Чому важкі транспортні засоби майже завжди використовують дизельні двигуни?

Мені завжди було цікаво, чому важкі транспортні засоби, такі як великі вантажівки та автобуси, майже завжди використовують дизельні двигуни, тоді як у легких автомобілях є вибір між дизельними та бензиновими двигунами.

Ефективність двигуна може пояснити перевагу перед дизельними двигунами, але знову ж таки, чи не так це стосується і легких автомобілів? Ви повинні отримати кращу ефективність роботи з дизельним двигуном, а отже, всі автомобілі повинні використовувати дизельні двигуни.

Отже, чому великі транспортні засоби майже завжди використовують дизельні двигуни, але легкі автомобілі мають вибір між бензиновим та дизельним?

Чи могли б сучасні технології, такі як гібридна технологія з циклом Аткінсона, принесли бензинові двигуни і на великі транспортні засоби? Я читав, що мотоцикл "Аткінсон" 2016 року Toyota Prius має 40% теплової ефективності. На мою думку, це дуже подобається дизелю, і якщо технологія буде збільшена, це може допомогти наблизити технологію бензину до великих транспортних засобів.

Крутний момент - назва гри. Для переміщення важких вантажів потрібен високий крутний момент. Якщо порівнювати бензиновий двигун із порівнянним дизельним двигуном, дизель завжди матиме більш високий крутний момент. Більш високий крутний момент обумовлений необхідністю більш високого коефіцієнта стиснення, необхідного для запалювання стиснення. Для досягнення більш високого коефіцієнта стиснення потрібен більший хід. Більш тривалий хід відбувається від більшого зміщення колінчастого вала. Це зміщення дає більший крутний момент.

Ще один аспект полягає в тому, що дизелі можуть створювати величезний крутний момент при дуже низьких оборотах в хвилину. Дуже просто покласти більше палива, що дорівнює більше крутного моменту, коли все інше зберігається однаково. Дизель не має дросельних дроселів і при кожному ході втягує максимальну кількість повітря. У дизелі кількість доданого палива - це те, що контролює потужність. Дросель контролює кількість палива. Це означає, що дизель завжди працює худорлявим. На холостому ході двигун майже не використовує паливо. Ця пісна суміш дозволяє додавати велику кількість палива навіть при низьких обертах. З іншого боку, бензиновий двигун завжди повинен підтримувати паливну суміш на оптимальній стехіометричній. Це потрібно, щоб суміш була правильною, значить, щоб отримати більше палива, двигун повинен перетворювати на більш високі обороти в хвилину. Це означає, що бензиновий двигун робить його крутний момент при набагато вищих обертах, ніж у дизеля.

Єдине справжнє зниження цього крутного моменту - обмежений оберт. Це компенсується коробкою передач з великою кількістю і великою кількістю передач.

Якби бензиновий двигун використовувався, він повинен був бути значно більшим. Набагато більший двигун зробив би для збільшення витрат палива.

Основною, але часто недооціненою причиною домінування бензинових двигунів у пасажирських транспортних засобах є потреба в дизельних двигунах у важких транспортних засобах. Дана кількість сирої нафти, залежно від її складу, дасть задану кількість дизеля, дану кількість бензину, задану кількість свічка, а також певну кількість інших нафтопродуктів. Отже, якщо ми фіксуємо кількість будь-якого з цих продуктів, який нам потрібен як постійний, то ми також фіксували також і всі інші кількості продуктів як постійні.

Як пояснив vini_i в іншій відповіді, дизелі виробляють більше крутного моменту як побічний продукт технічних рішень при створенні двигуна з більш високим ступенем стиснення. Важкі транспортні засоби отримують дизельні двигуни, що виробляють крутний момент. Давайте визначимо кількість дизельного палива, необхідного для переміщення товарів даної країни за допомогою дизельного палива. Тепер у нас є фіксована кількість бензину, який вироблявся як побічний продукт виробництва дизельного палива. Набагато більше сенсу розміщувати бензинові двигуни в пасажирських транспортних засобах, які можуть спалити цей залишений бензин, ніж розміщувати дизельні двигуни в пасажирських транспортних засобах, які потім будуть конкурувати за фіксовану кількість дизельного виробництва.

Таким чином, жоден тип двигуна не був би економічно придатним для використання у всіх транспортних засобах, незалежно від технічних міркувань. Щоразу, коли створюється паливо для одного типу двигуна, паливо для іншого типу двигуна створюється як побічний продукт, і хтось прийде разом з двигуном, який може спалити цей побічний продукт.

На головне питання ОП: «Чому важкі транспортні засоби майже завжди використовують дизельні двигуни?» Відповідь: Вартість та надійність. Дизельні двигуни значно дорожчі, але термін експлуатації у багато разів більший, ніж бензинові. Для комерційного автомобіля, який щодня їде на дорогу, він збільшує економію через кращу економію палива та менший час простою на ремонт.

До додаткового питання ОП щодо легких транспортних засобів, які використовують дизель: У США дизель має дуже негативний імідж споживачів, що він брудний, гучний, повільний і т. Д. Автомобільні компанії стверджують, що навіть якщо дизельні автомобілі, що працюють на дизельному двигуні, перевершують бензин, споживачі у США їх не купуватимуть. Тут не варто обговорювати обґрунтованість цієї претензії, але варто зазначити, що в інших місцях, таких як Європа, великий відсоток споживчих транспортних засобів - це дизель. Тож відповідь може бути більш культурною, ніж науковою (чи я маю на увазі культуру споживання США чи культуру автомобілів Big Three, відкриту для тлумачення).

Враховуючи два двигуни з однаковою вагою, обидва працюють при відповідному оптимальному ККД (тобто максимальній механічній роботі, виконаній на одиницю хімічної ентальпії згорілого палива), ви отримаєте аналогічний витрата палива для будь-якого типу двигуна. Але дизельний двигун, як правило, пропонує трохи більше енергії від цього, даючи більше крутного моменту; ось як це ефективніше.

Однак така оптимальна ефективність завжди досягається при досить низьких оборотах. Тепер поршневі двигуни фактично пропонують найбільшу потужність при високих оборотах, хоча ціною зниженої ефективності. Тобто, переміщуючись вниз і обертаючись вгору, ви отримуєте значно більше енергії (і потрібно набагато більше палива). Тепер, оскільки двигуни Otto можна відзначити вище дизельних двигунів (а також, як правило, реагувати набагато швидше), вони більше підходять для такого типу "розгону", а отже, і більш привабливі для спортивних автомобілів. Для вантажівок це не економічно.

Якщо ви хочете, двигун Отто - це компроміс між дизельним двигуном (важкий; хороший ККД при низьких оборотах в хвилину; невелика додаткова потужність при високих оборотах в хвилину) і газовою турбіною (дуже легкий; жахлива ефективність при низьких оборотах в хвилину; велика потужність при високих оборотах в хвилину ).

Ще одна думка, щонайменше, у Сполученому Королівстві полягає в тому, що ви можете придбати "червоний дизель" (дизельне паливо, пофарбований у червоний колір) для використання у сільськогосподарському користуванні, стаціонарні генератори та інші з набагато меншим податком. В даний час дизель тут становить близько 1,10 фунтів за літр (місцевий гараж, проїжджав раніше), тоді як востаннє, коли я купував червоний дизель, він становив близько 0,60 фунта за літр.

Я не знаю, чи подібне відбувається в інших країнах, але, зважаючи на схожість дизельних / бензинових (бензинових) характеристик, це значне зниження витрат на пальне означає, що дизель - це пальне для тракторів та сільськогосподарської техніки або будь-який двигун, який не робить ' t керувати колесами дорожнього руху, наприклад, холодильними системами та генераторами тощо. Якщо подібне відбувається в інших країнах, це, без сумніву, одна з причин того, що дизельні двигуни домінують у цих галузях. Ви б не змогли зробити бензиновий двигун, який би витрачав достатньо менше палива протягом свого життя, щоб відшкодувати такий диференціал витрат палива.

Я не знаю, але хотів би припустити, що така ситуація виникла років тому, коли бензинові двигуни просто не могли забезпечити необхідний крутний момент або надійність при необхідних умовах, тому дизель був кращим варіантом. Законодавство про податок на пальне для різних видів використання не буде в курсі сучасних темпів розвитку приватних компаній.

Зрозуміло, червоний дизельний аргумент не вирішує це з транспортними засобами, що рухаються на дорогах, але якщо врахувати, що навантажений в 40-футовому причепі є порівнянним з навантаженням на трактор і причіп у полі, виробникам двигунів простіше зробити два подібних двигуни, пристосовані до ринку. Я не знаю ніде досить близько про те, кому належить хто, коли мова заходить про виробників дизельних двигунів за останні п’ятдесят років, але це хоча б трохи їжі для сумнівів.

Нарешті, якби всі використовували дизель, поліція повинна перевірити кожен транспортний засіб на наявність червоного дизеля в паливному баку, а не на той невеликий відсоток, який би можливо його сьогодні застосував. Це коштувало б урядам та нафтовим компаніям у багато мільйонів втрачених доходів, що, звичайно, було б немислимо.

Тут є кілька хороших і майже майже хороших відповідей.

Дизельні (або будь-які поршневі) двигуни - всупереч заявленому вище - не обов'язково потребують тривалого ходу для високої компресії; але вони часто мають квадратні отвори та / або штрихи, які не є короткими (за типовими стандартами бензинових двигунів).

Дизельні двигуни - всупереч заявленому вище - мають дросельні пластини; вони регулюють вхідний потік повітря - що, в свою чергу, регулює крутний момент, потужність і обертів. . тощо.

Висока компресія може бути досягнута за допомогою та без зміни ходу, і це можна зробити, змінивши довжину шатуна (не та ж, що і хода), щоб він розмістив поршень вгору в блоці циліндра і, можливо, виступав у камеру згоряння, і / або шляхом зміни геометрії поршня.

Більший хід може і дуже часто призводить до більшої миттєвої та складної моменту крутного моменту на колінчастому валу (подумайте, важіль з великим гайковим ключем; оскільки це [плюс більше тертя] саме те, що ви даєте БМП та / або силу, що діють на поршень, що виробляється кожен продукт згоряння, коли він з'єднаний з колінчастим валом тривалим ходом / "важелем"); але - як було сказано - це також збільшує тертя.

Дизельні двигуни, як правило, можуть спрацьовувати надзвичайно високе стиснення (набагато вище, ніж типові бензинові двигуни) завдяки використанню палива, яке, крім іншого, - не спрацьовує при стисненні при співвідношенні стиснення, яке було б у типовому бензиновому двигуні.

Як говорять відповіді та замітки зверху; назва гри - завжди Torque.

І саме це - плюс можливість виробляти високі показники крутного моменту як надійно, так і (за виконану роботу) - саме тому створюються дизельні двигуни.

HorsePower (сила, пов'язана з предметами [вантажівкою], які рухаються по прямій та / або лінійній площині) - це просто продукт крутного моменту (сила, пов'язана з предметами [колінчастий вал], які крутяться та / або обертаються); кількість крутного моменту, виробленого за певний час та / або об / хв.

Оскільки насправді є декілька речей, які інженер-силовий агрегат може зробити, щоб збільшити випуск будь-якого (дизельного / бензинового) поршневого двигуна (окрім, збільшивши пальне та / або потужність, збільшуючи статичну потужність двигуна, збільшуючи стиснення, зменшуючи тертя / зворотна вага .etc), зауважте, що збільшення стиснення безпосередньо пов'язане як з підвищенням ефективності, так і з виходом.

На відміну від, скажімо, збільшення статичної потужності двигуна; оскільки 454 кубічних дюймів (<7 літрів) не обов'язково ефективніші, ніж, скажімо, сучасний 3-літровий V6 - незважаючи на 454, мабуть, шев, мабуть, потужніший - за умови, що 3-літровий V6 не був турбонаддувом.

Навіть тоді турбонаддув 454, і ви будете мати величезний крутний момент і потужність понад 1500 к.с. і, можливо, наближаючись до 2000 к.с. за умови, що вся настройка / заправка виконана правильно.

Тож дизельні двигуни розроблені для отримання значного крутного моменту за допомогою вищезазначених підходів до проектування та дуже високого стиснення / згоряння.

Тривалість ходу в дизельному двигуні більше пов'язана з максимальним генеруванням крутного моменту (від продукту згоряння) та / або конструкцією - ніж чистим стисненням; але - як зазначено вище - це також може сприяти стискуванню.

Процес горіння є складним, і це одне місце, де можна досягти максимальної ефективності, економії та крутного моменту / потужності.

Ось чому ми бачимо сучасні бензинові автомобілі - особливо європейські - всі виходять із прямим вприскуванням; як і більшість дизелів були роками.

Оскільки таким чином процес горіння можна краще контролювати за будь-яких умов та керувати «режимами».

Дизельні двигуни - на відміну від більшості типових бензинових двигунів, особливо тих, що були десятиліття тому назад - майже завжди гарантують, що вони спрацьовують саме у верхній мертвій точці (ТДК) завдяки тому, що вони покладаються на запалювання компресії.

Багато типових бензинових двигунів - деякі навіть сьогодні - без точності обстрілюють кожен цикл згоряння прямо у TDC через складність двигуна та швидкість руху всередині; і коли цього не відбувається, ефективність і крутний момент незабаром знижуються.

Чим швидше крутиться двигун, тим сильніше - забезпечити, щоб кожен цикл згоряння спрацьовував прямо на TDC; це одна з причин, чому в наші дні недизельні двигуни мають індивідуальні пакети котушок (для кожної пробки) та певну форму електронного / комп’ютерного керування запаленням.

Порівняно, дизельним двигунам взагалі не потрібні електронні системи запалювання, а також вони не мають високих швидкостей колінчастого вала (дизельний лайнер в океані рідко зробить більше 250 - 300 об / хв, якщо це потрібно).

Дизельні двигуни також в основному побудовані для отримання значного крутного моменту від дуже низьких швидкостей руху автомобіля / двигуна, і вони також використовують паливо, яке було спроектовано (назад, коли єдине бензинове паливо, яке було доступне), сприяло дуже високому коефіцієнту стиснення.

Помилково вважає, що дизельні двигуни набагато ефективніші, ніж типові сучасні бензинові двигуни.

Зазвичай - десятиліття або близько тому - це була здатність дизельного двигуна забезпечувати значний крутний момент від низьких швидкостей руху автомобіля / двигуна, поєднуючись з його здатністю підтримувати високі коефіцієнти стиснення, а також той факт, що дизель був турбонаддувом; що часто забезпечувало ефективну ефективність та інші переваги перед типовим бензиновим двигуном.

У наші дні, особливо з бензиновими продуктами без свинцю, які підтримують високу компресію, типові бензинові двигуни не тільки мають турбонаддув, прямого впорскування і працюють із високим коефіцієнтом стиснення, - але вони також здатні і до більшої пропускної здатності частоти обертання колінчастого вала, ніж дизелі, а також виробляють великі цифри крутного моменту і при низьких швидкостях обертання колінчастого вала.

Це вражає ту саму ціль, що і кілька унікальних пропозицій про продаж, які раніше пропонували дизелі.

Проте дизельний мотор буде користуватися популярністю ще деякий час, оскільки дизельне паливо трохи дешевше, ніж типовий бензин.

Плюс дизельні двигуни; (а) надійні, (б) відносно прості, (в) вони зазвичай працюють на низьких швидкостях [і, отже, продукти крутного моменту та "розумно" економічні / економічно ефективні], (г) вони не потребують складних клапанних поїздів та / або міркування щодо системи запалювання та (e) коли вони розроблені для роботи в 2-х тактному режимі, вони можуть бути реалізовані для отримання більших обертів моменту з часом однаковою або меншою складністю, особливо щодо міркувань клапанних поїздів.

Це, на мій погляд, вважає, що, мабуть, буде поєднання повільного зменшення промисловості викопного палива, політики викидів / забруднення більшості перших країн світу, а також зростання гібридних / автономних електродвигунів у пасажирських транспортних засобах - якщо це не суттєво еволюціонує - знищити дизельний двигун протягом наступних 10 років.