Верхний класс — это название высшего легкового сегмента Федерального автомобильного управления.В сегментах транспортных средств Европейской комиссии этот сегмент называется класса люкс или F-сегмент , верхний класс относится к верхнему среднему классу в понимании Федерального управления автомобильного транспорта. К этому классу относятся большие, удобные, мощные и, следовательно, очень дорогие автомобили. Американские полноразмерные автомобили соответствуют высшему классу по размеру, но не обязательно по двигателям и оборудованию.

Обычно в этом классе предлагаются только седаны, купе и кабриолеты, но не универсалы.Однако в последнее время все больше и больше выпускается внедорожников этого класса. Поскольку многие транспортные средства со временем становятся все больше и мощнее, описание класса транспортного средства всегда является моментальным снимком.

— это самый продаваемый автомобиль класса люкс в Европе и США в 2017 году, Tesla Model S. Самым продаваемым автомобилем класса люкс в Германии в 2017 году является Mercedes-Benz S-Class.

Текущие модели доступны в ЕС

Текущие модели недоступны в ЕС

Характеристики 1990

В 1990 году автомобили класса люкс предлагали как минимум шесть цилиндров, 3.Рабочий объем 0 литров и мощность двигателя около 130 кВт в базовой модели. Исключением стал Mercedes 260 SE, модель из серии W-126. Он имел двигатель объемом 2,6 литра и мощностью 118 кВт. Восьмицилиндровые двигатели были доступны от Audi, Lexus и Mercedes. Кроме того, автомобили класса люкс от BMW и Jaguar также предлагались с двенадцатицилиндровыми двигателями. В 1990 году дизельные двигатели не играли роли в классе люкс. Только Mercedes построил S-класс с дизельным двигателем, но только для экспорта в США.

Длина роскошных автомобилей началась в 1990 году с отметки около 4,9 метра и закончилась версиями с длинной колесной базой около 5,20 метра.

Седаны класса люкс почти всегда имели задний привод; Только после презентации Audi V8 в 1988 году в этом классе автомобилей был представлен новый тип привода с полным приводом. С середины 1990-х годов все чаще добавлялся передний привод.

Примеры 1990

1990 данные

Меблировка

Как технологические носители производителей, автомобили высшего класса обычно предлагают значительно более высокий уровень комфорта, чем классы ниже, и обычно более активную и пассивную безопасность.Технологии, установленные и испытанные в верхнем классе, затем используются в классах нижнего класса, например, такие функции, как обогрев рулевого колеса, навигационные системы, автоматический кондиционер или автономное вождение.

Исторические роскошные автомобили

Новые регистрации в Германии

Данные о ежегодных новых регистрациях легковых автомобилей в сегменте высшего класса в Германии согласно статистике Федерального управления автомобильного транспорта см. В списке новых регистраций легковых автомобилей в Германии по сегментам и модельным рядам # верхний класс .

Дополнительная информация

Интернет-ссылки

Индивидуальные доказательства

1. ↑ ^{a b c d} Tesla Model S перед Mercedes S-класса и BMW 7-й серии в продажах в 2017 году. manager-magazin.de, 20 февраля 2018 г., по состоянию на ноябрь 1, 2018.
2. ↑ ^{a b} Большие роскошные автомобили — продажи в США по моделям 2017 г. statista.com, по состоянию на 1 ноября 2018 г.
3. ↑ Цены на автомобили в Европейском Союзе на 1 января 2011 г. (PDF) Европейская комиссия, 26 июля 2011 г., по состоянию на 8 февраля 2015 г.
4. ↑ Марк Кристиан Шнайдер: Модель Luxury находит слишком мало покупателей. In: handelsblatt.com. 4 января 2011 г., по состоянию на 11 февраля 2015 г.

Дизельный двигатель — zxc.вики

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (самовоспламенение без свечи зажигания), топливно-воздушная смесь которого образуется в камере сгорания (внутреннее смесеобразование), а крутящий момент устанавливается через количество впрыскиваемого топлива (качественное влияние нагрузки). Он может работать на различных видах топлива, в том числе на дизельном топливе .Дизельные двигатели доступны в виде двухтактных или четырехтактных поршневых двигателей; они характеризуются относительно высоким КПД и возможностью их создания как малой, так и большой мощности.

Изобретателем дизельного двигателя является немецкий инженер Рудольф Дизель, который впервые опубликовал свои идеи о двигателе с особенно высоким КПД в 1893 году в работе Теория и конструкция рационального теплового двигателя . В годы после 1893 года ему удалось построить такой двигатель в лаборатории на заводе Maschinenfabrik Augsburg (ныне MAN), хотя и отклонившись от концепции, описанной в его книге.Благодаря своим патентам, зарегистрированным во многих странах, и его активной работе с общественностью, он стал тезкой двигателя и связанного с ним дизельного топлива — среднего дистиллята.

техника

принцип

Дизельные двигатели — это поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением, которые преобразуют химическую энергию в тепловую и кинетическую энергию. Они могут быть выполнены в виде двух- или четырехтактных двигателей. Дизельный цикл, изобретенный Рудольфом Дизелем, представляет собой процесс термодинамического сравнения дизельного двигателя.Поскольку он неадекватно отражает реальный процесс горения, лучше использовать процесс Зейлигера в качестве процесса сравнения. (Подробнее в разделе Термодинамика дизельного двигателя)

Четырехтактные дизельные двигатели всасывают заряд воздуха в цилиндр во время такта впуска; В двухтактном двигателе «процесс промывки» начинается незадолго до того, как поршень достигает нижней мертвой точки, и заканчивается вскоре после того, как он снова покинет нижнюю мертвую точку — сгоревшие выхлопные газы заменяются свежим воздухом.Свежий воздух сильно сжимается во время такта сжатия (соотношение для четырехтактного двигателя примерно от 16: 1 до 24: 1) и, таким образом, нагревается примерно до 700–900 ° C (теплота сжатия). Незадолго до верхней мертвой точки поршня начинается впрыск топлива, которое тонко распределяется и распыляется в горячий воздух в камере сгорания. Высокая температура достаточна для воспламенения смеси, поэтому искра свечи зажигания не требуется, как в бензиновом двигателе.

Обозначение дизельного двигателя

• Самовоспламенение: воздух нагревается за счет (почти) адиабатического сжатия, и топливо, впрыскиваемое в горячий воздух, воспламеняется без внешнего вспомогательного средства зажигания.
• Внутреннее смесеобразование: топливо и воздух сначала смешиваются в камере сгорания.
• Качественное регулирование смеси: выходной ток изменяется в первую очередь за счет изменения количества впрыскиваемого топлива.
• Неоднородная смесь: воздух и топливо неравномерно распределены в камере сгорания.
• Высокий коэффициент воздухообмена: дизельный двигатель работает с избытком воздуха: λv≥λmin≥1 {\ displaystyle \ lambda _ {v} \ geq \ lambda _ {\ mathrm {min}} \ geq 1}
• Пламя сгорания: Кислород диффундирует в пламя во время горения (диффузионное пламя).
• Воспламеняющееся топливо: дизельные двигатели лучше всего работают с высококипящим горючим топливом.

источник

топливо

В принципе, дизельные двигатели являются многотопливными двигателями и, следовательно, могут работать со всеми видами топлива, которое может подаваться ТНВД при рабочей температуре двигателя, которое может хорошо распыляться и которое достаточно воспламеняющееся для малой задержки воспламенения. . Степень воспламеняемости — это цетановое число, которое должно быть как можно более высоким.К тому же теплотворная способность должна быть высокой. Как правило, дизельное моторное топливо состоит из высококипящих и длинноцепочечных углеводородов (C ₉ до C ₃₀ ). На практике (иногда вязкое) жидкое топливо, полученное путем перегонки из ископаемого топлива, такого как газойль и гудрон, с теплотворной способностью между прибл. Этим требованиям соответствуют 38,8 и 43,5 МДж / кг. Помимо жидкого топлива подходит также газообразное топливо. После Первой мировой войны в качестве топлива использовались в основном низкокачественные, даже дешевые масла, поскольку они не облагались налогом.До 1930-х годов бензин, керосин, смазочное масло, газойль и растительные масла, а также смеси этих топлив были обычным явлением. С развитием технологии дизельных двигателей стало необходимо более совершенное и более горючее топливо с цетановым числом от 45 до 50 CZ. На практике использовались газойль, каменноугольная смола и масло от тления угля.

Стандартное топливо для дизельных двигателей отсутствовало до 1940-х годов, когда дизельное топливо было стандартизировано для наземных транспортных средств в стандарте DIN 51601 впервые после Второй мировой войны.С 1993 года дизельное топливо в стандарте EN 590 стандартизировано и называется просто дизельным дизельным , большинство дизельных двигателей (транспортных средств, инструментов) предназначены для использования с этим топливом или могут работать с ним; большие судовые дизельные двигатели по-прежнему в основном работают на более тяжелом топливе (см. судовое дизельное топливо). Это топливо стандартизировано в стандарте ISO 8217. Тип топлива, для которого рассчитана конкретная модель дизельного двигателя, обычно можно найти в руководстве по эксплуатации. Например, некоторые двигатели с вихревой камерой предназначены для работы на негорючем топливе с особенно высокой задержкой зажигания (например, на бензине).Дизельные двигатели с прямым впрыском с технологией MAN-M также в принципе подходят для работы с бензином с октановым числом 86. Если дизельные двигатели работают на неподходящем топливе, может произойти закоксовывание форсунок или стук (забивание). Примеси в топливе, такие как пыль, ржавчина, песок и вода, также оказывают вредное воздействие на дизельный двигатель, причем загрязнение песком особенно неблагоприятно.

Первый дизельный двигатель был разработан для использования минерального масла, но также подходил для работы на керосине, автомобильном бензине и лигроине.Рудольф Дизель испытал использование топлива на основе растительных масел в рамках всемирной выставки в 1900 году. Он сообщил об этом на лекции в Институте инженеров-механиков Великобритании: «… на Всемирной выставке в Париже в 1900 году небольшой дизельный двигатель был показан заводом по производству газовых двигателей Deutz AG Николауса Отто по просьбе французов. правительство с арахисовым маслом (арахисовое масло) работает так гладко, что очень немногие люди это видели ».

Постановление

Дизельный двигатель в основном регулируется количеством впрыскиваемого топлива.Если величина увеличивается, создается больший крутящий момент, и одновременно уменьшается доля воздуха для горения. В случае двигателей с турбонаддувом количество воздуха также можно увеличить за счет увеличения давления наддува.

Впрыск топлива

В принципе, дизельные двигатели имеют впрыск топлива в камеру сгорания (внутреннее смесеобразование), модельные двигатели и вспомогательные велосипедные двигатели (двигатель Lohmann) с карбюраторами и воспламенением от сжатия к дизельным двигателям не относятся. Топливо впрыскивается незадолго до окончания такта сжатия, когда воздух достаточно сжат и в результате нагревается. Ход процесса впрыска зависит от конструкции впрыскивающего сопла и насосного элемента, а также от геометрического соотношения между линией впрыска и предохранительным клапаном.Во время впрыска жидкое топливо поступает в камеру сгорания в виде облака мелко распределенных капель, причем воздух уже обеспечивает условия воспламенения. Лишь небольшая часть топлива в этой фазе является парообразной. Отдельные капли топлива имеют разные размеры и распределены неравномерно (неоднородная смесь). Чтобы произошло возгорание, тепловая энергия сжатого воздуха должна передаваться каплям топлива, чтобы отдельные капли испарялись на своей поверхности, а вокруг капель топлива образовывался слой пара, который мог смешиваться с воздухом.Смесь воспламеняется только при локальной воздушной смеси. Период от начала впрыска до начала зажигания известен как задержка зажигания. λ> 0,7th {\ displaystyle \ lambda> 0 {,} 7}

Для дизельных двигателей были разработаны различные процессы впрыска, которые существенно различаются по конструкции камеры сгорания и впрыскивающего насоса.С одной стороны, это двигатели с компактной камерой сгорания и прямым впрыском, с другой — двигатели с разделенной камерой сгорания и непрямым впрыском в камеру перед основной камерой сгорания. Из-за меньшей эффективности такая конструкция считается устаревшей. Самый старый метод — продувка сжатым воздухом — устарел после Первой мировой войны. Кроме того, конструкция топливного насоса высокого давления является важной особенностью системы впрыска, и обычные топливные насосы обычно можно комбинировать с обеими формами камеры сгорания.Современные дизельные двигатели для легковых автомобилей обычно имеют непосредственный впрыск; цилиндры имеют общий насос высокого давления и магистраль высокого давления (common rail), которая постоянно находится под давлением и является общей для всех цилиндров; Впрыск инициируется открытием клапанов впрыска, которые управляются электроникой. В двигателях без электронного управления двигателем впрыск запускается чисто механически. Количество впрыска определяется насосом впрыска, который, следовательно, должен подавать точно определенное количество топлива под высоким давлением к клапану впрыска для каждого цилиндра.На заре создания дизельных двигателей точное распределение топлива могло быть достигнуто только путем вдувания сжатого воздуха. Если дизельные двигатели работают на газообразном топливе, двигатель может быть двухтопливным дизельным двигателем или чисто газодизельным двигателем. Двухтопливные двигатели потребляют газо-воздушную смесь, которая воспламеняется небольшим количеством впрыснутого обычного жидкого топлива, которое горит (пилотное зажигание), а затем воспламеняет газообразную топливно-воздушную смесь. Этот тип двигателя также может работать на чистом жидком топливе.Полностью бензиновые дизельные двигатели имеют впрыск топлива под высоким давлением, не требующий пилотного зажигания. Они не могут работать на жидком топливе.

Типы ТНВД

• Насос-дозатор топлива (с впрыском воздуха)
• ТНВД, рядный
• Распределительный ТНВД
• Насос с одинарным гидроцилиндром
• Насос-форсунка
• Насос высокого давления (с Common Rail)

Процессы непрямого впрыска

Процесс немедленного впрыска

термодинамика

Процесс работы двигателей внутреннего сгорания сложен.Чтобы описать их математически и сделать их доступными для вычислений, используются идеализированные, теоретически значительно упрощенные процессы сравнения. Процессы сравнения являются циклическими и, в отличие от реального двигателя, предполагают, что идеальный газ в двигателе нагревается, а затем снова охлаждается для выполнения механической работы. Согласно DIN 1940, для идеального двигателя предполагается, что сгорание происходит в соответствии с заданными модельными принципами, что есть только чистый заряд без остаточных газов, отсутствуют потери потока и утечки, обмен заряда моделируется определенным тепловыделением и в остальном двигатель герметичен.В реальном двигателе, в отличие от модели, нет изоэнтропического сжатия и расширения, но есть потери потока и медленное сгорание, которые занимают определенное время. Кроме того, необходимо учитывать обмен груза и степень доставки.

У Рудольфа Дизеля была идея дизельного двигателя на основе цикла Карно, которую он хотел реализовать с помощью машины. В цикле Карно тепло подается при постоянной максимальной температуре и рассеивается при постоянной минимальной температуре, то есть изотермически : «Изотермы — это изменения в состоянии газа, в котором температура остается постоянной, в то время как давление и объем смены газа.«Цикл Карно — максимально возможный КПД для данного температурного градиента. Дизельное топливо, разработанное на основе цикла Карно и в книге Теория и конструкция эффективного теплового двигателя, описанное в дизельный цикл представляет собой процесс постоянного давления, то есть тепло изобарически подводится к газу, таким образом, остается неизменным максимальное давление при изменении объема. Тепло отводится из процесса при постоянном объеме, то есть изохорически, в то время как давление изменяется. Между этими двумя фазами происходит изэнтропическое сжатие и расширение в порядке сжатия, подвода тепла, расширения, отвода тепла.Поскольку дизельный цикл является циклом, эти четыре фазы можно повторять столько раз, сколько потребуется.

Фактически, метод работы, первоначально разработанный Рудольфом Дизелем, не работает с настоящим двигателем, поскольку необходимые изменения состояния газа невозможны, а степень сжатия для достижения идеального КПД будет настолько велика, что двигателю придется выполнять больше работы сжатия, чем он мог обеспечить себя. Дизель осознал эту проблему и в мае 1893 года написал рукопись под названием «Заключение» о методе работы двигателя, который должен быть определенно выбран для практики , в которой он описал модифицированный метод работы.Самыми важными изменениями были снижение компрессии и использование большего количества топлива для сгорания. Цикл Зейлигера теперь используется для описания этого измененного метода работы после того, как все дизельные двигатели заработали, в упрощенной термодинамической модели.

Цикл Зейлигера представляет собой смесь постоянного давления и постоянного объема. Сначала всасывается и изоэнтропически сжимается воздух, затем часть тепла подводится к газу с почти постоянным объемом (изохорическим). Когда достигается максимальное давление, остаток подается изобарически, как в дизельном цикле, т.е.е. с переменным объемом, но постоянным давлением. В расчетной модели это должно отображать сгорание, которое в реальном дизельном двигателе происходит медленнее, чем в бензиновом. Газ изоэнтропически расширяется до конца рабочего цикла. Объем дымовых газов увеличивается, давление в цилиндре и температура уменьшаются. В идеальном процессе газ охлаждается до исходного состояния в нижней мертвой точке, а в реальном двигателе выхлопные газы удаляются и заменяются свежим воздухом.Процесс начинается заново. В реальном дизельном двигателе тепло может подводиться к газу по меньшей мере приблизительно изобарно и отводиться приблизительно изохорически. В результате изобарической подачи тепла дизельный двигатель имеет более низкий термический КПД , чем двигатель Отто. Однако, поскольку дизельный двигатель может работать со значительно более высокой степенью сжатия, благодаря смеси топлива и воздуха только после сжатия, его фактический КПД не хуже, чем у бензинового двигателя, но лучше.В результате развития технологии бензиновых двигателей с новыми процессами смесеобразования и управляемым самовоспламенением в будущем можно ожидать «далеко идущего сближения» циклических процессов бензиновых и дизельных двигателей.

КПД

В своей работе Теория и создание рационального теплового двигателя для замены парового двигателя и двигателей внутреннего сгорания, известных сегодня, Рудольф Дизель утверждает, что тепловой КПД идеального дизельного двигателя составляет 73%, но это значение не достигается в реальность.Дизель оценил эффективный КПД дизельного двигателя в «в 6-7 раз больше, чем у лучших современных паровых двигателей (…), а позже, соответственно, выше» . При КПД комбинированного парового двигателя 7,2% это соответствует КПД 43,2% или 50,4% — фактически, сегодня (2014 г.) двухтактные большие дизельные двигатели достигают КПД до 55%. В дизельных двигателях легковых автомобилей с непосредственным впрыском и турбонаддувом выхлопных газов коэффициент полезного действия несколько ниже, в лучшем случае он составляет около 43%.

Выхлопные газы

Возможные виды топлива для дизельного двигателя в основном состоят из химических элементов углерода и водорода, кислород, необходимый для сгорания, поступает из всасываемого воздуха. Поскольку воздух в основном содержит азот, его нельзя игнорировать. В камере сгорания дизельного двигателя происходит химическая реакция между топливом и всасываемым воздухом, в ходе которой энергия, связанная с топливом, преобразуется. Молекулы топлива горят вместе с кислородом, содержащимся в воздухе, с образованием выхлопных газов.Если используется теоретическая модель идеального дизельного двигателя и он работает с идеальной долей избытка воздуха, то все горючие компоненты топлива доводятся до конечной стадии окисления за счет оптимальной подачи кислорода — сгорание завершается. В этом случае выхлопной газ состоит из диоксида углерода, воды, азота и, возможно, избыточного кислорода. Таким образом, неполностью сгоревшие компоненты не обнаруживаются в выхлопе дизельного двигателя perfect engine . На практике, однако, существует состояние неполного сгорания, при котором некоторые компоненты топлива не полностью конвертируются.Причиной этого может быть нехватка воздуха, недостаточное смешивание топлива с воздухом или неполное сгорание из-за частичного охлаждения камеры сгорания.

Сажа

Если сгорание в дизельном двигателе является неполным из-за недостатка воздуха или низких температур, углеродные компоненты топлива не преобразуются и остается дизельная сажа, сгорание двигателя становится дымящимся . Однако такое сгорание отрицательно сказывается на рабочих характеристиках дизельного двигателя из-за сильного загрязнения камеры сгорания, поэтому дизельный двигатель нельзя эксплуатировать при недостатке воздуха.Даже идеальный дизельный двигатель, вообще любой двигатель с неоднородным смесеобразованием, не может сжигать заполнение камеры сгорания без сажи. Впрыскиваемое топливо имеет форму мельчайших капель, воспламеняющихся снаружи внутрь. Расширение дымовых газов, происходящее в процессе, препятствует адекватному потоку дополнительного воздуха для горения. Даже если в начале горения имеется большой избыток воздуха, если смотреть в целом, он не может быть использован в полной мере. При этом всегда образуется сажа.Масса частицы имеет тенденцию к уменьшению в результате более тонкого распыления и большого избытка воздуха. С другой стороны, образование неоднородной смеси является необходимой предпосылкой для воспламенения камеры сгорания, заполненной большим избытком воздуха, поскольку всегда можно найти элементы объема, в которых присутствует горючая смесь. В двигателях с однородным смесеобразованием это состояние должно устанавливаться послойной зарядкой.

Образование оксида азота

В идеальном дизельном двигателе выхлопные газы состоят из CO ₂ , H ₂ O, N ₂ и O ₂ , как описано выше.Однако это условие может быть обнаружено только при низких температурах сгорания. В реальном дизельном двигателе возникают высокие температуры сгорания, которые изменяют химическое равновесие; азот, содержащийся во всасываемом воздухе, диссоциирует и образуются оксиды азота.

Состав выхлопных газов

Необработанные выбросы дизельного двигателя легкового автомобиля из различных источников и в различных рабочих точках. В левом столбце показана рабочая точка с низкой нагрузкой (примерно 25% и степенью воздуха для горения 4).В правом столбце рабочая точка, близкая к полной нагрузке, с соотношением воздуха для горения 1,1).

Распределение сильно меняется в зависимости от условий нагрузки, а также немного от влажности. Влажность воздуха обычно рассчитывается исходя из пропорций топлива, поскольку ее редко измеряют.

Кривая крутящего момента и выходная мощность

Дизельные двигатели имеют физически определенный предел скорости из-за задержки зажигания; Теоретически двигатели ^{с вихревой камерой могут вращаться прибл.5000 мин −1 , двигатели с прямым впрыском до прибл. 5500 мин. −1 . Однако с точки зрения конструкции не все двигатели предназначены для работы на теоретическом верхнем пределе скорости.}

Для достижения той же производительности по сравнению с бензиновым двигателем, дизельный двигатель должен иметь больший рабочий объем или наддув (= более высокое среднее внутреннее давление), поскольку крутящий момент дизельного двигателя должен быть выше из-за меньшего диапазона скоростей: M. {\ Displaystyle M}

P = 2πnM.знак равно ωM {\ Displaystyle P = 2 \ pi nM = \ omega M}

P {\ displaystyle P} .. мощность [Вт]; .. крутящий момент [Нм]; .. скорость [с ^-1 ]; .. угловая скорость [рад s ⁻¹ ] () M. {\ displaystyle M} n {\ displaystyle n} ω {\ displaystyle \ omega} 2πn = ω {\ displaystyle 2 \ pi n = \ omega}

Пример расчета

Бензиновый двигатель развивает крутящий момент 160 Нм при частоте вращения 6000 мин. ^-1 (100 с ^-1 ), что соответствует мощности прибл.100000 Вт. Обычный дизельный двигатель не может достичь этой скорости, поэтому его крутящий момент должен быть больше, чтобы достичь той же мощности. Для достижения мощности 100 000 Вт при скорости 3000 мин ^-1 (50 с ^-1 ) крутящий момент должен составлять 320 Нм. n {\ displaystyle n} M. {\ displaystyle M} P {\ displaystyle P} n {\ displaystyle n} P {\ displaystyle P} M. {\ displaystyle M}

Достоинства и недостатки дизельного двигателя

Преимущества дизельного двигателя

Дизельный двигатель имеет хороший КПД благодаря высокой степени сжатия (степени расширения).Меньшее дросселирование приводит к меньшим потерям на газообмен в дизельном двигателе и, следовательно, к более низкому удельному расходу топлива, особенно в диапазоне частичной нагрузки. Это делает дизельный двигатель особенно экономичным. Кроме того, используемое топливо проще в производстве и менее опасно, поскольку оно испаряется медленнее (температура вспышки дизельного топлива не ниже температуры воспламенения бензина). Дизельные двигатели также хорошо подходят для турбонаддува в диапазоне низких скоростей, поскольку топливо не может воспламениться неконтролируемым образом из-за образования внутренней смеси во время такта сжатия, а выходной крутящий момент регулируется путем изменения состава топливовоздушной смеси ( изменение качества), но не его количество.{\ circ} \ mathrm {C}}

Недостатки дизеля

Шум сгорания дизельного двигателя выше, а удельная мощность ниже, чем у бензинового двигателя. Чтобы выдерживать высокое давление, дизельные двигатели общего назначения должны быть сравнительно прочными; это приводит к увеличению массы мотора. Кроме того, при сгорании образуются оксиды азота, что может потребовать сложной системы доочистки выхлопных газов, поскольку трехкомпонентный каталитический нейтрализатор не работает в дизельных двигателях.Это делает дизельный двигатель значительно более дорогим в покупке и менее экономичным в эксплуатации по сравнению с дизельным двигателем без системы очистки выхлопных газов.

Пуск и остановка дизельного двигателя

Для запуска дизельного двигателя топливный насос должен быть настроен таким образом, чтобы можно было создать достаточное давление топлива, затем коленчатый вал должен быть установлен в достаточно быстрое вращательное движение, чтобы сжатие запускало самовоспламенение.Коленчатый вал можно провернуть вручную, используя, например, кривошип или трос, стартер или сжатый воздух. В простых двигателях электрические компоненты используются только для контроля.

В принципе нет необходимости запускать дизельный двигатель. Если двигатель теплый, он сразу запускается даже при низких температурах. Однако, если двигатель не прогрет до рабочей температуры, его, возможно, придется предварительно прогреть. Температура воздуха, от которой необходимо предварительно прогреть двигатель, зависит от его конструкции. Это примерно в форкамере, в двигателях с вихревой камерой и с прямым впрыском.В случае небольших дизельных двигателей (рабочий объем менее 1000 см3 на цилиндр) используются свечи накаливания, встроенные во вторичную камеру сгорания; при непосредственном впрыске они выступают в основную камеру сгорания. В двигателях больших грузовых автомобилей вместо свечей накаливания устанавливается система зажигания пламени. Свечи накаливания в современных двигателях не только выполняют функцию облегчения запуска, но и активируются блоком управления, когда двигатель не запускается, что увеличивает температуру камеры сгорания, например, для поддержки регенерации системы сажевого фильтра.{\ circ} \ mathrm {C}}

У некоторых двигателей также есть изменение фаз газораспределения в качестве скачка. Самая простая конструкция — это «рычаг декомпрессии», который при активации заставляет выпускные клапаны цилиндров оставаться открытыми до тех пор, пока коленчатый вал и его маховик не достигнут начальной скорости. После закрытия рычага декомпрессии выпускные клапаны снова закрываются, импульс должен привести к началу первоначального зажигания. В форкамерном дизельном двигателе XII Jv 170/240 от Ganz & Co. синхронизация впускного распредвала изменяется во время процесса запуска, так что впускные клапаны открываются очень поздно.Это создает отрицательное давление в камере сгорания, что обеспечивает повышение температуры поступающего всасываемого воздуха из-за внезапного повышения давления; Таким образом, температура воспламенения в двигателе может быть достигнута без использования свечей накаливания.

Поскольку для поддержания работы двигателя не требуется зажигания и в некоторых конструкциях обычно не требуется электрическая система, выключение электрической системы не может остановить двигатель в таких двигателях. В старых автомобилях с дизельными двигателями машина не останавливается даже при извлечении ключа.Чтобы остановить двигатель, включается выхлопной тормоз до тех пор, пока двигатель не заглохнет или подача топлива к форсункам не будет прервана посредством заслонки клапана. В двигателях современных транспортных средств это регулируется электроникой, поэтому поведение ключа зажигания в современном автомобиле с дизельным двигателем не отличается от поведения в автомобиле с бензиновым двигателем.

Особенности двигателей для управления автотранспортом

Дроссельные заслонки

По принципу дизельного процесса дроссельные клапаны в принципе не требуются и из-за потерь на дросселирование (увеличение газообменного контура) не имеют смысла для повышения эффективности.Однако в современных дизельных двигателях есть дроссельные клапаны: в двигателях с двумя впускными отверстиями одно впускное отверстие выполнено как заправочное, а другое — как вихревое. Во впускном канале установлен дроссельный клапан, называемый «вихревым», который выполнен в виде заправочного канала и закрывается в диапазоне частичной нагрузки. Это улучшает смешивание воздуха и топлива, которое используется для уменьшения выбросов выхлопных газов. Дроссельная заслонка также все чаще используется для улучшения шумовых характеристик всасываемого воздуха (английский звуковой дизайн).

В истории есть примеры дизельных двигателей, которые оснащались дроссельной заслонкой по другой причине. Итак, з. B. OM 138 от Daimler-Benz с 1936 года. Вплоть до 1980-х годов Daimler-Benz производила дроссельные заслонки в дизельных двигателях, поскольку использовавшийся ранее ТНВД Bosch был пневматическим, т.е. Х. контролировалось небольшим отрицательным давлением во впускном тракте. Однако этот тип управления весьма чувствителен к образованию черного дыма в некоторых рабочих состояниях: двигатель чрезмерно смазан дизельным топливом, которое не сгорает полностью и образует сажу.

Инъекционная техника

В случае дизельных двигателей для легковых автомобилей, несмотря на их более низкий КПД, первоначально использовался непрямой впрыск топлива, поскольку он благоприятен с точки зрения выбросов выхлопных газов и шума. Только в конце 1980-х годов все чаще стали переходить на прямой впрыск. Современные дизельные двигатели с прямым впрыском для легковых автомобилей обычно имеют систему впрыска Common Rail.

Очистка выхлопных газов

Дизельные двигатели выделяют частицы сажи, при этом современные автомобильные двигатели выделяют значительно меньшую массу частиц сажи, чем старые автомобильные двигатели.Масса выброшенных частиц сажи коррелирует с количеством частиц сажи; размер частиц , а не уменьшился за последние годы. В 1993 году размер частиц сажи был преимущественно от 0,01 до 0,1 мкм и 0,3 мкм; в 2014 году этот диапазон не изменился. Некоторые частицы находятся во вдыхаемой области. Ядро частиц сажи может оказывать канцерогенное действие. В Федеративной Республике Германии в конце 1990-х годов ежегодно выбрасывалось около 72 000 т сажи, из которых 64 000 т приходилось на транспортные средства и 42 000 т приходилось на коммерческие автомобили; «Это вызывает около 1000 смертей ежегодно» (на 2000 год).Результаты исследований, проведенных в США в 1980-х годах, показывают, что риск смертельного исхода от выхлопных газов дизельных двигателей очень низок; горожане почти так же подвержены ударам молнии и в результате погибнут. Согласно исследованию, дорожные рабочие, с другой стороны, имеют значительно более высокий риск смертельного исхода от выхлопных газов. Чтобы снизить общий объем выбросов твердых частиц, в легковые автомобили в стандартной комплектации встроены сажевые фильтры; они достигают разделительной способности более 90%.Частицы сажи окисляются в сажевом фильтре.

Нерегулируемые катализаторы окисления устанавливаются на дизельные автомобили с 1990 года. Это может снизить выбросы некоторых загрязняющих веществ: углеводородов до 85%, окиси углерода до 90%, оксидов азота до 10% и частиц сажи до 35%. Поскольку выходной крутящий момент в дизельном двигателе регулируется путем изменения соотношения воздуха () и двигатель обычно работает с избытком воздуха (), нельзя использовать обычный управляемый трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, для которого требуется соотношение воздуха примерно равное.Примерно в 2010 году работа была связана с использованием перовскита в автомобильных катализаторах для дизельных двигателей. Легирование перовскитсодержащих катализаторов палладием повышает устойчивость к «отравлению» серой. λv {\ displaystyle \ lambda _ {v}} λv≥λmin≥1 {\ displaystyle \ lambda _ {v} \ geq \ lambda _ {\ mathrm {min}} \ geq 1} λ> 1 {\ displaystyle \ lambda> 1} λ = 1 {\ displaystyle \ lambda = 1}

Использование рециркуляции выхлопных газов приводит к выбросам оксидов азота дизельным двигателем, хотя и положительно, но здесь есть компромисс между допустимыми значениями оксидов азота и твердых частиц, попадающих в выхлопные газы в виде падения при высоких скоростях рециркуляции выхлопных газов, хотя мощность двигателя и выбросы оксидов азота, но выбросы дизельных твердых частиц возрастают в недопустимой степени.Тем не менее, средние выбросы диоксида азота дизельными двигателями легковых автомобилей в реальных условиях на дорогах Германии значительно превышают допустимые предельные значения. В то время как предельные значения для стандартов выбросов Евро 4, Евро 5 и 6 составляют 250, 180 и 80 мг NO _x на км соответственно, легковые автомобили с дизельным двигателем в Германии выбрасывают в среднем 674 (Евро 4), 906 ( Евро 5) и в среднем при фактическом движении 507 (Евро 6) мг NO _x на км. В целом, почти треть дизельных автомобилей, используемых для тяжелых грузовых перевозок, и более половины дизельных автомобилей, используемых для легких перевозок на наиболее важных рынках, превышают применимые предельные значения, что приводит к дополнительным 38 000 преждевременных смертей каждый год.Выбросы оксидов азота автомобиля с дизельным двигателем без систем нейтрализации выхлопных газов ниже, чем выбросы оксидов азота автомобиля с бензиновым двигателем без регулируемого трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Если, с другой стороны, сравнить автомобиль с дизельным двигателем с нерегулируемым каталитическим нейтрализатором окисления с бензиновым автомобилем с регулируемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, выбросы оксида азота в автомобилях с бензиновым двигателем будут ниже.

Дизельный двигатель Ванкеля

В 1960-х и 1970-х годах были попытки создать компактный и легкий роторно-поршневой двигатель, использующий дизельный процесс в качестве привода автомобиля.Попытки не увенчались успехом из-за высокой степени сжатия, которая не могла быть реализована, так что построенные прототипы могли работать только с предварительно сжатым воздухом, подаваемым извне, но не сами по себе.

Области применения

Современные дизельные двигатели используются во многих областях применения благодаря их высокой экономической эффективности. Недостатком их использования является их неблагоприятное соотношение масса / мощность — они редко используются там, где важна высокая мощность при малом весе, например, в самолетах или мотоциклах.Дизельные двигатели могут быть рассчитаны как на большой, так и на малый диапазон мощности; Диапазон мощности варьируется от четырехзначного диапазона ватт до двузначного диапазона мегаватт: самый мощный в мире дизельный двигатель, четырнадцатицилиндровый судовой двигатель Wärtsilä RT-flex96C, имеет рабочий объем 1,8 м³ на цилиндр и развивает номинальную мощность. более 80 МВт — самый маленький на то время. Коммерческий дизельный двигатель в мире, стационарный двигатель от RH Sheppard, имеет рабочий объем 460 см³ и развивает мощность прибл.2800 Вт. Современные дизельные двигатели для легковых автомобилей достигают литровой мощности около 50–58 кВт.

историческая застройка

Теория Дизеля

В 1878 году Рудольф Дизель, в то время студент Мюнхенского политехнического института, посетил лекции по термодинамике, прочитанные профессором Карлом фон Линде.Линде объяснил своим ученикам, что паровая машина преобразует только 6–10% тепла, выделяемого топливом, в эффективную работу, но в процессе Карно все тепло преобразуется в работу. Дизель заявляет, что это должен быть его ключевой опыт в разработке машины, которая могла бы реализовать цикл Карно. Первоначально Дизель работал над аммиачным паровым двигателем в своей лаборатории в Париже, но это не привело к практической реализации. Вместо этого он понял, что вместо аммиака можно использовать обычный воздух, если топливо горит в этом воздухе.Дизель подал заявку на патент на такую ​​машину и опубликовал свои мысли о двигателе в работе Theory and Construction of a Rational Heat Engine .

23 февраля 1893 года он получил патент RP 67207 «Метод работы и конструкция двигателей внутреннего сгорания», а также сотрудничество с Аугсбургским машиностроительным заводом и создание лаборатории для тестирования различных принципов работы с целью достижения высокого уровня. эффективности началось. На тот момент Дизель еще не осознавал, что его теория ошибочна и что двигатель, описанный в его книге, не будет работать, потому что он потребует большей работы по сжатию, чем он мог бы обеспечить сам.Рудольф Дизель узнал об этом только весной 1893 года. В период с мая по сентябрь 1893 года он разработал модифицированный метод работы, который обеспечивал гораздо меньшее сжатие и более низкую степень воздухообмена; этот рабочий процесс, теперь известный как дизельный процесс, является функциональным и лежит в основе всех дизельных двигателей. Записи Дизеля показывают, что он уже разработал наиболее важную часть этой измененной рабочей процедуры до начала испытаний в Аугсбурге. Таким образом, считается доказанным, что Дизель сам изобрел дизельный двигатель и связанный с ним рабочий процесс, хотя он отличается от теории и построения рационального теплового двигателя в его работе.Дизель публично не признавал свою ошибку, поскольку у него был патент на нефункциональный метод работы, описанный в его книге, но не на фактический метод работы дизельного двигателя. Дизель подал заявку на патент на этот рабочий процесс только в ноябре 1893 года (RP 82168).

Первый дизельный двигатель

Дизель прямо заявляет, что он не изобретал принцип воспламенения от сжатия, а только хотел найти процесс с максимально возможным использованием тепла; такой процесс предполагает самовоспламенение.Первая испытательная машина, построенная М.А.Н. по спецификации Дизеля, была завершена в июле 1893 г. и рассчитана на работу на жидком топливе. Это был четырехтактный с крейцкопфным шатуном и управлением клапаном OHV, диаметр цилиндра 150 мм, ход поршня 400 мм. 17 февраля 1894 года этот двигатель впервые заработал своим ходом на холостом ходу 88 мин ^-1 в течение чуть менее минуты после того, как он был восстановлен в январе.

Однако Дизелю пришлось пойти на компромисс.В дизельном топливе предпочтение отдается прямому впрыску топлива, и для этой цели предусмотрен принцип накопления, при котором форсунка для впрыска питается от накопительного резервуара, в котором избыточное давление поддерживается постоянным с помощью воздушного насоса. Однако, несмотря на несколько улучшений, эта система не работала достаточно хорошо из-за неподходящих насосов и недостаточной точности клапанов впрыска, поэтому Diesel пришлось заменить воздушный насос большим компрессором, что позволило отказаться от накопительный резервуар, и топливо теперь впрыскивалось напрямую.Концепция компрессора принадлежит Джорджу Бейли Брайтону. Однако Дизель предпочел построить двигатель без большого компрессора. Поскольку это казалось невозможным, он в конечном итоге охарактеризовал непосредственный впрыск без компрессора как «непрактичный».

С 1894 года компания Diesel получила несколько патентов в разных странах на значительные улучшения двигателя с воспламенением от сжатия. В частности, он подготовил двигатель к практическому использованию в годы испытаний вместе с Генрихом фон Бузом, тогдашним директором Аугсбургского машиностроительного завода, и попытался получить для этого средства на разработку, пропагандируя перспективный принцип и привлекая доноров.Такие виды топлива, как сырая нефть, угольная пыль и бензин, также были протестированы во время разработки. Только в 1897 году компания Diesel представила двигатель, работающий на минеральном масле и выдержавший дни испытаний на выносливость, своим финансистам и международной публике на II. Выставка двигателей и рабочих машин в Мюнхене. Согласно недавней литературе, он имел удельный расход топлива 258 г / PSh (350,8 г / кВтч), что дает КПД почти 24%. Другие заводы также указывают расход топлива 324 г / кВтч.КПД превзошел все известные ранее тепловые двигатели.

Дизельный двигатель в качестве двигателя наземного транспорта

Из-за своей конструкции дизельный двигатель изначально мог использоваться только как стационарный. Первый коммерчески используемый дизельный двигатель, двухцилиндровый четырехтактный двигатель с эффективной мощностью 60 л.с. _e (около 44 кВт _e ) при 180 мин ^-1 , был введен в эксплуатацию в 1898 году в матче Союза. завод в Кемптене (Альгой).Впервые дизельный двигатель начали применять на кораблях с 1902 года, а на грузовиках — с 1923 года. В конце 1940-х годов дизельный двигатель получил широкое распространение в качестве привода коммерческих автомобилей, рельсовых транспортных средств и судов.

Основой для разработки автомобильного дизельного двигателя стал форкамер, патент на который Prosper L’Orange подал в 1909 году. За счет впрыска топлива в форкамеру было достаточно более низкого давления впрыска, что позволило отказаться от сложной и большой системы впрыска воздуха, которая была необходима ранее.Уменьшенные габариты и масса дизельного двигателя позволили установить его на наземную технику.

В 1924 году MAN представил первый дизельный двигатель с непосредственным впрыском для грузовых автомобилей мощностью около 30 кВт. В последующие годы производительность двигателей продолжала расти; к середине 1930-х годов появились двигатели мощностью более 100 кВт для грузовых автомобилей. В феврале 1936 года на Берлинском автосалоне были представлены первые два легковых автомобиля немецкой серии с дизельными двигателями — Mercedes-Benz 260 D и Hanomag Rekord.

Камерные машины были широко распространены в секторе коммерческого транспорта до 1960-х годов, прежде чем двигатель с непосредственным впрыском стал здесь доминировать благодаря своей большей экономической эффективности. Вплоть до 1990-х годов дизельные двигатели легковых автомобилей конструировались камерным методом, так как шум сгорания был ниже. Однако долгое время дизельные двигатели для легковых автомобилей не могли получить признание, поскольку считались недостаточно эффективными. Это изменилось только с переходом на электронный непосредственный впрыск высокого давления (Common Rail или насос-форсунку) в сочетании с турбонаддувом ОГ («турбодизель»).Дизельные двигатели для легковых автомобилей все чаще находят признание потребителей, так что в Европе (по состоянию на 2017 год) примерно каждый второй вновь зарегистрированный автомобиль имеет дизельный двигатель.

Первый электронный блок управления дизельными двигателями легковых автомобилей с распределительными ТНВД, названный EDC, был разработан Bosch и впервые использован в 1986 году в BMW M21. На сегодняшний день (2014 г.) принцип Common Rail является наиболее широко используемой системой для автомобильных дизельных двигателей. Он был разработан в 1976 году ETH Zurich.Первая система Common Rail была успешно испытана зимой 1985/1986 года на модифицированном дизельном двигателе типа 6VD 12,5 / 12 GRF-E в непрерывном дорожном движении с грузовиком IFA W50. Прототип двигателя можно увидеть сегодня в Промышленном музее Хемница.

Дизельные двигатели легковых автомобилей по всему миру

B: Бразилия, Ch: Китай, E: Европа, I: Индия,

Распространение дизельных двигателей для легковых автомобилей во всем мире зависит от различных факторов, поэтому на некоторых рынках практически нет легковых автомобилей с дизельными двигателями.Основное преимущество дизельного двигателя состоит в том, что он более экономичен из-за более высокого уровня эффективности, но это имеет значение только при высоких расходах на топливо.

Ситуация в США

Новые регистрации дизельных автомобилей в США
в период с 2011 по 2014 год по производителям

В США бензин намного дешевле, чем в Европе, поэтому экономия не играет роли. Кроме того, дизельный двигатель имеет плохую репутацию в США из-за дизельного двигателя Oldsmobile 1970-х годов и скандала с выбросами 2015 года.Таким образом, доля рынка дизельных автомобилей в США в 2017 году составляла чуть менее 2,7%. Немецкие производители автомобилей являются лидерами рынка; большинство американских производителей автомобилей не предлагают дизельных автомобилей. Volkswagen со своими брендами Audi и VW также прекратил продавать дизельные автомобили после скандала с выбросами. Однако предложение дизельных автомобилей увеличивается, поэтому на 2018 год прогнозировалось увеличение доли рынка дизельных автомобилей.

Ситуация в Германии

До 1990-х годов в Германии преобладало мнение, что дизельный автомобиль выгоден только частым водителям из-за его более высокой покупной цены.Из-за значительного недостаточного расхода, особенно при коротких поездках по городу, а также из-за разницы в цене дизельного топлива, облагаемого более низким налогом (налоговое преимущество составляет примерно 22 цента / литр), этого было достаточно для многих автомобилей — несмотря на то, что значительно более высокий налог на транспортные средства (на 100 см3 рабочего объема: 9,50 евро в год для новых дизельных автомобилей вместо 2,00 евро в год для автомобилей с бензиновым двигателем), а также зачастую более высокие страховые взносы — по состоянию на апрель 2018 года, менее 10 000 километров в год, поэтому что дизель окупается.

Скандал с выбросами и запреты на вождение

В сентябре 2015 года группа Volkswagen публично признала, что система нейтрализации выхлопных газов ее дизельных автомобилей незаконно использует специальные настройки испытательного стенда при обнаружении пробного стенда, и что это единственный способ, которым их автомобили достигают предписанных низких уровней выбросов. во время запуска тестового стенда. Этот скандал с выбросами VW вызвал критику дизельного двигателя как эффективной технологии привода. В результате стало известно, что многие типы автомобилей с дизельным двигателем от других производителей часто выделяют при повседневной эксплуатации выбросы, кратные допустимым уровням загрязняющих веществ.С 2016 года обсуждались возможные запреты на вождение дизельных автомобилей в городах Германии. В результате популярность дизельного двигателя в Германии снизилась, и, по оценкам делового журнала Manager Magazin с 2016 по середину 2017 года, скандал с выбросами обошелся Volkswagen примерно в 20-25 миллиардов евро.

На встрече «Национального форума дизель» Федерального министерства транспорта Германии и Федерального министерства окружающей среды, а также других специализированных министерств и представителей автомобильной промышленности, а также лиц, принимающих решения из федеральных земель, было предложено общенациональное решение для Снижение выбросов оксидов азота было обнаружено 2 августа 2017 года после скандалов с выхлопными газами и решения Административного суда Штутгарта о загрязнении воздуха для дизельных автомобилей.Участие ассоциаций по защите окружающей среды и потребителей в «Национальном дизельном форуме» не планировалось. Было согласовано, что к концу 2018 года выбросы оксида азота около 5,3 миллиона дизельных автомобилей, соответствующих стандартам выбросов Евро 5 и 6, должны быть сокращены примерно на 25-30% за счет мер по конверсии производителей. Однако по состоянию на февраль 2019 года эта цель еще не достигнута полностью. Кроме того, производители автомобилей должны сделать переход на экологически чистые автомобили более привлекательными за счет бонусов и вместе с федеральным правительством создать фонд «Устойчивая мобильность для города».Иностранных производителей автомобилей также призвали сократить выбросы своих транспортных средств.

23 мая 2018 г., впервые после скандала с выбросами, государственный орган совместно с Управлением окружающей среды и энергетики Гамбурга ввел запрет на вождение транспортных средств с более старыми дизельными двигателями. Согласно Гамбургскому плану чистого воздуха, с 31 мая 2018 года запреты на вождение будут применяться на некоторых участках Max-Brauer-Allee и Stresemannstraße для транспортных средств, которые не соответствуют, по крайней мере, стандарту выбросов Euro 6.Федеральный административный суд ранее считал такие запреты на вождение допустимыми, чтобы уменьшить загрязнение воздуха оксидами азота. BUND Hamburg раскритиковал это решение, поскольку движение транспорта и вредные оксиды азота будут распространяться только на другие улицы, где измерения не проводятся. Действуют только запреты на вождение на всей территории.

Доля дизельных автомобилей

В 1991 году 13% всех новых зарегистрированных автомобилей в Германии имели дизельный двигатель; В 2004 году это было 44%.До 2008 года процент ежегодно регистрируемых дизельных автомобилей оставался примерно неизменным. В 2009 году из-за экологической премии в Германии было зарегистрировано больше среднего количества новых маленьких и очень маленьких автомобилей, которые редко имели дизельный двигатель. С 2011 по 2016 год доля вновь зарегистрированных дизельных автомобилей всегда превышала 45 процентов. В 2017 году только 38,8% новых зарегистрированных автомобилей были дизельными; Одной из причин снижения выбросов стал скандал с выбросами дизельного топлива и дискуссии о запретах на вождение.В 2017 году около трети всех зарегистрированных в Германии автомобилей имели дизельный двигатель.