Три группы основного размера
Существует три группы базовых размеров дизельных двигателей, основанных на мощности - накалке, среднем и крупном. Маленькие двигатели имеют значения выхода на силу менее 16 киловатт. Это наиболее часто производимый тип дизельного двигателя. Эти двигатели используются в автомобилях, легких грузовиках, а также в некоторых сельскохозяйственных и строительных приложениях, а также в виде небольших стационарных генераторов электрической мощности (например, на построении удовольствия) и в качестве механических дисков. Как правило, они представляют собой прямые, встроенные четырех- или шестицилиндровые двигатели. Многие из турбонаддува с турбонаддувами.

Средние двигатели имеют мощность от 188 до 750 киловатт или от 252 до 1 006 лошадиных сил. Большинство этих двигателей используются в тяжелых грузовиках. Обычно они представляют собой прямые инъекции, шестицилиндровые турбонаддувные и послеотечные двигатели. Некоторые двигатели V-8 и V-12 также принадлежат группе такого размера.

Большие дизельные двигатели имеют рейтинги мощности превышают 750 киловатт. Эти уникальные двигатели используются для морских, локомотивных и механических приводов, а также для генерации электрической мощности. В большинстве случаев они находятся в прямом эфире, с турбонаддувом и послеохлаждением систем. Они могут работать со скоростью до 500 революций в минуту, когда надежность и долговечность имеют решающее значение.

Двухтактные и четырехтактные двигатели
Как отмечалось ранее, дизельные двигатели предназначены для работы на двух- или четырехтактном цикле. В типичном четырехтактном двигателе впускные и выпускные клапаны и форсунка для инъекции топлива расположены в головке цилиндра (см. Рисунок). Часто используются двойные клапаны - два потребления и два выхлопных клапана.
Использование двухтактного цикла может устранить необходимость для одного или обоих клапанов в конструкции двигателя. Ускорение и впускной воздух обычно обеспечиваются через порты в лайнере цилиндра. Выхлоп может быть либо через клапаны, расположенные в головке цилиндра, либо через порты в цилиндре. Конструкция двигателя упрощается при использовании конструкции порта вместо одного, требующего выхлопных клапанов.

Топливо для дизелей
Нефтяные продукты, обычно используемые в качестве топлива для дизельных двигателей, представляют собой дистилляты, состоящие из тяжелых углеводородов, с не менее 12-16 атомами углерода на молекулу. Эти более тяжелые дистилляты взяты из сырой нефти после удаления более летучих порций, используемых в бензине. Точки кипения этих более тяжелых дистиллятов варьируются от 177 до 343 ° C (от 351 до 649 ° F). Таким образом, их температура испарения намного выше, чем у бензина, который имеет меньше атомов углерода на молекулу.

Вода и осадок в топливе могут быть вредными для работы двигателя; Чистое топливо важно для эффективных систем впрыска. Топливо с высоким остатком углерода может лучше всего обрабатывать двигатели с низкой скоростью вращения. То же самое относится и к тем, что с высоким содержанием золы и серы. Цетановое число, которое определяет качество зажигания топлива, определяется с использованием ASTM D613 «Стандартный метод испытаний на численность дизельного топлива».

Разработка дизельных двигателей
Ранняя работа
Рудольф Дизель, немецкий инженер, задумал идею двигателя, который теперь носит его имя после того, как он искал устройство для повышения эффективности двигателя Отто (первый четырехтактный двигатель, построенный немецким инженером 19-го века Николаус Отто). Дизель понял, что процесс электрического зажигания бензинового двигателя может быть устранен, если во время хода сжатия поршневого цилиндра сжатие может нагревать воздух до температуры выше, чем температура автогнации данного топлива. Дизель предложил такой цикл в своих патентах 1892 и 1893 годов.
Первоначально как порошкообразное угольное, либо жидкое нефть была предложена в качестве топлива. Дизель видел порошкообразную уголь, побочный продукт угольных шахт Saar, в качестве легкодоступного топлива. Сжатый воздух должен был использоваться для введения угольной пыли в цилиндр двигателя; Однако контроль над уровнем инъекции угля был затруднен, и после того, как экспериментальный двигатель был разрушен взрывом, дизель превратился в жидкую нефть. Он продолжал вводить топливо в двигатель с сжатым воздухом.
Первый коммерческий двигатель, построенный на патентах на дизель, был установлен в Сент -Луисе, штат Миссури, Адольфом Буша, пивовара, который видел один на выставке на выставке в Мюнхене и приобрел лицензию у дизеля для производства и продажи двигателя в Соединенных Штатах и ​​Канаде. Двигатель успешно работал в течение многих лет и был предшественником двигателя Busch-Sulzer, который питал многие подводные лодки военно-морского флота США в Первой мировой войне. В Гротоне, Конн.

Дизельный двигатель стал основной электростанцией для подводных лодок во время Первой мировой войны. Он был не только экономичным в использовании топлива, но также оказался надежным в условиях военного времени. Дизельное топливо, менее волатильное, чем бензин, было более безопасно хранится и обрабатывалось.
В конце войны многие мужчины, которые управляли дизелями, искали рабочих мест в мирное время. Производители начали адаптировать дизели к экономике мирного времени. Одной из модификаций была разработка так называемого полудизеля, которое работало на двухтактном цикле при более низком давлении сжатия и использовала горячую лампу или трубку для зажигания топливного заряда. Эти изменения привели к тому, что двигатель менее дорогим для строительства и обслуживания.

Технология инъекции топлива
Одной нежелательной особенностью полного дизеля была необходимость подстрекаемого воздушного компрессора высокого давления. Мало того, что энергия требовалась для управления воздушным компрессором, но и эффект охлаждения, который задержанный зажигание произошло, когда сжатый воздух, обычно при 6,9 мегапаскалах (1000 фунтов на квадратный дюйм), внезапно расширялся в цилиндр, который находился под давлением около 3,4 до 4 мегапаскалов (от 493 до 580 фунтов на квадратный дюйм). Дизель нуждался в воздухе высокого давления, с помощью которого можно ввести порошкообразное уголь в цилиндр; Когда жидкая нефть заменила порошкообразную уголь в качестве топлива, можно было бы сделать насос, чтобы занять место воздушного компрессора высокого давления.

Было несколько способов использования насоса. В Англии компания Vickers использовала то, что называлось методом обыкновенного расстояния, в котором батарея насосов поддерживала топливо под давлением в трубе, проходящей длину двигателя с проводами в каждый цилиндр. Из этой рельсовой (или трубной) линии топлива серия впрыскивающих клапанов допустила заряд топлива для каждого цилиндра в правой точке в его цикле. Другой метод с использованием камун-управляемых, или типа плунжера, насосы для доставки топлива под на мгновение высокого давления к инъекционному клапану каждого цилиндра в нужное время.

Устранение компрессора воздушного впрессования было шагом в правильном направлении, но была еще одна проблема, которую необходимо решить: выхлоп двигателя содержал чрезмерное количество дыма, даже на выходе в пределах мощности двигателя, и даже если там Был достаточно воздуха в цилиндре, чтобы сжечь топливный заряд, не оставляя обесцвеченного выхлопа, который обычно указывает на перегрузку. Инженеры, наконец, поняли, что проблема заключалась в том, что на мгновение впрыска высокого давления, взрывающийся в цилиндр двигателя, более эффективно диффундировал топливный заряд, чем можно было сделать заместительные механические топливные сопла, в результате чего без воздушного компрессора было топливо Ищите атомы кислорода, чтобы завершить процесс сжигания, и, поскольку кислород составляет только 20 процентов воздуха, у каждого атома топлива был только один шанс у пяти столкновений с атомом кислорода. Результатом было ненадлежащее сжигание топлива.

Обычная конструкция сопла топлива ввела топливо в цилиндр в виде спрея конуса, при этом пары излучались из сопла, а не в потоке или струи. Очень мало может быть сделано, чтобы более тщательно рассеять топливо. Улучшенное смешивание должно было быть достигнуто путем передачи дополнительного движения в воздух, чаще всего путем индукционного воздушного вихря или радиального движения воздуха, называемого изблаком или обоих, с внешнего края поршня к центру. Различные методы были использованы для создания этой вихревой и хвост. Наилучшие результаты, по-видимому, получаются, когда воздушный вихрь имеет определенное отношение к скорости впрыскивания топлива. Эффективное использование воздуха в цилиндре требует вращательной скорости, которая приводит к непрерывному перемещению воздуха от одного спрея к другому в течение периода инъекции, без крайнего оседания между циклами.