Почему дизель так шумит?

Стук, который обычно ассоциируется с дизельными двигателями, возникает из-за гораздо более высокой силы сгорания в дизельном двигателе, которая в верхней мёртвой точке (ВМТ) или около неё «ударяет» по движущемуся узлу. Некоторые новые двигатели работают намного тише благодаря системе предварительного впрыска, а также (в случае пьезоэлектрических форсунок) благодаря тому, что за цикл сгорания происходит до 7 впрысков.

Шум дизельного двигателя в основном возникает из-за давления, необходимого для впрыска топлива в цилиндр. Это давление также приводит к распылению топлива. Они сжимают воздух и топливо, и смесь воспламеняется. Это и создаёт шум.

Кроме того, у дизельных двигателей ход поршня больше, чем у обычных бензиновых. Это означает, что поршни проходят большее расстояние, чем в бензиновых двигателях. А системы впуска воздуха с турбонаддувом/наддувом/нагнетателем имеют совершенно другие временные характеристики, чем атмосферные бензиновые двигатели.

Как уже было сказано, источник воспламенения в бензиновых/газовых двигателях и дизельных двигателях различается, и это основная причина разницы в звуке. Я постараюсь объяснить эти различия, чтобы вы поняли, почему в одном случае звук один, а в другом — другой.

ПРИМЕЧАНИЕ 1: Здесь есть критика, но потерпите, пока я пытаюсь ответить на вопрос так, как, по моему мнению, хочет автор. Мне нужно объяснить разницу, чтобы вы поняли, почему дизельный двигатель звучит именно так.

Топливо: дизельное или бензиновое (автомобильное)

Дизельное топливо имеет более высокую плотность, чем бензин. Оно примерно на 12 % плотнее бензина без этанола (плотность бензина на основе этанола ещё выше, в зависимости от состава). Дизельное топливо обладает более высокой объёмной плотностью энергии — 35,86 МДж/л (128 700 БТЕ/галлон США) по сравнению с 32,18 МДж/л (115 500 БТЕ/галлон США) у бензина, что примерно на 11 % выше. Это следует учитывать при сравнении эффективности топлива в объёмном выражении.

Механические различия между дизельными и бензиновыми двигателями: три основных отличия

Первое отличие - Сжатие

Топливо, будь то бензин или дизельное топливо, может сгорать как с помощью сжатого воздуха, так и без него, но чем сильнее сжат воздух, тем эффективнее сгорает топливо. Исходя из этого, поймите, что когда кто-то говорит о сжатии в двигателе, он имеет в виду соотношение, при котором воздух (или топливно-воздушная смесь в бензиновых двигателях) сжимается перед воспламенением. В бензиновом двигателе эффективность повышается примерно на 3 % при каждом увеличении степени сжатия (при неизменных остальных компонентах двигателя). Я предполагаю, что это справедливо и для дизельных двигателей. Статическая степень сжатия обычных бензиновых двигателей составляет от 8,0:1 до 11,5:1 (в высокопроизводительных двигателях она может превышать 14,0:1 — РЕДАКТИРОВАТЬ: мне сообщили, что двигатель Mazda Skyactiv-G имеет степень сжатия 14:1 за пределами США и 13:1 в США. Mazda использует другую технологию для снижения детонации, но такой высокий коэффициент сжатия не является нормой для бензиновых двигателей внутреннего сгорания). В автомобильном дизельном двигателе этот показатель составляет от 14,0:1 до 18,0:1.

ПРИМЕЧАНИЕ 2: здесь я провожу различие между статическим и динамическим коэффициентом сжатия, потому что разница в цифрах и способах их расчёта огромна. Я не буду вдаваться в подробности, просто знайте, что разница есть.

ПРИМЕЧАНИЕ 3: я провожу различие между автомобильными и неавтомобильными дизельными двигателями, потому что, хотя все дизельные двигатели по сути работают одинаково, между автомобильными и крупными судовыми дизельными двигателями есть существенные различия.

Второе Отличие - Подача топлива

Раньше основным способом подачи топлива в бензиновых двигателях был карбюратор. Так было до середины-конца 80-х годов, когда многие автопроизводители начали осознавать преимущества впрыска топлива. Этот тип впрыска топлива является непрямым впрыском, то есть форсунка, которая дозирует топливо, поступающее в двигатель, находится вне камеры сгорания, в воздухозаборнике. Для распыления топлива и его подачи в цилиндр используется движение воздуха через воздухозаборник. Совсем недавно (примерно в 2010 году) автопроизводители начали использовать прямой впрыск, при котором топливо подаётся непосредственно в камеру сгорания.

В дизельных двигателях также используется непосредственный впрыск. Этот метод применяется с примерно с 1891 года, когда Герберт Акройд Стюарт изобрёл первый двигатель внутреннего сгорания с системой впрыска топлива под давлением.

Третье отличие — источник возгорания

Проще говоря, в дизельных двигателях для воспламенения топлива используется тепло, а в бензиновых — электричество (да, искра горячая, но, надеюсь, вы понимаете разницу). Принцип работы бензинового двигателя, в котором для воспламенения топлива используется электричество, довольно прост. Свеча зажигания даёт искру, и воздушно-топливная смесь воспламеняется. Чтобы это произошло, воздушно-топливная смесь должна быть подходящей, а искра должна появиться в нужный момент (по времени). Искра отлично подходит для бензинового двигателя, потому что топливо распыляется и испаряется в воздухе, что значительно облегчает его воспламенение. Небольшого источника воспламенения, которым является искра, более чем достаточно, чтобы запустить процесс горения топлива и поддерживать его до полного сгорания смеси.

Поскольку дизельное топливо намного тяжелее бензина (технически оно считается маслом, как и керосин и мазут), оно не так хорошо испаряется в воздухе. Чтобы оно горело достаточно быстро, необходим источник воспламенения с достаточной температурой. Для этого поршень сжимает воздух внутри цилиндра до такой степени, что он нагревается до температуры более 1000 градусов по Фаренгейту. Позвольте мне процитировать статью в Википедии о дизельных двигателях, чтобы завершить эту тему:

Примерно в верхней точке такта сжатия топливо впрыскивается непосредственно в сжатый воздух в камере сгорания. Это может происходить в (обычно тороидальной) полости в верхней части поршня или в форкамеере, в зависимости от конструкции двигателя. Топливная форсунка обеспечивает распыление топлива на мелкие капли и его равномерное распределение. Под воздействием тепла сжатого воздуха топливо испаряется с поверхности капель. Затем пары воспламеняются от тепла сжатого воздуха в камере сгорания, капли продолжают испаряться с их поверхности и сгорать, уменьшаясь в размерах, пока не сгорит всё топливо в каплях. Начало испарения вызывает задержку воспламенения и характерный для дизельного двигателя стук, когда пары достигают температуры воспламенения и вызывают резкое повышение давления над поршнем. Быстрое расширение продуктов сгорания толкает поршень вниз, передавая мощность на коленчатый вал.

ПРИМЕЧАНИЕ 4: я хочу отметить, что в новых дизельных двигателях для грузовых автомобилей (и, как я полагаю, для легковых автомобилей тоже) начали использовать системы впрыска, которые вместо того, чтобы впрыскивать всё дизельное топливо сразу, подают в двигатель несколько небольших порций дизельного топлива, что значительно снижает «дизельный шум», который вы слышите. Это также обеспечивает более экономичный расход топлива.

ПРИМЕЧАНИЕ 5: Дизельные двигатели, как правило, более экономичны, чем бензиновые, в основном благодаря более высокому тепловому КПД.

ПРИМЕЧАНИЕ 6: Если вы дочитали до этого места, то вы, должно быть, действительно сумасшедший.

Компоненты, из которых состоит выхлопная система, — это воздух, топливо, степень сжатия, фазы газораспределения, выхлопная система, турбонаддув и рабочий объём.

Степень сжатия двигателя Cruze Diesel составляет около 16:1.

Топливо имеет большое значение, поскольку дизельное топливо и бензин сгорают по-разному.

Сочетание всех этих факторов приводит к появлению различных звуков выхлопа. Возможно, вы ищете более сложный ответ, чем «звучит по-другому, потому что отличается», но на самом деле такого ответа нет.

Основные факторы, определяющие звук дизельного двигателя, — это способ впрыска дизельного топлива в цилиндр до/во время сжатия, а также тот факт, что степень сжатия в дизельном двигателе намного выше, чем в бензиновом. Иными словами, характерный звук возникает из-за воспламенения от сжатия. К второстепенным факторам относятся конструкция двигателя, форма впускного и выпускного коллекторов.

ОБНОВЛЕНИЕ: извините, но больше мне нечего сказать. Стук возникает из-за воспламенения дизельного топлива под высоким давлением и при высокой (поршневой) скорости, а громкий рёв вызван скоростью выхлопных газов и формой выпускного коллектора.