У чому різниця між бензиновим двигуном та кольоровим дизельним двигуном
термодинаміка Четвер, 19 березня 2020 р., Тімо ван Неерден
В автомобілях застосовуються в основному два типи теплових двигунів: так звані бензинові двигуни та так звані дизельні двигуни. Обидва спалюють паливо, щоб запустити двигун і рухати машину вперед. Отже, на перший погляд, обрати той чи інший двигун - це лише особистий вибір.
З більш технічної точки зору, два двигуни трохи відрізняються. Їх паливо теж. Настільки, що використання неправильного палива може запобігти роботі двигуна.
Давайте подивимось на ці відмінності.
Номінал
Уже зараз бензиновий двигун працює на ... бензині! Дизельний двигун працює на дизельному паливі. Його можна було б назвати "дизельним двигуном", заради цього. Якщо його називають дизельним двигуном, це стосується Рудольфа Дізеля, німецького інженера 19 століття, який розробив цей тип двигуна.
Бензиновий двигун, якби він мав назву, називався б двигуном Отто (хоча не "авто", хоча), посилаючись на Ніколауса Отто, також інженера, також німця, а також XIX століття.
Насправді існує велика кількість типів теплових двигунів: дизельний двигун, двигун Отто, двигун Ленуар, двигун Стірлінга, двигун Аткінсона, двигун Ванкеля та багато інших. Двома основними, що використовуються в сучасних автомобілях сьогодні, є дизельний двигун та двигун Отто. Двигуни Аткінсона, як правило, використовуються в гібридних автомобілях, а двигуни Ванкеля, ті з обертовим псевдо поршнем, були відомими для використання в деяких автомобілях марки Mazda.
Бензин та дизель
Бензин - це легкий вуглеводень, що складається в основному з октану, гептану та алкенів. Оскільки цей вуглеводень є легким, він легко випаровується: він летючий, і його пари дуже добре змішуються з повітрям. Тоді повітряно-бензинова суміш легкозаймиста або навіть вибухонебезпечна.
Назву дизель походить від англійського gas oil, що означає «газойль», оскільки він виробляє газ при дистиляції. Дизель є набагато важчим вуглеводнем, ніж бензин: він складається з вуглецевих ланцюгів з 10 до 20 вуглеводнів, як правило.
3D-модель молекули тетрадекану, одного з компонентів дизеля, вгорі, і молекули гептану, одного з компонентів бензину, внизу.
Дизель - набагато більш жирний і жирний продукт. Запалити вручну складно. Щоб цього досягти, замість цього слід розпорошити його на полум’я, оскільки воно не загориться, якщо поставити сірник біля пляшки з газойлем.
Дизель хімічно близький до гасу або мазуту, тоді як бензин ближче до спирту та легких алканів (газоподібних).
Два різні двигуни
Двигун внутрішнього згоряння використовує згоряння палива для нагрівання газу в балоні. Гарячий газ розширюється, штовхає поршень і відбувається рух. Помноживши поршні і використовуючи систему шатунів, отримують обертальний рух, який можна використати.
У дизельному двигуні згоряння дизельного палива ініціюється нагріванням за рахунок стиснення повітря поршнем: одного нагрівання достатньо для нагрівання газів близько 600 ° C і запаліть його.
Нагрівання виробляє примусовий спуск поршня. Опинившись внизу, поршень піднімається за інерцією і надходить для викиду газів згоряння перед тим, як опуститися вниз, а потім знову піднятися вгору. Під час цього другого підйому поршень закривається, і повітря нагрівається під тиском, і саме в цей момент впорскується випарений дизель, який потім запалюється. Ці етапи відбуваються в повторюваних циклах.
У бензиновому двигуні суміш повітря та паливо впорскується, коли поршень опущений. Потім даємо поршню піднятися і стискаємо суміш свічка використовується для генерування іскри і запалення палива. Вироблене тепло і тиск штовхають поршень вниз і обертають двигун.
Тому два двигуни мають дуже різні методи запалювання палива:
- бензин запалюється контрольованою свічкою (мова йде продвигун із іскровим запалюванням). Це можливо, оскільки летючий бензин змішується з повітрям і легко запалюється.
- дизель, який важче запалюється, навіть із полум’ям, повинен нагріватися вище точки самозаймання. Це роль лише поршня: він буде стискати газ, нагрівати його, а займання дизельного палива миттєво відбувається після впорскування.
Зверніть увагу, що за цих умов немає необхідності у свічці запалювання для дизельного двигуна, оскільки паливо самозаймається в момент впорскування. З іншого боку, при запуску необхідно використовувати свічки розжарювання: дійсно, коли двигун холодний, температура недостатня для детонації палива. Потім необхідно створити гарячу точку, яка допоможе двигуну, коли він холодний.
Ми могли б використовувати той самий принцип самозаймання в бензиновому двигуні, але це створило б інші проблеми: наприклад, необхідність мати набагато міцніший, масивніший і міцніший блок двигуна, який там був би досить дорогим, основною метою є щоб заощадити гроші та підвищити ефективність транспортного засобу, контролюючи, коли паливо загоряється.
Крім того, значно важче отримати цю систему на бензині, оскільки вона вибухає набагато легше і швидше, ніж дизель. Натомість бензиновий двигун повинен мати нижчий ступінь стиснення, щоб не самозаймати суміш повітря + бензин до того, як поршень підніметься.
Отже, там, де дизельний двигун стискається із співвідношенням 16: 1, бензиновий двигун обмежується 10: 1. Деякі бензинові машини іноді піднімаються вище з міркувань продуктивності (гоночні машини), але тоді можна почути, як самозаймання лопається і вибухає, що на звичайній машині може занадто швидко пошкодити двигун.
Це також причина, чому дизельні двигуни видають більше шуму та вібрують більше, ніж бензинові двигуни: бензин запалюється поступово в балоні, фактично не вибухаючи неконтрольовано, як дизель.
Підсумовуючи цей розділ: бензин і дизель - це різні продукти. Перший летючий і запалюється дуже швидко, коли починає змішуватися з повітрям, другий набагато жирніше і не горить, не випаровуючись і сильно нагріваючись.
Тому дизельний (дизельний) та Otto (бензиновий) двигуни використовують специфіку певного палива на свою користь. Тому кожне паливо пристосоване до конкретного двигуна.
Деякі інші особливості
Дизель масляний і має довші вуглецеві ланцюги, ніж бензин, який більш леткий і схожий на алкоголь.
Потім це дуже добре пояснює те, що далі:
- Дизельні двигуни без проблем приймають гас і навіть рослинне масло (ріпак, соняшник тощо), хоча це заборонено у Франції з податкових причин. Ці продукти хімічно дуже близькі.
- бензинові двигуни приймають алкоголь (етанол), який також дуже леткий і добре змішується з повітрям; а також газ (LPG). Бензинові транспортні засоби також легко модифікуються для роботи на етанолі або газі. Для всіх цих продуктів спільне те, що вони дуже добре змішуються з повітрям і запалюються при найменшій іскрі.
Тому все більше виробників палива додають у викопне паливо паливо рослинного походження ("біопаливо"), як у дизелі (рослинне масло), так і в бензині (біоетанол).
- Дизельні двигуни з їх вищим ступенем стиснення мають вищу термодинамічну ефективність: тепло краще перетворюється на механічну роботу. Конкретно, дизельні двигуни споживають менше пального на кілометр, ніж бензинові. Тому вони також викидають менше СО2. На відміну від цього, набагато вищі температури та тиск, досягнуті в камерах згоряння, спричиняють надмірне згоряння газів, особливо азоту. Тому ці двигуни виділяють більше оксидів азоту, які є шкідливими газами.
- Нарешті, як загальне правило, дизельні двигуни є більш потужними: тому вони майже завжди використовуються на двигунах важких транспортних засобів, таких як будівельна техніка, вантажівки, трактори.
Якщо у вас неправильне паливо, виникає проблема, оскільки два двигуни працюють не в одному режимі. Якщо ви впорхнете бензин в дизельний двигун, він буде горіти, але набагато рано чи занадто пізно, і двигун працюватиме погано або навіть взагалі.
Якщо в бензиновий двигун впорскується дизель, оскільки це паливо не є займистим полум’ям або іскорою, існує ризик того, що паливо взагалі не згорить, а двигун також не запуститься.
На практиці, якщо в бензобаку є трохи дизеля, або навпаки, двигун буде працювати. Швидше, засмічуватимуться фільтри, форсунки та інші специфічні для палива предмети: пам’ятайте, що, хоча бензин є летким і швидко сохне, дизель жирний і може засмітити все, до чого торкається. Тому використовувати недоречне паливо недоцільно.