Дизельный двигатель это: Дизельный двигатель | это… Что такое Дизельный двигатель?

Наступает ли конец дизельного двигателя?

2 декабря 2016

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Многие крупные города страдают от проблем с качеством воздуха, и Лондон — не исключение

Мэры Афин, Мехико, Мадрида и Парижа пообещали к 2025 году запретить на своих улицах дизельные автомобили и грузовики.

Вместо этого они обещали поощрять использование альтернативных транспортных средств — электромобилей, гибридных и водородных автомобилей.

Все четыре города страдают от проблем с качеством воздуха. Их мэры ссылаются на опыт Токио, где уже запрещено движение дизельных автомобилей.

Автопроизводители опасаются, что более широкий запрет машин с дизельными двигателями — лишь дело времени.

Действительно ли дизельные двигатели, выбрасывающие в атмосферу большое количество двуокиси азота и других вредных для здоровья веществ, обречены на вымирание?

Ведущий программы «Пятый этаж» Александр Баранов беседует с автомобильным экспертом Вячеславом Субботиным.

Автор фото, Not Specified

Александр Баранов: Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня с нами на «Пятом этаже« Вячеслав Субботин, автомобильный эксперт и автогонщик, пилот команды «Газ Рейд Спорт«. Вячеслав, здравствуйте!

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Вячеслав Субботин: Добрый вечер!

А.Б.: Мы рады приветствовать вас здесь у нас в гостях в нашей программе. Четыре города на конференции в Мексике пообещали к 2025 году запретить полностью дизельные машины. Ссылаются, кстати, на опыт Токио, куда уже на дизеле не въедешь. Как вы считаете: насколько это решение важно для судьбы дизельных двигателей в принципе, действительно ли дизельный двигатель обречен, умрет ли он быстро или еще помучается какое-то время? Как вы считаете?

В.С.: С одной стороны, я считаю, что это конъюнктурное предложение. Это все входит в схему дизель-гейта, который возник с группы «Фольксваген», и борьбы с ним на этом фоне. Почему это носит такой характер предвзятый? У дизельного двигателя на самом деле КПД выше, чем у двигателя внутреннего сгорания на бензине.

Мало того, солярка обладает большей теплотворной способностью, из нее можно получить больше энергии. Не смотрите на то, что дизели более дорогие, в обслуживании более дорогие. На самом деле, они приблизились по конструкции, по обслуживанию, по сложности к обычным бензиновым моторам.

Но самое главное — они эффективнее. Другое дело, что много старых дизельных автомобилей. Скажем, Париж просто задыхается, особенно зимой: никуда этот выхлоп не рассеивается.

А.Б.: Старые автомобили — это другой вопрос. В Париже, насколько я знаю, запретили автомобили старше 1997 года выпуска. Здесь, в Лондоне, тоже вовсю идут разговоры. Новый мэр говорил о том, что он хотел бы ввести дополнительный налог на автомобили, которые старше 10 лет. В этом смысле нас тоже обкладывают.

То, что касается дизельного двигателя: ирония в том, что еще недавно его всячески пропагандировали как более чистый. Количество машин с дизельным двигателем в Англии, например, возросло стремительно. Где-то в 2011 или 2012 году их стало продаваться больше, чем бензиновых — и тут вдруг все повернулось.

Объясняют это тем, что те выхлопы, которые производят дизельные двигатели — окись азота, формальдегиды, какие-то частицы — сажа, короче говоря, вылетает — все это очень вредно для здоровья. Вреднее, чем то, что выбрасывает бензиновый двигатель. Это же, наверное, должно беспокоить действительно, если это так?

В. С.: Разумеется, это беспокоит, но здесь беспокоит только один параметр — это выброс сажи. Весь остальной букет присутствует в равной степени и в автомобилях с бензиновым двигателем — в равной степени, а, может быть, даже еще и большей. Поэтому здесь только сажа.

Для этого есть специальные системы: сажевые фильтры, системы нейтрализации газов. Все это есть и отрабатывается. Рециркуляция отработавших газов, дожиг отработавших газов, то есть масса всего придумана. Вопрос в том, что это должно работать.

Дизельный двигатель, как ни крути, эффективнее. Почему он так популярен? Потому что он меньше топлива расходует на 100 километров пробега при той же, равной работе.

А.Б.: Да, но сейчас бензиновые двигатели стали намного более эффективными, в принципе, они уже приближаются к дизелю. Конечно, еще отстают, но разница не настолько большая. Многое еще зависит от цены дизельного топлива.

Скажем, если в Германии дизельное топливо намного дешевле, чем бензин, то здесь, в Англии, дизельное топливо подороже, чем бензин. Если посмотреть на экономию: еще надо учесть, что дизельный двигатель более сложный, более тяжелый и так далее, поэтому цена дизельной машины на несколько тысяч дороже.

Если вы мало ездите — а обычная семья, в общем-то, мало ездит по городу — то дизельный двигатель оказывается не настолько экономичным. Тут еще и вредный, еще говорят, что рак можно заработать от всех этих вредных выбросов.

В.С.: Рак можно заработать, побывав, скажем, в Австралии или в Новой Зеландии. Под озоновой дырой побыл — ну и все, привет, как говорится: получил излучение. Таких мест, где можно получить рак, на самом деле полно.

Дизельный двигатель на самом деле гораздо эффективнее, а то, что сейчас говорят, что он сложнее, что он тяжелее — глупости все. На самом деле он по конструкции стал очень технологичным. Дизельный двигатель среди двигателей внутреннего сгорания — это явное преимущество.

Никогда бензиновый двигатель не подойдет по своим характеристикам к дизельному, во всяком случае, по своей эффективности. Не сможет. Теплотворная способность бензина всегда меньше. Это точно так же, как теплотворная способность газа всегда меньше, чем у бензина.

Если сжечь один килограмм бензина, то мы получим гораздо меньше энергии, чем если мы сожжем один килограмм солярки.

А.Б.: Да, может быть. В таком случае виноваты сами автопроизводители. Говорят, что бензиновые двигатели стали намного меньше выбрасывать СО2, а ведь СО2 — это главный показатель был все последние годы.

Борьба с озоновыми дырами, глобальное потепление и так далее — на СО2 обращали внимание в первую очередь, вообще только на СО2 обращали внимание. Тем временем бензиновые двигатели стали чище, а дизельные двигатели чище не стали, хотя они стали более технологичными. Как вы сами рассказываете, они стали лучше.

Более того, с дизельными двигателями еще такая «петрушка«: очень часто можно услышать совет — если у вас дизельный двигатель, первым делом надо отвинтить у него фильтр, тогда он будет еще более эффективный, еще дешевле. И вот ездит масса дизельных машин без фильтров.

В.С.: А знаете, сколько ездит бензиновых автомобилей с пробитым катализатором, катколлектором? Плохое топливо залили или просто свечи не вовремя поменяли, он оплавляется, осыпается, забивается — и все. Когда глушитель забит, то мотор не работает.

Что в этом случае делают во всех странах? Берут лом, снимают эту штуку и пробивают ломом, потом перепрошивают программу. Таких автомобилей ездит по любой стране, даже моторизованной, просто огромная масса. Это известный прием, об этом знает любой сервисмен и даже гаражник, как это сделать.

Современный дизельный двигатель сегодня гораздо эффективнее по конструкции, потому что он выбрасывает эффективнее, чем бензиновый, тут даже доказывать нечего. Вопрос только в старых автомобилях.

А.Б.: Еще говорят о том, что на самом деле есть новые технологии, которые позволят сделать дизельный двигатель намного более чистым, практически чистым, но автопроизводители не хотят это делать, потому что это будет стоить примерно 220 фунтов лишних на одну машину, специалисты даже посчитали. Вы можете что-то сказать по этому поводу? Действительно, может быть, в этом автопроизводители сами виноваты?

В.С.: Не то что виноваты. Производители — это бизнесмены. Прежде всего их душу греет рубль или доллар, фунт, — все, что угодно. Им интересно продавать то, с чего они получают наибольшую прибыль. Наибольшую прибыль они получают, скажем, с бензинового мотора: массовый автомобиль, дешевый, дешевле гораздо производить — и пошел в серию.

Их, думаете, так беспокоит безопасность окружающей среды? Их беспокоит закон, который заставляет их, вынуждает это делать. Поэтому делают бензиновые двигатели и не стараются делать, скажем, на солярке. Потом все прекрасно понимают, что будущее все-таки за электромобилями, поэтому сюда направляют наибольшие усилия.

А.Б.: Мне тоже кажется, что это отдельное решение. Может быть, оно, как вы говорите, какое-то конъюнктурное, вызвано чем-то, может быть, не вызвано, не знаю.

Дело даже не в этом, а дело в том, что это решение Афин, Мехико, Мадрида и Парижа очень вписывается в общий тренд, который сейчас просто набирает обороты — тренд на отказ от традиционных моторов, двигателей как дизельного, так и бензинового.

Вопрос в том, я думаю, что автомобилисты гадают сейчас: как быстро это все произойдет? Как много времени нужно, чтобы электрические машины заняли рынок и стали распространенными, чтобы их действительно можно было бы покупать без каких-то долгих размышлений: а где мы будем их заряжать и так далее? Как вы думаете, как быстро это может произойти?

В.С.: Электромобили наступают и наступают лавинообразно. Даже в странах с холодным климатом они есть, а в странах с теплым климатом, где вообще не видели снега, это само собой.

Понятное дело, что в ближайшие несколько лет — я не знаю, может быть, три года, пять лет — они будут занимать в городе существенную долю, просто огромную долю. К этому будет подвигать не только экономическая сторона.

Электромобиль легче обслуживать, он дешевле, там только батарейки дорогие на сегодняшний день. Батарейки можно брать в аренду. Есть такая форма: пошел, взял в аренду, откатал несколько лет, сдал эти батарейки, их утилизируют, поменяют на новые.

Самое главное — КПД электромобиля гораздо выше, чем машины с бензиновым или дизельным двигателем, с двигателем внутреннего сгорания, потому что энергию производят на стационарных станциях или вообще производят, как говорится, бесплатно — от солнца, от воды, от прилива, от чего угодно.

А.Б.: Я думаю, что если мы перейдем на электромобили, то одними солнцем и водой тут не обойтись. На самом деле это огромное количество электроэнергии, которое надо будет производить. На мой взгляд, когда говорят об экологии, о том, что будет воздух более чистый, это некоторое лукавство.

Что происходит с электромобилями? Очищается воздух там, где они ездят, то есть в городе, и начинает загрязняться где-то в пригороде, где стоят электростанции, которые производят это электричество. Грязный воздух перемещается из города в деревню — так получается с электромобилями?

В.С.: Так говорят те, кто не учил в шестом или в седьмом классе физику. На самом деле стационарные станции, вырабатывающие электроэнергию, гораздо эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания.

Самое главное — коэффициент полезного действия от того же газа, если это тепловая электростанция, которая работает на газе. Они из этого топлива получают чуть ли не 60% — это на самой плохой станции, а так — все 80%. Мало того, 20% улетучивается просто в тепло.

Высокий КПД — это первое. Второе: там система фильтров совсем другая, там фильтрация другая. Наконец, это стабильный режим, а двигатель внутреннего сгорания работает в режиме частичных нагрузок — все время не прогретый, перегретый или сломанный. Его даже контролировать невозможно.

Наконец, третье: станцию можно контролировать, а как автомобиль контролировать? Никак. Потом мы все говорим: «Ограничения по выхлопу, скажем, СО2 — углекислого газа. Есть ограничения: чтобы не больше чем на 100 тысяч километров».

А кто-нибудь замеры делал, когда машина пробежала 100 тысяч километров, 150? Я вас заверю: эти нормы уже там не соблюдаются, нет этих норм. А на электростанции как 10 лет назад производили с определенными выбросами, небольшими, так и дальше будут производить с небольшими выбросами. Вопрос контроля.

А.Б.: Это интересно. Есть еще другая проблема, которая не связана напрямую с экологией, но связана с тем, что электромобили пожирают большое количество электричества. Уже сейчас с этой проблемой столкнулись в Калифорнии.

Я ездил туда, и мне рассказывали люди — «из первых рук«, что называется: в продвинутой Калифорнии есть уже небольшие улицы в достаточно богатых предместьях, где двадцать домов и пять-шесть электромобилей, которые ночью заряжаются. Электрические сети просто падают, абсолютно не выдерживают этой нагрузки.

Для этого нужно абсолютно все менять — всю систему электроснабжения. Это тоже огромные деньги. Нынешние электросети в Англии точно, я думаю, что и в России тоже, просто не готовы к электромобилям.

В. С.: На самом деле это тоже не так. Все электросети готовы. Электромобили в основном заряжаются ночью. Днем они ездят. Днем кто заряжает? Никто. К офису приехал, у кого есть, воткнул вилку в розетку, заряжаешься. Заряжаются ночью, тогда, когда мощности простаивают — в этом вся «фишка».

Энергетикам это очень выгодно. Электроэнергию нельзя в бак залить, или еще куда-то, чтобы ее накопить. Ее можно произвести и прямо сейчас реализовать. Электромобили — это спасение для энергетиков, и они сами об этом говорят. То, что не выдерживают сети — сделайте, ребята, так, чтобы выдерживали. Медные провода нужно делать.

А.Б.: Сейчас дело даже не в проводах. Сейчас появляются компании в той же Калифорнии, которые занимаются «умным« распределением электроэнергии между различными источниками.

Действительно, очень часто так бывает, что электростанцию не закрыть, она работает вхолостую, это электричество не используется — ничего хорошего в этом нет. Эта система распределения электричества становится более компьютеризированной, более «умной« и помогает как-то с этой проблемой справиться.

На самом деле даже ночью — вы говорите, что ночью — все зависит от количества машин. Как только машин появится много, ночью не будут справляться с зарядкой. Это еще для наших автолюбителей далекое будущее, до него еще надо дожить и доехать. А сейчас вы б сами покупали машину, купили бы дизель?

В.С.: У меня есть дизельный автомобиль, я на нем успешно езжу, правда, я езжу на нем успешно на дальние расстояния. У меня автобус, и я на нем путешествую. По городу я перемещаюсь на маленьком автомобиле с бензиновым двигателем. Просто его проще завести, он быстрее прогреется.

Это действительно так, потому что дизельный двигатель прогревается слабо. Он работает фактически, если на холостых оборотах, на минимальных, то он работает исключительно на воздухе. Поэтому да, есть определенные трудности. Скажем, в России, да и в любой моторизованной стране переход с солярки летней на зимнюю очень для автолюбителей неважный, потому что может замерзнуть солярка. Ударил мороз, солярка замерзла — все, привет, машина встала.

А.Б.: В любом случае, мне кажется, что если человек сегодня купит дизель, если у него срок 10 лет, допустим, хотя он дольше может ездить, то в любом случае, наверное, это уже будет последний дизель нашего автолюбителя, и следующая машина наверняка будет электрическая, наверное, да? Как вы думаете?

В.С.: Я предполагаю, что дизельные двигатели будут еще долго и долго производиться и будут совершенствоваться, потому что это не только легковые автомобили, это еще и коммерческий транспорт. Это очень важно. Коммерческому транспорту выгодно ездить на солярке. Она действительно экономит, много экономит, а электромобили — да, придут. Для людей, живущих в мегаполисах, особенно в центре, особенно там, где есть ограничения, это очень выгодно, очень выгодно.

А.Б.: Хорошо, спасибо огромное, Вячеслав. Было очень интересно узнать и стало немножко яснее, какую же машину покупать.

________________________________________________________

Загрузить подкаст передачи «Пятый этаж» можно здесь.

Дизельный двигатель

16.05.2010

Описание конструкции

Дизельный двигатель — это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней, имеющий такую же базовую конструкцию и рабочий цикл, что и бензиновый двигатель. Главное отличие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в используемом топливе и способе воспламенения топлива для обеспечения его сгорания.

Работа

В дизельных двигателях для зажигания воздушно-топливной смеси в камере сгорания используется теплота сжатия. Такое зажигание выполняется с использованием высокого давления сжатия и дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания под очень высоким давлением. Комбинация дизельного топлива и высокого давления сжатия обеспечивает самовоспламенение, позволяющее начать цикл сгорания.

Блок цилиндров

Блоки цилиндров дизельного и бензинового двигателя аналогичны друг другу, но в их конструкции имеются некоторые различия. В большинстве дизельных двигателей используются гильзы цилиндров, а не цилиндры, выполненные как часть блока. При использовании гильз цилиндров может быть выполнен ремонт, позволяющий эксплуатировать двигатель в течение длительного времени. На тех дизельных двигателях, в которых не используют гильзы цилиндров, стенки цилиндра толще, чем стенки на бензиновом двигателе с аналогичным рабочим объемом. Для увеличения опорной поверхности коленчатого вала дизельные двигатели имеют более тяжелые и более толстые коренные перемычки.

Мокрые гильзы цилиндров

Мокрые гильзы цилиндров, используемые в дизельных двигателях, аналогичны используемым в бензиновых двигателях. Физические размеры гильз могут отличаться, чтобы соответствовать рабочим условиям дизельного двигателя.

Коленчатый вал

Коленчатый вал, используемый в дизельных двигателях имеет конструкцию, аналогичную конструкции коленчатого вала на бензиновых двигателях, но с двумя отличиями:

•    Коленчатые валы дизельных двигателей обычно кованые, а не литые. Ковка делает коленчатый вал более прочным.
•    Шейки коленчатого вала дизельного двигателя обычно больше по размеру, чем шейки коленчатого вала бензинового двигателя.
Увеличение шеек позволяют коленчатому валу выдерживать большие нагрузки.

Шатуны

Шатуны, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из кованной стали. Шатуны дизельных двигателей отличаются от шатунов бензиновых двигателей тем, что крышки смещены и имеют мелкие зубья на поверхности сопряжения с шатуном. Конструкция со смещением и мелкими зубьями помогает удерживать крышку на месте и уменьшает нагрузку на болты шатуна.

Поршни и поршневые кольца

Поршни, используемые в дизельных двигателях, предназначенных для работы в легких условиях, выглядят аналогично поршням, используемым в бензиновых двигателях. Дизельные поршни тяжелее чем поршни бензиновыхдвигателей, потому что дизельные поршни обычно изготавливаются из кованной стали, а не из алюминия, и больше внутренняя толщина материала.

Компрессионные кольца, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из чугуна и часто покрываются хромом и молибденом, что позволяет уменьшить трение.

Головка цилиндров

Внешне головка цилиндров дизельного двигателя во многом выглядит подобно головке цилиндров бензинового двигателя. Но имеется много внутренних конструктивных различий, которые делают дизельные двигатели иными, оригинальными.

На дизельном двигателе сама головка цилиндров должна быть намного более прочной и более тяжелой, чтобы выдержать большие тепловые нагрузки и воздействие давления. Конструкция камеры сгорания и воздушные каналы на дизельных двигателях могут быть более сложными, чем на бензиновом двигателе.

В дизельных двигателях используются несколько конструкций камер сгорания, но две конструкции наиболее распространены: неразделенная камера сгорания и вихревая камера.

Конструкция с неразделенной камерой сгорания

Наиболее распространенный тип камеры сгорания для дизельного двигателя — это неразделенная камера, также известная как камера сгорания с прямым впрыскиванием. В неразделенной конструкции обеспечение турбулентности (завихрения) впускаемого воздуха происходит за счет формы канала впуска воздуха. Топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания.

Конструкция с вихревой камерой

В конструкции с вихревой камерой используются по две камеры сгорания для каждого цилиндра. Главная камера соединяется узким каналом с меньшей по размеру вихревой камерой. В вихревой камере находится топливная форсунка. Вихревая камера предназначается для обеспечения начала процесса сгорания. Впускаемый воздух вводится в вихревую камеру через узкий канал. Затем в вихревую камеру впрыскивается топливо, и образуемая смесь загорается. После этого горящая смесь входит в главную камеру сгорания, где и заканчивает свое горение, заставляя поршень перемещаться вниз.

Клапаны и седла клапанов

Клапаны дизельного двигателя изготавливаются из специальных сплавов, которые способны хорошо работать при высоком теплообразовании и давлении, характерным для дизельного двигателя. Некоторые клапаны частично заполняются натрием, который помогает отводить тепло. Большой процент от тепла передается от головки клапана седлу клапана. Для обеспечения соответствующей теплопередачи особое внимание должно быть уделено ширине седла клапана.

Широкое седло клапана имеет преимущество, заключающееся в способности передавать большее количество тепла. Однако, широкое седло клапана имеет и большую возможность накопления отложений нагара, которые могут стать причиной протечек в клапане. Узкое седло клапана обеспечивает лучшее уплотнение, чем широкое седло клапана, но не передает такое же количество тепла. В дизельном двигателе необходим компромисс между широкими и узкими седлами клапанов.

В дизельных двигателях часто используются вставные седла клапанов. Вставки имеют преимущество, заключающееся в возможности их замены. Вставные седла клапанов изготавливаются из специальных металлических сплавов, которые выдерживают воздействие тепла и давления дизельного двигателя.

Система подачи топлива

Обычная конструкция

В обычной системе подачи дизельного топлива топливо вытягивается из топливного бака, отфильтровывается и подается к насосу высокого давления. Топливо под высоким давлением доводится до требуемого давления и подается к топливному коллектору, который питает топливные форсунки. Система управления впрыскиванием в соответствующие моменты времени активизирует форсунки, которые на ходе сжатия поршня впрыскивают топливо для его последующего сгорания.

Конструкция с общим топливным коллектором («Common rail»)

В дизельных двигателях с общим топливным коллектором используются независимые системы создания давления топлива и впрыскивания топлива. Топливный насос высокого давления вытягивает топливо от бака и подает его через регулятор давления к общему топливному коллектору. Насос высокого давления состоит из перекачивающего насоса низкого давления и камеры высокого давления. Впрыскивание топлива управляется модулем управления силовым агрегатом (РСМ) и модулем управления форсунками (IDM), который регулирует продолжительность открытого состояния форсунок в зависимости от рабочих условий двигателя.

В конструкции с общим топливным коллектором уровень токсичности отработавших газов значительно уменьшен и минимизирован шум при работе. Все это следствие большего управления процессом сгорания. Регулировка давления топлива и фазы работы форсунок управляются ЮМ и РСМ. Также изменена конструкция форсунки, которая теперь позволяет выполнять предварительное(пред-впрыскивание)и заключительное (пост-впрыскивание) впрыскивание топлива на различных стадиях хода сжатия и рабочего хода.

Улучшенное управление подачей топлива позволяет обеспечивать более чистое, более устойчивое сгорание и создавать требуемое давление в цилиндрах. Это оказывает влияние на уменьшение токсичности выхлопа и шума при работе.

Система смазки

Система смазки, используемая в дизельных двигателях, по принципу действия аналогична системам бензиновых двигателей. Большинство дизельных двигателей имеют маслоохладитель того или иного типа, помогающий отводить тепло от масла. Масло течет под давлением по каналам двигателя и возвращается к картеру двигателя.

Смазочное масло, используемое в дизельных двигателях, отличается от масла, используемого в бензиновых двигателях. Специальное масло необходимо по той причине, что при работе дизельного двигателя происходит большее загрязнение масла, чем в бензиновом двигателе. Высокое содержание углерода в дизельном топливе заставляет масло, используемое в дизельных двигателях, изменять свой цвет вскоре после начала его использования. Должно использоваться только такое моторное масло, которое предназначено специально для дизельных двигателей.

Система охлаждения

Система охлаждения дизельного двигателя обычно имеет больший заправочный объем, чем система охлаждения бензинового  двигателя. Температура внутри дизельного двигателя должна тщательно контролироваться, потому что для самовоспламенения топлива используется тепло.

Если температура двигателя слишком низкая, возникают следующие проблемы:

•    Повышенный износ
•    Плохая экономия топлива
•    Скапливание воды и отстоя в картере двигателя
•    Потеря мощности

Если температура двигателя слишком высокая, возникают следующие проблемы:

•    Повышенный износ
•    Задиры
•    Детонация
•    Прогорание поршней и клапанов
•    Проблемы со смазкой
•    Заклинивание движущихся частей
•    Потеря мощности

Система впрыскивания топлива

Дизельный двигатель работает по принципу самовоспламенения. Впускаемый воздух и топливо сжимаются в камере сгорания так сильно, что молекулы нагреваются и загораются без помощи внешней искры зажигания. Степень сжатия дизельного двигателя намного выше, чем степень сжатия бензинового двигателя. Значение степени сжатия в дизельных двигателях с прямым забором воздуха равняется приблизительно 22:1. Турбодизельные двигатели имеют степень сжатия в диапазоне 16.5-18.5:1. Создается давление сжатия, и температура воздуха возрастает приблизительно с 500 °С до 800 °С (от 932 °F до 1 472 °F).

Дизельные двигатели могут работать только с системой впрыскивания топлива. Смесеобразование происходит только в фазе впрыскивания и сгорания топлива.

В конце хода сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания, где оно смешивается с горячим воздухом и загорается. Качество этого процесса сгорания зависит от качества смесеобразования. Т.к. топливо впрыскивается столь поздно, оно не имеет много времени для смешивания с воздухом. В дизельном двигателе соотношение «воздух -топливо» постоянно поддерживается на уровне больше чем 17:1, таким образом обеспечивается сгорание всего топлива. За более подробной информацией обратитесь к публикации «Работа двигателя и его систем».

автозапчасти в москве

← Система охлаждения двигателя
Автоматическая коробка передач (АКПП) →

Постоянно повышающаяся эффективность дизельного двигателя

Рудольф Дизель в 1880-х годах сказал: «Автомобильный двигатель придет, и тогда я буду считать дело своей жизни завершенным». Он ясно знал, насколько важным было его изобретение. Но какое бы суждение ни следовало судить о работе всей жизни Дизеля, сам дизельный двигатель был далек от совершенства. Во-первых, его первые двигатели имели КПД всего около 26%. Но это было очень-очень давно.

Потенциальная эффективность дизельного двигателя является горячей темой в 2015 году, спустя столетие. Это связано с тем, что Агентство по охране окружающей среды США и НАБДД оценивают потенциальную строгость новых правил эффективности для дизельных двигателей в рамках предложения «Фаза 2» по большегрузным автомобилям. Федеральные агентства имеют право регулировать двигатели большегрузных транспортных средств для достижения максимально возможных улучшений и принятия стандартов, требующих применения технологий, с надлежащим учетом затрат на соблюдение требований, времени разработки технологии и других соображений.

Современные дизельные двигатели с воспламенением от сжатия доминируют в отрасли коммерческих грузовых автомобилей с эффективными двигателями, которые преобразуют около 43–44% энергии топлива в работу двигателя, на основе двигателей, сертифицированных в 2013–2014 годах. Чтобы соответствовать существующим нормам эффективности и выбросов углерода, тракторные двигатели, вероятно, сократят потребление топлива и выбросы CO2 на 6% в период с 2010 по 2017 год, или примерно на 1% в год. Вопрос на данный момент заключается в том, насколько более эффективными станут дизельные двигатели на следующем этапе правил, с 2017 по 2024–2027 годы.

В июньском предложении EPA/NHTSA дизельные двигатели сократят расход топлива и выбросы CO2 на единицу работы на 4,2% с 2017 по 2027 год. Окончательные стандарты, вероятно, будут действовать еще три года, поэтому стандарты будут применяться до 2029 или 2030. Это будет означать, что выбросы CO2 двигателями будут сокращаться в среднем на 0,3–0,4% в год до 2030 года. Как это соотносится с другими цифрами?

• Крупнейший производитель тракторных двигателей Cummins указывает, что двигатели могут достигать 9%–15% снижение расхода топлива по сравнению с 2017 г. в период 2020–2030 гг.
• Анализ двигателей, проведенный исследователями из Университета Западной Вирджинии (WVU), показывает, что дизельные двигатели для тягачей и прицепов могут быть улучшены более чем на 10% по сравнению с базовым уровнем 2017 года в период до 2020 года и далее.
• Работа Юго-Западного научно-исследовательского института для NHTSA показывает, что дизельные тракторные двигатели могут снизить расход топлива на 4–7 % — и до 8–10 % с рекуперацией отработанного тепла — по сравнению с базовым уровнем 2019 года в пределах временных рамок Фазы 2.
• Команды под руководством Cummins, Daimler, Navistar и Volvo продемонстрировали улучшение двигателя на 12–17 % по сравнению с базовым уровнем 2010 года. В результате эти команды Министерства энергетики США SuperTruck достигают максимальной тепловой эффективности тормозов примерно на 50–51%.
• Дальнейшая цель программ SuperTruck будет идти дальше, с термической эффективностью тормозов 55% в пиковых условиях.

Невозможно не задаться вопросом, что подумал бы Рудольф Дизель, узнав, что последние инновации в области дизельного топлива могут удвоить эффективность его первых дизельных конструкций?

На приведенном ниже рисунке показаны существующие стандарты на 2014–2018 гг. , предлагаемые стандарты на 2017–2027 гг., а также технологический потенциал от более широкого внедрения технологий на основе вышеупомянутого исследования WVU в граммах CO2 на тормозную мощность-час. Технологический потенциал, показанный на рисунке, предполагает, что тракторные двигатели могут достичь улучшения до 7% за счет технологии повышения эффективности с внедрением пакета двигателей «2020+» исследований WVU (т. оптимизация сгорания и расширенные средства управления). Этот потенциал от этих дополнительных технологий примерно вдвое превышает тот, который агентства включили в предлагаемое правило на 2027 год9.0003

Кроме того, мы учитываем увеличение проникновения передовых технологий двигателя в анализе на рисунке. При более широком внедрении дополнительных технологий 2020+ и 15-процентном внедрении системы рекуперации отходящего тепла с органическим циклом Ренкина (WHR) (как предполагают агентства) сокращение выбросов CO2 во всем парке до 10% в 2027 году возможно. С более широким распространением технологий WHR и SuperTruck Министерства энергетики США технологический потенциал еще выше. Результаты показывают, что значительно более низкие выбросы CO2, чем предложенные стандартные уровни EPA-NHTSA, технически достижимы в период до 2025 года. Окончательный технологический потенциал всего автопарка может разумно соответствовать эффективности демонстраций SuperTruck Министерства энергетики США в 2014–2016 годах в период до 2030 года.

Регуляторные стандарты фазы 1 (2014–2017 гг.) и предложенной фазы 2 (2018–2030 гг.) США, технологический потенциал, технологический потенциал с повышенной рекуперацией отходящего тепла (WHR) и демонстрации SuperTruck Министерства энергетики США.

Находящееся на рассмотрении решение США по стандартам двигателей может стать единственным реальным действием по существенному повышению эффективности дизельных двигателей в ближайшие 10–15 лет. По этой причине можно привести веские доводы в пользу того, что они должны продвигать технологический конверт настолько сильно, насколько это возможно на основе новых технологий повышения эффективности. И это решение имеет более широкие последствия для глобальных инноваций, поскольку одни и те же компании повсюду продают одни и те же двигатели. Индия также рассматривает стандарты эффективности двигателей для своих двигателей большой мощности. Одни и те же высокоэффективные двигатели могли бы приводить в действие дизельные грузовики в Китае, Европе, Мексике и других странах, если в этих регионах будут приняты аналогичные, все более строгие правила.

Старая технология действительно экологичная? — USC Viterbi School of Engineering

Химическая инженерия Энергетика Выпуск III Транспорт Том XI

10 ноября 2010 г. 12 ноября 2017 г.

Об авторе: Павел Молдован

Пол Молдован был студентом Университета Южной Калифорнии осенью 2010 года. Он специализировался в области электротехники с упором на энергетику.

Многие даже не подозревают, что знакомый дизельный двигатель имеет потенциал для внедрения экологически чистой дизельной технологии для использования так же, как сегодня используются гибриды. От разработки и исторического использования дизельного двигателя до инженерных принципов, по которым работает двигатель, дизельная технология развивалась для удовлетворения потребностей меняющегося общества. Сегодня, в условиях конкуренции с гибридными двигателями, исследуется технологическое развитие дизельного двигателя в надежде удовлетворить потребности потребителей в соответствии с новыми правилами, разработанными для защиты окружающей среды. Глядя в будущее, усовершенствование и более широкое использование дизельных двигателей предлагают инновационный путь к более устойчивому миру.

Демистификация дизельного топлива

В последнее время потребители стали лучше осознавать влияние, которое они оказывают на окружающую среду. Прошли времена расточительности без сознания. В каждом магазине и при каждой покупке покупателям напоминают о том, что нужно быть экологичным. Эта зеленая инициатива является глобальным усилием по борьбе с негативным воздействием человеческого образа жизни на глобальную окружающую среду. Быть зеленым может означать переработку бумаги и пластика, использование экологически чистых продуктов, которые не наносят вреда окружающей среде, или вождение автомобилей с большим расходом топлива и низким уровнем выбросов. На протяжении десятилетий целью автомобильной промышленности было создание более крупных и мощных автомобилей, чтобы удовлетворить спрос потребителей. Эти автомобили с большими двигателями, низким расходом топлива и высоким уровнем выбросов оказали заметное влияние на окружающую среду. Сегодня потребительский спрос сместился в сторону меньших по размеру, более экономичных автомобилей с низким уровнем выбросов. Рынок ответил гибридными автомобилями, представив на потребительском рынке нового конкурента. Одна, казалось бы, забытая технология, которая может предложить потребителям все, что могут гибриды, и, возможно, даже больше, используется в автомобилях с дизельным двигателем. Дизельные двигатели уже давно рекламируются как слишком большие, громкие и неэффективные, и они стали печально известны из-за шлейфа сажи и дыма, который вырывается из выхлопной трубы при запуске. Однако с развитием новых технологий в Европе дизельные двигатели быстро завоевывают популярность благодаря своей новой экологичности и большей надежности. Тот факт, что автомобили с дизельным двигателем иногда дешевле, чем их бензиновые или даже гибридные аналоги, может быть даже лучшим в них, а также ключом к превращению зеленого движения в настоящую глобальную инициативу.

Разработка дизельного двигателя

В 1897 году немецкий инженер Рудольф Дизель разработал первый действующий дизельный двигатель. Год спустя Дизель получил патент и начал производство своего двигателя в партнерстве с другими компаниями. Сначала дизельный двигатель применялся в основном для катеров и подводных лодок. Поскольку дизельный двигатель был более эффективным, чем бензиновые двигатели того времени, он стал идеальной заменой в различных типах техники. В 1922 году первый автомобиль, сельскохозяйственный трактор, был оснащен дизельным двигателем производства Mercedes-Benz. Через год были построены грузовики с дизельными двигателями, и двигатель стал популярной силовой установкой для автомобилей [1]. Дизельные двигатели обеспечивают гораздо большую мощность, чем их бензиновые аналоги, поэтому грузовики с дизельным двигателем стали предпочтительным автомобилем для перевозки товаров по всей стране. Из-за этого преимущества в мощности, а также более низкого расхода топлива, которое дизельные двигатели демонстрировали по сравнению с бензиновыми двигателями, интерес к частному рынку вырос, и автомобили были построены с использованием дизельной технологии. Легковые и грузовые автомобили с дизельным двигателем стали популярны в Европе; однако они не добились такого же успеха в Соединенных Штатах, где автомобили с дизельным двигателем в основном использовались только для перевозки товаров.

Экономическому росту многих промышленно развитых стран мира после Второй мировой войны способствовала возможность относительно дешево и эффективно перевозить товары по пересеченной местности. Однако это было сделано за счет окружающей среды. Дизельные двигатели были известны тем, что выделяли много смога и дыма, и считались самыми загрязняющими окружающую среду автомобилями. Они также были очень громкими и, как известно, при запуске издавали лязг, что раздражало автомобилистов. В начале 2000-х новые более строгие экологические нормы фактически привели к тому, что весь импорт автомобилей с дизельными двигателями в Соединенные Штаты упал до нуля. Это подтолкнуло многие компании, такие как Bosch и Mercedes-Benz, к действиям по созданию новой экологически чистой дизельной технологии [2].

Как это работает

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания; сгорание происходит внутри закрытого цилиндра. Это четырехтактный двигатель, точно такой же, как бензиновые двигатели. Основные принципы работы дизельного двигателя показаны на рис. 1.

UtzOnBike/Wikimedia Commons

Рис. 1: 4-тактный двигатель.

Четырехтактный двигатель можно описать четырьмя отдельными этапами или тактами. Первый такт — это такт впуска, при котором клапаны двигателя открываются и воздух поступает в цилиндр. Второй такт — это такт сжатия, при котором поршень перемещается вверх внутри цилиндра, когда клапаны закрываются и сжимают воздух. Такт сгорания является третьим тактом. На этом этапе топливо впрыскивается в верхнюю часть цилиндра, когда поршень находится вблизи верхней части. Поскольку воздух в цилиндре сжимается, он нагревается, что приводит к самовозгоранию дизельного топлива и взрыву. Во время четвертого такта цикла поршень движется обратно вниз и очищает камеру выхлопа через выпускной клапан [3].

Это непрерывный повторяющийся процесс, который происходит тысячи раз в минуту. Важно отметить, что в отличие от бензинового двигателя для взрыва внутри цилиндра не требуется искры. В бензиновом двигателе сгорание достигается за счет свечи зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в цилиндре. В дизельных двигателях взрыв происходит исключительно за счет тепла, вызванного высоким давлением внутри цилиндра. Топливо также впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Высокое давление впрыска приводит к попаданию в цилиндр мелкодисперсного топливного тумана, что вызывает более мощный взрыв и более полное сгорание топливных агрегатов. Черный дым и копоть, выходящие из выхлопной трубы дизельных двигателей, можно отнести к низкому давлению впрыска и неэффективному дизельному двигателю.

Технология экологически чистого дизельного топлива

Разработка экологически чистого дизельного топлива на самом деле представляет собой совокупность трех различных эволюционных аспектов, работающих вместе, чтобы сделать дизельные двигатели более экологичными и эффективными; для достижения этих целей инженеры использовали чистое топливо, более чистые двигатели и средства контроля выбросов.

Топливо

Чистое топливо — единственный аспект, который не полностью контролируется автомобильной промышленностью. Хотя верно то, что исследователи и инженеры, работающие в топливной промышленности, разрабатывают варианты более чистого топлива, в конечном итоге именно правительство принимает решение о введении правил, требующих импорта и использования более чистых видов топлива и запрещающих виды топлива, вызывающие вредные выбросы. Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD) начало поступать в США в 2006 г. [4]. Новое более чистое дизельное топливо содержит 15 частей на миллион серы, тогда как его предшественник имел содержание серы 500 частей на миллион. ULSD позволяет сократить выбросы серы, а также реализовать другие средства контроля выбросов, которые были бы невозможны при высокой концентрации серы [5].

Двигатели

Более чистые дизельные двигатели оснащены топливными форсунками высокого давления и более прочными материалами в блоке цилиндров, чтобы сделать двигатель более эффективным. Топливные форсунки впрыскивают топливо в цилиндр, вызывая взрыв и приводя в движение поршни. Поскольку нет искры для воспламенения топлива, в цилиндр должны быть введены мелкие частицы топлива, которые воспламеняются из-за высокого давления [6]. В настоящее время разрабатываются новейшие топливные форсунки, впрыскивающие топливо в цилиндр под давлением около 35 000 фунтов на квадратный дюйм; чем выше давление впрыска в цилиндр, тем мельче топливный туман, впрыскиваемый в цилиндр. Это означает, что больше топлива сгорает внутри цилиндра и меньше выбрасывается в виде выхлопных газов, что увеличивает выбросы двигателя.

Новые материалы и процессы ковки, доступные сегодня инженерам, также позволяют создавать более чистые и эффективные двигатели. Новые композитные материалы и лучшее понимание механики двигателей позволили инженерам разработать двигатели, которые преобразуют большую часть энергии топлива в механическую энергию. Это также позволяет уменьшить количество энергии, теряемой в виде тепла [6]. Такая технология на самом деле принесла пользу всем типам двигателей, но она более заметна на дизельных двигателях, для которых технология не претерпела существенных изменений с момента ее создания.

Система выхлопа

Фильтры дожигания и каталитические нейтрализаторы также используются в выхлопной трубе для улавливания твердых частиц, вылетающих из цилиндра. Выбросы NOx и твердых частиц можно снизить почти до уровня гибридных автомобилей с помощью комбинации фильтров тонкой очистки и каталитических нейтрализаторов. В настоящее время разрабатываются новые каталитические нейтрализаторы, содержащие мочевину, которая вступает в реакцию с твердыми частицами NOx и обезвреживает их, что является еще одним потенциальным улучшением контроля выхлопных газов в будущем.

Технология снижения холостого хода

Еще одна новая реализация, повышающая эффективность дизельных двигателей, связана не с технической функцией двигателя, а с работой двигателя. Технология уменьшения холостого хода, как следует из названия, была введена для сокращения времени работы двигателей на холостом ходу. Работающий на холостом ходу двигатель сжигает топливо и увеличивает выбросы [5]. Например, в Соединенных Штатах большинство товаров перевозится грузовиками с дизельным двигателем. Грузовикам разрешается находиться в пути определенное количество часов, после чего они обязаны остановиться, а водитель должен отдохнуть. В течение этого периода отдыха водитель позволяет двигателю работать на холостом ходу, чтобы иметь электроэнергию, обогрев и охлаждение. Работа двигателя на холостом ходу не только расточительна, но и вредна для окружающей среды. В результате были введены новые электрифицированные парковочные места, которые являются примером технологии сокращения холостого хода, где грузовики могут быть припаркованы, а водители грузовиков могут пользоваться теми же удобствами, что и грузовик, работающий на холостом ходу, от внешней системы. Это не только снижает выбросы, но и увеличивает расстояние, которое грузовик может проехать на одном баке бензина, что приводит к меньшему расходу топлива [7].

Дизель против гибрида

Несколько лет назад, покупая новый автомобиль, большинство людей интересовались удобством, мощностью и ценой. Теперь, с новым зеленым движением и высокими ценами на газ, которые, вероятно, будут продолжать расти, топливная экономичность стала приоритетом номер один для потребителей. Гибридные автомобили стали самым популярным вариантом и рекламируются как самые экологичные автомобили, доступные сегодня на рынке. Наиболее привлекательными характеристиками гибридного автомобиля являются сверхнизкий уровень выбросов и большой расход топлива. Самым популярным гибридом является Toyota Prius, расход топлива которого оценивается в 55 миль на галлон EPA, хотя важно отметить, что это значение было определено в идеальных условиях. Идеальные условия описываются как ровные, гладкие дороги с твердым покрытием, по которым водитель редко сталкивается в своих ежедневных поездках на работу. В недавней статье Consumer Reports приводятся недостатки в стандартах испытаний, установленных EPA, и утверждается, что фактический рейтинг миль на галлон для Prius составляет 32, что на 42% меньше [8]. С другой стороны, Volkswagen Polo, небольшой турбодизельный автомобиль, доступный в настоящее время только в Европе, может достигать заявленных 70 миль на галлон. Даже если это число было уменьшено на 42% до 41 мили на галлон, он все равно более экономичен, чем Prius.

Matthias93/Wikimedia​ Commons

Рисунок 2. Как и автомобили с дизельным двигателем, гибрид Toyota Prius известен своими экологичными технологиями.

Благодаря новой технологии чистого дизельного топлива выбросы гибридных и дизельных автомобилей также сопоставимы (см. рис. 2). Комбинация каталитических нейтрализаторов и новой технологии фильтрации улавливает почти все твердые частицы и обеспечивает практически нулевой уровень выбросов. Есть новые автомобили, использующие чистую дизельную технологию, которые правительство Соединенных Штатов называет автомобилями со сверхнизким уровнем выбросов. Важно отметить, что оба они более экономичны и имеют более низкий уровень выбросов, чем большинство автомобилей с бензиновым двигателем. Выходная мощность также важна при сравнении дизельных и гибридных двигателей. Prius с газоэлектрическим двигателем развивает мощность 134 л.с. и крутящий момент 105 фунт-фут [9].]. С другой стороны, новый Volkswagen Jetta 2009 года производит 140 лошадиных сил и 236 фунт-фут крутящего момента [7]. Эта разница в мощности очень заметна для водителя и фактически делает Jetta намного быстрее, чем Prius, у которого крутящий момент меньше на 131 фунт-фут.

Заправляя будущее

Дизельные двигатели существуют уже более века, но только сейчас мы осознаем их истинный потенциал. Дизельный двигатель больше не рассматривается как не более чем громкая и загрязняющая окружающую среду неприятность. Благодаря современным технологиям дизельный двигатель превратился в эффективный источник энергии, который все еще можно использовать в то время, когда мы, люди, стали лучше осознавать негативное влияние нашего поведения на окружающую среду. Все технологии, применяемые в экологически чистых дизельных двигателях, также относительно дешевы. Хотя дизельные автомобили дороже, чем их бензиновые аналоги, они дешевле, чем автомобили с гибридным двигателем. Также возможно, что потребитель сэкономит достаточно денег за счет увеличения расхода бензина, чтобы фактически погасить разницу между автомобилем с дизельным двигателем и автомобилем с бензиновым двигателем. Кроме того, поскольку дизельное топливо и бензин имеют относительно одинаковую цену, владение автомобилем с дизельным двигателем не будет иметь дополнительных затрат по сравнению с гибридным автомобилем, которые можно отнести к стоимости топлива. Поскольку развивающиеся технологии становятся все более экологичными и чистыми, автомобили с дизельными двигателями становятся экономичным выбором.

Ссылки

• • [1] «История дизельного двигателя». Уникальные автомобили и запчасти . Интернет: http://www.uniquecarsandparts.com.au/history_diesel.htm. [ноябрь. 1, 2009].
  • [2] «Технология экологически чистого дизельного топлива Bosch: доказанный успех на трассе и вне ее». Бош . Интернет: http://www.prnewswir​e.com/news-releases/​bosch-clean-diesel-t​echnology-proven-suc​cess-on-off-the-trac​k-57899077.html. август 2007 г. [ноябрь 2007 г.]. 1, 2009].
  • [3] М. Мозг. «Как работают дизельные двигатели». Как это работает . Интернет: http://www.howstuffw​orks.com/diesel.htm.​ [ноябрь. 1, 2009]
  • [4] «Подтвержденные технологии сокращения холостого хода, соответствующие требованиям для финансирования в рамках национальной кампании за чистое дизельное топливо». Агентство по охране окружающей среды , март 2009 г.