Почему большегрузные автомобили почти всегда используют дизельные двигатели?

Крутящий момент - это название игры. Для перемещения тяжелых грузов необходим высокий крутящий момент. При сравнении бензинового двигателя с сопоставимым дизельным двигателем у дизеля всегда будет более высокий крутящий момент. Более высокий крутящий момент обусловлен необходимостью более высокой степени сжатия, необходимой для воспламенения от сжатия. Для достижения более высокой степени сжатия требуется более длинный ход поршня. Более длинный ход обусловлен большим смещением коленчатого вала. Это смещение дает больший крутящий момент.

Другой аспект заключается в том, что дизели могут создавать огромный крутящий момент при очень низких оборотах. Проще говоря, больше топлива означает больший крутящий момент, когда все остальное остается прежним. Дизель не имеет дроссельной заслонки и всасывает максимальное количество воздуха при каждом такте. В дизеле количество добавленного топлива определяет мощность. Дроссель контролирует количество добавляемого топлива. Это означает, что дизель всегда работает на обедненной смеси. На холостом ходу двигатель практически не потребляет топлива. Эта обедненная смесь позволяет добавлять большое количество топлива даже при низких оборотах. С другой стороны, бензиновый двигатель всегда должен поддерживать оптимальную стехиометрическую смесь топлива. Эта необходимость поддерживать правильную смесь означает, что для получения большего количества топлива двигатель должен увеличивать обороты до более высоких оборотов. Это означает, что бензиновый двигатель развивает крутящий момент при гораздо более высоких оборотах, чем дизель.

Единственным реальным недостатком этого производства крутящего момента является ограниченное число оборотов в минуту. Это компенсируется коробкой передач с большим количеством передач.

Если бы использовался бензиновый двигатель, он должен был бы быть намного больше. Гораздо больший двигатель будет способствовать большему расходу топлива.

Основной, но часто упускаемой из виду причиной преобладания бензиновых двигателей в легковых автомобилях является потребность в дизельных двигателях для большегрузных автомобилей. Из данного количества сырой нефти, в зависимости от ее состава, получится данное количество дизельного топлива, данное количество бензина, данное количество свечного воска и определенное количество других нефтепродуктов. Следовательно, если мы зафиксируем количество любого из этих продуктов, которое нам необходимо, как постоянное, то мы также зафиксируем количество всех других продуктов как постоянное.

Как объяснил vini_i в другом ответе, дизели производят больший крутящий момент как побочный продукт инженерных решений при создании двигателя с более высокой степенью сжатия. Тяжелые автомобили получают дизельные двигатели с высоким крутящим моментом. Зафиксируем количество дизельного топлива, необходимого для перевозки товаров данной страны с помощью дизельного топлива. Теперь у нас есть фиксированное количество бензина, которое было произведено как побочный продукт производства дизельного топлива. Гораздо разумнее ставить бензиновые двигатели на легковые автомобили, которые могут сжигать оставшийся бензин, чем ставить дизельные двигатели на легковые автомобили, которые затем будут конкурировать за фиксированное количество производимого дизельного топлива.

Таким образом, ни один из типов двигателей не будет экономически подходящим для использования на всех транспортных средствах, независимо от технических соображений. Всякий раз, когда создается топливо для одного типа двигателя, топливо для другого типа двигателя создается как побочный продукт, и кто-то приходит с двигателем, который может сжигать этот побочный продукт.

На главный вопрос ОП: «Почему большегрузные автомобили почти всегда используют дизельные двигатели?» Ответ: Цена и надежность. Дизельные двигатели значительно дороже, но их срок службы во много раз больше, чем у бензиновых двигателей. Для коммерческого автомобиля, который целый день находится в дороге, это дает большую экономию благодаря лучшей топливной экономичности и меньшему времени простоя на ремонт.

На дополнительный вопрос ОП о легковых автомобилях, использующих дизельное топливо: в Соединенных Штатах у дизельного топлива очень негативное отношение потребителей, что оно грязное, громкое, медленное и т. д. Автомобильные компании утверждают, что даже если потребительские автомобили с дизельным двигателем превосходят бензиновые, потребители в США их не купят. Здесь не стоит обсуждать обоснованность этого утверждения, но стоит отметить, что в других странах, таких как Европа, большой процент потребительских автомобилей — дизельные. Таким образом, ответ может быть скорее культурным, чем научным (имею ли я в виду потребительскую культуру США или культуру автомобильных компаний Большой тройки, остается открытым для интерпретации).

Имея два двигателя одинакового веса, каждый из которых работает с соответствующей оптимальной эффективностью (т. е. максимальная механическая работа, выполняемая на единицу химической энтальпии сгоревшего топлива), вы получите одинаковый расход топлива для любого типа двигателя. Но дизельный двигатель, как правило, предлагает немного большую мощность за счет большего крутящего момента; так эффективнее.

Однако такая оптимальная эффективность всегда достигается при довольно низких оборотах. Теперь поршневые двигатели на самом деле предлагают наибольшую мощность при высоких оборотах, хотя и за счет снижения эффективности. То есть, переключаясь вниз и увеличивая обороты, вы получаете существенно больше мощности (и вам нужно гораздо больше топлива). Теперь, поскольку двигатели Otto могут иметь более высокие обороты, чем дизельные двигатели (и также имеют тенденцию реагировать намного быстрее), они больше подходят для такого рода «разгона» и, следовательно, более привлекательны для спортивных автомобилей. Хотя для грузовиков это невыгодно.

Если хотите, двигатель Отто — это компромисс между дизельным двигателем (тяжелый, хороший КПД при низких оборотах, небольшая дополнительная мощность при высоких оборотах) и газовой турбиной (очень легкий, ужасный КПД при низких оборотах, большая мощность при высоких оборотах). ).

Еще одно соображение, по крайней мере, в Соединенном Королевстве, заключается в том, что вы можете купить «красное дизельное топливо» (дизельное топливо, окрашенное в красный цвет) для использования в сельском хозяйстве, стационарных генераторах и т. Д. С гораздо меньшим налогом. В настоящее время дизельное топливо здесь стоит около 1,10 фунта стерлингов за литр (местный гараж, проезжал мимо ранее), тогда как в последний раз, когда я покупал красное дизельное топливо, оно стоило около 0,60 фунта стерлингов за литр.

Я не знаю, происходит ли подобное в других странах, но, учитывая сходство характеристик дизельного топлива и бензина (бензина), это значительное снижение затрат на топливо означает, что дизельное топливо является предпочтительным топливом для тракторов и сельскохозяйственной техники или любого двигателя, который не работает. t приводить в движение колеса дорожного транспорта, такие как холодильные установки, генераторы и т.д. Если нечто подобное происходит в других странах, это, без сомнения, является одной из причин того, что дизельные двигатели доминируют в этих отраслях. Вы не сможете создать бензиновый двигатель, который потреблял бы меньше топлива в течение всего срока службы, чтобы окупить такую ​​разницу в стоимости топлива.

Не знаю, но рискну предположить, что такая ситуация сложилась много лет назад, когда бензиновые двигатели просто не могли выдавать требуемый крутящий момент или надежность в требуемых условиях, поэтому предпочтительным вариантом был дизель. Законодательство о налоге на топливо для различных целей не поспевает за современными темпами развития частных компаний.

Конечно, аргумент красного дизельного топлива не подходит для дорожных транспортных средств, но если учесть, что груз, тянущийся в 40-футовом прицепе, сравним с грузом трактора и прицепа в поле, производителям двигателей проще сделать два одинаковых. двигатели адаптированы к рынку. Я почти не знаю, кто кем владеет, когда речь идет о производителях дизельных двигателей за последние пятьдесят лет, но это, по крайней мере, дает основания для сомнений.

Наконец, если бы все пользовались дизельным топливом, полиции пришлось бы проверять каждый автомобиль на наличие красного дизельного топлива в топливном баке, а не на тот небольшой процент, который реально мог бы использовать его сегодня. Это будет стоить правительствам и нефтяным компаниям многомиллионных упущенных доходов, что, конечно, было бы немыслимо.

Некоторые хорошие и некоторые почти хорошие ответы здесь.

Дизельные (или любые поршневые) двигатели - вопреки заявленному выше - не обязательно нуждаются в длинном ходе для высокой степени сжатия; но они часто имеют квадратные отверстия и / или не короткие ходы (по стандартам типичных бензиновых двигателей).

Дизельные двигатели, вопреки заявленному выше, имеют дроссельные заслонки; они регулируют поток входящего воздуха, который, в свою очередь, регулирует крутящий момент, мощность и обороты. . и т.п.

Высокое сжатие может быть достигнуто с изменением хода и без него, и это можно сделать, изменив длину шатуна (не то же самое, что ход), чтобы поршень располагался дальше в блоке цилиндров и, возможно, выступал в камеру сгорания, и /или путем изменения геометрии поршня.

Больший ход может привести и часто приводит к большему мгновенному и составному крутящему моменту на коленчатом валу (подумайте о рычаге с большим гаечным ключом; поскольку это [плюс большее трение] — это именно то, что вы даете BMEP и/или силе, действующей на поршень, создаваемой каждый продукт сгорания при его соединении с коленчатым валом с длинным ходом/"рычагом"); но, как уже упоминалось, это также увеличивает трение.

Дизельные двигатели обычно могут работать при чрезвычайно высокой степени сжатия (намного выше, чем у обычных бензиновых двигателей) из-за используемого ими топлива, которое, среди прочего, не воспламеняется от сжатия при степени сжатия, которая была бы в типичном бензиновом двигателе.

Как говорят ответы и примечания сверху; название игры всегда Torque.

И это, а также способность создавать высокие показатели крутящего момента, как надежно, так и (для выполняемой работы) экономично, — вот почему производятся дизельные двигатели.

Мощность в лошадиных силах (сила, связанная с объектами [грузовиком], которые движутся по прямой и/или линейной плоскости) — это просто произведение крутящего момента (сила, связанная с объектами [коленчатый вал], которые вращаются и/или вращаются); количество крутящего момента, создаваемого за определенное время и/или число оборотов.

Поскольку на самом деле есть несколько вещей, которые инженер по трансмиссии может сделать для увеличения мощности любого (дизельного / бензинового) поршневого двигателя (помимо увеличения расхода топлива и / или рабочего объема, увеличения статической мощности двигателя, увеличения сжатия, уменьшения трения). /обратный вес . .и т. д.), обратите внимание, что увеличение сжатия напрямую связано как с повышением эффективности, так и с выходом.

В отличие, скажем, от увеличения статической мощности двигателя; поскольку шевроле объемом 454 кубических дюйма (<7 литров) не обязательно более эффективен, чем, скажем, современный 3-литровый V6 - несмотря на то, что 454 шевроле, вероятно, более мощный - при условии, что 3-литровый V6 не был с турбонаддувом.

Даже в этом случае, турбонаддув 454, и вы будете иметь потрясающий крутящий момент и мощность выше 1500 л.с. и, возможно, приближается к 2000 л.с. при условии, что все настройки / заправки сделаны правильно.

Таким образом, дизельные двигатели предназначены для создания значительного крутящего момента за счет вышеупомянутых конструктивных подходов и очень высокой степени сжатия/сгорания.

Длина хода в дизельном двигателе больше связана с созданием максимального крутящего момента (от продукта сгорания) и / или конструкцией, чем с чистым сжатием; но, как указано выше, он также может способствовать сжатию.

Процесс сгорания является сложным, и именно здесь можно максимизировать эффективность, экономичность и крутящий момент/мощность.

Вот почему мы видим современные бензиновые автомобили, особенно европейские, с непосредственным впрыском; как и у большинства дизелей в течение многих лет.

Таким образом, процесс сгорания можно лучше контролировать для всех условий и режимов движения.

Дизельные двигатели - в отличие от большинства типичных бензиновых двигателей, особенно тех, что были десятилетней давности - почти всегда гарантируют, что они срабатывают точно в верхней мертвой точке (ВМТ) из-за того, что они полагаются на воспламенение от сжатия.

Многие типичные бензиновые двигатели - некоторые из них даже сегодня - не обладают точностью запуска каждого цикла сгорания прямо в ВМТ из-за сложности двигателя и того, насколько быстро движутся вещи внутри; а когда этого не происходит, эффективность и крутящий момент быстро падают.

Чем быстрее двигатель вращается, тем труднее обеспечить, чтобы каждый отдельный цикл сгорания происходил точно в ВМТ; это одна из причин, по которой в наши дни все недизельные двигатели имеют отдельные блоки катушек (для каждой свечи) и некоторую форму электронного/компьютерного управления зажиганием.

Для сравнения, дизельным двигателям вообще не нужны электронные системы зажигания, и у них также нет высоких оборотов коленчатого вала (дизель для океанских лайнеров редко развивает скорость более 250–300 об/мин, если таковая имеется).

Дизельные двигатели также в основном созданы для создания значительного крутящего момента при очень низких скоростях автомобиля / двигателя, и они также используют топливо, которое было разработано (когда единственным доступным бензиновым топливом был этилированный) для обеспечения очень высокой степени сжатия.

Это заблуждение, что дизельные двигатели намного эффективнее, чем типичные современные бензиновые двигатели.

Обычно - примерно десять лет назад - это была способность дизельного двигателя обеспечивать значительный крутящий момент при низких оборотах автомобиля / двигателя в сочетании с его способностью поддерживать высокую степень сжатия, а также тот факт, что дизель был с турбонаддувом; это часто обеспечивало предполагаемую эффективность и другие преимущества по сравнению с типичным бензиновым двигателем.

В наши дни, особенно с неэтилированными бензиновыми продуктами, поддерживающими высокую степень сжатия, типичные бензиновые двигатели не только оснащены турбонаддувом, непосредственным впрыском и работают с высокой степенью сжатия, но они также способны работать как с более широким диапазоном частот вращения коленчатого вала, чем у дизелей, так и с большие значения крутящего момента при низких скоростях вращения коленчатого вала.

Это соответствует той же цели, что и некоторые из уникальных торговых предложений, которые ранее предлагались дизелям.

Тем не менее, дизельный двигатель будет пользоваться популярностью еще некоторое время, поскольку дизельное топливо немного дешевле обычного бензина.

Плюс дизельные двигатели; (a) надежны, (b) относительно просты, (c) они обычно работают на низких скоростях [и, следовательно, являются продуктами крутящего момента и «разумно» экономичны / рентабельны], (d) они не требуют сложного клапанного механизма. и/или соображения системы зажигания, и (e) когда они предназначены для работы в двухтактном режиме, они могут быть реализованы для получения более высоких выходных крутящих моментов с иногда равной или меньшей сложностью, особенно в отношении соображений клапанного механизма.

Тем не менее, я думаю, что сочетание медленного упадка индустрии ископаемого топлива, политики большинства стран первого мира в отношении выбросов углерода и загрязнения окружающей среды, а также роста числа гибридных/автономных электродвигателей в пассажирских транспортных средствах, вероятно, — если только это не значительно развивается - выключите дизельный двигатель в течение следующих 10 лет.