя, но делает дизельный двигатель ещё более требовательным. К тому же подобные узлы неремонтопригодны.

Высокая стоимость такого мотора обусловлена ещё и тем, что зачастую он оснащается рядом важных вспомогательных систем, таких как подогрев топливного бака и обратки, противосажевые фильтры и усиленные демпфирующие подушки.

Помимо этого, большинство современных дизелей оснащены турбонаддувом, что позволяет существенно улучшить динамические показатели и ускорить выход на максимальные обороты, экономичность при этом также немного улучшается. Основным негативным фактором при этом является цена как самого турбокомпрессора, так и его замены. Этот узел рассчитан на меньший срок эксплуатации, чем мотор, кроме того он очень чувствителен к качеству рабочих жидкостей и расходных материалов. В ряде случаев его ремонт не предусмотрен, компрессор меняется целиком.

Вопреки расхожему мнению, дизельные двигатели, так же как и бензиновые, могут подвергаться капитальному ремонту, технологии которого весьма сходны. Единственным моментом, который следует учитывать если вы приобретаете подержанный автомобиль или собираетесь его эксплуатировать долгие годы, является конструкция блока цилиндров.

Существуют дизельные моторы, в которых блок цилиндров и его головка объединены в единый неразборный элемент, что приводит к необходимости поиска специализированных мастерских, которые могли бы осуществить проточку подобной конструкции. Большинство сервисов попросту не имеют подобного оборудования.

Как правильно эксплуатировать дизельные двигателя

Что касается конечного потребителя, то ему важно помнить об основных нюансах дизеля, таких как использование разных его сортов в зимнее и летнее время. Дело в том, что соляр при отрицательных температурах густеет и полученная гелеобразная масса может попросту забить топливную систему и даже повредить её, поэтому до наступления холодов на АЗС завозят дизельное топливо со специальными присадками.

Это важно помнить тем, кто редко пользуется автомобилем, ведь заправившись в теплое время года, выехать зимой уже не получится. Для этого придётся приобретать присадки и доливать их в бак самостоятельно. Старая технология добавления в летний сорт соляра небольшого количества керосина может оказаться губительной для современного мотора.

Зимняя эксплуатация дизеля сопряжена ещё и с тем, что его крайне медленный прогрев не позволяет быстро добиться от штатной системы отопления нагрева салона. Для автомобилей с большим салоном, а также для внедорожников и универсалов это приводит к необходимости устанавливать автономный отопитель.

Не стоит забывать и про то, что необходимо пристальнее следить за уровнем топлива, ведь если закончится бензин, его достаточно просто долить в бак, в случае же с дизелем в систему попадает воздух, который без специальной прокачки запустить мотор уже не позволит.

В отличие от старых моделей, современные дизельные двигатели крайне чувствительны к качеству топлива, а невнимательность к этому факту может привести к гораздо более дорогостоящему ремонту, нежели в случае с бензиновым.

На этом фоне самым малозначимым недостатком дизельного мотора является достаточно узкий рабочий диапазон, что фактически выливается в необходимость чаще переключать передачи. Конечно, в случае с «автоматом» этот факт становится незаметным, но потребность в большем количестве передач очевидна.

Современный дизельный двигатель буквально нашпигован различными электронными системами, поэтому обслуживание должно осуществляться только в авторизованном центре. Кроме того, для этих моторов замена рабочих жидкостей должна производиться почти вдвое чаще.

Для многих автовладельцев важным фактором является безопасность. Дизельное топливо крайне сложно воспламеняется и не склонно к самовозгоранию или взрыву, поэтому в случае протечки топливного бака в результате серьёзного ДТП риск возникновения пожара крайне мал.

Борьба с недостатками дизельного двигателя

Все вышеперечисленные недостатки дизельных моторов обусловлены объективными причинами и их конструктивными особенностями, поэтому в ряде случаев избавиться от них практически невозможно.

Например, повышенная вибрация связана с резким нарастанием давления в камере сгорания в середине рабочего цикла, поэтому борьба с этим явлением ведётся в двух направлениях – уменьшение последствий, то есть применение подушек двигателя, эффективно гасящих вибрации и корректировка режима работы. Что касается последнего, то современные дизельные моторы отличаются пониженной степенью сжатия, это несколько стабилизирует процесс, но постепенно лишает дизель его преимуществ – крутящего момента и экономичности.

Снижение степени сжатия положительно влияет и на уменьшение шумности, но, как уже было сказано, отрицательных факторов у такого решения предостаточно. Единственным рациональным выходом пока является применение эффективной шумоизоляции.

Более дорогостоящие решения в виде демпферов крутильных колебаний также позволяют уменьшить недостатки данного типа двигателей, но, помимо роста стоимости, приводят к ещё большему усложнению процесса обслуживания.

Серьёзные работы ведутся над совершенствованием камеры сгорания, чтобы обеспечить качественное смесеобразование путём создания в ней турбулентных завихрений. Для стабилизации процесса воспламенения и снижения детонации разработаны моторы с двумя форсунками на цилиндр, что, однако, приводит к существенному удорожанию конструкции.

Более того, для полноты сгорания топлива применяется система рециркуляции, которая направляет часть выхлопа обратно во впускной коллектор, что снижает температуру в камере сгорания и может привести к преждевременному износу, поскольку полностью очистить газы от твёрдых частиц сажи практически невозможно.

Достоинства дизельного агрегата в автомобиле

Перечислим основные плюсы дизельного мотора:

• экономичность;
• больший ресурс;
• тяговооружённость и огромный крутящий момент на низких оборотах.

Как видно, недостатков у такого мотора существенно больше, однако преимущества его столь значимы, что в определённых условиях полностью перекрывают все негативные факторы. К огромному сожалению, многие методы борьбы с недостатками существенно снижают конкурентные преимущества, поэтому к выбору такого мотора следует подходить осознанно, взвесив все «за» и «против».

Единственным негативным фактором, который был полностью устранён, является возможность саморазрушения дизеля. Это явление получило название «пошёл вразнос» и заключалось в бесконтрольном наборе оборотов мотором вплоть до выхода из строя. Современная система питания и электроника исключают возможность возникновения подобной ситуации.

Заключение о дизельном двигателе

Таким образом, дизельный двигатель является оправданным решением при интенсивной езде, перевозке большого количества груза или полной загрузке пассажирами, при буксировке прицепа или езде по бездорожью.

В случае степенной езды по хорошим дорогам экономичность данного типа мотора попросту не успеет компенсировать его цену, а также сложность и стоимость обслуживания. Стоит помнить, что недостатки дизеля на современном техническом уровне удалось лишь минимизировать, но не устранить.

Видео о том, какой двигатель круче, бензиновый или дизельный:

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления , дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму .

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Дизельный двигатель и бензиновый двигатель

На базовом уровне все современные двигатели внутреннего сгорания работают по единому принципу, в основе которого – четыре основных шага: всасывание, сильное сжатие, возгорание, выхлоп. Указанный цикл повторяется многократно на протяжении всего времени работы мотора. 

Бензин, дизель – в данном случае тип топлива не важен, ведь главное – создание крутящего момента, передающегося на трансмиссию и уже оттуда поступающего на колеса. Шаги работы движка, повторимся, никак не зависят от его типа, а вот сами моторы в зависимости от используемого топлива заметно друг от друга отличаются.

Оглавление

1. Как это работает
2. Особенности работы дизельного двигателя
3. Особенности работы моторов на бензине
4. Сравнение показателей бензиновых и дизельных силовых установок
   • Мощность
   • Расход топлива
   • Ремонтопригодность и стоимость техобслуживания
   • Срок службы
   • Загрязнение окружающей среды
5. Автомобили с какими моторами дороже
6. Вместо заключения

Существенные отличия есть и в специфике выполнения приведенных выше циклов. О принципиальных различиях между дизельным двигателем и его бензиновым аналогом пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.

Как это работает

Вопросом о том, какой мотор лучше – бензиновый или дизельный – задается каждый человек, планирующий покупку своего первого автомобиля. Однозначного ответа на него не существует – все зависит от целого ряда факторов, начиная от типа кузова машины, ее назначения, особенностей эксплуатации и заканчивая предпочтениями потенциального покупателя. 

Ясно одно: у двигателей каждого типа есть как преимущества, так и недостатки, поэтому к выбору необходимо подойти со всей ответственностью, ведь от него зависят столь важные нюансы, как время разгона, максимальная скорость, динамические характеристики, тонкости обслуживания и т.д.

Важно

Силовые установки на дизеле и на бензине – это моторы внутреннего сгорания, принцип действия которых сводится к преобразованию тепловой энергии в механическую.

При этом топливо, независимо от того, бензин это или дизель, сгорает в цилиндрах. Однако процесс подготовки топливной смеси и ее возгорание в обоих силовых агрегатах заметно, даже принципиально, рознятся.

Особенности работы дизельного двигателя

Система дизельного двигателя подразумевает попадание топлива в цилиндры не одновременно с воздухом, а отдельно от него. Уже в цилиндрах топливо сжимается, это влечет за собой резкое повышение давления, которое, в свою очередь, приводит к росту температуры и, как следствие – к возгоранию.

Говоря иными словами, в камеру сгорания двигателя на дизтопливе сначала поступает лишь воздух, по направлению движения поршня он сжимается. Вследствие  данного процесса (имеется в виду сжатие) кислород нагревается, и как раз в этот момент начинается подача топлива. От контакта с горячим кислородом оно воспламеняется, и двигатель запускается. 

Получается, что за возгорание топлива в данном случае отвечают форсунки дизельного двигателя, тогда как в бензиновых установках эта роль отводится свечам зажигания.  

Важно отметить, что обе разновидности силовых установок агрегатируются идентичными системами выпуска, контролирующими освобождение камеры сгорания от скопившихся там продуктов горения. Регулируют этот процесс клапаны, которые в требуемый момент открываются и закрываются, направляя отработанные газы в выхлопную систему.

Особенности работы моторов на бензине

В бензиновом двигателе этап пуска представлен процессом всасывания смешанного с топливом воздуха в камеру сгорания и сжатием воздуха непосредственно в самой камере.

Иными словами, формирование топливовоздушной смеси в бензиновой силовой установке происходит за пределами цилиндра, а если быть предельно точными – во впускном коллекторе.

На заключительной стадии сжатия пары бензина и воздуха перемешиваются, температура топливной смеси возрастает до 500 градусов по Цельсию. Учитывая тот факт, что этого недостаточно для самовоспламенения бензина, для того, чтобы произошло возгорание, необходима искра, и ее дают свечи зажигания.

Сравнение показателей бензиновых и дизельных силовых установок

Перед покупкой авто каждый человек задается вопросом о том, купить дизельный двигатель или остановить выбор на бензиновой установке.

При этом в учет берутся эксплуатационные свойства первостепенной важности, к которым во время разговора о ДВС принято относить мощность, расход топлива, ремонтопригодность и стоимость техобслуживания, а также срок службы и влияние на окружающую среду. Поговорим об этих моментах более подробно. 

Мощность

Рабочая смесь в дизельном силовом агрегате сгорает более эффективно. Это объясняется, во-первых, упомянутыми выше особенностями системы бензинового двигателя, а во-вторых, более высокой степенью сжатия – 20 против 10 единиц у дизтоплива и бензина соответственно.

Коэффициент полезного действия у дизеля процентов на 40 выше, чем у аналогов на бензине, расход топлива при этом ниже, однако в плане мощности на выходе бензиновые моторы лучше, они заметно мощнее.  

Расход топлива

Цена бензинового двигателя ниже, чем дизеля, однако в плане расхода топлива дизеля куда более экономичны. Правда, при подсчете уровня экономии важно учитывать несколько факторов. Так, показатели расхода топливной смеси зависят от того, ездит ли машина по городу или по трассе, какую манеру вождения предпочитает водитель, в какое время года и при каких условиях ТС эксплуатируется. 

Чем больший отрезок пути проехало дизельное авто, тем быстрее оно окупится, ведь дизтопливо дешевле бензина, особенно летом. К слову, в мороз экономия будет незначительной, ведь придется заливать «зимнюю» солярку, которая стоит дороже – летняя под воздействием низких температур застывает и превращается в желеобразную смесь. 

Помимо всего прочего, дизельный силовой агрегат работает на более низких оборотах, как следствие — расход топлива снижается в среднем на 20 процентов. Это, в свою очередь, позволяет экономить не только деньги, но и время – расстояние, которое можно будет преодолеть на одном баке, станет длиннее, заезжать на заправку придется реже.

Опытные же автовладельцы говорят, что наиболее заметной экономия будет в случаях, когда годовой пробег составляет не менее 25-ти тыс. км. Если за год машина наматывает меньше, целесообразнее будет купить бензиновый двигатель.

Ремонтопригодность и стоимость техобслуживания

Практика показывает, что ресурс надежности дизельных авто значительно выше. Да, они требовательнее к качеству топлива, однако хорошее топливо, как известно, положительным образом отражается на сроке службы узлов и механизмов. Правда, есть у дизельных моторов и минус — более сложное техническое устройство, следовательно, ремонт дизельных двигателей сложнее, обслуживаться они должны исключительно в сертифицированных сервисных центрах, да и покупка запчастей, комплектующих обходится дороже. 

Собственникам авто на солярке приходится чаще менять масло и, соответственно, масляный фильтр, проверять уровень давления в цилиндрах.

А это тоже влечет за собой дополнительные и зачастую немалые расходы. В общем и целом выходит, что цена дизельных двигателей выше, чтобы затраты окупились, машина должна эксплуатироваться максимально интенсивно.

Срок службы

Теоретически дизельный движок более долговечен, это обусловлено более прочным блоком цилиндров и прочих деталей, однако ключевую роль в длительности эксплуатации играет качество топлива. В этой связи бензиновые моторы проще – они не столь прихотливы, не настолько требовательны к качеству бензина. К тому же в случае с дизелем проблемы могут возникнуть при минусовой температуре. 

Если залить обычную солярку, при -15-ти она загустеет, не сможет пройти через топливный фильтр, и машина попросту не заведется.

Да и прогрев таких моторов происходит дольше, не менее, чем через 10 минут непрерывного движения, поэтому в регионах с суровым климатом эксперты советуют либо долго прогревать машину, либо остановить выбор на автомобилях на бензине.

Загрязнение окружающей среды

Считается, что дизельные моторы характеризуются крайне негативным воздействием на окружающую среду, и когда-то это действительно было так.

Но в последнее время столб густого черного дыма из выхлопной трубы – явление крайне редкое. Мировой автопром неустанно внедряет новые технологии, позволяющие заметно снизить содержание вредных веществ в выхлопах дизельных автомобилей, благодаря чему они становятся куда более экологичными.

Автомобили с какими моторами дороже

Закажите спецтехнику на нашем сайте: Аренда спецтехники в России

Выше мы уже говорили о том, что машины, оснащенные дизельными силовыми установками, стоят дороже, дороже они обходятся также в ремонте и обслуживании. Если планируется покупка т.н. «автомобиля выходного дня», когда транспортное средство используется лишь время от времени, для поездок, например, на дачу или на природу, целесообразнее отдать предпочтение силовым установкам на бензине.

В случаях же более интенсивного использования машины, например в целях осуществления какого-то бизнеса, когда владелец «наматывает» в год по несколько десятков тысяч километров, вложения в дизель будут оправданны.

Вместо заключения

Принимая решение в пользу того или иного силового агрегата, необходимо учитывать индивидуальную ситуацию. Сложно сказать, какое авто – дизельное или бензиновое – лучше, у обоих вариантов есть как преимущества, так и недостатки. Да и предпочтения автомобилистов складываются на основании будущих условий эксплуатации, пожеланий, ожиданий и, конечно же, материальных возможностей. Когда речь идет о покупке надежной «железной лошадки» для повседневного использования, дизель хорош, но когда планируется приобретение динамичного спорткара, то целесообразнее отдать предпочтение бензиновому мотору.

Бензиновый, или дизельный — что лучше?

Поиск запроса «дизельный двигатель и бензиновый двигатель» по информационным материалам и форуму

Для чего делают новые российские дизельные двигатели

Как и многие другие сферы экономики, дизелестроение пришло в упадок в 1990-е. Но постепенно эта отрасль начала возрождаться и создавать новые агрегаты, в том числе на альтернативных видах топлива

Кому нужны дизели

По данным аналитического агентства «Автостат», каждый десятый автомобиль в Москве ездит на дизельном двигателе. Но в некоторых регионах доля еще выше — например, на Чукотке она составляет 26,1% от всего регионального парка.

Автомобилистов привлекает в первую очередь экономичность в использовании топлива. Дизельные двигатели имеют КПД около 40–45%. Это ощутимо больше, чем в бензиновых, где показатель не превышает 30%, то есть две трети топлива сгорает, не превращаясь в механическую энергию.

Однако легковой автопром — далеко не главный потребитель дизельных двигателей. Их используют для тяжелой грузовой и промышленной техники, железнодорожных локомотивов, судов. Кроме того, дизельные агрегаты применяют в энергетике — например, на атомных станциях устанавливают резервные дизель-генераторы.

Дизели — это поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь смесь топлива и воздуха подвергается сильному сжатию, в результате разогревается и воспламеняется. Механизм отличается от бензиновых двигателей, где сжатая смесь топлива и воздуха поджигается электрической искрой.

Первым новый агрегат построил и описал немецкий инженер Рудольф Дизель в конце 1890-х годов. Уже тогда изобретение превосходило по КПД существующие двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и паровые турбины.

Разработкой заинтересовалась промышленность и энергетика, и спустя почти полтора века дизели по-прежнему пользуются спросом в этих отраслях. Помимо КПД, такие двигатели отличаются от бензиновых долговечностью и большим крутящим моментом, который тесно связан с показателями мощности.

Общий объем глобального рынка дизелей в 2020 году достиг $207 млрд, подсчитали в компании IMARC Group. Аналитики прогнозируют, что в ближайшие пять лет показатель вырастет почти до $265 млрд. По их словам, ситуацию определяет растущий спрос на коммерческие автомобили и машины большой грузоподъемности. Вдобавок рост автопрома и быстрая урбанизация, особенно в развивающихся странах, стимулируют создание эффективной энергетической инфраструктуры, а для этого тоже нужны дизель-генераторы.

В РФ есть устойчивый спрос на дизели, и он увеличивается с каждым годом. Причем, как отмечают эксперты, спрос растет как за счет развития промышленности и экономики, так и на фоне западных санкций, которые ограничивают поставки в Россию зарубежного оборудования.

Что случилось с рынком

Собственное двигателестроение было хорошо развито в СССР, но имело особенности, которые до сих пор влияют на состояние рынка. На создание и развитие отрасли были направлены серьезные ресурсы. Но планово-директивный тип ведения хозяйства привел к полному отсутствию внутренней конкуренции и безусловному «закреплению» видов и семейств двигателей внутреннего сгорания за производителями. По сути, каждый вид или семейство «принадлежали» одному предприятию и были для потребителей безальтернативны. Например, Челябинский тракторный и Алтайский моторный заводы делали дизели для тракторов, а завод «Звезда» — судовые.

Ситуация обострилась с переходом страны на рыночную экономику: большинство российских предприятий не смогли расширить портфолио и освоить новые для себя виды продукции. В итоге сегодня отечественные поставщики практически не конкурируют между собой. Зато конкуренция с иностранными производителями очень сильна, объясняет Денис Тарло, замгендиректора «ТМХ Энергетические решения». Эту компанию в прошлом году создал один из крупнейших участников рынка дизелей — «Трансмашхолдинг». В ней объединены компетенции по разработке и производству комплексных решений в области энергетики, прежде всего, транспортной.

В России пока выпускаются не все виды двигателей, которые нужны рынку. Но просто импортировать их — не лучшая идея, уверен директор Ассоциации развития поршневого двигателестроения России, профессор кафедры Э-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана Дмитрий Онищенко. Причем дело не только в санкциях, но и в экономике проектов.

В качестве примера он приводит легкий коммерческий транспорт. Сейчас на «Газели» ставят либо старые и немного модернизированные бензиновые моторы, спроектированные 60 лет назад, либо китайские агрегаты.

«С одной стороны, в этом ничего страшного нет. Но с другой, если посмотреть на структуру стоимости автомобиля, то примерно 30–40% приходится на энергетическую установку. То есть, устанавливая иностранный двигатель, мы большую часть добавленной стоимости, которая получается в результате продажи автомобиля, отдаем за рубеж», — подчеркивает Онищенко.

Как возрождают разработку и производство

Новые конструкции двигателей в России почти не создавались вплоть до 2010-х годов. Но при поддержке государства процесс постепенно возобновили, а для крупных отраслевых предприятий дизели стали одним из приоритетов. К примеру, общий объем инвестпрограммы с 2018 года по 2022 год составляет около ₽12 млрд. Эти деньги пошли в том числе на создание производств по выпуску топливной аппаратуры и эталонной линии сборки дизелей, участков для испытания двигателей.

По словам представителей ТМХ, основная задача сегодня — создать продукты, не уступающие иностранным, в тех целевых нишах, где традиционно присутствовали советские заводы. «Такой подход позволяет получить современную технику, удовлетворяющую требованиям потребителей, с минимальной или полностью отсутствующей зависимостью от заграницы, а также восполнить появившиеся в 1990-е пробелы в инженерной и производственной школах», — отмечает Денис Тарло.

Конечно, сейчас уже никто не собирается выпускать ту же продукцию, что советские предприятия. Речь идет о создании новых видов и семейств дизелей. Это двигатели внутреннего сгорания на различных видах топлива, силовые установки на водороде и агрегаты, в основе которых лежат электрохимические генераторы и системы накопления энергии. Они предназначены для тепловозов и судов, малой и атомной энергетики, нефтегазовой промышленности.

Часть новых двигателей рассчитана на газ. Он позволяет снизить объем вредных выбросов и повысить экологичность транспорта и производств. В ТМХ, в частности, уже создали новый двигатель-генератор 9ГМГ для маневровых локомотивов, которые используются на ж/д станциях и подъездных путях. Потенциально его можно применять не только на железной дороге, но и на электростанциях.

«Дизельные двигатели на газе использовались уже в начале прошлого века, никаких технических препятствий для этого нет», — уверен основатель компании «Болотин и партнеры «Индустриальный консалтинг» Михаил Болотин. Однако переход на газовое топливо будет не быстрым, прогнозирует он.

Откуда берутся кадры

Современный дизель — это намного более сложный и инновационный продукт по сравнению с теми моделями, которые считались продвинутыми 20 лет назад, говорит Онищенко из МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Чтобы создать его, необходимо привлечь огромное количество не только инженеров-конструкторов, но и специалистов в различных научных областях — по газовой и термодинамике, теплообмену, материаловедению. А для этого нужны большие ресурсы», — считает эксперт.

Дело осложняет тот факт, что наработки советской школы оказались частично утрачены, указывает Михаил Болотин. «Практически все отраслевые институты, которые занимались фундаментальными исследованиями, уже не существуют, многие превратились в офисные центры», — напоминает он.

По мнению Онищенко, отрасль действительно понесла кадровые потери, но нельзя сказать, что прошлые достижения совсем обнулены. «Мы общаемся с зарубежными коллегами из ведущих университетов мира, и могу сказать, что наша научно-инженерная школа точно не хуже, чем западные», — подчеркивает профессор «Бауманки».

В ТМХ профильные кадры, которые преимущественно готовит базовая кафедра «Двигатели внутреннего сгорания» Московского Политехнического университета, работают в Инжиниринговом центре двигателестроения, который создан на базе конструкторских подразделений компании. Именно здесь проектируют и испытывают новые продукты, в том числе двигатели на новых видах топлива.

Центр уже разработал несколько агрегатов для энергетического комплекса и новых модификаций дизель-генераторов для тепловозов. Сейчас инженеры занимаются созданием нового продукта — 16-цилиндрового двигателя мощностью 3,5 тыс. кВт. Он предназначен для перспективной разработки ТМХ — мощного локомотива 2ТЭ30. На базе этого двигателя в холдинге планируют создать газодизельный агрегат — он будет готов к концу 2022 года.

Что будет с отраслью дальше

Будущее отрасли эксперты связывают с развитием альтернативных источников энергии. Этот тренд опирается на все возрастающие требования к экологичности транспорта и производств.

«Уже сегодня широко распространены двигатели, работающие на газовом топливе, и двухтопливные двигатели. Особенно такие агрегаты востребованы в сфере малой энергетики», — говорит замгендиректора «ТМХ Энергетические решения» Денис Тарло. Он также подчеркивает, что для стационарных объектов использование газа даже выгоднее, чем на транспорте, поскольку ниже затраты на оборудование для подготовки и подачи газа и инфраструктуру для обеспечения топливом.

В дальнейшем компания планирует запустить производство поездов на водородных топливных элементах. Предполагается, что такой подвижной состав будут использовать для пассажирских ж/д перевозок на Сахалине. Потенциально на водород можно перевести и маневровые локомотивы — например, для работы в черте городов или на промышленных предприятиях.

Одновременно в ТМХ задумались и об установках на биодизельном топливе, которые позволяют обеспечить нулевой углеродный след.

«Перспективы развития связаны с переходом на экологически чистое синтетическое топливо, которое может быть получено из природного сырья — газа, нефти, торфа, продуктов жизнедеятельности или просто мусора. Москва генерирует 18 млн т отходов в год, и в них около 80% приходится на углеводороды. Если заправить этот мусор определенными бактериями, они сгенерируют грязный метан, который можно использовать для синтеза чистого топлива», — рассказывает Дмитрий Онищенко.

В то же время он уверен, что обычные дизели тоже не уйдут из-под капотов автомобилей и с предприятий. «Несмотря на все новые тренды, дизельные двигатели будут иметь свою нишу, — согласен Михаил Болотин.  — Они обладают важным преимуществом — это большой крутящий момент. Для многих силовых установок это является основным критерием».

мк амевро » Принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

В этой статье будут рассмотрены принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Этот двигатель взят для простоты понятия физических процессов, для того чтобы понять, как работают все подобные двигатели. На самом деле всё намного сложнее каждый процесс имеет столько особенностей, что и у специалистов, хорошо знающих работу двигателя, часто возникают споры по многим вопросам. Но все бензиновые двигатели (двигатели с принудительным зажиганием) работают на основе принципов, впервые описанных немецким инженером Отто.

Двигатель нужен для обеспечения автомобиля (если это не стационарный двигатель) механической энергией. Двигатель создаёт эту энергию. Но из школьного курса физики известно, что энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Что же является источником механической энергии, вырабатываемой двигателем, какую энергию он преобразует в механическую? Источником энергии двигателя внутреннего сгорания является энергия межмолекулярных связей углеводородного топлива, сгорающего в цилиндрах двигателя. Во время сгорания углеводородного топлива происходит разрыв этих связей с большим выделением тепловой энергии, которую двигатель и преобразует в механическую энергию в форме вращательного движения.

Для химических реакций, происходящих при сгорании топлива, требуется окислитель. Для этого используется кислород, содержащийся в окружающем атмосферном воздухе. Воздух это смесь газов, кислорода в этой смеси приблизительно 21%. В цилиндрах двигателя сгорает смесь топлива с воздухом. В идеальном случае все молекулы углеводородов, поданные в цилиндр, сгорая, соединяются со всеми молекулами кислорода, поданными в цилиндр во время одного рабочего цикла. То есть после процесса сгорания в цилиндре двигателя не должно остаться не одной молекулы топлива, и не одной свободной молекулы кислорода.

Химические реакции, во время которых полностью используются все активные вещества, называются стехиометрическими. Во время стехиометрического процесса для полного сгорания всех молекул 1-го килограмма топлива необходимо использовать приблизительно 14,7 килограммов воздуха. Это идеальный процесс, но реально при работе двигателя на различных режимах обеспечить его достаточно трудно, тем более что на некоторых режимах двигатель будет работать устойчиво, только если смесь отличается от стехиометрической.

Разобравшись, откуда берётся механическая энергия, приступим к изучению принципов работы двигателя. Как уже было отмечено ранее, здесь будет рассматриваться работа четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто. Основным признаком цикла Отто можно назвать то, что перед воспламенением топливовоздушная смесь предварительно сжимается, а зажигание смеси происходит от постороннего источника – в современных двигателях только при помощи электрической искры.

За время становления и развития двигателя внутреннего сгорания было изобретено очень много различных конструкций и, разумеется, двигатель, работающий на принципах цикла Отто, был далеко не единственный. Из двигателей с возвратной поступательным движением поршня можно назвать двигатель, работающий по циклу Аткинсона, а из двигателей с круговым движением поршня наиболее известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Существует большое количество вообще экзотических конструкций. Но все они не получили широкого практического применения. Более 99,9% используемых в настоящее время двигателей внутреннего сгорания работают по циклу Отто, (в данной статье сюда будут отнесены и дизельные двигатели) которые в свою очередь подразделяются на двигатели с электрическим воспламенением смеси и дизельные двигатели, с компрессионным воспламенением смеси.

Принципы работы таких двигателей и будут рассмотрены в этой статье.

И бензиновые и дизельные двигатели могут быть не только четырёхтактными, но и двухтактными. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобиле не применяются, поэтому в данной главе они рассматриваться не будут.

Прежде чем рассматривать принципы работы двигателя рассмотрим, из каких основных деталей он состоит.

Основные детали простейшего ДВС

1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Камера сгорания.
4. Шатун.
5. Коленчатый вал.
6. Впускной канал.
7. Впускной клапан.
8. Впускной распределительный вал.
9. Выпускной канал.
10. Выпускной клапан.
11. Выпускной распределительный вал.
12. Свеча зажигания.
13. Топливная форсунка (не показана).
14. Маховик двигателя (не показан).

1. Цилиндр – основа двигателя, именно в нём происходит процесс сгорания топлива, цилиндр является направляющим элементом для движения поршня.

2. Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре под воздействием расширяющихся газов или под воздействием кривошипно-шатунного механизма. Условно примем, что скользящее соединение, между поршнем и стенками цилиндра абсолютно герметично, то есть, ни какие газа не могут просочиться через это соединение.

3. Камера сгорания – пространство над поршнем, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода (ВМТ).

4. Шатун – это стержень, передающий усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала и, наоборот, от коленчатого вала к поршню.

5. Коленчатый вал – служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, именно такое движение наиболее удобно для использования.

6. Впускной канал – канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя.

7. Впускной клапан – соединяет впускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя.

8. Впускной распределительный вал – открывает и закрывает впускной клапан в нужное время.

9. Выпускной канал – канал, по которому отработавшие газы выводятся из двигателя в атмосферу.

10. Выпускной клапан – соединяет выпускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу отработавших газов из цилиндра двигателя.

11. Выпускной распределительный вал – открывает и закрывает выпускной клапан в нужное время.

12. Свеча зажигания – служит для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в необходимое время.

13. Топливная форсунка – служит для распыления топлива в воздухе, поступающем в цилиндр двигателя.

14. Маховик двигателя – служит для необходимого перемещения поршня за счёт сил инерции во время всех тактов, кроме рабочего.

Далее придётся понять и запомнить довольно много специальных терминов, но сейчас упомянем, без полного объяснения, только некоторые.

1 — Верхняя мёртвая точка (ВМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вверх цилиндра на движение вниз.

2 — Нижняя мёртвая точка (НМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вниз цилиндра на движение вверх.

3 — Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ или наоборот.

4 — Такт двигателя – перемещение поршня от одной мёртвой точки к другой. Во время каждого такта коленчатый вал двигателя совершает половину оборота (180?).

5 — Цикл – периодичное повторение четырёх тактов двигателя во время работы. Полный цикл двигателя состоит из четырёх тактов и совершается за два полных оборота коленчатого вала (720?).

Принципы работы простейшего одноцилиндрового четырёхтактного двигателя:

1 — Такт всасывания

(поступления топливовоздушной смеси в цилиндр).

Впускной клапан открыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия (стартёра двигателя, заводной ручки или инерции маховика), передаваемого поршню шатуном, поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Поскольку соединение между поршнем и цилиндром полностью герметично, в пространстве над поршнем образуется пониженное давление (разрежение). Под воздействием атмосферного давления воздух через впускной канал, и открытый впускной клапан, начинает поступать в цилиндр двигателя. В это время топливная форсунка распыляет в поступающем воздухе необходимое количество топлива, в результате чего в цилиндр поступает горючая топливовоздушная смесь.

При достижении поршнем НМТ впускной клапан закрывается.

2 — Такт сжатия.

Оба клапана закрыты.

Под воздействием внешнего усилия поршень перемещается из НМТ к ВМТ. При этом в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси. По окончании такта сжатия, когда поршень встаёт в положении ВМТ, вся топливовоздушная смесь находится в сжатом состоянии в камере сгорания.

В это время свеча зажигания при помощи электрической искры воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. В дизельном двигателе в камеру сгорания при помощи топливной форсунки впрыскивается мелко распылённое топливо. В результате чего в обоих случаях происходит воспламенение смеси.

3 — Рабочий такт.

Оба клапана закрыты.

При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре резко поднимается температура и, главное, давление. Это давление равномерно давит во все стороны, но стенки камеры сгорания и цилиндра рассчитаны на это давления. А вод давление, оказываемое расширяющимися газами на поршень, днище которого является нижней частью камеры сгорания, заставляет поршень перемещаться вниз от ВМТ к НМТ. Это усилие через шатун передаётся на кривошип коленчатого вала, который преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение.

При достижении поршнем НМТ открывается выпускной клапан.

4 — Такт выпуска.

Впускной клапан закрыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия, передаваемого на поршень через шатун, поршень перемещается из положения НМТ в положение ВМТ. Во время этого перемещения поршень вытесняет из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал и далее в атмосферу.

И так, мы рассмотрели полный цикл двигателя, состоящий из четырех тактов. Далее этот цикл повторяется бесконечно, пока двигатель не будет выключен или не закончится бензин в баке автомобиля.

Наверное, Вы обратили внимание, что из четырёх тактов полезным является только один – рабочий такт. Именно во время этого такта вырабатывается необходимая энергия. Все другие такты являются вспомогательными. Возможно, такая конструкция может показаться не эффективной, но лучшего, по всем показателям, пока ничего не изобретено. Да, существуют двухтактные двигатели, в которых полный цикл осуществляется за один поворот коленчатого вала. Существует роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором вообще нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, но этим конструкциям, при некоторых преимуществах, присущи свои недостатки, поэтому двигатели, работающие по четырёхтактному циклу Отто, в настоящее время имеют практически монопольное распространение в мире. И какой-либо замены им, в обозримом будущем, реально не предвидится.

Дизельный двигатель.

Двигатель, изобретённый немецким изобретателем Рудольфом Дизелем, очень похож и по конструкции и принципам работы на двигатель, работающий на бензине, описанный ранее. Но есть одно существенное различие. В этом двигателе воспламенение топливовоздушной смеси происходит не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с горячим воздухом находящемся в цилиндре. Такое воспламенение рабочей смеси называется компрессионным зажиганием. А откуда в цилиндре взялся горячий воздух, где его подогрели? Разумеется, никто его нарочно не грел. Если Вам когда-либо приходилось накачивать ручным насосом шину велосипеда, или автомобиля, вы могли обратить внимание, что довольно быстро насос начинает нагреваться. И вообще из школьного курса физики известно, что при сжатии все газы нагреваются, а воздух есть ничто иное, как смесь газов. Сжатие воздуха в двигателе происходит очень быстро, поэтому к концу такта сжатия воздух, находящийся в цилиндре дизельного двигателя, имеет очень высокую температуру (700 ? 900?С).

Поскольку физический процесс немного отличается от описанного ранее бензинового двигателя, в конструкции дизельного двигателя имеются некоторые отличия. Главное отличие в более высокой степени сжатия. У дизельного двигателя отсутствует свеча зажигания, вместо неё непосредственно в головку блока цилиндров вставлена топливная форсунка, разумеется, во впускном канале топливная форсунка отсутствует. В отличие от бензинового двигателя, в цилиндры которого во время такта всасывания поступает смесь бензина с воздухом, цилиндры дизельного воздуха поступает чистый воздух. При достижении поршнем ВМТ во время такта сжатия, в камере сгорания дизельного двигателя находится сжатый воздух, имеющий высокую температуру. И в то время, когда в бензиновом двигателе происходит воспламенение смеси при помощи электрической свечи, в камеру сгорания дизельного двигателя под большим давлением впрыскивается мелко распылённое дизельное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом, находящимся в камере сгорания, топливо воспламеняется.

Запомните основные отличия дизельного двигателя от бензинового.

1 – Топливо в дизельном двигателе воспламеняется не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с воздухом, имеющим высокую температуру.

2 – Регулировка крутящего момента и мощности двигателя осуществляется за счёт изменения качества, а не количества топливовоздушной смеси, поэтому в дизельном двигателе отсутствует дроссельная заслонка, регулирующая количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. То есть крутящий момент изменяется количеством впрыскивания топлива без изменения объёма всасываемого воздуха.

Не путайте дизельный двигатель с современными бензиновыми двигателями, с непосредственным впрыском. В этих двигателях топливная форсунка перенесена из впускного канала на головку двигателя, но не вместо свечи зажигания, а установлена совместно с ней. В этом случае топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр. Топливовоздушная смесь в таком двигателе воспламеняется не при помощи компрессионного зажигания, а при помощи электрической искры. А имеющаяся во впускном тракте дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в цилиндр.

Мы рассмотрели принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя, поняли, как возникает необходимая нам механическая энергия, но для простоты объяснения пришлось прибегнуть очень ко многим упрощениям. Например, клапаны открываются или закрываются не точно в ВМТ или НМТ. Свеча бензинового двигателя воспламеняет смесь или топливная форсунка дизельного двигателя нагнетает топливо в цилиндр не совсем точно при нахождении поршня в ВМТ. Да и двигатель, чаще всего имеет не один, а несколько цилиндров, от 1-го до 16, в автомобильной промышленности, а авиации или на флоте встречались двигатели, имеющие 64 цилиндра. Но основой любого двигателя является цилиндр.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, имеющие отношение к цилиндру двигателя, теперь придётся их рассмотреть более подробно и познакомиться с некоторыми новыми.

1. Радиус кривошипа.

Расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала.
Коренными называются шейки коленчатого вала, в которых вал вращается в блоке цилиндров двигателя.
Шатунными называются шейки, к которым подсоединены шатуны поршней.
Для образования кривошипа ось коренных шеек смещена относительно оси шатунных шеек.
Радиус кривошипа является очень важным конструкционным параметром двигателя. Изменяя радиус кривошипа можно подобрать необходимое соотношение между крутящим моментом и максимальными оборотами двигателя, при неизменном объёме цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

2. Ход поршня:
Ход поршня, то есть расстояние между НМТ и ВМТ, равен удвоенной величине радиуса кривошипа.

3. Диаметр цилиндра:

Это диаметр внутреннего отверстия цилиндра. Условно принимаем, что диаметр поршня равен диаметру цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

4. Рабочий объём цилиндра:
Рабочим объёмом цилиндра называется объём, вытесняемый поршнем при перемещении от НМТ к ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах (см?) или литрах.)
Рабочий объём цилиндра равен произведению хода поршня на площадь днища поршня.

5. Объём камеры сгорания.
Это объем пространства, находящегося над поршнем, во время нахождения поршня в ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах.)
Камера сгорания большинства двигателей имеет сложную форму, поэтому определить её точный объём расчётным методом сложно. Для определения объёма камеры сгорания применяются различные методы прямого измерения.

6. Полный объём цилиндра.
Это сумма объёма камеры сгорания и рабочего объёма цилиндра.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах или литрах.)
Полный объём многоцилиндрового двигателя равен полному объёму одного цилиндра умноженному на количество цилиндров двигателя.

7. Степень сжатия.
Это соотношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Другими словами это соотношение объёма цилиндра в сумме с объёмом камеры сгорания, когда поршень находится НМТ к объёму пространства, расположенному над поршнем, когда поршень находится в положении ВМТ.
(Безразмерная единица)

8. Соотношение диаметра цилиндра к величине хода поршня:
Является очень важным параметром при конструировании двигателя внутреннего сгорания. Двигатели, в которых ход поршня больше диаметра цилиндра называются длиноходными, двигатели, в которых ход поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными.

Значение степени сжатия.

Степень сжатия это один из очень важных технических показателей двигателя внутреннего сгорания, поэтому рассмотрим его более подробно. В общем, повышение степени сжатия поднимает эффективность работы двигателя внутреннего сгорания, то есть при сгорании равного объёма топлива двигатель производит больше механической энергии. При повышенной степени сжатия молекулы топлива физически приближаются друг к другу. При этом топливовоздушная смесь имеет более высокую температуру, в результате чего достигается лучшее испарение частичек топлива и их более равномерное перемешивание с воздухом. Для каждого типа бензина имеется предельное значение степени сжатия. Чем выше октановое число бензина, тем выше степень сжатия, при которой может работать двигатель. При превышении допустимой степени сжатия и, соответственно температуры в камере сгорания, двигатель начинает работать с детонацией (самопроизвольное воспламенение смеси). Процесс детонации достаточно сложный, поэтому, на данном этапе, ограничимся пониманием, что причиной детонации является неправильное сгорание топливовоздушной смеси. При работе двигателя с детонацией резко уменьшается эффективность работы двигателя, и более того, возросшие ударные нагрузки могут привести к разрушению двигателя. Сильные стуки во время работы двигателя являются признаком детонации. Этот режим работы очень вреден для двигателя.

Современные электронные системы управления двигателем практически исключили работу двигателя с детонацией, но те, кому пришлось ездить на автомобилях с двигателями, не имеющих электронных систем управления, помнят, что режим детонации возникал довольно часто.

Раньше для повышения октанового числа бензина применялись специальные присадки на основе свинца. Применение этих присадок позволяло поднять степень сжатия до 12,5:1, но сейчас, в соответствии с законодательными нормами по охране окружающей среды, по причине того, что свинец наносит большой вред окружающей среде, применение присадок на основе свинца запрещено.

Степень сжатия современных бензиновых двигателей равна 10:1 ? 11:1. Величина степени сжатия может изменяться не только от качества предполагаемого к использованию бензина, но и от конструкции двигателя. Современные двигатели, имеющие систему управления двигателя с датчиком детонации, позволяют поднять степень сжатия до 13:1. Такие системы управления, регулируя угол опережения зажигания в каждом отдельном цилиндре, на основе информации, полученной от датчика детонации, позволяют двигателю работать на грани возникновения детонации, но не допускают её. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания из-за особенностей процессов, протекающих в цилиндре, тоже могут работать с повышенной степенью сжатия.

Поскольку воспламенение топлива в дизельных двигателях происходит за счёт нагрева воздуха, находящегося в цилиндре, степень сжатия дизельных двигателей выше, чем бензиновых. Степень сжатия дизельных двигателей лежит в диапазоне 14:1 ? 23:1.

Двигатели с принудительным нагнетанием воздуха в цилиндры (турбокомпрессор или механический нагнетатель), как бензиновые, так и дизельные, имеют более низкую степень сжатия по сравнению с атмосферными двигателями. Это вызвано тем, что перед началом такта сжатия в цилиндре находится большая масса воздуха (и топлива). Слишком высокое давление в цилиндре в конце такта сжатия может привести к разрушению двигателя.

Ранее отмечалось, что повышение степени сжатия явление, в целом, очень желательное, но в действительности всё несколько сложнее. Двигатель внутреннего сгорания, особенно автомобильный, постоянно работает на различных режимах скорости вращения и нагрузок. Научные исследования в данной области показали, что на некоторых режимах двигатель эффективней работает с более низкой степенью сжатия, а на других режимах степень сжатия может быть повышена без риска нанесения повреждений двигателю. Некоторые производители попытались создать двигатель с изменяемой во время работы степенью сжатия. Пионером в этой области, добившимся заметных результатов, был шведский производитель автомобилей SAAB. Работы в этом направлении проводились и другими производителями автомобилей. Но до настоящего времени серийные автомобили с изменяемой степенью сжатия на рынке отсутствуют. Очевидно, это будет следующим направлением повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, определяющие геометрические показатели двигателя. Далее запомним некоторые термины, определяющие работу двигателя внутреннего сгорания, как простейшего одноцилиндрового, так более сложных двигателей.

1. Мощность двигателя. Измеряется в киловаттах (кВт) или в старых, для некоторых более привычных единицах измерения, лошадиных силах (л.с.)
2. Крутящий момент. Измеряется в ньютонах на метр (Н•м).
3. Удельная литровая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к рабочему объёму цилиндров двигателя (кВт/литр)
4. Удельная весовая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к весу двигателя (кВт/Кг).
5. Топливная эффективность. Измеряется массой топлива, которое необходимо потратить на выработку мощности в один киловатт в течение часа (гр/кВт*час)
6. Скорость вращения. В автомобилестроении, как и во многих других областях техники, скорость (частота) вращения коленчатого вала измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

За прошедшие более чем сто лет с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) количество его конструкций было столь велико, что их не только описать невозможно, их просто никто даже перечислить не сможет, да и задачи такой, в общем, нет. Четко понимая общие принципы работы ДВС (кратко описанные в данной статье), можно разобраться в любой конструкции.

Е.Н. Жарцов

Сгорание в дизельных двигателях

Сгорание в дизельных двигателях

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

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

• Приготовление и смешивание дизельного топлива
• Исследовательские двигатели для оптической диагностики

Abstract : В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия. Во время фазы, известной как задержка воспламенения, топливная струя распыляется на мелкие капли, испаряется и смешивается с воздухом. По мере того, как поршень продолжает двигаться ближе к верхней мертвой точке, температура смеси достигает температуры воспламенения топлива, вызывая воспламенение некоторого количества предварительно перемешанного количества топлива и воздуха. Остаток топлива, не участвовавший в предварительном сгорании, расходуется на фазе сжигания с регулируемой скоростью.

• Компоненты процесса сжигания
• Скорость тепловыделения в двигателях с прямым впрыском
• Три фазы сгорания дизельного топлива
• Концептуальная модель сжигания дизельного топлива
• Шум, создаваемый горением

Сгорание в дизельных двигателях очень сложное, и до 1990-х годов его подробные механизмы не были хорошо изучены. В течение десятилетий его сложность, казалось, не позволяла исследователям раскрыть его многочисленные секреты, несмотря на доступность современных инструментов, таких как высокоскоростная фотография, используемая в «прозрачных» двигателях, вычислительная мощность современных компьютеров и множество математических моделей, разработанных для имитации сгорания в дизельном топливе. двигатели. Применение лазерной визуализации к обычному процессу сгорания дизельного топлива в 1990-е годы стали ключом к значительному расширению понимания этого процесса.

В этой статье будет рассмотрена наиболее известная модель сгорания для обычного дизельного двигателя . Это «обычное» дизельное сгорание в первую очередь контролируется смешиванием с, возможно, сгоранием с предварительным смешиванием, которое может происходить из-за смешивания топлива и воздуха перед воспламенением. Это отличается от стратегий сжигания, которые пытаются значительно увеличить долю происходящего сжигания предварительно смешанного топлива, например, различные ароматы низкотемпературного сгорания.

Основной предпосылкой дизельного сгорания является его уникальный способ высвобождения химической энергии, содержащейся в топливе. Чтобы выполнить этот процесс, кислород должен быть доступен для топлива определенным образом, чтобы облегчить горение. Одним из наиболее важных аспектов этого процесса является смешивание топлива и воздуха, которое часто называют приготовлением смеси .

В дизельных двигателях топливо часто впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия, всего за несколько градусов угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки 9.0042 [391] . Жидкое топливо обычно впрыскивается с высокой скоростью в виде одной или нескольких струй через небольшие отверстия или форсунки в наконечнике форсунки. Он распыляется на мелкие капли и проникает в камеру сгорания. Распыленное топливо поглощает тепло окружающего нагретого сжатого воздуха, испаряется и смешивается с окружающим высокотемпературным воздухом высокого давления. По мере того, как поршень продолжает двигаться ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), температура смеси (в основном воздуха) достигает температуры воспламенения топлива. Быстрое воспламенение некоторых предварительно смешанного топлива и воздуха происходит после периода задержки воспламенения. Это быстрое воспламенение считается началом сгорания (а также концом периода задержки воспламенения) и характеризуется резким повышением давления в цилиндре по мере того, как происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Повышенное давление, возникающее в результате сжигания предварительно смешанной смеси, сжимает и нагревает несгоревшую часть заряда и сокращает время задержки перед его воспламенением. Это также увеличивает скорость испарения оставшегося топлива. Распыление, испарение, смешение паров топлива с воздухом и горение продолжаются до тех пор, пока не сгорит все впрыскиваемое топливо.

Сгорание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A/F. Самое низкое среднее отношение A/F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A/F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается на уровне выше 25:1, что значительно выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности, равного примерно 14,4:1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A/F на холостом ходу может превышать 160:1. Поэтому избыточный воздух, находящийся в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами на протяжении всего процесса сгорания и расширения. При открытии выпускного клапана избыток воздуха вместе с продуктами сгорания выбрасывается, что объясняет окислительный характер дизельного выхлопа. Хотя сгорание происходит после того, как испарившееся топливо смешивается с воздухом, образуя локально богатую, но горючую смесь, и достигается надлежащая температура воспламенения, общее соотношение воздух/топливо обеднено. Другими словами, большая часть воздуха, поступающего в цилиндр дизельного двигателя, сжимается и нагревается, но никогда не участвует в процессе сгорания. Кислород в избыточном воздухе помогает окислять газообразные углеводороды и окись углерода, уменьшая их концентрацию в выхлопных газах до чрезвычайно малых концентраций.

Следующие факторы играют основную роль в процессе сгорания дизельного топлива:

• Модель инжектировала наддувочный воздух , его температуру и кинетическую энергию в нескольких измерениях.
• Распыление впрыскиваемого топлива , проникающая способность, температура и химические характеристики.

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют и другие параметры, которые могут сильно на них влиять и, следовательно, играть второстепенную, но все же важную роль в процессе горения. Например:

• Конструкция впускного отверстия , которая оказывает сильное влияние на движение наддувочного воздуха (особенно когда он входит в цилиндр) и, в конечном счете, на скорость смешивания в камере сгорания. Конструкция впускного отверстия также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто за счет передачи тепла от водяной рубашки к наддувочному воздуху через площадь поверхности впускного отверстия.
• Впускной клапан размера , который регулирует общую массу воздуха, поступающего в цилиндр за конечное время.
• Степень сжатия , которая влияет на испарение топлива и, следовательно, на скорость смешивания и качество сгорания.
• Давление впрыска , которое определяет продолжительность впрыска для заданного размера отверстия сопла.
• Геометрия отверстия сопла (длина/диаметр), которая контролирует проникновение струи, а также распыление.
• Геометрия распыления , которая напрямую влияет на качество сгорания за счет использования воздуха. Например, больший угол конуса распыления может поместить топливо на верхнюю часть поршня и за пределы камеры сгорания в дизельных двигателях с прямым впрыском с открытой камерой сгорания. Это условие приведет к чрезмерному дымлению (неполному сгоранию) из-за лишения топлива доступа к воздуху, находящемуся в камере сгорания (камере). Большие углы конуса также могут привести к распылению топлива на стенки цилиндра, а не внутрь камеры сгорания, где это требуется. Топливо, распыляемое на стенку цилиндра, в конечном итоге будет стекать в масляный картер, что сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол распыления является одной из переменных, влияющих на скорость смешивания воздуха с топливной струей вблизи выходного отверстия форсунки, он может оказывать значительное влияние на общий процесс сгорания.
• Конфигурация клапана , который управляет положением форсунки. Двухклапанные системы заставляют форсунку располагаться под наклоном, что подразумевает неравномерное распыление, что приводит к ухудшению смешивания топлива и воздуха. С другой стороны, четырехклапанная конструкция допускает вертикальную установку форсунок, симметричное расположение топливных форсунок и равный доступ к доступному воздуху для каждой из топливных форсунок.
• Верхнее положение поршневого кольца , которое контролирует мертвое пространство между верхней кромкой поршня (область между верхней канавкой поршневого кольца и верхней частью днища поршня) и гильзой цилиндра. Это мертвое пространство/объем задерживает воздух, который сжимается во время такта сжатия и расширяется, даже не участвуя в процессе сгорания.

Поэтому важно понимать, что система сгорания дизельного двигателя не ограничивается камерой сгорания, форсунками и их ближайшим окружением. Скорее, он включает в себя любую часть, компонент или систему, которые могут повлиять на конечный результат процесса сгорания.

###

Измерения выбросов дизельных двигателей внутреннего сгорания для биодизельных смесей на основе метанола и этанола

В последнее время наблюдается интерес к использованию возобновляемого и альтернативного топлива, которое регулируется Европейским Союзом, который в настоящее время устанавливает нижний предел в 7%. по объему биодизельной топливной смеси в дизельном топливе. Физические характеристики биодизеля, а также процентное содержание биодизельной смеси в дизельном топливе влияют на расход форсунки, характеристики распыления, получаемую топливно-воздушную смесь и, следовательно, на качество сгорания и выбросы, а также на общую производительность двигателя. В настоящем исследовании два различных типа чистого биодизельного топлива, а именно биодизельное топливо на основе метанола и биодизельное топливо на основе этанола, были получены в лаборатории Университета Фредерика путем химической обработки сырья. Два биодизельных топлива использовали для смешивания чистого дизельного топлива в различных процентных соотношениях. Смеси использовались для измерения выбросов дыма дизельным двигателем внутреннего сгорания при увеличении частоты вращения двигателя и при повышении температуры двигателя. В результате экспериментальных исследований было установлено, что биодизельные смеси на основе этанола дают более высокие выбросы дыма, чем чистое дизельное топливо, в то время как выбросы дыма биодизельных смесей на основе метанола ниже по сравнению с чистым дизельным топливом.

1. Введение

В последнее время Европейский союз (ЕС) проявляет интерес к использованию возобновляемых и альтернативных видов топлива, что регулируется Директивой 2009/30/EC. Для использования биодизельных смесей в настоящее время установлен нижний предел в 7% по объему биодизельной топливной смеси в дизельном топливе. Технические характеристики биодизельного топлива, которое можно использовать для смешивания дизельного топлива, определяются европейским стандартом EN 14214 [1]. Физические свойства биодизеля влияют на дизельные смеси, а диапазон плотности, вязкости и температуры вспышки биодизеля указаны в EN 14214. Однако другие физические свойства дизельных смесей, включая коэффициент поверхностного натяжения, давление паров топлива, температуру кипения точка и скрытая теплота испарения также влияют на характеристики распыления впрыскиваемого топлива, возникающее в результате смешивание воздуха и топлива, сгорание и выбросы дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также на общую производительность двигателя.

Биодизель в основном производится из масличных культур и другого сырья [2]. Биодизельное топливо может быть получено из семян рапса путем холодного прессования/экстракции и переэтерификации, известное как метиловый эфир жирной кислоты (МЭЖК) [3], и известно как биотопливо первого поколения. Для биодизельного топлива второго поколения, известного как гидроочищенное биодизельное топливо, используются технологии гидроочистки растительных масел и материалов животного жира [3].

Тип биодизельного топлива и физические свойства топлива, а также результирующие физические свойства различных смесей биодизельного топлива в дизельном топливе считаются очень важными, но были изучены в ограниченном количестве предыдущих экспериментальных и расчетных исследований. Физические свойства биодизеля, включая плотность, динамическую вязкость и коэффициент поверхностного натяжения, были исследованы среди прочих [4]. В атмосферных условиях плотность биодизеля по сравнению с чистым дизельным топливом примерно на 5-10% выше, а вязкость биодизеля, приведенная при 40°С, почти в два раза выше, чем вязкость чистого дизельного топлива. Были опубликованы ограниченные данные по коэффициенту поверхностного натяжения, который колеблется от 0,025 до 0,03 Н/м для биодизеля, в то время как для дизельного топлива он составляет примерно от 0,02 до 0,025 Н/м. Однако различное сырье, а также различные процессы производства биодизеля приводят к различным физическим свойствам произведенного биодизеля. Настоящая работа направлена ​​на изучение влияния различных сырьевых материалов, а именно, метанола и этанола, используемых для производства биодизеля, чтобы отличить их влияние на выбросы выхлопных газов и производительность двигателя.

Опубликованные экспериментальные и расчетные исследования касались внутреннего потока дизельных форсунок, явлений кавитации и возникающих в результате распыления биодизельного топлива. Полученные аэрозоли из смесей дизельного топлива и биодизеля были экспериментально исследованы в том числе в работах [5, 6]. Было обнаружено, что угол конуса распыления уменьшается, а проникновение распыления увеличивается с увеличением процентного содержания биодизеля в смеси. Вычислительные исследования распыления были выполнены, среди прочего, в [7], и было обнаружено, что угол конуса распыления уменьшается, а проникновение распыления увеличивается, когда процентное содержание биодизеля в смеси увеличивается.

В опубликованных экспериментах изучалось влияние различных типов биодизельных смесей на сгорание и выбросы отработавших газов, а также на характеристики дизельных ДВС (см. [8–11]). Ананд и др. [8] использовали недисперсионный инфракрасный анализатор (NDIR) (AVL DiGas 444), газоанализатор и дымомер (AVL437) и измерили выбросы смесей отработанного метилового эфира растительного масла от B10 (10% по объему биодизеля в дизельном топливе) до B80 в одноцилиндровом дизельном двигателе. Установлено, что при использовании биотопливных смесей увеличивается удельный расход топлива, СО, СО ₂ , а эмиссия УВ уменьшилась, дымность уменьшилась, а эмиссия NO несколько увеличилась [8]. Гвидо и др. [9] использовали дымомер (AVL415S) и изучали влияние биодизельных смесей B20, B50 и B100 на выбросы 2-литрового четырехцилиндрового дизельного двигателя General Motors. Также было установлено, что количество выделяемого дыма снижается при увеличении процентного содержания биодизельных смесей [9]. Наби и Хустад [10] использовали гравиметрический метод и исследовали смесь биодизеля с содержанием ятрофы 20% по объему в дизельном топливе в шестицилиндровом двигателе с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом и обнаружили, что при использовании смешанного топлива дым уменьшается. Чжан и др. [11] использовали портативный анализатор выхлопных газов (ФГА-4100) вместе с дымомером (АВЛ 439).) и исследовал характеристики сгорания и выбросов биодизельных смесей метилового эфира сои в одноцилиндровом двигателе с непосредственным впрыском при различных нагрузках и постоянной скорости. Было обнаружено, что непрозрачность дыма снижается при более высоком процентном содержании биодизельных смесей [11]. В недавнем исследовании [12] изучалось влияние увеличения процентного содержания биодизеля в смеси на дым, выбрасываемый двигателем, использующим газоанализатор, описанный в настоящем исследовании. Было обнаружено, что количество выделяемого дыма уменьшается с увеличением количества биодизельных смесей, что согласуется с другими опубликованными исследованиями.

Однако для лучшего понимания качества биодизеля и различных эффектов биодизеля на выбросы и производительность ДВС необходимо провести дальнейшие экспериментальные исследования, сопровождаемые расчетными исследованиями. В частности, необходимо оценить влияние различных видов биодизельного топлива.

В настоящем исследовании экспериментально исследуются автомобильные дизельные двигатели внутреннего сгорания, работающие на смесях двух различных типов биодизельного топлива, а именно на основе метанола и этанола, обозначаемых MB и EB, соответственно, в дизельном топливе. Выявлено влияние различных видов биодизельных смесей на выбросы ДВС. По результатам экспериментов и обсуждения сделаны выводы и предложения по адаптации биодизеля в ДВС. Во-первых, представлена ​​экспериментальная установка, используемая для измерения выбросов, включая детали производства двух различных типов биодизельного топлива, которые использовались для смешивания чистого дизельного топлива с увеличивающимся процентным содержанием. Затем обсуждаются экспериментальные результаты, после чего делаются выводы настоящего исследования.

2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка, используемая для измерений, включает в себя дизельный двигатель внутреннего сгорания, в котором исследовались испытуемые топлива и измерялись выбросы выхлопных газов, газоанализатор, который использовался для измерений, лабораторное производство два типа биодизеля и приготовление смесей с различным процентным содержанием.

2.1. Дизельный двигатель внутреннего сгорания

Дизельный ДВС, используемый для измерения выбросов чистого дизельного топлива (Евродизель) и различных смесей биодизеля в Евродизеле, показан на Рисунке 1. Дизельный ДВС изготовлен компанией Mitsubishi и установлен на специальной противоударной раме. . Это четырехцилиндровый двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных клапана) с системой непосредственного впрыска топлива, оснащенный турбокомпрессором. Технические характеристики двигателя приведены в таблице 1.

2.2. Газоанализатор и экспериментальная методика

Газоанализатор, который использовался для измерения выбросов выхлопных газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, показан на рисунке 2. Для заправки дизельного топлива использовались тестовые топлива различных смесей двух различных типов биодизельного топлива в дизельном топливе. ЛЕД. Модель газоанализатора CARTEC CET 2000 [13] имеет различные датчики и зонды для измерения выбросов отработавших газов и контроля частоты вращения двигателя в оборотах в минуту (об/мин).

Газоанализатор может измерять выбросы бензиновых ДВС и дизельных ДВС [13]. Абсорбционный метод с использованием мутномера (дымомера) применяется для выбросов дизельных двигателей ([13, ​​14]). Для дизельных ДВС измеренное количество выделяемого дыма определяется коэффициентом затемнения света (CLO), который аналогичен массовой концентрации частиц несгоревшего углерода, содержащихся в выхлопных газах. Соответствующие значения концентрации дыма как массовой концентрации CLO приведены производителем в таблицах. Измерение CLO как функции частоты вращения двигателя и температуры двигателя используется при представлении экспериментальных результатов.

2.3. Производство биодизельного топлива на основе метанола и приготовление смесей с чистым дизельным топливом

Биодизельное топливо на основе метанола было произведено в Лаборатории обработки материалов Университета Фредерика и использовалось для приготовления смесей биодизельного топлива с обычным дизельным топливом. Производство биодизеля и приготовление смесей с обычным дизельным топливом описаны ниже.

Сырье включало кукурузное масло, метанол и гидроксид натрия (NaOH) ([15, 16]). На каждый 1 литр кукурузного масла использовали 250 мл метанола и 3,5 г NaOH. Процесс производства включает нагрев кукурузного масла примерно до 50–60°C и добавление метанола с растворенным NaOH при постоянном перемешивании в течение примерно 20 минут. Смесь оставляли на ночь для разделения жидкой фазы. Биодизель представляет собой более легкую жидкую фазу, тогда как более тяжелая жидкость представляет собой биоотходы, содержащие глицерин и другие побочные продукты (в основном, NaOH и влагу). Биологические отходы сливались путем слива, а биодизель оставался в контейнере, как показано на рис. 3.

Смеси биодизеля на основе метанола с обычным дизельным топливом были приготовлены в лаборатории ICE путем смешивания произведенного биодизеля на основе метанола в различных процентных соотношениях с обычным дизельным топливом, полученным на местном рынке [17], продаваемым как «Евродизель». Испытуемые топлива представляли собой чистый евродизель, обозначенный как «дизель», и 25, 50 и 75% объемного содержания биодизеля на основе метанола в общем объеме смешанного дизельного топлива, обозначенные как «МВ25, МВ50» и «МВ75» соответственно.

2.4. Производство биодизеля на основе этанола и приготовление смесей с чистым дизельным топливом

Биодизельное топливо на основе этанола также производилось в Лаборатории обработки материалов Университета Фредерика и использовалось для приготовления смесей биодизельного топлива на основе этанола с обычным дизельным топливом. Для производства биодизеля на основе этанола вместо метанола использовался этанол. На каждый литр кукурузного масла использовали 350 мл этанола и такое же количество NaOH. Переработка биодизельного топлива на основе этанола привела к увеличению количества производимых биоотходов, как показано на рисунке 4.9.0003

Биоотходы биодизеля на основе этанола, изображенные на рисунке 4, были толще и отличались по цвету от биоотходов биодизеля на основе метанола, показанных на рисунке 3. Таким образом, процесс производства биодизеля на основе этанола требовал промывки биодизеля водой и инфильтрации. с целью улучшения производства и качества производимого биодизеля.

Смеси биодизеля на основе этанола с обычным дизельным топливом были приготовлены в лаборатории ДВС путем смешивания полученного биодизеля на основе этанола в различных процентных соотношениях с Евродизелем. Испытуемые топлива представляли собой чистый евродизель, обозначаемый «дизель», и 10 и 25% объемного содержания биодизеля на основе этанола в общем объеме смешанного дизельного топлива, обозначаемые «ЕВ10» и «ЕВ25» соответственно.

3. Экспериментальные результаты и обсуждение

Измерения выбросов отработавших газов проводились при увеличении оборотов двигателя от холостого хода до полного газа. Измерения начинались с двигателя при атмосферной температуре и регистрировались при увеличении температуры двигателя до полного прогрева. Для измерения выбросов отработавших газов, полученных при использовании испытуемого топлива, частоты вращения двигателя, температуры смазочного масла (соответствующей динамике прогрева двигателя) и дыма, выраженного с помощью CLO в (м ^-1 ) были зарегистрированы для температуры смазочного масла приблизительно около 40, 60, 80, 90 и 95°C при частоте вращения двигателя 1000, 2000, 3000 и 3500 оборотов в минуту (об/мин).

Сначала описываются экспериментальные результаты выбросов чисто дизельных смесей, затем представлены выбросы биодизельных смесей на основе метанола, а затем экспериментальные результаты выбросов биодизельных смесей на основе этанола. Наконец, выбросы биодизельных смесей на основе метанола и этанола сравниваются с выбросами чистого биодизеля и обсуждаются.

3.1. Результаты измерений выбросов чистого биодизеля

Измерения выбросов от дизельного ДВС для чистого дизельного топлива при температуре двигателя приблизительно 40, 60, 80, 90 и 95°C при увеличении оборотов двигателя представлены на рисунке 5. Видно, что выбрасываемый дым немного снижается с минимальным значением при 2000 об/мин и значительно увеличивается при частоте вращения двигателя выше 3000 об/мин для всех температур двигателя.

Как видно из рисунка 5, максимальное количество выделяемого дыма происходит при работе холодного двигателя на максимальных оборотах, что свидетельствует о недостаточном времени для подготовки топливно-воздушной смеси и завершения сгорания.

3.2. Результаты выбросов биодизельных смесей на основе метанола

Измерения с биодизельной смесью на основе метанола MB25 включены в рисунок 6. При всех температурах двигателя количество выбрасываемого дыма слегка увеличивается по линейной тенденции с увеличением частоты вращения двигателя до 3000 об/мин. После этого также можно увидеть, что при максимальной скорости скорость увеличения количества дыма увеличивается и что максимальное количество дыма выбрасывается при работе холодного двигателя. Наблюдаемые тенденции аналогичны тенденциям чистого дизельного топлива, поэтому работа двигателя по выбросам не ухудшается.

Измерения дыма с биодизельными смесями на основе метанола для тестовых топлив MB25, MB50 и MB75 сравниваются с дымом, выделяемым чистым дизельным топливом на рисунке 7. На рисунке 7 показано влияние частоты вращения двигателя на работу холодного двигателя для разное тестовое топливо. Можно заметить, что дымность немного снижается от 1000 до 2000 об/мин для всех испытуемых видов топлива, кроме MB75, а затем количество выделяемого дыма немного увеличивается до 3000 об/мин. При частоте вращения двигателя выше 3000 об/мин дымообразование значительно увеличивается. Различия между количеством выбрасываемого дыма для дизельного топлива, MB25 и MB50 невелики, в то время как меньшее количество выбрасываемого дыма имеет место для MB75, что показывает, что увеличение процента смешивания биодизеля на основе метанола снижает количество дыма для всех обороты двигателя. Следовательно, при работе двигателя в холодном состоянии использование повышенного процента биодизеля считается полезным для работы двигателя.

Измерения дыма с биодизельными смесями на основе метанола для испытуемых топлив дизельного топлива, MB25, MB50 и MB75 для работы горячего двигателя при увеличении оборотов двигателя сравниваются на рисунке 8. Рисунок 8 показывает, что дым немного увеличивается от 1000 до 3000 об/мин. для всех испытуемых видов топлива. При частоте вращения двигателя выше 3000 об/мин скорость увеличения количества выделяемого дыма выше, чем при частоте вращения ниже 3000 об/мин. Различия между количеством выделяемого дыма для всех тестовых топлив незначительны для диапазона скоростей от 1000 об/мин до 3000 об/мин, а для более высоких оборотов двигателя количество выделяемого дыма уменьшается примерно на 20%, когда процент смешивания увеличивается от 0 до 75%. .

Таким образом, тенденция, наблюдаемая на Рисунке 8, аналогична в отношении уровней количества выделяемого дыма при высоких оборотах двигателя, и увеличение процентного содержания биодизеля на основе метанола может улучшить характеристики двигателя. Очевидно, что при работе двигателя в горячем состоянии использование повышенного процентного содержания биодизеля в смеси улучшает смешивание воздуха и топлива и качество сгорания, особенно при высоких оборотах двигателя.

В целом, из рисунков 5, 6, 7 и 8 видно, что тенденции выбросов дыма для чистого дизельного топлива, MB25, MB50 и MB75 довольно схожи. Однако наибольшее количество дыма выделяется, когда двигатель холодный и работает на максимальных оборотах на чистом дизельном топливе, а наименьшее количество дыма выбрасывается, когда двигатель горячий и работает на малых оборотах, когда топливная смесь имеет максимальную процент смешивания биодизеля на основе метанола.

3.3. Результаты выбросов биодизельных смесей на основе этанола

Измерения с биодизельной смесью на основе этанола EB25 включены в рисунок 9. При всех температурах двигателя количество выбрасываемого дыма почти одинаково для оборотов двигателя до 3000 об/мин и для более высоких температур двигателя. чем 60°С. При 3000 об/мин количество дыма резко увеличивается, и максимальное количество дыма выделяется при работе холодного двигателя. Это показывает, что работа двигателя ухудшается, когда двигатель холодный и работает на биодизельных смесях на основе этанола даже при низких процентных содержаниях. Это можно объяснить различными физическими свойствами биодизеля на основе этанола, которые приводят к плохому смешиванию воздуха и топлива, испарению и неполному сгоранию. Тестовые измерения проводились с тестовыми топливами с более высоким процентным содержанием смеси, чем 25% биодизельных смесей на основе этанола, что приводило к нестабильной работе двигателя, когда возникали вибрации и сильный шум.

Измерения дыма с биодизельными смесями на основе этанола для тестовых топлив EB10 и EB25 сравниваются с выбросами дыма от чистого дизельного топлива на рисунке 10. На рисунке 10 показано влияние частоты вращения двигателя на работу холодного двигателя для трех тестовых видов топлива при увеличение процента смешивания биодизеля на основе этанола. Можно заметить, что количество дыма практически постоянно в диапазоне от 1000 до 2000 об/мин для всех испытуемых видов топлива. Однако при более высоких оборотах двигателя количество дыма, выделяемого двигателем EB25, резко возрастает. Различия между количеством выделяемого дыма для дизельного топлива и тестового топлива EB10 незначительны, что говорит о том, что биодизель на основе этанола можно использовать без снижения производительности двигателя. Однако использование биодизеля на основе этанола при увеличении процентного содержания в смесях запрещено, так как резко ухудшается работа двигателя.

Измерения дымности биодизельных смесей на основе этанола для испытуемых топлив дизельного топлива, EB10 и EB25 для работы в горячем двигателе при увеличении оборотов двигателя представлены на рисунке 11. Рисунок 11 показывает, что дым немного увеличивается в диапазоне скоростей от 1000 до 3000 об/мин для всех испытуемых видов топлива. При частоте вращения двигателя выше 3000 об/мин количество выбрасываемого дыма резко возрастает для EB10 и EB25, а для дизельного топлива дым увеличивается примерно на 20%. Различия между количеством выделяемого дыма для всех тестовых топлив незначительны для диапазона скоростей от 1000 об/мин до 3000 об/мин, а для более высоких оборотов двигателя количество выделяемого дыма увеличивается с увеличением процента смешивания.

Тенденция, наблюдаемая на Рисунке 11 в отношении увеличения количества дыма при увеличении оборотов двигателя при работе двигателя в горячем состоянии, аналогична тенденции, показанной на Рисунке 10, в отношении количества выделяемого дыма. Однако при высоких оборотах двигателя увеличение процентного содержания биодизеля на основе этанола резко увеличивает количество выделяемого дыма, и это более заметно при работе двигателя в горячем состоянии. Таким образом, как при работе двигателя в холодном, так и в горячем состоянии увеличение процентного содержания биодизельного топлива на основе этанола в смеси влияет на смешивание воздуха и топлива и качество сгорания, особенно при высоких оборотах двигателя.

В целом, из Рисунков 9, 10 и 11 видно, что EB25 и топлива с более высоким процентным содержанием смеси не следует использовать для смешивания дизельного топлива.

3.4. Сравнение выбросов биодизельных смесей на основе метанола и этанола

Сравнение измерений выбросов дыма от дизельного ДВС для чистого дизельного топлива, тестовых топлив MB25 и EB25 при температуре двигателя приблизительно 40, 60, 80, 90 и 95 °C при низких, средних и высоких оборотах двигателя представлены ниже.

На Рисунке 12 показаны результаты низких оборотов двигателя, и видно, что количество дыма колеблется, а уровни являются низкими для всех испытуемых видов топлива. Однако наименьшее количество дыма образуется при использовании биодизельного топлива на основе метанола, а максимальное количество дыма выделяется при использовании биодизельной смеси на основе этанола. Можно видеть, что использование биодизеля на основе метанола снижает количество дыма по сравнению с дизельным топливом и EB25 при низких температурах двигателя, тогда как использование смеси биодизеля на основе этанола увеличивает количество дыма по сравнению с дизельным топливом и смесью биодизеля на основе метанола в условиях горячего двигателя. .

На рис. 13 сравнивается количество выбрасываемого дыма для чистого дизельного топлива, тестового топлива MB25 и EB25 при средних оборотах двигателя. Различия небольшие, но очевидно, что EB25 приводит к большему количеству дыма при работе холодного двигателя. Однако при горячем двигателе уровень выделяемого дыма практически одинаков для всех испытуемых топлив.

Повышение частоты вращения двигателя до высоких уровней приводит к сходным тенденциям для выбросов дыма при использовании дизельного топлива и MB25, как показано на рисунках 14 и 15. Первая тенденция заключается в том, что для дизельного топлива и испытательного топлива MB25 количество выделяемого дыма немного уменьшается, когда температура двигателя растет. Вторая тенденция заключается в том, что количество выделяемого дыма для EB25 уменьшается при повышении температуры двигателя, что свидетельствует об улучшении смешивания воздуха и топлива, испарения и качества сгорания. Это можно объяснить улучшением физических свойств биотопливной смеси на основе этанола при нагреве в цилиндре дизельного ДВС.

4. Выводы и рекомендации

Для увеличения процента смешивания биодизельных смесей на основе метанола наибольшее количество дыма выделяется при холодном двигателе, работающем на максимальных оборотах с чистым дизельным топливом, и наименьшее количество дыма выделяется когда двигатель горячий и работает на низких оборотах двигателя, когда топливная смесь имеет максимальный процент биодизельного топлива на основе метанола. Рекомендуется использовать смеси на основе метанола, поскольку они уменьшают дымность.

При более высоких оборотах двигателя количество выбрасываемого дыма увеличивается, когда увеличивается процентная доля смеси для биодизельных смесей на основе этанола. Тем не менее, смеси биодизельного топлива на основе этанола с низким процентным содержанием смеси могут использоваться, но это требует дальнейшего изучения. Однако смеси с более высоким процентным содержанием смеси не должны использоваться для смешивания дизельного топлива. Рекомендуется изучить предварительный нагрев биодизельных смесей на основе этанола при увеличении процентного содержания смеси.

Для биодизельных смесей на основе метанола и биодизельных смесей на основе этанола дальнейшие исследования NO _x качество выбросов, а также влияние смешанного дизельного топлива на тепловой КПД двигателя и мощность торможения. Кроме того, следует использовать другие типы дизельных двигателей, в том числе двигатели без наддува, для изучения влияния биодизельных смесей на характеристики двигателя и выбросы.

Физические свойства биодизельного топлива, включая биодизельное топливо на основе метанола и биодизельное топливо на основе этанола, и полученные смеси должны быть исследованы экспериментально и расчетно, чтобы связать и количественно оценить влияние их физических свойств на выбросы дизельного двигателя и общую производительность двигателя .

Copyright © 2013 Charalambos A. Chasos et al. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN

Автомобильный двигатель внутреннего сгорания обычно содержит несколько камер сгорания . Каждая из них ограничена головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.

Архитектура двигателя также шарнирно связана с системой коленчатого вала , позволяющей преобразовывать возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).

Во время каждого цикла сгорание топливной смеси (воздушно-топливной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, приводящего в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с механическими компонентами трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. д.), его движение приводит в движение колеса автомобиля.

Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.

Производительность двигателя зависит в первую очередь от количества энергии, вырабатываемой при сгорании, следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания. Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий рабочий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.
 

Почему «4-тактный»?

Этот термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных такта . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз). Такты 1 и 4 предназначены для переноса газа (впуск свежего газа и выброс выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к горению, за которым следует само горение и его преобразование в механическую энергию.

Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском 4 такта следующие:
 

• 1 ^st ход : Впуск (Заполнение поршня и опускание цилиндра) 9000 топливно-воздушная смесь.
• 2 ^nd  ход :  Сжатие
  Поршень снова поднимается, сжимая воздушно-топливную смесь. Образуется искра, воспламеняющая смесь.
• 3 ^р-д ход :  Сгорание — Расширение
  Этот ход соответствует развитию сгорания и расширению отработавших газов: поршень опускается и химическая энергия преобразуется в механическую энергию.
• 4 ^-й  ход : Выхлоп (Отработанные газы выводятся из цилиндра)
  Поршень снова поднимается и выталкивает отработавшие газы.

Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском , 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:
 

• Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
• Смесь воспламеняется самопроизвольно , без искры, из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.

   

Цетановое число/октановое число

Цетановое число указывает на способность дизельного топлива к самовозгоранию.

Октановое число является показателем способности бензина сопротивляться самовозгоранию и избегать неконтролируемого сгорания из-за электрической искры (аномальное сгорание, детонация).

Что такое горение?

Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14,6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической смесью.

Бензиновые двигатели с непрямым впрыском в основном работают на стехиометрической смеси . После подачи в двигатель однородной смеси воздуха и бензина горение (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровым зажиганием). Горение вызывает распространение фронта пламени, проходящего через камеру.

Текущие бензиновые двигатели с непосредственным впрыском : воздух поступает через впуск, а топливо, как и в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском. Вместо премикса воздух-топливо двигатель работает с так называемым послойным зарядом. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).

Дизельные двигатели работают с избытком воздуха . Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую массу воздуха. Горение инициируется самовозгоранием (воспламенение от сжатия). Сгорание называют послойным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной вблизи форсунки), так и в бедной топливом (ближе к стенке цилиндра) зоне.

Топливо 

В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателю и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.

Биотопливо можно смешивать напрямую с бензином и дизельным топливом в различных пропорциях без необходимости адаптации двигателей, тем самым используя преимущества существующих распределительных сетей. Во Франции дизель B7, продаваемый на заправке, обычно содержит до 7% (по объему) биотоплива, а бензин E10 — до 10%.

Двигатель преобразует химическую энергию в механическую. КПД двигателя относится к соотношению между энергией, подводимой к двигателю (химическая энергия, содержащаяся в топливе), и вырабатываемой механической энергией . Важно оптимизировать эту эффективность, чтобы избежать потерь энергии, особенно в контексте устойчивого развития.

В оптимальных условиях эксплуатации современные бензиновые двигатели обеспечивают максимальный КПД около 36%, а дизельные двигатели — 42% .

Другими словами, в наиболее благоприятных условиях эксплуатации немногим более одной трети энергии, обеспечиваемой топливом, преобразуется в полезную энергию для движения транспортного средства, а остальная часть теряется в виде тепла в атмосферу. Однако эти оптимальные условия соответствуют использованию двигателя с высоким крутящим моментом.

Максимальная мощность, которую должен обеспечить двигатель, определяется: 
 

• весом транспортного средства,
• его максимальная скорость,
• и его управляемость (преодоление инерции, связанной с массой, сопротивлением воздуха, разгонным потенциалом).

Обычно автомобили используются для коротких городских поездок, требующих низкого крутящего момента двигателя. В таких условиях КПД двигателя падает максимум до 15%.

В этой области ведутся серьезные исследования и разработки, направленные на повышение эффективности двигателя при любых условиях эксплуатации автомобиля.

В городах КПД двигателя падает максимум до 15%.

Очистка выхлопных газов

Этот этап заключается в преобразовании выхлопных газов между двигателем и выхлопной трубой для получения менее загрязняющих выбросов газов.

В настоящее время существует два основных решения по доочистке выбросов:
 

• каталитический преобразователь , который в первую очередь преобразует CO, HC и NOx, а также позволяет уменьшить количество частиц сажи (растворимая органическая фракция, присутствующая на частицах ),
• фильтр частиц , который накапливает частицы, а затем периодически (примерно каждые 500 км) сжигает их в идеально контролируемых условиях.

Внедряются другие технологии для дальнейшего улучшения очистки выбросов. К ним относятся ловушки оксида азота и селективное каталитическое восстановление или СКВ (с введением специального восстановителя, мочевины).

Сокращение загрязнения у источника

Загрязнение обрабатывается у источника в камере сгорания. Возможны два пути:
 

• оптимизация традиционных процессов сгорания за счет внедрения новых технологий (впрыск, турбонаддув и др.)
• внедрение новых однородных режимов горения   <=(lien à mettre vers "Что такое горение?"

Двигатели, работающие на природном газе, часто являются результатом преобразования существующих дизельных или бензиновых двигателей. Но также разрабатываются двигатели, специально предназначенные для природного газа.

Топливо на природном газе: NGV 

Это топливо хранится и используется в виде газа . Он распространяется на специализированных сервисных станциях или через компрессор, подключенный к сети в доме человека.

Как насчет биоГНВ?

В то время как NGV получают из ископаемых источников , биоNGV получают путем метанизации органических отходов : бытовых отходов, осадка водоочистных сооружений, сельскохозяйственной продукции и скошенной травы, отходов пищевой промышленности и общественного питания и т. д.

Меньше выбросов CO ₂    

Эти специальные двигатели позволяют сократить выбросы CO ₂ на 5–10 % по сравнению с дизельным двигателем .
Кроме того, выхлопные газы не содержат оксидов серы и содержат мало частиц.

Парк газомоторных автомобилей

Около 1 9 миллионов автомобилей на газомоторном топливе, т. е. 2% парка, в настоящее время находятся в эксплуатации по всему миру . Вообще говоря, топливный газ имеет наибольший успех в странах, где ресурсы природного газа и заправочные станции наиболее развиты. Не говоря уже о цене на заправке, которая является решающим фактором в выборе потребителей.

В мире лидирует Иран с более чем 3,5 миллионами автомобилей на природном газе, за ним следуют Китай и Пакистан. В Латинской Америке Аргентина и Бразилия занимают четвертое и пятое места. Европейская столица газомоторного топлива Италия занимает 7-е место в мире.

Проблема хранения и снабжения

У газомоторного топлива остается ряд практических недостатков. Танки тяжелые и громоздкие. Этот недостаток в сочетании с потерей мощности по сравнению с бензином может быть преодолен в будущем благодаря инновациям, которые в настоящее время разрабатываются.
 

Разум, стоящий за двигателем

Рудольф Дизель: Разум, стоящий за двигателем

Введение

Рис. 1: Портрет Рудольфа Дизеля. (Источник: Викимедиа Общины)

Дизель, термин, обычно ассоциируемый в наши дни
общество с типом двигателя, который питает множество машин, также является
фамилия известного ученого и изобретателя Рудольфа Дизеля (см.
1). Рудольф Дизель, французско-немецкий инженер и изобретатель, отвечает за
для создания дизельного двигателя, где это изобретение
рисует свое имя. Рудольф Дизель — интересный пример блестящего
ученый, который никогда не был полностью оценен за его работу в его
продолжительность жизни. Хотя Дизель получил признание, внимание и финансирование
от научного сообщества и небольшого количества последователей в целом
публике за его ранние версии дизельного двигателя, которые мы знаем и
использовать сегодня, широкое влияние его технологии не полностью
реализоваться спустя годы после его смерти в 1913.

Исследования

Рудольф Дизель начал свои исследования в области горения и
двигатели после окончания в 1880 году Высшей технической школы
(Техническая школа) в Мюнхене. [1] В этой школе Дизель достиг
впечатляющие оценки и по окончании учебы начал работать на одного из своих
бывшие профессора Карл фон Линде о разработке машины, предназначенной для
сжижать воздух. [1] За это время и на протяжении всего обучения
лет Дизель увлекся паровым циклом Карно.
двигатель. Цикл Карно является движущей силой пара.
двигатель, который состоит из четырех различных процессов расширения газа и
сжатие. [2] В этот период паровая машина была
известное изобретение того времени, однако Дизель верил в создание
альтернатива паровому двигателю, которая обратилась к наиболее очевидным
Минусы паровой машины. [1] Прежде всего, из-за идей о
эффективности, а также теории улучшения социальных проблем, таких как
бедности с промышленной децентрализацией, Дизель стремился решить
вопрос о паровой машине, поскольку она была прежде всего лишь экономически
жизнеспособным в больших двигателях. [3]

Так, в 1893 году Дизель сконструировал свой первый дизельный
двигатель, использующий тот же четырехтактный цикл Карно, разработанный после
паровой двигатель. Новый дизельный двигатель представлял собой одноцилиндровую машину с
внешний траверс. [2] Хотя двигатель сгорел, он взорвался
и в конечном итоге был отказом работающего двигателя. Тем не менее, первый
версия двигателя Дизеля оказалась многообещающей. Дизель продолжал
повторять и создавать новые версии своего движка, пока 1898, когда его
четвертой версии удалось поддерживать достаточную реакцию горения
для питания машины. [1] Этот двигатель упоминается как развивающий 20-25 л.с.,
солидное достижение, учитывая, что это была одноцилиндровая машина. [1]
Отсюда дизельные двигатели получили широкое распространение по всему миру, будучи
построен по патентам Рудольфа Дизеля. Дизель стал богатым человеком
и его двигатель был реализован во многих типах машин,
включая подводные лодки, автомобили, электростанции и многое другое.
К сожалению, несколько неудач с дизельными машинами на рубеже
XX века породил сомнения в возможностях машин, а также
создавая финансовые проблемы и затруднения для Рудольфа Дизеля. [1]
Дизель продолжал экспериментировать с новыми версиями двигателя, которые
в конечном итоге привело к изобретению нового улучшенного дизельного двигателя:
который включал как безвоздушный впрыск, так и двухтактный цикл. [1] Это
новый и улучшенный двигатель не оказал полного влияния, которое он в конечном счете
было бы при жизни Дизеля. Возможно, из-за конкуренции с
электродвигатель, двигатель Дизеля не был полностью оценен до лет
потом. Дизель умер в 1913, в загадочной смерти на борту корабля.
[1]

Удар

В то время как двигатель Рудольфа Дизеля в конечном итоге не
испытать славу и успех, которые ни паровая машина, ни электрическая
двигатель, достигнутый на протяжении всего двадцатого века, влияние
Дизельный двигатель все еще с нами сегодня в современном обществе. Рудольф Дизель
двигатель изменил способы, которыми современное общество смогло
развиваться и трансформироваться, помогая революционизировать экономику, делая
поезд, водный и автомобильный транспорт намного эффективнее. К сожалению,
общественное восприятие технического прогресса благодаря дизельному
двигатель часто в значительной степени упускается из виду. [3] Способность Рудольфа Дизеля применять
теоретические знания о внутреннем сгорании для создания нового двигателя
достижение большей эффективности является подвигом науки, который должен
запомнили и оценили.

© Серена Харбер. Автор гарантирует, что
работа принадлежит автору, и что Стэнфордский университет не предоставил никакой информации.
кроме руководств по набору текста и ссылкам. Автор предоставляет
разрешение копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде,
со ссылкой на автора, только в некоммерческих целях. Все
другие права, включая коммерческие права, сохраняются за
автор.

Ссылки

[1] Э. Дж. Холмгрен, «Рудольф Дизель, 1858–1913»,
Природа 181 , 737 (1958).

[2] К. Шервин и М. Хорсли, Терможидкости
(Чепмен и Холл, 1996), с. 363.

[3] В. Смил, Перводвигатели глобализации:
История и влияние дизельных двигателей и газовых турбин (MIT Press,
2013), гл. 3, 45, 51.

Девять стран заявляют о запрете двигателей внутреннего сгорания — Quartz

Двигатель внутреннего сгорания, кажется, находится на последнем круге. За последние несколько лет более девяти стран и дюжины городов или штатов объявили о том, что СМИ назвали «запретами». Мэр Копенгагена Фрэнк Йенсен хочет, чтобы город прекратил использование всех новых дизельных автомобилей, начиная со следующего года. В декабре прошлого года Париж, Мадрид, Афины и Мехико заявили, что уберут дизельные автомобили и фургоны к 2025 году. Норвегия прекратит использование обычных автомобилей к 2025 году, за ней последуют Франция и Великобритания в 2040 и 2050 годах соответственно.

Тем не менее, несмотря на все эти обязательства, ни одна страна не приняла закон, запрещающий что-либо. «Нет буквально ни одного запрета на книги на нормативном языке, который бы применялся ни на одном автомобильном рынке в мире», — сказал по телефону Ник Лутси, директор Международного совета по чистому транспорту (ICCT). Это не делает их бессмысленными. Политики, большинство из которых уйдут со своих постов к тому времени, когда вступят в силу любые запреты, не могут связать руки своим преемникам на десятилетия вперед. Президент США Трамп, например, уже занят попытками отменить полномочия Калифорнии в соответствии с Законом о чистом воздухе, чтобы установить свои собственные стандарты загрязнения и требования к электромобилям. В случае успеха Трамп отменит законопроекты, подобные законопроекту, предложенному законодательным собранием штата в прошлом году, о прекращении производства и регистрации новых автомобилей с бензиновым двигателем в Калифорнии к 2040 году.  

Но риторика говорит автопроизводителям готовиться, как только технология будет готова. «Эти правительства сигнализируют миру, что им необходимо перейти на автомобили с нулевым уровнем выбросов, чтобы достичь своих целей в области климата и качества воздуха», — говорит он. «Все их модели [выбросов] говорят об одном и том же: они не могут достичь своих целей в области климата и выбросов без автомобилей с нулевым уровнем выбросов как можно быстрее».

Даже без конкретных законов страны полагаются на кнут и пряник. Большинство так называемых «запретов» на двигатели внутреннего сгорания на самом деле являются ограничениями на продажу новых дизельных автомобилей, наряду с финансовыми стимулами или штрафами для ускорения продаж электромобилей и автомобилей на альтернативном топливе в ближайшие годы. Европейские страны провели самую агрессивную политику, чтобы склонить чашу весов против бензина и дизельного топлива. Норвегия, где в 2017 году 52 % продаж новых автомобилей приходилось на электромобили, дарит покупателям электромобилей тысячи долларов в виде привилегий, таких как бесплатная или субсидированная парковка, дорожные сборы и зарядка, а также щедрые налоговые льготы. В Великобритании, где покупатели также получают налоговые льготы на чистые автомобили, Лондон расширяет «зону со сверхнизким уровнем выбросов», взимая 12,50 фунтов стерлингов (16,39 долларов США).) ежедневная плата за автомобили, которые считаются слишком загрязняющими окружающую среду (как правило, обычные автомобили, зарегистрированные после 2005 года). Эти стандарты вступят в силу в апреле следующего года и со временем будут ужесточаться.

В других местах заявления в лучшем случае вдохновляющие, сказал Латси. По его словам, большинство из них составляют «звуковые фрагменты, цитаты министерств, ответы на вопросы СМИ после выступлений и общую информацию в Интернете». Цель Индии по выпуску полностью электрических транспортных средств к 2030 году зависит от снижения затрат. Китай просто начал «соответствующие исследования» для определения графика поэтапного отказа от двигателей внутреннего сгорания. Даже канцлер Германии Ангела Меркель, которая назвала поэтапный отказ Великобритании и Франции от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, к 2040 году «правильным подходом», отказалась назвать дату.

Несмотря на это, эффекты распространяются на автомобильную промышленность. За последние два года автопроизводители поспешили реализовать планы по электрификации своих автомобилей. Daimler потратит 11,7 млрд долларов на создание 10 полностью электрических и 40 гибридных моделей, а также планирует электрифицировать всю свою линейку, сообщает Reuters. Volkswagen AG планирует электрифицировать около 300 своих моделей к 2030 году. Ford говорит, что «все внимание» уделяет электромобилям, в то время как GM добавляет еще две электрические модели вместе с Chevy Bolt, в конечном итоге полностью отказавшись от двигателя внутреннего сгорания. Китайская Volvo выпускает только электрические модели, начиная с 2019 года..

Однако пройдут десятилетия, прежде чем эти новые автомобили смогут вытеснить свои обычные аналоги. Автопроизводителям приходится проектировать новые автомобили, расчищать имеющиеся запасы и ждать, пока автопарк окупится, пока водители сдают старые автомобили (в США это около 11 лет). По оценкам FleetCarma, только половине транспортных средств на дорогах требуется около 18 лет, чтобы соответствовать новому закону. Поскольку в среднем транспортное средство остается в обращении дольше, автомобили, покупаемые сегодня, легко наткнутся на предлагаемые запреты в некоторых странах.

Отвращение политиков к двигателям внутреннего сгорания, возможно, уже привело к снижению доли дизельных автомобилей на рынке и стоимости при перепродаже. В то время как мошенничество Volkswagen с загрязнением окружающей среды является одним из факторов, запрет на дизельное топливо, похоже, оказывает влияние. ICCT сообщает, что доля новых регистраций дизельных двигателей упала на 8% с 2015 года во Франции, Германии, Италии, Испании и Великобритании. В Великобритании и Германии дизельные автомобили потеряли от 6% до 17% своей стоимости при перепродаже в первой половине 2017 года. Многие ожидают, что тот же сценарий вскоре ударит по бензиновым автомобилям.

Изменения произойдут относительно быстро в городах и таких странах, как Норвегия, но глобальная траектория будет медленной и устойчивой. Только к 2025 году или около того средняя стоимость электромобиля упадет ниже стоимости бензинового или дизельного автомобиля (в большинстве случаев эксплуатация электромобиля уже намного дешевле). Однако когда это произойдет, политики смогут свободно принимать законы, которые они обещали, когда будет готова доступная технология для замены двигателей внутреннего сгорания.

Компания Quartz рассмотрела все объявления об ограничении использования транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания по всему миру. Ни одно из них не сводилось к юридическим запретам, но большинство из них устанавливало цели и сроки поэтапного отказа от дизельных, а затем и бензиновых двигателей в период с 2025 по 2050 год. Краткое изложение каждого объявления приведено ниже.

Копенгаген, Дания

Запретить въезд новых дизельных автомобилей в столицу Дании

Мэр Копенгагена заявил в прошлом году, что он примет закон, запрещающий регистрацию дизельных автомобилей после 2018 года. загрязнять воздух для других. Вот почему дизельные автомобили должны быть постепенно прекращены», он

Рим, Италия

Запретить дизельным автомобилям движение в центре города к 2024 году

Мэр Вирджиния Рагги объявила о плане запретить к 2024 году движение дизельных автомобилей в центре города. «Если мы хотим серьезно вмешаться, нам нужно набраться смелости и принять решительные меры», — написала она 27 февраля на своей странице в Facebook.

Норвегия

Цель: к 2025 году не продавать новые автомобили с бензиновым или дизельным двигателем ноль новых автомобилей, работающих на ископаемом топливе, проданных с 2025 года. Прямого запрета нет, но требуются решительные действия», — написал в Твиттере тогдашний министр окружающей среды и изменения климата Норвегии Видар Хельгесен в 2016 году. Сегодня почти 40% всех автомобилей, продаваемых в Норвегии, являются электрическими или гибридными. .

Афины, Париж, Мадрид, Мехико

Прекращение использования всех дизельных автомобилей к 2025 году

середине следующего десятилетия» и стимулировать электрические, водородные и гибридные автомобили.

Париж

Запрет на дизельное топливо в городе к 2025 г. Запрет на все автомобили с двигателями внутреннего сгорания к 2030 г.

Париж обязался запретить дизельные двигатели к 2025 году и постепенно отказаться от всех автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2030 году. Октябрь 2017 г. «Транспорт является одним из основных производителей парниковых газов… поэтому к 2030 году мы планируем отказаться от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания или автомобилей, работающих на ископаемом топливе».

Индия

К 2030 г. не будет новых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем (если это будет экономично)

В 2017 году правительство Индии объявило о «цели, чтобы к 2030 году все автомобили, продаваемые в Индии, могли быть электрическими». План энергетического отдела будет зависеть от того, насколько упадут цены на электромобили, чтобы сделать их экономичными.

Ирландия

К 2030 году не будет новых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем

Страна запретит продажу всех бензиновых и дизельных автомобилей к 2030 году. Такие города, как Дублин, обязаны покупать только электрические автобусы после 2018 года.0482

Израиль

Запретить ввоз всех автомобилей на бензине и дизельном топливе к 2030 году. Разрешены только автомобили, работающие на природном газе, и электромобили.

Министр энергетики Юваль Штайниц заявил на конференции в феврале прошлого года, что «с 2030 года Государство Израиль создаст альтернативы и больше не будет разрешать импорт автомобилей, работающих на бензине и дизельном топливе. … Мы намерены достичь ситуации, при которой промышленность Израиля будет основана на природном газе, и, что наиболее важно, транспорт в Израиле будет основан на природном газе или электричестве».

Брюссель, Бельгия

Запрет дизельного топлива в столице Бельгии к 2030 году

Правительство Брюсселя согласилось ввести запрет на дизельное топливо в столице Бельгии к 2030 году. Рассматриваются ограничения на автомобили с бензиновым двигателем.

Нидерланды

К 2030 г. все транспортные средства будут освобождены от выбросов

В соглашении парламентской коалиции Нидерландов в октябре 2017 г. говорится, что «цель состоит в том, чтобы к 2030 г. все новые автомобили не облагались налогом на выбросы. для автомобилей с нулевым уровнем выбросов будут приведены в соответствие с этой целью». (стр. 39, документ на голландском языке)

Франция

Отсутствие продаж новых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем к 2030 году продажи бензиновых или дизельных автомобилей будут стимулировать производителей автомобилей внедрять инновации и занимать лидирующие позиции на этом рынке».

Соединенное Королевство

Прекращение продаж обычных бензиновых и дизельных автомобилей и фургонов к 2040 г. Сокращение национальных выбросов транспортных средств до нуля к 2050 г.

Правительство Великобритании обязалось прекратить продажи новых обычных бензиновых и дизельных автомобилей и фургонов к 2040 году. быть нулевыми выбросами, и все должны иметь «возможность» нулевых выбросов (например, гибриды). К 2050 году Великобритания заявляет, что к 2050 году сократит выбросы транспортных средств практически до нуля, а к 2050 году выбросы «почти всех автомобилей и фургонов» будут нулевыми. Парламент Шотландии объявил о более амбициозных планах по поэтапному отказу от бензиновых и дизельных автомобилей к 2032 году9.0482

Тайвань

Отсутствие новых неэлектрических мотоциклов к 2035 г. и четырехколесных транспортных средств к 2040 г. , соответственно.

Китай

Дата поэтапного отказа от двигателей внутреннего сгорания не указана и информационные технологии. «Некоторые страны установили график прекращения производства и продажи автомобилей на традиционном топливе», — сказал он китайским государственным СМИ в сентябре прошлого года, отметив, что министерство начало «соответствующее исследование» для завершения графика. «Эти меры, безусловно, принесут глубокие изменения в развитие нашей автомобильной промышленности». Эксперты ожидают, что (платный доступ) страна введет запрет на поэтапный отказ наряду с контролем за выбросами углерода, который ожидается примерно в 2030 году.

Германия

Ожидается запрет на продажу новых дизельных автомобилей. Рассмотрение запрета на все двигатели внутреннего сгорания к 2040 году по примеру Великобритании и Франции.

Германия не установила сроки, но канцлер Ангела Меркель заявила в августе 2017 года, что в конечном итоге страна должна присоединиться к другим европейским странам, запрещающим новые дизельные автомобили». Она назвала планы Великобритании и Франции по поэтапному отказу от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, к 2040 году «правильным подходом», добавив: «Я не хочу называть точный год». Немецкие города уже настаивают на запрете дизельного топлива.

Штаты США: Калифорния, Коннектикут, Мэриленд, Массачусетс, Нью-Йорк, Орегон, Род-Айленд и Вермонт. Провинции Канады: Québec

Сократить выбросы национальных транспортных средств до нуля к 2050 году.

«Мы будем стремиться к тому, чтобы все продажи легковых автомобилей в наших юрисдикциях ZEV были как можно быстрее и не позднее 2050 года».

Сравнение дизельных и бензиновых двигателей: плюсы и минусы

Покупка нового автомобиля может быть пугающим процессом. Седан или внедорожник? Грузовик или фургон? Гибрид или электричество?

Бензин или дизель?

В прошлом вы могли сократить этот список наполовину, если решали, что хотите автомобиль с дизельным двигателем, поскольку до недавнего времени большинство дизелей было доступно только для грузовиков.

Теперь у вас есть возможность приобрести множество автомобилей с дизельным двигателем. Прошли те времена, когда вонючая машина изрыгала сажу, когда пыхтела по дороге. Благодаря значительным усовершенствованиям за десятилетия дизельные двигатели были спроектированы так, чтобы производить меньше сажи и уменьшать свой углеродный след.

Должны ли вы в следующий раз купить автомобиль с дизельным двигателем? Узнайте плюсы и минусы дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми.

Дизельные и бензиновые двигатели

Дизельные и бензиновые двигатели используют одинаковую концепцию, когда речь идет о расширении топлива. Оба являются двигателями внутреннего сгорания, которые передают химическую энергию топлива в механическую энергию, которая приводит в движение поршни в цилиндрах. Поршни соединены с коленчатым валом, который генерирует движение для создания мощности для движения автомобиля.

Дизельные и бензиновые двигатели относятся к горючим двигателям, что означает, что они преобразуют топливо в энергию с небольшими взрывами. То, как происходят взрывы, зависит от каждого двигателя.

Бензин подается в двигатель и смешивается с воздухом, затем сжимается поршнями и воспламеняется от искры от свечей зажигания.

Дизельные двигатели, с другой стороны, сжимают воздух перед прямым впрыском топлива в камеру сгорания. Дизельные двигатели не требуют свечей зажигания, потому что сильно сжатый воздух нагревается и вызывает воспламенение топлива.

Плюсы дизельного двигателя:

• Превосходные возможности буксировки, повышенный крутящий момент, лучший старт
• Повышенная топливная экономичность, меньше заправок
• Повышенный уровень шума и более плавная работа по сравнению с более ранними дизельными моделями
• Более экономичный, с меньшим выбросом углерода, чище, чем примитивные дизельные двигатели
• Меньше компонентов двигателя, без настройки

Дизель Минусы:

• Ужасная мощность, низкая скорость
• Дорогое топливо, ограниченное количество заправок дизельным топливом
• Более шумная и жесткая езда, чем у бензиновых двигателей
• Выбросы с выбросами канцерогенов, закиси азота и сажи в атмосферу
• Более дорогой ремонт и обслуживание

Мощность двигателя

Вы когда-нибудь задумывались, почему так много тракторных прицепов ездят по нашим дорогам на дизельном топливе? Дизельные двигатели способны развивать большой крутящий момент на низких оборотах.

Автомобиль с дизельным двигателем быстрее разгоняется после полной остановки по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем. Автомобили с дизельным двигателем также обладают лучшей буксировочной способностью. Если вы планируете буксировать лодку, игрушечный тягач или кемпер, дизельный двигатель облегчит эти дальние перевозки.

Хотя игра крутящего момента дизельного двигателя сильна, он теряет очки за мощность. Автомобили на дизельном топливе прочны, имеют долговечные двигатели и надежны, но они не спортивны.

Топливная эффективность

Многие владельцы транспортных средств предпочитают автомобили с дизельным двигателем бензиновым моделям из-за их повышенной топливной экономичности. Некоторые дизельные модели легковых автомобилей могут проехать на 30 процентов больше миль, чем их бензиновые аналоги. Хотя дизельные автомобили более эффективны, когда речь идет о ценах на дизельное топливо по сравнению с бензином, дизельное топливо дороже бензина. Дизельные автомобили очень хорошо ведут себя на трассе, в отличие от езды по городу. Если вы проводите много времени в поездках по автомагистралям, дизельный автомобиль — идеальный вариант для вас.

Выбросы

Современные дизельные автомобили работают намного чище, чем в прошлом, но дизельное топливо чище бензинового? Несмотря на то, что они работают намного чище, дизельные автомобили по-прежнему производят более высокие уровни выбросов, включая закись азота и сажу, особенно при трогании с места с полной остановки. Городские пассажиры или водители, которые более заботятся об окружающей среде, могут выбрать более чистый электрический или гибридный автомобиль вместо покупки дизельной модели.

Качество езды

Автомобили с дизельным двигателем не всегда имели лучшую репутацию. Многие люди думают о дизельных автомобилях как о шумных, дребезжащих, вонючих, грязных автомобилях. Благодаря лучшему проектированию и развитию технологий дизельные автомобили стали более плавными и тихими. Несмотря на эти новаторские усовершенствования, дизельные двигатели не такие тихие и плавные, как бензиновые двигатели.

Техническое обслуживание и ремонт

Поскольку дизельный двигатель не оснащен распределителями или свечами зажигания, нет необходимости в регулярной настройке, которая требуется бензиновым двигателям. Тем не менее, регулярное техническое обслуживание, включая замену масла и другие виды технического обслуживания, по-прежнему необходимо. Как и в случае с любым транспортным средством, отказ в обслуживании двигателя и других компонентов может привести к катастрофе в будущем. Система впрыска топлива, особенно в дизельных двигателях, если ее не обслуживать, может привести к серьезным повреждениям и дорогостоящему ремонту.

Если вы подумываете о покупке автомобиля с дизельным двигателем, важно определить, какие потребности будут у вас за рулем. Будете ли вы проводить выходные в походах в лесу, возить лошадей на представления и родео, возить квадроциклы к песчаным дюнам или планируете исследовать американские шоссе и стать частым путешественником?

Если вы ответили «нет» на любой из этих вопросов, вы можете подумать о покупке бензинового, гибридного или электрического автомобиля, чтобы лучше соответствовать вашему образу жизни.