Как работает дизельный двигатель.

История дизельного двигателя начинается с изобретения бензинового двигателя. Nikolaus August Otto изобрёл и запатентовал бензиновый двигатель в 1876 году. В своём двигателе он применил принцип четырехтактного сгорания, так же известный как “цикл Отто“,  который лежит в основе работы почти всех автомобильных двигателей. На ранних стадиях развития бензиновый двигатель был мало эффективен и его КПД было порядка 10%,  остальная часть топлива просто бесполезно сгорала.
В 1878 году Рудольф Дизель учился в инженерном колледже в Германии. В это время он узнал о низкой эффективности бензиновых и паровых двигателей и эта информация вдохновила его на создание двигателя с более высокой эффективностью. В 1892 году Дизель получил патент на то что мы сейчас называем дизельным двигателем.
Если дизельные двигатели настолько эффективны почему бы не использовать их везде?
Когда мы слышим слово дизель, то представляем себе большие грузовики, извергающие чёрный дым, сажу и много шума. Этот негативный образ сделал дизельный двигатель менее привлекательным для водителей. Хотя дизельный двигатель отлично подходит для перевозки больших грузов, раньше он не был лучшим выбором для ежедневных поездок.
Рудольф Дизель предположил, что увеличение степени  сжатия приведёт к увеличению эффективности. Дизельное топливо более энергоёмкое, поэтому для того чтобы оно сгорело нужно больше воздуха в единице объёма. Увеличивая степень сжатия, мы увеличиваем плотность воздуха, тем самым создаём условия для сгорания дизельного топлива. Рудольф оказался прав — бензиновый двигатель сжимает смесь в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный в соотношении от 14: 1 до 25: 1.
 
Дизельный или бензиновый двигатель.
В теории дизельные и бензиновые двигатели очень похожи. Это двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для преобразования химической энергии топлива в механическую. Эта энергия двигает поршни вверх-вниз. Поршни соединены с коленвалом, таким образом, поступательное движение преобразуется во вращательное, необходимое для движения автомобиля. Основное различие между дизельным и бензиновым двигателем в том как происходит сгорание топлива. В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, затем сжимается и воспламеняется искрой, от свечи зажигания. В дизельном двигателе воздух сначала сжимается, а затем, в нагретый за счёт сжатия воздух, впрыскивается топливо. Температуры воздуха хватает для того чтобы поджечь топливо. На анимации ниже можно посмотреть как работает дизельный двигатель.

Дизельный двигатель,  как и бензиновый четырехтактный:

• Впускной такт — впускной клапан открывается, поршень, движется вниз засасывая воздух в цилиндр.
  
• Такт сжатия — поршень, движется обратно сжимая воздух.
  
• Такт расширения (рабочий ход) — когда поршень достигает верхней мёртвой точки (ВМТ), топливо впрыскивается и воспламеняется, заставляя поршень двигаться вниз. На самом деле топливо впрыскивается немножко раньше ВМТ, величина,  показывающая насколько раньше ВМТ впрыскивается топливо называется момент опережения впрыска.
  
• Выпускной такт — поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.
   

Также разница между бензиновым и дизельным двигателем заключается в подаче топлива в цилиндр. В бензиновом двигателе за это отвечает карбюратор, он смешивает воздух и топливо, затем смесь попадёт в цилиндр. Подача смеси ограничивает степень сжатия двигателя, если сильно сжать смесь,  то она самопроизвольно воспламенится, то есть сдетонирует.
В дизельных двигателях впрыск топлива осуществляется прямо в цилиндр. Форсунка дизельного двигателя должна выдерживать температуру и давление внутри цилиндра, а также превратить топливо в мелкодисперсный туман. Равномерное распределение тумана — непростая задача. На некоторых дизельных двигателях используются специальные индукционные клапаны, камеры предварительного сгорания и другие устройства чтобы закружить воздух в камере сгорания, другими словами, улучшить процесс зажигания и горения.
В некоторых дизельных двигателях применяют свечи накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, в процессе сжатия воздух может не нагреться, до температуры достаточной для воспламенения топлива. Свеча накаливания разогревает воздух в цилиндре, когда двигатель холодный.
 
На современных автомобилях контроль за всеми системами автомобиля осуществляет электронный блок управления двигателем (ЭБУ). Контроль осуществляется с помощью датчиков, которые отслеживают температуру охлаждающей жидкости, давление масла, положение коленвала и распродала. Свечи накаливания на сегодняшний день используются редко. ЭБУ, зная температуру окружающего воздуха, рассчитывает оптимальное время для впрыска. В более холодную погоду топливо будет впрыскиваться позже.
Это означает, что воздух в цилиндре, к моменту впрыска топлива, будет больше сжат, следовательно его температура будет выше и это облегчит запуск двигателя. Ну и ,конечно, самое главное отличие дизельного двигателя от бензинового — это топливо на котором они работают.
 
Из недр земли добывается сырая нефть, затем она перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах, и из неё получают следующие виды топлива: бензин, керосин и,  конечно же, дизельное топливо. Дизельное топливо более жирное, чем бензин, а также у них разный запах. Также дизельное топливо испаряется значительно медленнее чем бензин, а его температура кипения выше чем у воды. Испаряется оно медленнее потому, что тяжелее и содержит больше атомов углерода, чем бензин (бензин,  как правило, C9H20, в то время как дизельное топливо,  как правило, C14H30). Себестоимость дизельного топлива ниже чем бензина, однако, с 2004 года спрос на дизельное топливо вырос по нескольким причинам, в том числе повышение индустриализации и строительства в Китае и США.
Дизельное топливо обладает большей энергетической ёмкостью, чем бензин. В среднем один литр дизельного топлива содержит примерно 40.7 МДж/л, в то время как один литр бензина содержит 34.7 МДж/л.С точки зрения окружающей среды, дизельное топливо имеет свои плюсы и минусы. Плюс — при сгорании дизельного топлива выделяется небольшое количество угарного газа, углеводородов и углекислого газа, приводящие к глобальному потеплению. Минус — выделяется большое количество соединений азота и твёрдых частиц (сажи), что ведёт к выпадению кислотных дождей, образованию смога и пагубно действует на здоровье.
 
Во время нефтяного кризиса 1970 года, европейские автомобильные компании рекламировали дизельные двигатели как альтернативу бензиновому. Те, кто пересели на дизельные автомобили были разочарованы, их двигатели были очень громкими и при работе выделяли много копоти, которая является причиной образования смога в больших городах.
За последние 30–40 лет дизельный двигатель был значительно улучшен. Сегодня прямой впрыск топлива, контролируется компьютером, таким образом, повышается эффективность и сокращается выброс вредных веществ. Уменьшение содержания серы в топливе снизило количество вредных выбросов. Другие технологии такие, как фильтр для улавливания твёрдых частиц, он же каталитический нейтрализатор,  позволил снизить выброс оксида углерода и углеводородов на целых 90 процентов. В Европейском Союзе постоянно совершенствуются стандарты экологически чистого топлива. К сентябрю 2009 года, ЕС надеется, что выбросы твёрдых частиц уменьшатся с 25 мг / км до 5 мг / км.
Возможно, вы слышали про биодизель и хотели бы знать чем он отличается от обычного дизельного топлива. Биодизель — это альтернатива или добавка к дизельному топливу. Он может использоваться без каких-либо доработок двигателя, а делают его из растительных масел и животных жиров, которые были химически изменены.
Интересный факт, Рудольф Дизель изначально рассматривал растительное масло в качестве топлива для своего изобретения.