В наши дни двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели являются основными видами двигателей, которые используются в автомобилестроении. Однако, несмотря на то, что оба типа двигателей служат одной цели — преобразованию химической энергии в механическую — они имеют ряд отличий в принципе работы и технической оснастке.
Двигатель с искровым зажиганием, также известный как бензиновый двигатель, отличается от дизельного тем, что для его работы используется смесь воздуха и бензина, которая затем подвергается процессу сгорания при помощи искры от свечи зажигания. В результате этого процесса происходит расширение газов, что создает давление, приводящее в движение поршень и вращение коленчатого вала. Особенностью двигателя с искровым зажиганием является его высокая мощность и ускорение при низком весе и компактных размерах.
С другой стороны, дизельный двигатель работает по принципу сжатия воздуха до такой степени, что температура его становится достаточно высокой для самовозгорания дизельного топлива. В самовозгорании участвует только воздух, а топливо впрыскивается в цилиндр уже после начала работы поршня. Благодаря этому принципу работы дизельные двигатели обладают высоким крутящим моментом и экономичностью при низком расходе топлива.
Принцип работы
Двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель отличаются своим принципом работы.
Двигатель с искровым зажиганием:
| Впуск | В смесительную камеру поступает воздух с топливом (бензином), смесь сжимается поршнем. |
| Сжатие | Смесь сжимается поршнем, что приводит к повышению ее температуры и давления. |
| Зажигание | Свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет сжатую смесь. В результате происходит взрыв, расширяющий сжатую смесь и создающий энергию. |
| Выхлоп | Выделяется отработанный газ, который удаляется через выпускной клапан. |
Дизельный двигатель:
| Впуск | Воздух поступает в цилиндр, после чего сжимается поршнем. |
| Сжатие | Сжатый воздух достигает высокой температуры, что способствует самовозгоранию топлива (дизельного). В результате происходит взрыв, расширяющий сжатую смесь и создающий энергию. |
| Зажигание | Дизельный двигатель не требует зажигания, так как горение происходит с помощью высокой температуры, созданной сжатием воздуха. |
| Выхлоп | Выделяется отработанный газ, который удаляется через выпускной клапан. |
Таким образом, двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели имеют различия в своем принципе работы, которые определяют их особенности и применение в разных типах транспорта и механизмов.
Топливо и зажигание
Одно из основных отличий между двигателями с искровым зажиганием и дизельными двигателями заключается в используемом топливе и способе его воспламенения.
Двигатели с искровым зажиганием работают на бензине, который представляет собой смесь летучих углеводородов. Внутри цилиндра такого двигателя сжатая смесь топлива и воздуха подвергается искровому разряду от свечи зажигания. Искра воспламеняет смесь, что приводит к ее взрыву и образованию рабочей силы.
Дизельные двигатели, напротив, работают на топливе, которое обладает более высокой вязкостью и имеет более высокую температуру вспышки. Такое топливо называется дизельным топливом или соляркой. Внутри цилиндра дизельного двигателя воздух сильно сжимается, а затем впрыскивается дизельное топливо. В результате высокого давления и температуры дизель выпаривается и самосовоспламеняется, образуя рабочую силу.
Использование разных видов топлива и различных методов зажигания позволяет двигательным системам работать по-разному и обеспечивает специфические характеристики каждого типа двигателя.
Структура и компоненты
Двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель имеют различную структуру и компоненты.
Искровой зажигание используется в двигателях внутреннего сгорания с бензиновым топливом. В основе такого двигателя лежит принцип работы четырехтактного цилиндрового двигателя.
Структура двигателя с искровым зажиганием включает в себя следующие компоненты:
| Компонент | Описание |
|---|---|
| Цилиндр | Камера сжигания, где происходит сгорание топлива и рабочая жидкость превращается в движение коленчатого вала. |
| Поршень | Перемещается внутри цилиндра в результате сжатия рабочей смеси и горения топлива. Передает свое движение на коленчатый вал. |
| Коленчатый вал | Преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение, которое передается на приводы отбора мощности. |
| Двигательный блок | Обеспечивает крепление и взаимодействие компонентов двигателя, включая цилиндры, поршни и коленчатый вал. |
| Система зажигания | Отвечает за создание искры для зажигания смеси в цилиндре в нужный момент времени. |
| Система питания | Обеспечивает подачу топлива в цилиндр, регулирует его количество и смесь с воздухом. |
Структура дизельного двигателя имеет свои особенности:
| Компонент | Описание |
|---|---|
| Цилиндр | Камера сжигания, где сжатый воздух взрывается с впрыском дизельного топлива, приводящим к движению поршня. |
| Поршень | Перемещается внутри цилиндра благодаря взрыву смеси сжатого воздуха и дизельного топлива. |
| Коленчатый вал | Преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение, передавая его на приводы отбора мощности. |
| Двигательный блок | Служит для установки и взаимодействия компонентов двигателя, включая цилиндры, поршни и коленчатый вал. |
| Система впрыска | Обеспечивает точную и дозированную подачу дизельного топлива в цилиндр в разных режимах работы двигателя. |
| Система нагнетания | Отвечает за подачу воздуха в цилиндр и его сжатие для обеспечения сгорания дизельного топлива. |
Таким образом, двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель имеют различную структуру и компоненты, что определяет их принцип работы и область применения.
Преимущества и недостатки
Двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель обладают различными преимуществами и недостатками.
Преимущества двигателя с искровым зажиганием:
- Более простая и дешевая конструкция.
- Более низкая стоимость топлива.
- Более высокая мощность на высоких оборотах.
- Более легкая система пуска и запуска двигателя.
Недостатки двигателя с искровым зажиганием:
- Большой расход топлива.
- Менее эффективное сжатие в цилиндре.
- Ограниченная возможность работы на тяжелых нагрузках.
- Большое количество компонентов, требующих обслуживания.
Преимущества дизельного двигателя:
- Меньший расход топлива.
- Более высокое сжатие и эффективность сгорания.
- Лучшая работа на тяжелых нагрузках.
- Большой ресурс и долговечность.
Недостатки дизельного двигателя:
- Высокая стоимость покупки и обслуживания.
- Более сложная конструкция.
- Высокие уровни шума и вибраций.
- Требуется использование специального топлива.
Подходящее применение
Двигатель с искровым зажиганием:
Такие двигатели чаще всего применяются в легковых автомобилях и мотоциклах, а также в некоторой малогабаритной и среднегабаритной спецтехнике. Они отличаются высокими скоростями вращения коленчатого вала и легкостью в управлении. Такие двигатели хорошо подходят для городского движения и небольших расстояний.
Бензиновые двигатели также активно используются в автономных электростанциях, которые не требуют постоянного электропитания, и в случае недостатка электроэнергии могут герерировать электричество для обеспечения нужных потребителей.
Дизельные двигатели:
Дизельные двигатели предпочтительны в большегрузных автомобилях, автобусах и железнодорожном транспорте, так как имеют большой крутящий момент, что позволяет перевозить большие грузы на дальние расстояния. Часто используются в сельском хозяйстве и других отраслях с мощное машинами и оборудованием, где требуется большая сила и долговечность двигателя.
Также дизельные двигатели часто применяются в морском транспорте, так как могут работать на низкокачественном и недорогом дизельном топливе, которое широко доступно в портах и на морских станциях.
Расход топлива и экологические показатели
Двигатель с искровым зажиганием работает по циклу Otto, при котором смесь воздуха и топлива зажигается и взрывается при помощи свечи зажигания. Такой двигатель обычно имеет меньший КПД (коэффициент полезного действия) по сравнению с дизельным двигателем, что сказывается на его расходе топлива.
Дизельный двигатель, в свою очередь, работает по циклу Дизеля, в котором происходит самовоспламенение топлива под действием высокого давления и температуры в сжатом воздухе. Такой принцип работы позволяет дизельному двигателю иметь более высокий КПД, а следовательно, меньший расход топлива по сравнению с двигателем с искровым зажиганием.
Отличия двигателей также заметны в экологических показателях. Двигатель с искровым зажиганием обычно имеет больший выброс CO2 – газа, влияющего на парниковый эффект и глобальное потепление. Также такой двигатель может иметь высокие выбросы вредных веществ, таких как оксид азота (NOx) и углеводороды.
Дизельный же двигатель, благодаря более полному сгоранию топлива и использованию смесей с более высокой степенью сжатия, имеет меньший выброс CO2 и может быть более экологически чистым, если правильно использовать системы очистки отработавших газов.
В целом, двигатели с искровым зажиганием имеют больший расход топлива и могут быть менее экологически чистыми по сравнению с дизельными двигателями. Однако, современные технологии позволяют снизить эти различия и повысить эффективность и экологичность обоих типов двигателей.