Дизельный двигатель — это… Что такое Дизельный двигатель?

Ди́зельный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.^[1]

Спектр топлива для дизелей 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. Дизель может с определённым успехом работать и на сырой нефти.

Компрессионные карбюраторные двигатели не относят к дизельным двигателям, так как в «дизелях» происходит сжатие чистого воздуха, а не топливо-воздушной смеси. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия.^[2][3].

История

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 объема», 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 США в 1895 году

[2]), в 1893 году выпустил брошюру. Ещё несколько вариантов конструкции были им запатентованы позднее.^[3] 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 (англ.)русск. ранее высказывал похожие идеи и в 1886 году построил действующий двигатель (см. полудизель). Он предложил двигатель, в котором воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем нагнетался (в конце такта сжатия) в ёмкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя ёмкость нагревалась лампой снаружи, и после запуска самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла снаружи. 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 Дизель-мотора и Тринклер-мотора русская конструкция, появившаяся на полтора года позднее немецкой и испытанная на год позднее, оказалась гораздо более удачной в плане практического использования. Именно Тринклер-мотор был первым двигателем с воспламенением от сжатия, работавшим на сырой нефти. Использование гидравлической системы для нагнетания и впрыска топлива позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и сделало возможным увеличение скорости вращения. Российская конструкция оказалась проще, надёжнее и перспективнее немецкой.

[4] 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. С 1899 г. Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизелей. В Петербурге Тринклер приспособил двигатель для работы на сырой нефти вместо керосина. В 1900 г на Всемирной выставке в Париже двигатель Дизеля 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».

[5] 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. Т. Цветков, «Двигатели внутреннего сгорания», МАШГИЗ, 1954 г.).

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 дизели в высокооборотных 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. Он же создал удачную модификацию бескомпрессорной форсунки. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться всё большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, однако доводы в пользу карбюраторных двигателей (традиционный принцип работы, лёгкость и небольшая цена производства) позволяли им пользоваться большим спросом для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях: с 50-х — 60-х годов XX века 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.

В дальнейшие годы происходит рост популярности дизельных двигателей для легковых и грузовых автомобилей, не только из-за экономичности и долговечности дизеля, 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^{[источник не указан 995 дней]}. 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.

Принцип работы

Четырёхтактный цикл

Работа четырёхтактного дизельного двигателя.

• 1-й такт. Впуск. Соответствует 0° — 180° поворота коленвала. Через открытый ~от 345—355° впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190—210° клапан закрывается. По крайней мере до 10-15° поворота коленвала одновременно открыт выхлопной клапан, время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов.
• 2-й такт. Сжатие. Соответствует 180° — 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ (верхней мёртвой точке), сжимает воздух в 16(в тихоходных)-25(в быстроходных) раз.
• 3-й такт. Рабочий ход, расширение. Соответствует 360° — 540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение, образование свободных радикалов в поверхностных слоях капель и в парáх, наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном дизеле — величина постоянная и изменению в процессе работы не подлежит. Сгорание топлива в дизеле происходит, таким образом, длительно, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент. Из этого следуют два важнейшие вывода.
  • 1. Процесс горения в дизеле длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода.
  • 2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре дизеля может существенно отличаться от стехиометрического, причем очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объема камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей — «тепловоз „даёт“ медведя».).
• 4-й такт. Выпуск. Соответствует 540° — 720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520—530° выхлопной клапан поршень выталкивает отработавшие газы из цилиндра.

Далее цикл повторяется.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

• Дизель с неразделённой камерой: камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется (зачастую многостадийный) предвпрыск.
• Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для легких дизелей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.

Двухтактный цикл

Принцип работы двухтактного дизельного двигателя Продувка двухтактного дизельного двигателя: внизу — продувочные окна, выпускной клапан верху открыт

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, в дизеле возможно использование двухтактного цикла.

При рабочем ходе поршень идёт вниз, открывая выпускные окна в стенке цилиндра, через них выходят выхлопные газы, одновременно или несколько позднее открываются и впускные окна, цилиндр продувается свежим воздухом из воздуходувки — осуществляется продувка, совмещающая такты впуска и выпуска. Когда поршень поднимается, все окна закрываются. С момента закрытия впускных окон начинается сжатие. Чуть не достигая ВМТ, из форсунки распыляется и загорается топливо. Происходит расширение — поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т. д.

Продувка является врожденным слабым звеном двухтактного цикла. Время продувки, в сравнением с другими тактами, невелико и увеличить его невозможно, иначе будет падать эффективность рабочего хода за счет его укорочения. В четырёхтактном цикле на те же процессы отводится половина цикла. Полностью разделить выхлоп и свежий воздушный заряд тоже невозможно, поэтому часть воздуха теряется, выходя прямо в выхлопную трубу. Если же смену тактов обеспечивает один и тот же поршень, возникает проблема, связанная с симметрией открывания и закрывания окон. Для лучшего газообмена выгоднее иметь опережение открытия и закрытия выхлопных окон. Тогда выхлоп, начинаясь ранее, обеспечит снижение давления остаточных газов в цилиндре к началу продувки. При закрытых ранее выхлопных окнах и открытых — еще — впускных осуществляется дозарядка цилиндра воздухом, и, если воздуходувка обеспечивает избыточное давление, становится возможным осуществление наддува.

Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой или оконной. Если отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха, продувка называется клапанно-щелевой. Существуют двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня; каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (система Фербенкс-Морзе — Юнкерса — Корейво: дизели этой системы семейства Д100 использовались на тепловозах ТЭ3, ТЭ10, танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80УД), 6ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Junkers (Jumo 204, Jumo 205).

В двухтактном двигателе рабочие ходы происходят вдвое чаще, чем в четырёхтактном, но из-за наличия продувки двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6—1,7 раз.

В настоящее время тихоходные двухтактные дизели весьма широко применяются на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. Ввиду удвоения количества рабочих ходов на одних и тех же оборотах двухтактный цикл оказывается выгодным при невозможности повысить частоту вращения, кроме того, двухтактный дизель технически проще реверсировать; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100 000 л.с.

В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.

Варианты конструкции

Крейцкопфный (слева) и тронковый (справа) двигатели. Номером 10 обозначен крейцкопф.

Для средних и тяжелых двухтактных дизельных двигателей характерно применение составных поршней, в которых используется стальная головка и дюралевая юбка. Основной целью данного усложнения конструкции является снижение общей массы поршня при сохранении максимально возможной жаростойкости донышка. Очень часто используются конструкции с масляным жидкостным охлаждением.

В отдельную группу выделяются четырехтактные двигатели, содержащие в конструкции крейцкопф. В крейцкопфных двигателях шатун присоединяется к крейцкопфу — ползуну, соединенному с поршнем штоком (скалкой). Крейцкопф работает по своей направляющей — крейцу, без воздействия повышенных температур, полностью ликвидируя воздействие боковых сил на поршень. Данная конструкция характерна для крупных длинноходных судовых двигателей, часто — двойного действия, ход поршня в них может достигать 3 метров; тронковые поршни таких размеров были бы перетяжеленными, тронки с такой площадью трения существенно снизили бы механический КПД дизеля.

Реверсивные двигатели

Большинство ДВС рассчитаны на вращение только в одну сторону; если требуется получить на выходе вращение в разные стороны, то используют передачу заднего хода в коробке перемены передач или отдельный реверс-редуктор. Электрическая передача также позволяет менять направление вращения на выходе.

Однако на судах с жёстким соединением двигателя с гребным винтом фиксированного шага приходится применять реверсивные двигатели, чтобы иметь возможность двигаться задним ходом. Для этого нужно изменять фазы открытия клапанов и впрыска топлива. Обычно распределительные валы снабжаются двойным количеством кулачков; при остановленном двигателе специальное устройство приподнимает толкатели клапанов, что даёт возможность передвинуть распредвалы в новое положение. Встречаются также конструкции с реверсивным приводом распределительного вала — здесь при изменении направления вращения коленчатого вала сохраняется направление вращения распределительного вала. Двухтактные двигатели с контурной продувкой, когда газораспределение осуществляется поршнем, не нуждаются в специальных реверсивных устройствах (однако в них всё же требуется корректировка момента впрыска топлива).

Реверсивные двигатели также применялись на ранних тепловозах с жёстким соединением вала двигателя с колёсами.

Преимущества и недостатки

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения.

Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40-45 %, некоторые малооборотные крупные дизели — свыше 50 % (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4 %).^[6] Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жестких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

Дизельный двигатель не может развивать высокие обороты — топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации. Высокая механическая напряженость дизеля вынуждает использовать более массивные и более дорогие детали, что утяжеляет двигатель. Это снижает удельную мощность двигателя, что послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Junkers, а также советский тяжёлый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А. Д. Чаромского и Т. М. Мелькумова). На максимальных эксплуатационных режимах топливо в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи.

Сгорание впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива происходит по мере впрыска. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине и ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями^{[источник не указан 196 дней]}. Например, в России в 2007 году почти все грузовики и автобусы были оснащены дизельными двигателями (окончательный переход этого сегмента автотранспорта с бензиновых двигателей на дизели планировалось завершить к 2009 году)^[7]. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя, а более высокий теоретический КПД (см. Цикл Карно) даёт более высокую топливную эффективность.

По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах — это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (NO_х) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Больше всего загрязняют атмосферу в России дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта^{[источник не указан 400 дней]}, в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса^{[источник не указан 400 дней]}. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности, а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата (хотя это характерно для слишком уж лёгких боевых единиц).

Конечно, существуют и недостатки, среди которых — характерный стук дизельного двигателя при его работе. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.

Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартёра большой мощности, помутнение и застывание (запарафинивание) летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность и более высокая цена в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются прецизиоными устройствами. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. 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 и высоким крутящим моментом в своём рабочем объёме. 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, 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 системы Common rail. В данном типе дизелей впрыск топлива осуществляется электронно-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 (приблизительно эквивалентно «атмосфер»), 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» (DPF — фильтр твёрдых частиц). «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 «интеркулера» — устройства, охлаждающего воздух после сжатия турбонагнетателем — чтобы после охлаждения получить большую массу воздуха (кислорода) в камере сгорания при прежней пропускной способности коллекторов, а Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.

В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля тяжелее и более устойчивы к высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля, в частности, хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, но твёрдость стенок блока цилиндров выше. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и почти всегда рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше (для автомобильного дизеля) верхней плоскости блока цилиндров. В некоторых случаях — в устаревших дизелях — головки поршней содержат в себе камеру сгорания («прямой впрыск»).

Сферы применения

Дизельные двигатели применяются для привода стационарных силовых установок, на рельсовых (тепловозы, дизелевозы, дизель-поезда, автодрезины) и безрельсовых (автомобили, автобусы, грузовики) транспортных средствах, самоходных машинах и механизмах (тракторы, асфальтовые катки, скреперы и т. д.), а также в судостроении в качестве главных и вспомогательных двигателей.

Мифы о дизельных двигателях

Цех судовых дизелей завода «Даймлер-Бенц» в Штутгарте Дизельный двигатель с турбонаддувом

• 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. 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 громко работает.

Громкая работа двигателя свидетельствует о неправильной эксплуатации и возможных неисправностях. На самом деле некоторые старые дизели с непосредственным впрыском действительно отличаются весьма жёсткой работой. С появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления («Common-rail») у дизельных двигателей удалось значительно снизить шум, прежде всего за счёт разделения одного импульса впрыска на несколько (типично — от 2-х до 5-ти импульсов).

• Дизельный двигатель гораздо экономичнее.

Основная экономичность обусловлена более высоким КПД дизельного двигателя. В среднем современный дизель расходует топлива до 30 % меньше^[8]. Срок службы дизельного двигателя больше бензинового и может достигать 400—600 тысяч километров. Запчасти для дизельных двигателей несколько дороже, стоимость ремонта так же выше, особенно топливной аппаратуры. По вышеперечисленным причинам, затраты на эксплуатацию дизельного двигателя несколько меньше, чем у бензинового. Экономия по сравнению с бензиновыми моторами возрастает пропорционально мощности, чем определяется популярность использования дизельных двигателей в коммерческом транспорте и большегрузной технике.

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

С первых моментов построения дизелей строилось и строится огромное количество их, рассчитанных для работы на газе разного состава. Способов перевода дизелей на газ, в основном, два. Первый способ заключается в том, что в цилиндры подаётся обеднённая газо-воздушная смесь, сжимается и поджигается небольшой запальной струёй дизельного топлива. Двигатель, работающий таким способом, называется газодизельным. Второй способ заключается в конвертации дизеля со снижением степени сжатия, установкой системы зажигания и, фактически, с построением вместо дизеля газового двигателя на его основе.

Рекордсмены

Самый большой/мощный дизельный двигатель

Судовой, 14 цилиндровый — Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, созданный финской компанией Wärtsilä в 2002 году, для установки на крупные морские контейнеровозы и танкеры, является самым большим дизелем в мире^[9].

Конфигурация — 14 цилиндров в ряд

Рабочий объём — 25 480 литров

Диаметр цилиндра — 960 мм

Ход поршня — 2500 мм

Среднее эффективное давление — 1,96 МПа (19,2 кгс/см²)

Мощность — 108 920 л.с. при 102 об/мин. (отдача с литра 4,3 л.с.)

Крутящий момент — 7 571 221 Н·м

Расход топлива — 13 724 литров в час

Сухая масса — 2300 тонн

Габариты — длина 27 метров, высота 13 метров

Самый большой дизельный двигатель для грузового автомобиля^{[источник не указан 1275 дней]}

MTU 20V400 предназначен, для установки на карьерный самосвал БелАЗ-7561.

Мощность — 3807 л.с. при 1800 об/мин. (Удельный расход топлива при номинальной мощности 198 г/кВт*ч)

Крутящий момент — 15728 Н·м

Самый большой/мощный серийный дизельный двигатель для серийного легкового автомобиля^{[источник не указан 1275 дней]}

Audi 6.0 V12 TDI с 2008 года устанавливается на автомобиль Audi Q7.

Конфигурация — 12 цилиндров V-образно, угол развала 60 градусов.

Рабочий объём — 5934 см³

Диаметр цилиндра — 83 мм

Ход поршня — 91,4 мм

Степень сжатия — 16

Мощность — 500 л.с. при 3750 об/мин. (отдача с литра — 84,3 л.с.)

Крутящий момент — 1000 Нм в диапазоне 1750-3250 об/мин.

См. также

Примечания

Ссылки

Дизельный двигатель

В последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами. Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, продаваемых в Европе. Густой черный дым из выхлопной трубы, громкое тарахтение и неприятный запах остались далеко в прошлом. Дизельные моторы сегодня – это не только экономичность, но также высокая мощность и достойные динамические характеристики.

Современный дизель стал тихим и экологически чистым. Как же удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели? Рассмотрим все по порядку…

Содержание статьи

Принцип работы

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового – те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте.

В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре – отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

Конструкция

Особенности

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки – ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.

Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода.

Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Поршни и свечи дизеля

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

Камеры сгорания дизельного двигателя

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.

Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в
цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Системы питания

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название – рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима.

Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо – воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом.

В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как “волновое гидравлическое давление”. При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, “бегающие” по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

Насос-форсунка дизельного двигателя

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок – высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд».

Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля.

Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Турбодизель

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы является турбонаддув двигателя. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала – “турбоямы”. Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором.

На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха – интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения “высотности” двигателя – в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Пять мифов о проблемах дизельных двигателей — Российская газета

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

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

Дорогая эксплуатация

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

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

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

Повышенные требования к качеству топлива

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

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

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

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

Сложности с запуском зимой

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

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

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

Навязчивый шум

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

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

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

Загрязняют природу

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

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

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

Некоторые любят потяжелее: чем хорош легковой дизель, и почему они скоро вымрут

Особенности конструкции. Плюсы

Давайте сначала о том, что является несомненным достоинством дизельного мотора — об экономичности. Рабочий процесс в дизельном моторе отличается от такового у бензиновых собратьев в первую очередь способом регулирования мощностных параметров. Поскольку нет нужды в поддержании стехиометрической смеси (постоянного соотношения топлива и воздуха), то можно использовать качественное регулирование, просто изменяя количество подаваемого в камеру сгорания топлива. При этом нет нужды в дроссельной заслонке, нет дополнительных потерь на всасывание, а в сочетании с высоким коэффициентом расширения получаем очень высокий КПД на любых оборотах.

После массового появления турбонаддува в восьмидесятые дизельные моторы получили еще один мощный стимул к развитию. С начала века находившиеся в тени бензиновых двигателей из-за более низкой степени форсирования по оборотам и более высокой массы, они отыграли свое с лихвой, сначала на тяжелых грузовиках, а затем и на легковушках.

Турбонаддув идеально сочетался с рабочим циклом дизеля: воздух можно сжимать сколько угодно, ограничения по детонации больше нет, а большой коэффициент расширения — это еще и сравнительно невысокая температура выхлопных газов, особенно на промежуточных режимах, а значит, и щадящий режим работы турбокомпрессора.

Иными словами, дизельный двигатель намного лучше переносит эксплуатацию в пробках и с частичной нагрузкой. Нет перегрева, от которого вынуждены страдать современные «бензинки», а турбина работает в более благоприятных условиях .

Недостатков при этом, кроме цены, попросту нет. Экономичность даже улучшается за счет работы на более малых оборотах, топливо все такое же безопасное, не склонное к легкому воспламенению. И выбросы СО низкие, ведь двигатель всегда работает с избытком воздуха.

Особенности конструкции. Минусы

Минусы у дизельного двигателя всегда были тесно связаны с его же плюсами. Качественное регулирование требует сложной топливной аппаратуры, и чем больше мощность и частота вращения, тем аппаратура дороже.

Повышение требований к чистоте сгорания еще больше увеличивает ее цену. Большая степень сжатия и коэффициент расширения с очень высокой рабочей температурой в камере создают большую тепловую нагрузку на поршень и большие механические нагрузки на поршневую группу и блок цилиндров. Повышение степени форсирования за счет турбонаддува приводит к дальнейшему увеличению нагрузки на поршневую группу и головку блока цилиндров, форсунки и остальные элементы двигателя.

На фото: Porsche Cayenne S Diesel ‘2013

В результате требования ко всем элементам двигателя растут, как и их цена. Да и сами турбины стоят недешево. А еще его топливо, теоретически более дешевое, чем бензин, на практике оказалось в итоге не таким уж дешевым. Дизельное топливо высокого класса по стоимости изготовления конкурирует с бензином, а разница в цене чаще обусловлена налогами. В нашем климате к числу недостатков дизельного топлива добавляется еще и его склонность к парафинизации при низкой температуре, что требует применения специальных его сортов и подогрева топливопроводов и фильтров зимой.

После закручивания «экологических гаек» к минусам дизельных моторов добавилась еще пара пунктов. Высокоэффективное сгорание топлива дает повышенное количество окислов NOx, и снизить их количество можно либо снижением эффективности сгорания, или хитроумными химическими фокусами.

Оба метода имеют свои минусы. EGR резко снижает ресурс двигателя, а мочевинная нейтрализация требует большого количества дополнительной технической жидкости, которая к тому же имеет низкую температуру замерзания. Вдобавок при сгорании жидкого топлива сразу после распыления образуются твердые частицы. И эта сажа содержит множество канцерогенных веществ, которые нужно как-то фильтровать. А DPF фильтры оказались дорогим и крайне капризным компонентом.

Почему дизелю сказали «нет»?

Почему на наших дорогах во времена СССР не бегали дизельные Мереседесы — и так понятно. Это Высоцкий мог себе позволить ездить на машине подобного класса, а те, кто имел доступ к солярке, не могли о таком даже мечтать. В перестроечные годы, когда моряки, совслужащие из ГДР и прочие «выездные» повезли в страну первые иномарки, советский человек выяснил неприятную правду. Дизельная легковушка оказалась весьма капризной и не особенно комфортной.

И пусть тогда любая машина была уже лучше, чем отсутствие таковой, но дизельная машина, даже если это была не Волга с Перкинсом, а вполне «цивильный» Опель или Мерседес, пахла соляркой, плохо прогревалась, не всегда хорошо заводилась, сильно вибрировала и шумела. При том что бензиновые экземпляры иномарок подобным поведением не отличались. Топливная аппаратура, естественно, ломалась, и заменить ее на карбюратор от Нивы или Волги не получалось, а потянуть штучное производство запчастей для ТНВД могли редкие мастерские при НИИ.

На фото: Mercedes-Benz 300 SD Turbo Diesel (W116) ‘1977–80

Эйфория прошла довольно быстро, поэтому машины на дизельном топливе остались у тех, кто «по долгу службы» имел доступ к солярке: у водителей грузовиков и тракторов. Остальные восхищались издалека, но по возможности приобретали то, что советовали «опытные люди». Обычно это был вариант «карбюратор и цепь»: минимум расходных материалов, минимум изнашиваемых элементов, все чинится на коленке до поры до времени. Любой впрыск топлива, а особенно дизельная аппаратура впрыска были заведомо неремонтопригодны без полноценной инфраструктуры обслуживания.

Что было дальше

Прогресс дизельных моторов в 90-е годы не остался без внимания, но его явно не хватало для коренного перелома ситуации. Редкие дизельные моторы с «легковым характером» на BMW обрастали легендами, но обладатели легендарных и не очень моторов стали замечать, что дизельное топливо в России совсем не благоволит тонкой аппаратуре легковых дизелей.

На фото: BMW (E34) ‘1991–95

Пара неудачных заправок — и вот уже под замену форсунки и ТНВД, а алюминий ГБЦ, особенно форкамерных с их тонким литьем, просто тает с нашей высокосернистой соляркой. Да и по большому счету, машины с дизельными моторами едва ли стали комфортнее. Конечно, уже не было «горбов» на капоте из-за особой длинноходности моторов, но вибрация, шум, плохой запах непрогретого мотора и дымность на переходных режимах никуда не делись.

Двадцать лет на успех

Ситуация начала меняться только к концу девяностых годов. Тут законодателями стали вовсе не немцы, а итальянские и французские компании. Дочернее отделение компании FIAT, Magneti Marelli, разработало и выпустило в свет первую коммерческую систему управления Common Rail для легковых дизелей. А в 1997 году итальянцы применили систему на автомобиле Alfa Romeo 156 1,9 JTD. Bosch купил перспективную разработку, и уже в 1998 году представил первый автомобиль с собственной системой Common Rail, это был Mercedes 220CDI в кузове W202, с двигателем OM611.

На фото: Mercedes-Benz C-Klasse (W202) ‘1993–2000

Если ранее объем впрыска задавался чисто механически для всех цилиндров одновременно, а момент впрыска выбирался с помощью вакуумно-центробежного регулятора (или электронного регулирования на более поздних версиях ТНВД), то в системе с Common Rail впрыск работал примерно как на обычном бензиновом моторе. Только давление в рампе уже на первой системе составляло 1 350 бар, а топливо можно было впрыскивать несколькими порциями, обеспечивая предварительный разогрев камеры сгорания и более полное сгорание топлива на любых режимах, и снижение механических нагрузок на поршневую группу заодно.

Система снимала почти все ограничения на рост мощности дизельных моторов, а заодно позволяла избежать проблемы переходных режимов. Дизель наконец-то научился быстро набирать обороты без облаков дыма и просадки мощности. И началась безумная гонка роста степени форсирования, которая закончилась введением очередных законодательных актов, ужесточением норм выхлопа и… дизельгейтом.

Популярность дизельных моторов в Европе неуклонно падает: по данным отчёта JATO Dynamics Ltd, в 2017 году продажи их упали на 8%, и доля дизелей в структуре продаж новых машин составила 43,7%. То есть, как говорил Марк Твен, «слухи о моей смерти несколько преувеличены», однако тренд наметился совершенно однозначный. Вот уже и «законодатели жанра» в лице FCA (придумавшие Common Rail Magneti Marelli остаются «дочкой» концерна) планируют сворачивать производство машин на тяжёлом топливе к 2022 году.

Вот мимо просвистело

В России мы слышали скорее отголоски далеких боев за экономичность, ультрачистый выхлоп, минимальные налоги и средний расход топлива по линейке моделей. У нас дизели, даже победив свои родовые проблемы, так и не стали массовыми. Крупные кроссоверы все чаще покупались с дизельными моторами, а внедорожники и коммерческий транспорт еще с девяностых плотно на них подсели. Увеличение числа премиальных внедорожников способствовало дизелизации автопарка в европейской части России. Собственно, часто даже альтернативы дизелю не было, он оказывался единственным приемлемым вариантом по мощности, расходу и налогам для определенной модели машины.

На фото: Porsche Cayenne Diesel ‘2010–14

Привозные авто попадались с дизельными моторами просто потому, что в Европе их вдруг оказалось большинство, а кто-то и сознательно покупал машины с двигателем на тяжелом топливе. Но основная масса машин производилась у нас, а дизельные версии если и продавались, то это были значительно более дорогие импортируемые варианты.

Дизелизация всей страны не состоялась, на этот раз не из-за конструктивных недостатков (как в 80-е и 90-е), а по воле автопроизводителей. Для них Россия осталась рынком, на котором востребованы бензиновые моторы прошлого поколения, а с дизелями слишком много хлопот. Зимой могут замерзнуть, повредить топливную аппаратуру, а зачем им недовольные клиенты? Тем более что дизели отлично продавались в Европе, а дефицит мощностей производства всегда приходится учитывать.

На фото: Mercedes-Benz G-Klasse ‘2016

Двигатели на тяжелом топливе остались или уделом энтузиастов, которые идут на дополнительные расходы и риски ради мечты или значительной экономии топлива, или тех, кто покупает дизельную машину только потому, что бензиновая еще хуже, благо по сложности топливной аппаратуры они вполне сравнимы.

С учетом европейских тенденций, а еще короткого века нынешних премиальных авто, недолгий дизельный ренессанс бизнес-класса скорее всего закончится буквально года через два-три. Если только его не поддержит внезапно хлынувший через границу поток проданных за бесценок в Европе авто. Ну а мечты о минимальных расходах на эксплуатацию, скорее, теперь относятся к электромобилям: у них есть еще в запасе десяток-два лет, чтобы побыть синей птицей.

Несколько минут дизельно-развлекательного контента

Как двигатель Рудольфа Дизеля изменил мир

В 10 часов вечера 29 сентября 1913 года Рудольф Дизель отправился в свою каюту на пароходе «Дрезден», шедшем из бельгийского Антверпена через Ла-Манш в Лондон. Его пижама была разложена на кровати, но он так в нее и не переоделся. Изобретатель двигателя, названного его именем, размышлял о своих больших долгах и процентах по ним, которые он уже не мог выплачивать. В его дневнике этот день — 29 сентября — был помечен зловещим крестом: «X».

Перед тем, как отправиться на пароход, 55-летний Дизель собрал все наличные деньги и сложил их в сумку вместе с документами, из которых было ясно, насколько отчаянным оказалось его финансовое положение. Он отдал сумку ничего не подозревавшей жене и велел открыть ее не раньше, чем через неделю. Дизель вышел на палубу. Снял плащ и шляпу. Аккуратно сложил их на палубе. Посмотрел на воду. И прыгнул за борт.

Или не прыгнул? Любители конспирологии считают, что ему «помогли».

Но кто мог быть заинтересован в смерти бедного изобретателя? Есть две версии.

Для того чтобы понять контекст, вернемся на тридцать лет назад, в 1872 год. Паровые двигатели уже широко применяются в промышленности, по железным дорогам бегают все более многочисленные паровозы, но в городах весь транспорт — по-прежнему на гужевой тяге.

Схема-рисунок двигателя внутреннего сгорания, изобретенного Рудольфом Дизелем в 1887 году

Спрос на замену лошади

Осенью того года эпизоотия конского гриппа парализовала города Соединенных Штатов. Не на чем было подвозить товары в лавки, не на чем вывозить мусор. В полумиллионном городе в те времена могло быть около ста тысяч лошадей. Каждая из них ежедневно орошала улицы 15 килограммами навоза и 4 литрами мочи. Города остро нуждались в недорогом, надежном и небольшом двигателе, который заменил бы конную тягу.

Одним из кандидатов на эту роль был паровой двигатель: автомобили на паровой тяге конструировались один за другим. Вторым был двигатель внутреннего сгорания. Первые его модели работали на газе, на бензине, даже на порохе. Но в семидесятых годах XIX века, когда Рудольф Дизель был студентом, оба этих типа двигателей были ужасно неэффективны — КПД составлял всего лишь около 10%. Поворотным пунктом в жизни молодого Дизеля стала лекция о термодинамике в Королевском Баварском политехническом институте в Мюнхене, на которой он услышал, что двигатель внутреннего сгорания, преобразующий всю энергию тепла в полезную работу, теоретически возможен.

Один из первых грузовых автомобилей с дизельным двигателем

Дизель взялся за претворение теории в жизнь. И потерпел неудачу. КПД его первого двигателя составлял всего лишь 25%. КПД лучших из современных дизелей — более 50%. Но даже 25% — это было в два с лишним раза лучше, чем у конкурентов. В бензиновых двигателях внутреннего сгорания в цилиндре сжимается смесь воздуха и паров бензина, которая затем поджигается электрической искрой. В двигателе Дизеля сжимается только воздух, и этом его температура повышается настолько, что ее достаточно для воспламенения впрыскиваемого топлива. При этом в дизеле чем сильнее сжатие, тем меньше нужно топлива, тогда как в двигателе с зажиганием слишком сильное сжатие приводит к сбою в работе.

Первый грузовик MAN SE, 1924 г.

Ненадежные моторы

Все автомобилисты знают о главном свойстве машин с дизельным мотором: они обычно дороже стоят, зато дешевле в эксплуатации. К несчастью для Рудольфа Дизеля, его первые модели при всем их высоком КПД отличались ненадежностью. Недовольные покупатели завалили его требованиями о возврате денег. Это и загнало изобретателя в финансовую яму, из которой он не смог выбраться. Но он продолжал работать над своим двигателем и постепенно совершенствовал его. Выявились другие преимущества двигателя Дизеля. Он может работать на более тяжелом, чем бензин, топливе — солярке, или, как сейчас его чаще называют, дизтопливе. Оно дешевле бензина и к тому же менее интенсивно испаряется, поэтому менее взрывоопасно. В силу этого дизели стали особенно популярны у военных. Уже в 1904 году двигатели Рудольфа Дизеля были поставлены на французских подводных лодках.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля

Машины с дизельным двигателем дороже при покупке, но дешевле в эксплуатации

Здесь лежат корни первой конспирологической версии смерти Рудольфа Дизеля. Европа, 1913 год, большая война все ближе и все неотвратимее — а тут немец, изобретатель нового двигателя, преследуемый финансовыми проблемами, отправляется в Британию. Одна газета так и написала в заголовке: «Изобретателя сбросили в море, чтобы предотвратить продажу патентов британскому правительству». Коммерческий потенциал изобретения Дизеля, однако, стал раскрываться только после Первой мировой. Первые дизельные грузовики появились в 1920-х годах, железнодорожные локомотивы — в 1930-х. К 1939 году уже четверть морских грузов в мире перевозили суда с дизельными установками. После Второй мировой войны были созданы еще более мощные дизельные моторы, которые позволили строить суда все большего водоизмещения и все более экономно перевозить грузы. На топливо приходится около 70% себестоимости морских перевозок.

Современные дизельные моторы имеют КПД 40-45%. Есть моторы с КПД выше 50

Пар или дизель?

Чешско-канадский ученый Вацлав Смил, например, считает, что если бы международная торговля оставалась привязана к паровым двигателям и не перешла на дизель, то она росла бы гораздо медленнее. Британско-американский экономист Брайан Артур так не считает. Он называет переход на двигатели внутреннего сгорания в течение последнего века проявлением «попадания в колею»: уже сделанные инвестиции и построенная инфраструктура заставляют человечество действовать в определенном коридоре, а если бы с самого начала был выбран другой путь, то и на нем нашлись бы эффективные решения.

По мнению Брайана Артура, еще в 1914 году у паровых автомобильных двигателей перспективы были не хуже, чем у двигателей внутреннего сгорания, но растущее влияние нефтяной промышленности привело к тому, что в развитие ДВС стали вкладывать гораздо больше денег. Если бы инвестиций было поровну, то, предполагает доктор Артур, мы бы сейчас вполне могли ездить на машинах с паровыми двигателями какого-нибудь очередного поколения.

Судовая дизельная установка

А если бы мировая экономика прислушалась к Рудольфу Дизелю, то, может быть, сейчас двигатели работали бы на арахисе. Имя Дизеля сейчас ассоциируется с топливом из нефтепродуктов, но вообще-то он приспосабливал свой двигатель для работы с разными видами топлива — от угольной пыли до растительного масла. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже он продемонстрировал модель, работающую на арахисовом масле. А за год до смерти, в 1912 году, Рудольф Дизель предсказывал, что растительное масло станет таким же важным видом топлива, как и нефтепродукты. Владельцам арахисовых плантаций это предсказание наверняка понравилось, а владельцам нефтяных месторождений — не очень. Отсюда — вторая конспирологическая версия смерти Дизеля. Другая газета по ее поводу написала: «Убит агентами нефтяных трестов».

Были и самолеты с дизельными моторами, но в авиации такой мотор не прижился. На фото тяжелый советский самолет ПЕ-8 с дизельными двигателями

Арахис против нефти

В последнее время в мире возрождается интерес к дизельному биотопливу. Оно меньше загрязняет атмосферу, но есть и проблема: оно занимает сельскохозяйственные угодья, а это ведет к повышению цен на продовольствие. Во времена Рудольфа Дизеля это не выглядело большой проблемой: население Земли тогда было гораздо меньше, а климатические изменения не сильно беспокоили людей. Поэтому Рудольф Дизель, наоборот, мечтал, что его двигатель поможет развиваться бедным, аграрным странам. Насколько иначе сейчас выглядел бы мир, если бы самыми ценными землями считались не те, где качают нефть, а те, где хорошо растет арахис? Мы можем только гадать. Точно так же, как мы можем только гадать, что же в точности случилось с Рудольфом Дизелем.

Рудольф Дизель рассматривал арахис как источник топлива для своих моторов

Его тело было найдено в море рыбаками через десять дней. К тому времени оно настолько разложилось, что рыбаки не стали брать его на борт, но забрали личные вещи — кошелек, перочинный нож, футляр для очков. Когда рыбаки добрались до берега, эти вещи опознал младший сын Дизеля. А тело изобретателя навсегда осталось в морских глубинах.

Дизельный двигатель типы дизельного двигателя и принцип его работы

Топливо в дизельных двигателях воспламеняется от соприкосновения со сжатым воздухом.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30% энергии топлива в полезную механическую работу. Стандартный дизельный двигатель обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40%, а с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50% (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, 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 (даже на подсолнечном масле дизель может работать практически без потери мощности).
Дизельный двигатель не способен развивать высокие обороты— смесь не успевает догореть в цилиндрах, что приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л объёма, а значит, и к снижению удельной мощности на 1кг массы двигателя. Это послужило причиной малого распространения дизелей в авиации (только некоторые бомбардировщики Юнкерс, а также советский тяжелый бомбардировщик Пе-8 и Ер-2, оснащавшиеся авиационными дизелями АЧ-30 и АЧ-40 конструкции А.Д.Чаромского и Т.М.Мелькумова). На максимальной эксплуатационной мощности смесь в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи (есть народная поговорка «тепловоз дает медведя»).
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 вращающий 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. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя.

По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах— это углеводороды (НС или СН) , оксиды (окислы) азота (Nox) и сажа (или её производные) в форме чёрного дыма. Они могут привести к астме и раку лёгких. Больше всего загрязняют атмосферу дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность восгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания, попросту говоря, у дизеля нет свечей зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее. Детонация смеси паров дизельного топлива с воздухом в пробитом топливном баке по своим последствиям сравнима со взрывом боекомплекта, в частности, у танков Т-34 она приводила к разрыву сварных швов и выбиванию верхней лобовой детали бронекорпуса. С другой стороны, дизельный двигатель в танкостроении уступает карбюраторному в плане удельной мощности (мощности, снимаемой с единицы массы мотора), а потому в ряде случаев (высокая мощность при малом объёме моторного отделения) более выигрышным может быть использование именно карбюраторного силового агрегата.

Конечно, существуют и недостатки, среди которых характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.

Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте и регулировке топливной аппаратуры (ТНВД), 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 турбонаддува (или даже двойного наддува), 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.

В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового инжекторного двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давления сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.

КОНСТРУКЦИЯ

Особенности двигателя

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.
Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.
Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Система питания дизеля

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам. Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.

Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливовоздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливовоздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как «волновое гидравлическое давление». При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, «бегающие» по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов.

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головки блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок. Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска. Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам. Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могут быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рыбка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля. Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

А теперь посмотрите обучающие и очень интересное видео о дизельном двигателе.

Турбодизель. Система турбонаддува.

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность.

Надув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.

Дизельные двигатели

ООО «Компания Дизель» — российский лидер по производству дизельных электростанций (ДЭС) исключительно на основе двигателей европейского / российского производства. Дизельные двигатели – являются ключевым элементом выпускаемых нами дизель-генераторов и силовых приводов. От их качества напрямую зависит надежность и долговечность и потребительские свойства оборудования, которое Вы приобретаете.

Поэтому за 9 лет работы мы рассмотрели, испробовали и протестировали большое количество вариантов, представленных на российском и мировом рынке. Основные критерии, которые мы предъявляли к данному виду комплектующих – это высокое качество сборки (обязательно оригинальная), длительная безотказная работа, топливная экономичность, достаточный диапазон мощностей, по возможности – адаптация к топливу среднего качества, короткие сроки поставок (наличие на складах в России), оптимальная цена.

Нельзя было не учесть высокий спрос среди российских покупателей на дизель-генераторы (ДГУ) на базе отечественных двигателей – крайне простых в обслуживании и ремонте, отлично приспособленных для работы в российских условиях. Для дизельных двигателей зарубежного производства важнейшим критерием также стала развитая официальная сервисная поддержка и доступность оригинальных запчастей в России – чтобы наших покупатели не столкнулись с эксплуатационными проблемами на протяжении всего периода использования дизельных электростанций производства ООО «Компания Дизель».

В результате, сегодня на заводе Компании Дизель под Ярославлем производятся силовое оборудование на основе двигателей 3-х отечественных производителей – ЯМЗ (Россия), ТМЗ (Россия), ММЗ (Беларусь) и дизельных двигателей 6-ти марок зарубежного производства — Scania (Швеция), FPT-Iveco (Италия), John Deere (США, Франция), Perkins (Англия), Volvo Penta (Швеция), Doosan (Южная Корея)

В частности, согласно данному делению, Компанией Дизель сформированы две продуктовые линейки ДЭС:

• Дизельные электростанции professional (серии ДГУ ЯМЗ, ДГУ ММЗ, ДГУ ТМЗ,). Это оборудование высочайшего уровня сборки от Компании Дизель, отлично приспособленное для выработки электроэнергии в непростых российских условиях – надежное, простое, неприхотливое в эксплуатации. Мощности – от 15 до 400 кВт.
• Дизельные электростанции Premium (серии ДГУ Scania, ДГУ FPT-Iveco, ДГУ John Deere, ДГУ Perkins, ДГУ Volvo Penta). Это оборудование, собранное по европейским стандартам, из европейских комплектующих – безотказное, очень долговечное (30 000 – 40 000 моточасов), выносливое и экономичное. Это прямой аналог по качеству и функционалу дизельным электростанциям мировых лидеров — Cummins, FG Wilson, Caterpillar, SDMO – по гораздо более «гуманной» цене – без переплаты за бренд и стоимость американской / европейской сборки.

Обращаем внимание, что ООО «Компания Дизель» является единственным в России официальным OEM-производителем электрогенераторов на дизельных двигателях Scania.

По всем перечисленным дизельным двигателям специалисты Компании Дизель готовы оказать полную сервисную поддержку, подобрать и поставить запчасти, «расходники», комплекты ЗИП. Звоните!

Ранняя история дизельного двигателя

Ранняя история дизельного двигателя

Hannu Jääskeläinen

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

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

Изобретение Рудольфа Дизеля

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

Рисунок 1 . Рудольф Дизель (1858-1913)

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

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

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

1 цилиндр, четырехтактный, водяное охлаждение, воздушный впрыск топлива
Мощность: 14,7 кВт (20 л.с.)
Расход топлива: 317 г / кВтч (238 г / л.с.ч)
КПД: 26,2%
Число оборотов: 172 мин ^-1
Рабочий объем: 19.6 л
Диаметр цилиндра: 250 мм
Ход поршня: 400 мм

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

###

дизельных мотоциклов? Axiom Diesel Cycles считает это жизнеспособным

Diesel — немного странный выбор для мотоциклов, но это не совсем чуждая идея.Несколько строителей и специализированных мастерских уже сделали решительный шаг и попробовали свои собственные творения, что привело к определенному успеху.

Проблема с установкой такого двигателя с высоким крутящим моментом в небольшое и легкое шасси — это крутящий момент. При такой большой тяговой мощности двигатель может столкнуться с проблемами долговечности в дальнейшем после того, как он скатится со стоянки. Это, конечно, связано с тем фактом, что дизельное топливо — это просто более грязное топливо для сжигания, часто задыхающееся за спиной гонщика и неприятное для всех, кто следит за ним.

Axiom — это компания, которая существует с 2019 года, но ее корни уходят далеко в 2012 год. Компания базируется в Колумбусе, штат Огайо, и основной сегмент, на который нацелен бренд, — круизеры, что кажется неплохой идеей. . Я имею в виду, что многие строители и специализированные мастерские установили двигатели V8 в кузовы круизеров за то, что они громко кричали! Между прочим, совершенно потрясающий материал.

Первая попытка бренда создать мотоцикл с турбодизельным двигателем была сделана японским промышленным строителем Янмаром.V-образный двухцилиндровый двигатель выдавал 27 лошадиных сил всего при 3500 оборотах в минуту, в то время как его максимальный крутящий момент составлял 44,2 фунт-фут крутящего момента при ничтожных 2500 оборотах в минуту.

Axiom Diesel Cycles на IMS Cleveland

После этой попытки компания перешла к еще одному дизельному двигателю, но на этот раз построенному и произведенному Doosan. По-прежнему поставляется с небольшой катушкой, это трехцилиндровый двигатель объемом около 1000 куб.см, соединенный с четырехступенчатой ​​механической коробкой передач.

Axiom также работает над новой концепцией под названием Knight, которая больше похожа на туристическую модель и, по словам команды, завершена примерно на 80%.

Если вы все сидите в дизельном поезде, приготовьте около 29 500 долларов США для «Рыцаря», когда он будет готов. После этого на сайте Axiom будет представлена ​​более привлекательная версия под названием «Странствующий рыцарь», а ее окончательная форма — «Паладин», стоимость которой достигает 49 500 долларов США.

Кроме того, бренд рекламирует, что у него будет многотопливная система, а это значит, что на его платформе можно использовать несколько видов топлива, а не только дизельное топливо.Сайт даже перечисляет возможность тянуть трейлер.

Выглядит дорого, но, возможно, эта концепция идеально подходит для круизера. Длинные мили на седле с заметным грохотом, кто-нибудь? Может просто легкая езда всю дорогу? Будет интересно посмотреть, как далеко зайдет Axiom после того, как их концепция будет реализована, и зажгут ли их масляные горелки пожар в мотоциклетной промышленности, в основном работающей на бензине.

Tesla впервые в истории помогает превзойти продажи электромобилей в Европе по сравнению с дизельным двигателем

Согласно новым данным из отчета European Electric Car Report, впервые в истории европейского автомобильного рынка, электромобили превзошли продажи обычных автомобилей с дизельным двигателем. Эта веха была бы невозможна без усилий многих автопроизводителей, которые взяли на себя обязательство создавать электрифицированные силовые агрегаты, из которых Tesla является наиболее распространенной.

Данные за два года показали, что Европа медленно, но верно начала принимать электромобили в качестве предпочтительного вида транспорта. Однако до сентября 2021 года электромобили все еще отставали от дизельных автомобилей, давних фаворитов европейских водителей. Доли недавно зарегистрированных дизельных двигателей упали до 13.4% от общего числа регистраций транспортных средств на сентябрь 2021 года. С другой стороны, электромобили стали самым успешным месяцем в Европе, составив 15,3% новых регистраций транспортных средств за месяц. Для сравнения, по данным Fortune, в США на долю электромобилей приходилось только 2% регистраций транспортных средств в 2020 году.

Кредит: Миете Дейнен Тесла

Европа уже несколько лет является горячей точкой для электромобилей. Несмотря на то, что это только первый месяц, когда экологичные автомобили превзошли своих дизельных аналогов, электромобили становятся широко распространенной нормой в Европе.Например, Норвегия является страной с наибольшей концентрацией электромобилей в мире. Согласно некоторым прогнозам, Норвегия планирует полностью отказаться от бензиновых автомобилей в какой-то момент в 2022 году. 77% от общего числа новых автомобилей, зарегистрированных в Норвегии в сентябре, приходились на электрические, что больше, чем в предыдущие месяцы. В конце концов, бензиновые автомобили почти повсюду уйдут в прошлое. Похоже, что все согласны, что Норвегия будет первой страной, которая полностью выведет бензиновые двигатели со своих заводов и с дорог.

Согласно имеющимся данным, продолжающееся внедрение в Европе электрических силовых агрегатов можно объяснить популярностью Tesla в регионе. Model 3 поставляется из Gigafactory Shanghai в Китае в Европу с января, а Tesla недавно расширила свою экспортную стратегию в Китае, включив в нее Model Y, которая не была доступна в Европе до прошлого месяца.

EU-EVs отслеживает продажи электромобилей в одиннадцати европейских странах, включая Швейцарию, Данию, Нидерланды, Германию, Испанию, Финляндию, Ирландию, Норвегию, Францию, Великобританию и Швецию.Данные EU-EV показывают, что Tesla доминировала среди всех производителей с точки зрения продаж электромобилей, опередив занявший второе место Volkswagen почти на 11 000 единиц. В сентябре Tesla продала 20 221 автомобиль, что составляет 27,9% доли рынка электромобилей. Volkswagen продал 9 386 штук, или 12,9%. Доминировали Model 3 и Model Y с 12 691 и 7 528 поставками соответственно.

Самое главное, что тенденция исчезновения дизельных автомобилей с дорог и их замены на электрические — отличный знак того, что в Европе грядет.Будем надеяться, что, возглавив электрификацию, внедрение электромобилей в Европе начнет распространяться на другие регионы.

Не стесняйтесь обращаться к нам за советами! Напишите нам по адресу [адрес электронной почты защищен] или вы можете написать мне по адресу [адрес электронной почты защищен].

Tesla впервые в истории помогает превзойти продажи электромобилей в Европе по сравнению с дизельным топливом

наблюдают, как люди превращают дизельный двигатель в сжигание бензина

• Garage 54 отвечает на некоторые из самых странных автомобильных вопросов, на которые вы никогда не думали, что вам нужно было ответить.
• Команда «Гаража 54» переоборудовала дизельный двигатель Toyota для работы на бензине.
• Группа тестирует дизельный двигатель, прежде чем модифицировать его для использования всего необходимого оборудования для работы на бензине.

---

Бензиновые и дизельные двигатели во многом схожи: оба используют внутреннее сгорание для перемещения поршней, которые затем перемещают коленчатый вал, который изменяет направление этой энергии. Аппаратное обеспечение тоже во многом похоже. Хотя есть существенных различий в том, как эти двигатели обычно работают, и огромные различия в том, что нравится каждому соответствующему топливу внутри камеры сгорания.Таким образом, как правило, сложно заставить один двигатель работать на топливе, для сжигания которого он принципиально не предназначен. Что ж, сумасшедшие ученые из «Гаража 54» пытаются сделать именно это, именно так, как вы и ожидали.

Для тех, кто не знаком с дикими приключениями «Гаража 54», команда решила сделать прозрачные крышки двигателя, чтобы показать нам, как масло работает в двигателе, соединила две машины вместе и поставила на Hummer невероятно маленькие колеса и шины. Этот дурацкий канал на YouTube решил несколько интересных проблем, но еще не реализовал подобный инженерный эксперимент.

Ребята из «Гаража 54» проверяют компрессию дизельного четырехцилиндрового двигателя Toyota и обнаруживают, что у него по крайней мере один поврежденный цилиндр. Даже с этим поврежденным цилиндром, у этого дизельного двигателя на слишком большая степень сжатия, чтобы бензин не взорвался. Затем команда Garage 54 демонтирует двигатель, чтобы измерить камеры сгорания. Уменьшить статическую степень сжатия двигателя просто на бумаге . В принципе, вам нужно сделать больше места между поршнем и камерой сгорания.Вы можете решить эту проблему, заменив поршни, заменив головку блока цилиндров или более толстые прокладки головки блока цилиндров. Конечно, лучшие сценарии редко встречаются в магазине Garage 54, и команда решила модифицировать поршни в своем двигателе, чтобы снизить степень сжатия.

Garage 54 также пришлось решать еще две задачи: индукционную и искровую. Старые дизельные двигатели используют топливо для управления частотой вращения двигателя и не имеют карбюратора или дроссельной заслонки. Дизельные двигатели также не имеют искрового зажигания.Коварная переделка некоторых впускных коллекторов Lada и дистрибьютора Lada решила эти проблемы, по крайней мере, академически.

Теперь большой вопрос: он работает? Что ж, посмотрите видео выше, чтобы насладиться всем хаосом и посмотреть, может ли эта бывшая дизельная горелка работать на другом типе топлива.

Вы когда-нибудь пробовали провести дурацкий эксперимент с двигателем? Расскажите о своих самых смелых мечтах о внутреннем сгорании ниже.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Дизельные двигатели

— обзор

3.1.9 Оптимизация конструкции для достижения цели, конструкции для вариативности и конструкции для обеспечения надежности

Конструкция системы дизельного двигателя требует оптимизированной спецификации как номинального целевого значения, так и допуска. Оптимизация двигателя в установившемся состоянии с большим количеством факторов обычно требует техники DoE. На рисунке 3.9 показаны процессы оптимизации конструкции системы дизельного двигателя.Процессы состоят из трех уровней работы:

3.9. Процесс оптимизации DoE для проектирования системы стационарного дизельного двигателя.

●

детерминированный процесс «проектирование для целевого» для предварительного отбора субоптимальных значений номинального значения проектной спецификации

●

недетерминированный процесс «проектирования с учетом вариативности» для достижения оптимального дизайна — оба номинальное значение и допуск проектной спецификации с учетом изменчивости

●

недетерминированный процесс «проектирование для обеспечения надежности» для достижения оптимальной конструкции — как номинальное значение, так и допуск проектной спецификации, при условии надежности.

Разница между изменчивостью и надежностью состоит в том, что анализ надежности включает влияние зависящих от времени шумовых факторов (например, ухудшение качества). В расчетах с учетом изменчивости используются вероятностные целевые функции для управления как номинальным значением, так и диапазоном допусков, чтобы сделать проект нечувствительным к факторам шума.

Содержание этапов 1.1–1.5, описанных на рис. 3.9 для уровня дизайна для цели, подробно объяснено в разделе 3.2. Модель RSM-1, упомянутая в шаге 1.3 относится к модели эмулятора подгонки поверхности, которая связывает номинальное значение отклика с факторами. На этом слое нет модели эмулятора для допуска.

Оптимизация дизайна с учетом изменчивости проиллюстрирована шагами 2.4–2.5 на рис. 3.9. Соответствующее моделирование методом Монте-Карло показано на рис. 3.10. По сути, моделирование методом Монте-Карло представляет собой расчет вероятности с использованием случайных комбинаций случайных выборок, выбранных из вероятностных распределений нескольких входных факторов.Вероятностное распределение выходного отклика можно спрогнозировать вместе с оценкой интенсивности отказов или надежности. Чтобы оценка была точной, количество случайных выборок должно быть очень большим. Детали моделирования Монте-Карло представлены в разделе 3.4.

3.10. Распространение статистической неопределенности и расчет изменчивости.

Коэффициенты шума, упомянутые в шаге 2.1 на рис. 3.9, относятся ко всем факторам шума, охватываемым анализом изменчивости.Шаги 2.1–2.3 составляют DoE-1, и по своей сути они аналогичны шагам 1.1–1.3. Установка уровня коэффициентов шума на шаге 2.1 выполняется так же, как и на шаге 1.1 (т. Е. Только для уровней средних значений). Модели подгонки поверхности эмулятора DoE-1 RSM-1 часто требуются в качестве суррогатных моделей для замены имитационных моделей цикла двигателя, требующих больших вычислительных ресурсов, поскольку для моделирования Монте-Карло на шаге 2.5 требуются тысячи прогонов. Тысячи прогонов Монте-Карло необходимо повторить для каждого случая в DoE-2.Следует отметить, что установка уровня коэффициентов шума в DoE-2 на шаге 2.4 отличается от такового на шаге 2.1 (или шаге 1.1). Факторы шума на этапе 2.4 должны быть описаны несколькими факторами распределения (например, средним значением, стандартным отклонением; параметром масштаба и параметром формы), чтобы отразить его конкретную форму вероятностного распределения. Эти факторы называются факторами распределения вероятностей. Каждый фактор распределения вероятностей является фактором в DoE-2. Каждый коэффициент шума на этапе 2.4 должен иметь несколько уровней коэффициента для каждого коэффициента распределения вероятностей в разумном диапазоне для формы данного типа функции вероятности.Например, для коэффициента шума КПД турбины его коэффициент «среднего значения» должен иметь пять уровней настройки, чтобы охватить диапазон возможных средних значений вероятностного распределения КПД турбины, например при 58%, 59%, 60%, 61% и 62%. Его коэффициент «стандартного отклонения» также должен иметь пять уровней настройки, чтобы охватить диапазон возможных различных форм вероятностного распределения КПД турбины, например 0,3%, 0,6%, 0,9%, 1,2% и 1,5%. Очевидно, размер DoE на шаге 2.4 обычно больше, чем на шаге 2.1. Например, предполагая, что DoE-2 на шаге 2.4 имеет 10 факторов (т. Е. 4 фактора управления и 3 фактора шума, которые дают 6 коэффициентов распределения вероятности шума) и 210 случаев (прогонов), для каждого случая необходимо выполнить моделирование Монте-Карло. выполнено 1000 раз, взяв 1000 случайных комбинаций вероятностных выборок. Такой огромный объем вычислений обычно не может быть выполнен с использованием исходных подробных системных моделей. Поэтому модель RSM-1, описанная на шаге 2.3 здесь нужен как быстрая суррогатная модель.

Выходные данные этапа 2.5 на рис. 3.9 включают все отклики двигателя в виде форм вероятностного распределения, их статистические свойства для выбранного соответствия функции распределения вероятностей и статистику вероятностей (т. Е. Интенсивность отказов для изменчивости). Статистические свойства ответов могут включать следующее: минимум, максимум, среднее значение, стандартное отклонение, асимметрию, избыточный эксцесс и режим. (Определение этих параметров распределения вероятностей см. В таблицах A.1 и А.2 в Приложении.) Подозреваемые выбросы в распределении вероятностей смоделированных ответов не редкость. Выбросы не обязательно являются плохими точками данных. С ними следует обращаться осторожно, а не просто удалять автоматически. Модели эмулятора RSM-2 описаны в шаге 2.6 путем связывания факторов DoE-2 с ответами распределения вероятностей и статистикой вероятностей. Модели эмуляторов позволяют оценить чувствительность распределений вероятностей выходных данных ко всем входным факторам с использованием ранее представленных методов анализа (например,g., параметрическая развертка, двумерная оптимизация с контурными картами).

Шаг 2.7 имеет решающее значение для надежной оптимизации. В традиционной теории надежного проектирования доктор Тагучи использовал подход «двухэтапной оптимизации» (Fowlkes and Creveling, 1995a). При таком подходе допуск продукта сначала снижается до желаемой формы распределения вероятностей, а затем вся кривая распределения вероятностей смещается к желаемой цели путем корректировки номинального расчетного значения. Такой двухэтапный подход имеет определенные недостатки.Например, номинальная целевая конструкция и проект допусков разделены, и их взаимодействие сложно эффективно обрабатывать. В этой теории робастной оптимизации для проектирования системы дизельного двигателя эти недостатки преодолеваются за счет одновременной одностадийной оптимизации как номинальной конструкции, так и конструкции допусков. Математическая формулировка оптимизации с использованием моделей эмулятора DoE-2 RSM-2 на шаге 2.7 обеспечивает такую ​​одновременную оптимизацию, поскольку модели включают в себя все статистические свойства (номинальные или средние, допуск или отклонение) для оптимизации с ограничениями (например.g., при условии ограничения количества отказов на уровне или ниже определенного заданного целевого значения). Следует отметить, что такое преимущество предлагаемого подхода «дизайн с учетом вариативности» над традиционным подходом «двухэтапной оптимизации» может быть достигнуто только путем внедрения RSM в область надежного проектирования.

Последний уровень оптимизации системы — надежность. Он похож на дизайн для изменчивости (рис. 3.9), но все же отличается. На шаге 3 следует использовать связанные с надежностью системные модели, распределения вероятностей и выходную статистику.2, 3.4 и 3.5, показанные на рис. 3.9 соответственно. Для сравнения, элементы, связанные с изменчивостью, следует использовать на этапах 2.2, 2.4 и 2.5.

Как работает дизельный двигатель

Традиционно, дизельные двигатели всегда считались шумными, вонючими и слабый двигатели мало пользы, кроме грузовиков, такси и фургонов. Но, как дизельные двигатели и их система впрыска стали более совершенными, В 80-е годы эта ситуация изменилась. В Великобритании в 1985 г. было почти Продано 65000 дизельных автомобилей (около 3.5 процентов от общего количества проданных автомобилей), по сравнению с 5380 в 1980 году.

Двигатель воспламенения от сжатия

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

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

Повышение мощности

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

Как работают дизельные двигатели

Индукция

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

Сжатие

Впускной клапан закрывается в конце хода. Поршень поднимается для сжатия воздуха.

Зажигание

Топливо впрыскивается в верхней части хода. Он воспламеняется и заставляет поршень опускаться.

Выхлоп

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

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

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

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

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

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

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

Конструкция двигателя

Основные компоненты дизельного двигателя похожи на компоненты бензинового двигателя. и выполнять ту же работу. Однако деталей дизельного двигателя приходится производить много сильнее, чем их аналоги с бензиновым двигателем, из-за гораздо более высоких нагрузок вовлеченный.

Стены дизеля блокировка двигателя обычно намного толще блока разработаны для бензинового двигателя, и у них есть больше перемычек, чтобы обеспечить дополнительные прочность и способность поглощать стрессы. Помимо большей прочности, сверхмощный block также может более эффективно снижать шум.

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

Инъекция

Прямой впрыск

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

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

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

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

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

Прямой впрыск

Непрямой впрыск

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

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

Контроль скорости

Свечи накаливания

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

Дизельный двигатель не дросселируется, как бензиновый двигатель, поэтому количество воздуха всасывается при любой частоте вращения двигателя всегда одинаково.Обороты двигателя регулируется исключительно количеством топлива, впрыснутого в камеру сгорания — с большим количеством топлива в камере сгорание более ожесточенное и увеличивается мощность произведено.

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

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

Запуск дизеля

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

Чтобы обойти проблему, производители соответствовать свечи накаливания . Это маленькие электронагреватели, питаемые от автомобильной аккумулятор , которые включены несколько секунд до попытки запуска двигателя.

Дизельное топливо

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

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

Замерзание или восковая депиляция могут блокировать топливные магистрали и форсунки и предотвратить двигатель не работает. Вот почему в очень холодную погоду вы будете время от времени можно увидеть людей, играющих с паяльными лампами на топливных магистралях своих грузовиков.

Дизельный двигатель

— обзор

Дизельный двигатель

V

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

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

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

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

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

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

Наддув используется как в дизельных, так и в стандартных двигателях для увеличения начального давления в цилиндре в начале такта сжатия. Это позволяет двигателю SI заданного размера принимать больший объем топливовоздушного заряда, чем это было бы возможно при только атмосферном давлении, приводящем в действие систему.