Почему тяжелые транспортные средства почти всегда используют дизельные двигатели?

Я всегда задавался вопросом, почему тяжелые транспортные средства, такие как большие грузовики и автобусы, почти всегда используют дизельные двигатели, тогда как в легких автомобилях есть выбор между дизельными и бензиновыми двигателями.

Эффективность двигателя может объяснить предпочтение дизельным двигателям, но опять же, разве это не является обоснованным соображением и для легких автомобилей? Вы должны получить лучшую эффективность с дизельным двигателем, и, следовательно, все автомобили должны использовать дизельные двигатели.

Итак, почему большие транспортные средства почти всегда используют дизельные двигатели, а у легких автомобилей есть выбор между бензином и дизелем?

Могут ли современные технологии, такие как гибридная технология с циклом Аткинсона, принести бензиновые двигатели и для больших транспортных средств? Я читал, что двигатель цикла Аткинсона в 2016 году Toyota Prius имеет тепловой КПД 40%. По моему мнению, это очень похоже на дизельное топливо, и если эта технология будет расширена, это может помочь внедрить технологию бензина для больших транспортных средств.

Крутящий момент это название игры. Высокий крутящий момент необходим для перемещения тяжелых грузов. Если сравнивать бензиновый двигатель с сопоставимым дизельным двигателем, у дизеля всегда будет более высокий крутящий момент. Более высокий крутящий момент обусловлен необходимостью более высокого коэффициента сжатия, необходимого для воспламенения от сжатия. Для достижения более высокой степени сжатия требуется более длинный ход. Более длинный ход происходит из-за большего смещения 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 равно большему крутящему моменту, когда все остальное остается прежним. Дизель не имеет дроссельных заслонок и потребляет максимальное количество воздуха за каждый ход. В дизеле количество добавляемого топлива определяет мощность. Дроссель контролирует, сколько топлива добавлено. Это означает, что дизель всегда работает на обед. На холостых оборотах 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 топливную смесь. Это необходимо для поддержания правильной смеси, что означает, что для получения большего количества топлива двигателю необходимо увеличить обороты. Это означает, что бензиновый двигатель развивает крутящий момент на гораздо более высоких оборотах, чем дизель.

Единственный реальный недостаток этого крутящего момента - ограниченные обороты. Это компенсируется коробкой передач с множеством передач.

Если бы использовался бензиновый двигатель, он должен был бы быть намного больше. Гораздо больший двигатель увеличит расход топлива.

Основной, но часто упускаемой из виду причиной доминирования бензиновых двигателей в пассажирских транспортных средствах является потребность в дизельных двигателях для тяжелых транспортных средств. Заданное количество сырой нефти, в зависимости от ее состава, даст определенное количество дизельного топлива, заданное количество бензина, заданное количество свечного воска и конкретные заданные количества других нефтепродуктов. Поэтому, если мы фиксируем количество любого из этих продуктов, которое нам нужно, как постоянное, то мы также фиксируем количество всех других продуктов как постоянное.

Как объяснил vini_i в другом ответе, дизели создают больший крутящий момент как побочный продукт инженерных решений при создании двигателя с более высокой степенью сжатия. Тяжелые транспортные средства получают дизельные двигатели с крутящим моментом. Давайте определим количество дизельного топлива, необходимое для перемещения товаров данной страны через дизельное топливо. Теперь у нас есть определенное количество бензина, который был произведен как побочный продукт производства этого дизельного топлива. Гораздо разумнее устанавливать бензиновые двигатели в пассажирских транспортных средствах, которые могут сжигать этот оставшийся бензин, чем устанавливать дизельные двигатели в пассажирских транспортных средствах, которые затем будут конкурировать за фиксированное количество производимого дизельного топлива.

Таким образом, ни один тип двигателя экономически не подходит для использования во 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 тяжелые транспортные средства почти всегда используют дизельные двигатели?» Ответ: Стоимость и надежность. Дизельные двигатели значительно дороже, но имеют срок службы во много раз больше, чем бензиновые двигатели. Для коммерческого транспортного средства, которое находится в пути весь день каждый день, это дает большую экономию благодаря лучшей топливной эффективности и меньшему времени простоя для ремонта.

К дополнительному вопросу ОП о легких транспортных средствах, использующих дизель: в Соединенных Штатах дизель имеет очень отрицательный имидж потребителя: он грязный, громкий, медленный и т. Д. Автомобильные компании утверждают, что даже если потребительские автомобили с дизельным двигателем превосходят бензин, потребители в сша их не купишь. Здесь не стоит обсуждать обоснованность этой претензии, но стоит отметить, что в других местах, таких как Европа, большой процент потребительских автомобилей - дизельные. Поэтому ответ может быть скорее культурным, чем научным (имею ли я в виду потребительскую культуру США или культуру автомобильной компании Большой тройки, которая открыта для интерпретации).

Учитывая, что два двигателя одинакового веса работают с оптимальной эффективностью (т. Е. Максимальная механическая работа выполняется на единицу химической энтальпии в сгоревшем топливе), вы получите одинаковый расход топлива для любого типа двигателя. Но дизельный двигатель, как правило, будет предлагать немного больше мощности, давая больший крутящий момент; Вот как это более эффективно.

Однако такая оптимальная эффективность всегда достигается при довольно низких оборотах. Теперь поршневые двигатели предлагают большую мощность при высоких оборотах, хотя и за счет снижения эффективности. То есть, переключаясь вниз и увеличивая обороты, вы получаете значительно больше энергии (и вам нужно гораздо больше топлива). Теперь, поскольку двигатели Отто могут иметь более высокие обороты, чем дизельные двигатели (а также имеют тенденцию реагировать намного быстрее), они больше подходят для такого типа «разгона» и, следовательно, более привлекательны для спортивных автомобилей. Для грузовиков это не экономично, хотя.

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

Другое 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, стационарные генераторы и так далее с гораздо меньшими налогами. В настоящее время дизель здесь стоит около 1,10 фунтов за литр (местный гараж, проезжал раньше), тогда как в последний раз, когда я покупал красный дизель, он стоил около 0,60 фунтов за литр.

Я не знаю, встречается ли подобное в других странах, но, учитывая сходство характеристик дизель / бензин (бензин), это значительное сокращение затрат на топливо означает, что дизельное топливо является предпочтительным топливом для тракторов и сельскохозяйственной техники или любого двигателя, который не ' t управлять колесами дорожного транспортного средства, такими как холодильные системы и генераторы и так далее. Если подобное происходит в других странах, это, без сомнения, одна из причин того, что дизельные двигатели доминируют в этих отраслях. Вы не сможете создать бензиновый двигатель, который будет использовать достаточно меньше топлива в течение срока службы, чтобы компенсировать такую ​​разницу в стоимости топлива.

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

Конечно, аргумент в пользу красного дизеля не подходит для дорожных транспортных средств, но если учесть, что нагрузка на 40-футовый прицеп сопоставима с нагрузкой на тягач и прицеп в полевых условиях, производителям двигателей легче сделать два одинаковых двигатели с учетом рынка. Я не знаю достаточно близко о том, кто кому принадлежит, когда дело доходит до производителей дизельных двигателей за последние пятьдесят лет, но это, по крайней мере, пища для сомнений.

Наконец, если бы все использовали дизельное топливо, полиции пришлось бы проверять каждое транспортное средство на наличие красного дизельного топлива в топливном баке, а не небольшого процента, который мог бы реально использовать его сегодня. Это будет стоить правительствам и нефтяным компаниям многих миллионов потерянных доходов, что, конечно, немыслимо.

Некоторые хорошие и почти хорошие ответы здесь.

Дизельные (или любые поршневые) двигатели - вопреки заявленному выше - не обязательно требуют длинного хода для высокого сжатия; но они часто имеют квадратные отверстия и / или ходы, которые не являются короткими (по стандартным стандартам бензиновых двигателей).

Дизельные двигатели - вопреки заявленному выше - имеют дроссельные заслонки; они регулируют поток поступающего 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 двигался дальше вверх по блоку цилиндров и, возможно, выступал в камеру сгорания, и / или путем изменения геометрии поршня.

Больший ход может и часто приводит к большему мгновенному и составному крутящему моменту на коленчатом валу (подумайте о рычаге с большим гаечным ключом; так как это [плюс большее трение] - это именно то, что вы даете BMEP и / или усилию, действующему на поршень, создаваемый каждый продукт сгорания, когда он соединен с коленчатым валом с длинным ходом / «рычагом»); но - как уже упоминалось - это также увеличивает трение.

Дизельные двигатели, как правило, могут работать с чрезвычайно высокой степенью сжатия (намного выше, чем у обычных бензиновых двигателей) из-за используемого ими топлива, которое, помимо прочего, не воспламеняется от сжатия при коэффициентах сжатия, которые бы имели в типичном бензиновом двигателе.

Как говорится в ответах и ​​заметках сверху; Название игры всегда Torque.

И это - плюс способность производить высокие показатели крутящего момента как надежно, так и (для проделанной работы) экономично - вот почему дизельные двигатели сделаны.

HorsePower (сила, связанная с объектами [грузовик], 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, произведенного в данный момент времени и / или оборотов.

Так как на самом деле есть несколько вещей, которые инженер силовой установки может сделать, чтобы увеличить мощность любого (дизельного / бензинового) поршневого двигателя (помимо увеличения сжигаемого и / или качаемого топлива, увеличения статической мощности двигателя, увеличения сжатия, уменьшения трения / взаимный вес. и т. д.), пожалуйста, обратите внимание, что увеличение сжатия напрямую связано как с увеличением эффективности, так и производительности.

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

Даже тогда, турбонаддув 454, и вы будете иметь потрясающий крутящий момент и мощность свыше 1500 л.с. и, возможно, приближается к 2000 л.с. при условии, что все настройки / заправки выполнены правильно.

Таким образом, дизельные двигатели предназначены для создания значительного крутящего момента благодаря вышеупомянутым подходам к конструированию и очень высокому сжатию / сгоранию.

Длина хода в дизельном двигателе больше связана с максимальной генерацией крутящего момента (из продукта сгорания) и / или конструкцией, чем с чистым сжатием; но - как указано выше - это также может помочь сжатию.

Процесс сгорания является сложным, и это единственное место, где эффективность, экономия и крутящий момент / мощность могут быть максимизированы.

Вот почему мы видим современные бензиновые автомобили, особенно европейские, с прямым впрыском топлива; как большинство дизелей было в течение многих лет.

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

Дизельные двигатели - в отличие от большинства типичных бензиновых двигателей, особенно тех, что были десять лет назад, - почти всегда гарантируют, что они стреляют точно в верхней мертвой точке (ВМТ), потому что они полагаются на воспламенение от сжатия.

Многие типичные бензиновые двигатели - некоторые даже сегодня - не имеют точности для запуска каждого цикла сгорания прямо в ВМТ из-за сложности двигателя и скорости движения вещей внутри; и когда этого не произойдет, эффективность и крутящий момент скоро упадут.

Чем быстрее вращается двигатель, тем труднее обеспечить, чтобы каждый цикл сгорания срабатывал прямо в ВМТ; это одна из причин того, что в наши дни бездизельные двигатели имеют отдельные пакеты катушек (для каждой свечи) и некоторую форму электронного / компьютерного зажигания.

Для сравнения, дизельные двигатели вообще не нуждаются в электронных системах зажигания, и у них также нет высоких скоростей коленчатого вала (дизель с океаническим лайнером редко делает более 250-300 об / мин, если это так).

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 (тогда, когда использовалось только бензиновое топливо) для обеспечения очень высокой степени сжатия.

Ошибочно, что дизельные двигатели намного эффективнее, чем типичные современные бензиновые двигатели.

Обычно - лет десять назад - это была способность дизельного двигателя обеспечивать значительный крутящий момент при низких скоростях транспортного средства / двигателя, в сочетании с его способностью поддерживать высокие степени сжатия, а также тот факт, что дизельные двигатели были с турбонаддувом; это часто обеспечивало предполагаемую эффективность и другие преимущества по сравнению с типичным бензиновым двигателем.

В наши дни - особенно с неэтилированными бензиновыми продуктами, которые поддерживают высокое сжатие - типичные бензиновые двигатели не только с турбонаддувом, с непосредственным впрыском и с высокими коэффициентами сжатия - они также способны к обеим, большей ширине полосы частот вращения коленчатого вала, чем дизели, и также производят большие значения крутящего момента при низких оборотах коленчатого вала тоже.

Это соответствует той же цели, что и несколько уникальных торговых предложений, которые ранее предлагали дизели.

Тем не менее, дизельный двигатель будет пользоваться популярностью еще некоторое время, так как дизельное топливо немного дешевле, чем обычный бензин.

Плюс дизельные двигатели; (а) надежны, (б) относительно просты, (в) они обычно работают на низких скоростях [и, следовательно, являются продуктами крутящего момента и «разумно» экономичны / экономически эффективны], (г) им не требуется сложная система клапанов 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, иногда с равной или меньшей сложностью, особенно в отношении соображений клапанной системы.

Тем не менее, я думаю, что сочетание медленного упадка отрасли ископаемого топлива, политики большинства стран мира в отношении выбросов / загрязнения углерода, а также роста числа гибридных / автономных электродвигателей в пассажирских транспортных средствах, вероятно, - если это не будет существенно развивается - убейте дизельный двигатель в течение следующих 10 лет.