เครื่องยนต์ดีเซล

เครื่องยนต์ดีเซลชื่อหลังจากรูดอล์ฟดีเซลเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งในการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่เกิดจากการที่อุณหภูมิสูงของอากาศในกระบอกสูบเนื่องจากการบีบอัดกล ดังนั้นเครื่องยนต์ดีเซลจึงเรียกว่าเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัด (เครื่องยนต์ CI) สิ่งนี้แตกต่างกับเครื่องยนต์ที่ใช้การจุดประกายหัวเทียนของส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิง เช่นเครื่องยนต์เบนซิน ( เครื่องยนต์เบนซิน ) หรือเครื่องยนต์แก๊ส (โดยใช้เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ เช่นก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซปิโตรเลียมเหลว )

เครื่องยนต์ดีเซลทำงานโดยการบีบอัดเฉพาะอากาศหรืออากาศบวกกับก๊าซเผาไหม้ตกค้างจากไอเสียที่เรียกว่าระบบหมุนเวียนก๊าซไอเสีย (EGR) เข้าไปในห้องระหว่างจังหวะการดูดและบีบอัดระหว่างจังหวะการอัด สิ่งนี้จะเพิ่มอุณหภูมิของอากาศภายในกระบอกสูบจนถึงระดับสูงจนเชื้อเพลิงดีเซลที่ฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้จะจุดประกายขึ้นเองตามธรรมชาติ เมื่อเชื้อเพลิงถูกฉีดขึ้นไปในอากาศก่อนการเผาไหม้ การกระจายตัวของเชื้อเพลิงจะไม่สม่ำเสมอ นี้เรียกว่าส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงต่างกัน แรงบิดที่เครื่องยนต์ดีเซลผลิตขึ้นนั้นควบคุมโดยการปรับอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง (λ); แทนที่จะควบคุมปริมาณอากาศเข้า เครื่องยนต์ดีเซลต้องอาศัยการปรับเปลี่ยนปริมาณเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไป และอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงมักจะสูง

เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุด( ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ ) ของเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือภายนอกที่ใช้งานได้จริงเนื่องจากมีอัตราส่วนการขยายตัวที่สูงมากและการเผาไหม้แบบลีนโดยธรรมชาติซึ่งช่วยให้กระจายความร้อนโดยอากาศส่วนเกิน นอกจากนี้ยังสามารถหลีกเลี่ยงการสูญเสียประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์เบนซินแบบไม่มีการฉีดโดยตรง เนื่องจากไม่มีเชื้อเพลิงที่ยังไม่เผาไหม้ในระหว่างการทับซ้อนกันของวาล์ว ดังนั้นจึงไม่มีเชื้อเพลิงส่งตรงจากไอดี/หัวฉีดไปยังไอเสีย เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วต่ำ (ที่ใช้ในเรือและการใช้งานอื่นๆ ที่น้ำหนักเครื่องยนต์โดยรวมค่อนข้างไม่สำคัญ) สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่มีประสิทธิผลสูงถึง 55% ^[1]

เครื่องยนต์ดีเซลอาจออกแบบเป็นแบบสองจังหวะหรือสี่จังหวะก็ได้ พวกเขาถูกนำมาใช้แทนประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับนิ่งเครื่องยนต์ไอน้ำตั้งแต่ทศวรรษที่ 1910 พวกมันถูกใช้ในเรือดำน้ำและเรือดำน้ำใช้ในหัวรถจักร รถบรรทุก เครื่องจักรกลหนัก อุปกรณ์การเกษตร และโรงผลิตไฟฟ้าตามมาภายหลัง ในช่วงทศวรรษที่ 1930 พวกเขาอย่างช้า ๆ เริ่มที่จะใช้ในไม่กี่รถยนต์ตั้งแต่ปี 1970 การใช้งานของเครื่องยนต์ดีเซลในขนาดใหญ่บนถนนและปิดถนนยานพาหนะในสหรัฐอเมริกาได้เพิ่มขึ้น จากข้อมูลของ Konrad Reif (2012) ค่าเฉลี่ยของสหภาพยุโรปสำหรับรถยนต์ดีเซลคิดเป็นครึ่งหนึ่งของรถยนต์ที่จดทะเบียนใหม่^[2]

เครื่องยนต์ดีเซลที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ให้บริการคือเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลสองจังหวะ 14 สูบ; พวกมันผลิตพลังงานสูงสุดครั้งละเกือบ 100 เมกะวัตต์ ^[3]

ประวัติศาสตร์

แนวคิดของดีเซล

ในปี 1878, รูดอล์ฟดีเซลที่เป็นนักเรียนที่เป็น"Polytechnikum"ในมิวนิคได้เข้าร่วมการบรรยายของคาร์ลฟอน Linde ลินเด้อธิบายว่าเครื่องยนต์ไอน้ำสามารถแปลงพลังงานความร้อนได้เพียง 6-10% ให้เป็นงาน แต่วัฏจักรคาร์โนต์ช่วยให้สามารถแปลงพลังงานความร้อนไปเป็นงานได้มากขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงสภาพอุณหภูมิไอโซเทอร์มอล ตามที่ดีเซลกล่าวไว้ สิ่งนี้จุดประกายความคิดในการสร้างเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงที่สามารถทำงานในวงจรการ์โนต์ได้^[8]ดีเซลยังสัมผัสกับลูกสูบดับเพลิงซึ่งเป็นเครื่องดับเพลิงแบบดั้งเดิมโดยใช้อะเดียแบติกอย่างรวดเร็วหลักการการบีบอัดที่ Linde ได้มาจากเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ^[9]หลังจากหลายปีของการทำงานในความคิดของเขาดีเซลตีพิมพ์ในปี 1893 ในการเขียนเรียงความทฤษฎีและการก่อสร้างของเหตุผลความร้อนมอเตอร์ ^[8]

ดีเซลถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างหนักสำหรับเรียงความของเขา แต่มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่พบว่าความผิดพลาดที่เขาทำ^[10]ความร้อนที่มีเหตุผลของเขาควรจะใช้วงจรอุณหภูมิคงที่ แนวคิดของดีเซลคือการอัดอากาศให้แน่นเพื่อให้อุณหภูมิของอากาศสูงกว่าการเผาไหม้ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ดังกล่าวไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ^{[11] [12] [13]}ในสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2435 (ได้รับในปี พ.ศ. 2438) #542846 ดีเซลอธิบายการบีบอัดที่จำเป็นสำหรับวงจรของเขา:

"อากาศในบรรยากาศบริสุทธิ์ถูกบีบอัดตามเส้นโค้ง 1 2 จนถึงระดับที่ก่อนที่จะเกิดการเผาไหม้หรือการเผาไหม้ ความดันสูงสุดของแผนภาพและอุณหภูมิสูงสุดจะได้รับ กล่าวคือ อุณหภูมิที่ตามมา การเผาไหม้จะต้องเกิดขึ้น ไม่ใช่จุดไฟหรือจุดติดไฟ เพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ให้สันนิษฐานว่าการเผาไหม้ที่ตามมาจะต้องเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 700 องศา จากนั้นในกรณีนี้ความดันเริ่มต้นจะต้องเป็น 64 บรรยากาศ หรือสำหรับ 800 องศาเซนติเกรดความดันจะต้องเป็นเก้าสิบชั้นบรรยากาศและอื่น ๆ จากนั้นจึงอัดเข้าไปในอากาศจากนั้นจึงค่อย ๆ อัดเชื้อเพลิงจากภายนอกที่แยกออกมาอย่างประณีต จุดเชื้อเพลิงลักษณะเฉพาะของวัฏจักรตามสิ่งประดิษฐ์ปัจจุบันของฉันคือการเพิ่มความดันและอุณหภูมิขึ้นสูงสุด ไม่ใช่โดยการเผาไหม้ แต่ก่อนการเผาไหม้โดยการอัดอากาศทางกล และเมื่อทำงานต่อไปโดยไม่มีแรงดันเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิโดยการเผาไหม้ทีละน้อยในช่วงเวลาที่กำหนดของจังหวะที่กำหนดโดยน้ำมันคัตออยล์"^[14]

ภายในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2436 ดีเซลได้ตระหนักว่าวงจรเดิมของเขาจะไม่ทำงาน และเขาได้ใช้วงจรแรงดันคงที่ ^[15]ดีเซลอธิบายวัฏจักรนี้ในการยื่นขอจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2438 สังเกตว่าไม่มีการกล่าวถึงอุณหภูมิการอัดที่เกินอุณหภูมิของการเผาไหม้อีกต่อไป ตอนนี้มีการกล่าวอย่างง่าย ๆ ว่าการบีบอัดจะต้องเพียงพอที่จะทำให้เกิดการจุดระเบิด

“1. ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน การรวมกันของกระบอกสูบและลูกสูบที่สร้างและจัดเรียงเพื่ออัดอากาศจนถึงระดับที่ผลิตอุณหภูมิเหนือจุดติดไฟของเชื้อเพลิง การจ่ายอากาศอัดหรือก๊าซ การจ่ายเชื้อเพลิง ; วาล์วจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ทางผ่านจากการจ่ายอากาศไปยังกระบอกสูบโดยสื่อสารกับวาล์วจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ช่องทางเข้าไปยังกระบอกสูบในการสื่อสารกับแหล่งจ่ายอากาศและกับวาล์วเชื้อเพลิง และคัต-ออยล์ อย่างมากตามที่อธิบายไว้” ดูสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา # 608845 ยื่น 1895 / ได้รับ 1898 ^{[16] [17] [18]}

ในปี 1892, ดีเซลที่ได้รับการจดสิทธิบัตรในประเทศเยอรมนี , วิตเซอร์แลนด์ในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกาสำหรับ "วิธีการและเครื่องมือสำหรับการแปลงความร้อนในการทำงาน" ^[19]ในปี พ.ศ. 2437 และ พ.ศ. 2438 เขาได้ยื่นจดสิทธิบัตรและภาคผนวกในหลายประเทศสำหรับเครื่องยนต์ของเขา สิทธิบัตรฉบับแรกออกในสเปน (ฉบับที่ 16,654) ^[20]ฝรั่งเศส (ฉบับที่ 243,531) และเบลเยียม (ฉบับที่ 113,139) ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2437 และในเยอรมนี (ฉบับที่ 86,633) ในปี พ.ศ. 2438 และสหรัฐอเมริกา (ฉบับที่ 608,845) ในปี^พ.ศ. 2441 ^[21]

ดีเซลถูกโจมตีและวิพากษ์วิจารณ์ในช่วงเวลาหลายปี นักวิจารณ์อ้างว่าดีเซลไม่เคยประดิษฐ์เครื่องยนต์ใหม่ และการประดิษฐ์เครื่องยนต์ดีเซลเป็นการฉ้อโกง Otto Köhler และ Emil Capitaine เป็นนักวิจารณ์ที่โดดเด่นที่สุดในยุคของดีเซล^[22] Köhler ได้ตีพิมพ์บทความในปี 2430 ซึ่งเขาอธิบายเครื่องยนต์ที่คล้ายกับเครื่องยนต์ดีเซลอธิบายไว้ในบทความ 2436 ของเขา Köhlerคิดว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวไม่สามารถทำงานได้^{[13] [23]} Emil Capitaine ได้สร้างเครื่องยนต์ปิโตรเลียมที่มีการจุดไฟในหลอดเรืองแสงในช่วงต้นทศวรรษ 1890; ^[24]เขาอ้างว่าไม่เห็นด้วยกับวิจารณญาณที่ดีกว่าของตัวเองว่าเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบหลอดเรืองแสงของเขาทำงานแบบเดียวกับที่เครื่องยนต์ของดีเซลทำ การเรียกร้องของเขาไม่มีมูลและเขาแพ้คดีสิทธิบัตรกับดีเซล ^[25]เครื่องยนต์อื่นๆ เช่นเครื่องยนต์ Akroydและเครื่องยนต์ Braytonก็ใช้วงจรการทำงานที่แตกต่างจากรอบเครื่องยนต์ดีเซล ^{[23] [26]} ฟรีดริช แซสกล่าวว่าเครื่องยนต์ดีเซลเป็น "งานของตัวเอง" ของดีเซล และ "ตำนานดีเซล" ใดๆ ก็คือ "การบิดเบือนประวัติศาสตร์ " ^[27]

เครื่องยนต์ดีเซลเครื่องแรก

ดีเซลมองหาบริษัทและโรงงานที่จะสร้างเครื่องยนต์ของเขา ด้วยความช่วยเหลือของมอริตซ์Schröterและแม็กซ์ GUTERMUTH  [ de ] , ^[28]เขาประสบความสำเร็จในการโน้มน้าวทั้งKruppในเอสเซนและMaschinenfabrik Augsburg ^[29]สัญญาลงนามในเดือนเมษายน พ.ศ. 2436 ^[30]และต้นฤดูร้อน พ.ศ. 2436 เครื่องยนต์ต้นแบบเครื่องแรกของดีเซลถูกสร้างขึ้นในเมืองเอาก์สบวร์ก เมื่อวันที่ 10 สิงหาคม พ.ศ. 2436 การจุดระเบิดครั้งแรกเกิดขึ้น เชื้อเพลิงที่ใช้คือน้ำมันเบนซิน ในฤดูหนาวปี 1893/1894 ดีเซลได้ออกแบบเครื่องยนต์ที่มีอยู่ใหม่ และภายในวันที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2437 กลไกของเขาได้เปลี่ยนเครื่องยนต์ให้เป็นเครื่องต้นแบบที่สอง^[31]เมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2437 เครื่องยนต์ที่ออกแบบใหม่ได้วิ่งไป 88 รอบ – หนึ่งนาที^[4]ด้วยข่าวนี้ หุ้นของ Maschinenfabrik Augsburg เพิ่มขึ้น 30% ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้องการที่คาดหวังอย่างมากสำหรับเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น^[32]ที่ 26 มิถุนายน 1895 เครื่องยนต์ประสบความสำเร็จอย่างมีประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพของ 16.6% และมีการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิง 519 กรัม·กิโลวัตต์^-1 ·เอช-1 ^[33]อย่างไรก็ตาม แม้จะพิสูจน์แนวความคิด เครื่องยนต์ทำให้เกิดปัญหา^[34]และดีเซลไม่สามารถบรรลุความคืบหน้าสำคัญใดๆ^[35]ดังนั้น ครุปป์จึงพิจารณายกเลิกสัญญาที่ทำไว้กับดีเซล⁽³⁶⁾ดีเซลถูกบังคับให้ปรับปรุงการออกแบบเครื่องยนต์ของเขา และรีบเร่งสร้างเครื่องยนต์ต้นแบบที่สาม ระหว่างวันที่ 8 พฤศจิกายนถึง 20 ธันวาคม พ.ศ. 2438 รถต้นแบบคันที่สองประสบความสำเร็จในการนั่งบนม้านั่งทดสอบกว่า 111 ชั่วโมง ในรายงานเดือนมกราคม พ.ศ. 2439 ถือว่าประสบความสำเร็จ^[37]

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2439 ดีเซลได้พิจารณาซุปเปอร์ชาร์จต้นแบบที่สาม^[38] Imanuel Lausterผู้ซึ่งได้รับคำสั่งให้วาดต้นแบบที่สาม " Motor 250/400 " ได้เสร็จสิ้นภาพวาดภายในวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2439 ในช่วงฤดูร้อนปีนั้นเครื่องยนต์ถูกสร้างขึ้น เสร็จสมบูรณ์เมื่อวันที่ 6 ตุลาคม พ.ศ. 2439 ^[39]การทดสอบดำเนินการจนถึงต้นปี พ.ศ. 2440 ^[40]การทดสอบสาธารณะครั้งแรกเริ่มเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2440 ^[41] การทดสอบของMoritz Schröterเมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2440 เป็นการทดสอบหลักของเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์ได้รับการจัดอันดับ 13.1 กิโลวัตต์ด้วยการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเฉพาะของ 324 g·kW ⁻¹ ·ชั่วโมง^-1 , ^[42]ส่งผลให้มีประสิทธิภาพ 26.2% ^[43][44]โดย 2441 ดีเซลกลายเป็นเศรษฐี ^[45]

เส้นเวลา

ยุค 1890

• 1893: บทความของRudolf Dieselเรื่องTheory and Construction of Rational Heat Motorปรากฏขึ้น ^{[46] [47]}
• 1893: 21 กุมภาพันธ์ ดีเซลและ Maschinenfabrik เอาก์สบวร์กลงนามในสัญญาอนุญาตให้ดีเซลสร้างเครื่องยนต์ต้นแบบ ^[48]
• 2436: 23 กุมภาพันธ์ ดีเซลได้รับสิทธิบัตร (RP 67207) เรื่อง " Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungsmaschinen " (วิธีการทำงานและเทคนิคสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน)
• 2436: 10 เมษายน ดีเซลและครุปป์ลงนามในสัญญาอนุญาตให้ดีเซลสร้างเครื่องยนต์ต้นแบบ ^[48]
• 1893: 24 เมษายน ทั้ง Krupp และ Maschinenfabrik Augsburg ตัดสินใจร่วมมือและสร้างต้นแบบเพียงเครื่องเดียวในเอาก์สบวร์ก ^{[48] [30]}
• พ.ศ. 2436: กรกฎาคม ต้นแบบแรกเสร็จสมบูรณ์ ^[49]
• พ.ศ. 2436 10 สิงหาคม ดีเซลฉีดเชื้อเพลิง (เบนซิน) เป็นครั้งแรก ทำให้เกิดการเผาไหม้ ทำลายตัวบ่งชี้ . ^[50]
• พ.ศ. 2436 30 พฤศจิกายน ดีเซลยื่นขอสิทธิบัตร (RP 82168) สำหรับกระบวนการเผาไหม้แบบดัดแปลง เขาได้รับมันเมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม พ.ศ. 2438 ^{[51] [52] [53]}
• พ.ศ. 2437: 18 มกราคม หลังจากที่ต้นแบบแรกได้รับการแก้ไขให้เป็นต้นแบบที่สอง การทดสอบกับต้นแบบที่สองเริ่มต้นขึ้น ^[31]
• พ.ศ. 2437: 17 กุมภาพันธ์ ต้นแบบที่สองทำงานเป็นครั้งแรก ^[4]
• 2438: 30 มีนาคม ดีเซลยื่นขอสิทธิบัตร (RP 86633) สำหรับกระบวนการสตาร์ทด้วยอากาศอัด ^[54]
• 2438: 26 มิถุนายน ต้นแบบที่สองผ่านการทดสอบเบรกเป็นครั้งแรก ^[33]
• พ.ศ. 2438: ดีเซลยื่นขอสิทธิบัตรฉบับที่สองของสหรัฐฯ # 608845 ^[55]
• พ.ศ. 2438: 8 พฤศจิกายน – 20 ธันวาคม มีการทดสอบชุดที่สองกับเครื่องต้นแบบชุดที่สอง รวม 111 ชั่วโมงการทำงานจะถูกบันทึกไว้ ^[37]
• 1896: 30 เมษายน Imanuel Lauster เสร็จสิ้นภาพวาดต้นแบบที่สามและขั้นสุดท้าย ^[39]
• พ.ศ. 2439: 6 ตุลาคม เครื่องยนต์ต้นแบบที่สามและสุดท้ายเสร็จสมบูรณ์ ^[5]
• 1897: 1 กุมภาพันธ์ เครื่องยนต์ต้นแบบของดีเซลกำลังทำงานและในที่สุดก็พร้อมสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพและการผลิต ^[41]
• 1897: 9 ตุลาคมAdolphus Buschให้สิทธิ์ในเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับสหรัฐอเมริกาและแคนาดา ^{[45] [56]}
• พ.ศ. 2440: 29 ตุลาคม รูดอล์ฟ ดีเซล ได้รับสิทธิบัตร (DRP 95680) เกี่ยวกับซูเปอร์ชาร์จเครื่องยนต์ดีเซล ^[38]
• พ.ศ. 2441: 1 กุมภาพันธ์ จดทะเบียนดีเซล Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft ^[57]
• พ.ศ. 2441: มีนาคม เครื่องยนต์ดีเซลเชิงพาณิชย์เครื่องแรก พิกัด 2×30 PS (2×22 kW) ได้รับการติดตั้งในโรงงาน Kempten ของ Vereinigte Zündholzfabriken AG ^{[58] [59]}
• 1898: 17 กันยายน Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. ก่อตั้งขึ้น ^[60]
• พ.ศ. 2442: สร้างเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะเครื่องแรกที่Hugo Güldnerคิดค้นขึ้น ^[44]

ทศวรรษ 1900

• 1901: Imanuel Lauster ออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลลูกสูบลำตัวเครื่องแรก(DM 70) ^[61]
• พ.ศ. 2444: ภายในปี พ.ศ. 2444 MANได้ผลิตกระบอกสูบเครื่องยนต์ดีเซล 77 กระบอกเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ ^[62]
• 1903: เรือดีเซลแรกที่สองจะเปิดตัวทั้งแม่น้ำและคลองดำเนินงาน: ผู้ป่าเถื่อน แนฟทาเรือบรรทุกน้ำมันและSarmat ^[63]
• 1904: การเปิดตัวฝรั่งเศสแรกดีเซลเรือดำน้ำที่Aigrette ^[64]
• ค.ศ. 1905: 14 มกราคม: ดีเซลยื่นขอจดสิทธิบัตรระบบหัวฉีด (L20510I/46a) ^[65]
• ค.ศ. 1905: เทอร์โบชาร์จเจอร์และอินเตอร์คูลเลอร์เครื่องยนต์ดีเซลเครื่องแรกผลิตโดย Büchi ^[66]
• พ.ศ. 2449: ดีเซล Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft ถูกยุบ ^[22]
• พ.ศ. 2451: สิทธิบัตรของดีเซลหมดอายุ ^[67]
• พ.ศ. 2451: รถบรรทุก (รถบรรทุก) คันแรกพร้อมเครื่องยนต์ดีเซลปรากฏขึ้น ^[68]
• พ.ศ. 2452 (ค.ศ. 1909) : 14 มีนาคมพรอสเปอร์ ลอเรนจ์ยื่นจดสิทธิบัตรการฉีดในห้องเผาไหม้ล่วงหน้า ^[69] ต่อมาเขาสร้างเครื่องยนต์ดีเซลเครื่องแรกด้วยระบบนี้ ^{[70] [71]}

ค.ศ. 1910

• 1910: MAN เริ่มผลิตเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะ ^[72]
• 1910: 26 พฤศจิกายนเจมส์ McKechnieนำไปใช้สำหรับการจดสิทธิบัตรในการฉีดหน่วย ^[73]ไม่เหมือนกับดีเซล เขาสามารถสร้างหน่วยหัวฉีดได้สำเร็จ ^{[65] [74]}
• 1911: 27 พฤศจิกายน Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. ถูกละลาย ^[57]
• 1911: อู่ต่อเรือ Germania ใน Kiel สร้างเครื่องยนต์ดีเซล 850 PS (625 kW) สำหรับเรือดำน้ำเยอรมัน เครื่องยนต์เหล่านี้ได้รับการติดตั้งในปี พ.ศ. 2457 ^[75]
• พ.ศ. 2455: MAN สร้างเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะแบบลูกสูบคู่เครื่องแรก ^[76]
• 1912: ครั้งแรกหัวรถจักรกับเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ในสวิสรถไฟ Winterthur-Romanshorn ^[77]
• พ.ศ. 2455: เรือเซแลนเดียเป็นเรือเดินทะเลลำแรกที่มีเครื่องยนต์ดีเซล ^[78]
• พ.ศ. 2456: เครื่องยนต์ดีเซลของNELSECO ได้รับการติดตั้งบนเรือพาณิชย์และเรือดำน้ำของกองทัพเรือสหรัฐฯ ^[79]
• 1913: 29 กันยายนรูดอล์ฟดีเซลตายอย่างลึกลับเมื่อข้ามช่องแคบอังกฤษในเอสเอส เดรสเดน ^[80]
• พ.ศ. 2457: MAN สร้างเครื่องยนต์สองจังหวะ 900 แรงม้า (662 กิโลวัตต์) สำหรับเรือดำน้ำเนเธอร์แลนด์ ^[81]
• 1919: พร L'Orange ได้รับสิทธิบัตรที่ห้อง Precombustionแทรกผสมผสานเข็มหัวฉีดฉีด ^{[82] [83] [71]}เครื่องยนต์ดีเซลเป็นครั้งแรกจากคัมมิน ^{[84] [85]}

1920s

• พ.ศ. 2466: ที่นิทรรศการ Königsberg DLG ได้มีการนำเสนอรถแทรกเตอร์เพื่อการเกษตรคันแรกที่มีเครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งเป็นรถต้นแบบ Benz-Sendling S6 ^{[86] [ ต้องการแหล่งที่ดีกว่า ]}
• 1923: 15 ธันวาคมรถบรรทุกคันแรกที่มีเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงได้รับการทดสอบโดย MAN ในปีเดียวกันนั้น เบนซ์ได้สร้างรถบรรทุกด้วยเครื่องยนต์ดีเซลแบบหัวฉีดห้องเผาไหม้ล่วงหน้า ^[87]
• พ.ศ. 2466: เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะเครื่องแรกที่มีการขับทวนกระแสปรากฏขึ้น ^[88]
• 1924: Fairbanks-Morseเปิดตัว Y-VA สองจังหวะ (ภายหลังเปลี่ยนชื่อเป็น Model 32) ^[89]
• พ.ศ. 2468: Sendling เริ่มผลิตรถแทรกเตอร์เพื่อการเกษตรที่ใช้น้ำมันดีเซลเป็นจำนวนมาก ^[90]
• พ.ศ. 2470: บ๊อชเปิดตัวปั๊มฉีดอินไลน์เครื่องแรกสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลของยานยนต์ ^[91]
• พ.ศ. 2472: รถยนต์นั่งส่วนบุคคลคันแรกที่มีเครื่องยนต์ดีเซลปรากฏขึ้น เครื่องยนต์ของมันคือเครื่องยนต์ Otto ที่ดัดแปลงให้ใช้หลักการดีเซลและปั๊มฉีดของ Bosch ตามมาด้วยรถต้นแบบดีเซลอีกหลายรุ่น ^[92]

ทศวรรษที่ 1930

• 1933: Junkers Motorenwerkeในเยอรมนีเริ่มต้นการผลิตของเครื่องยนต์ดีเซลบินที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดมวลผลิตของเวลาทั้งหมดที่โม่ 205 จากการระบาดของสงครามโลกครั้งที่สองมีการผลิตตัวอย่างมากกว่า 900 ตัวอย่าง พิกัดกำลังออกของมันคือ 645 กิโลวัตต์ ^[93]
• พ.ศ. 2476: เจนเนอรัล มอเตอร์ส ใช้เครื่องยนต์ดีเซล Winton 201A สองจังหวะแบบฉีดด้วยรูตและหัวฉีดเพื่อขับเคลื่อนการจัดแสดงชิ้นส่วนยานยนต์ที่งานชิคาโกเวิลด์แฟร์ ( A Century of Progress ) ^[94]เครื่องยนต์มีให้เลือกหลายรุ่นตั้งแต่ 600 ถึง 900 แรงม้า (447–671 กิโลวัตต์) ^[95]
• พ.ศ. 2477: บริษัท Buddสร้างรถไฟโดยสารดีเซล-ไฟฟ้าลำแรกในสหรัฐอเมริกาPioneer Zephyr 9900โดยใช้เครื่องยนต์ Winton ^[94]
• พ.ศ. 2478: Citroën Rosalieติดตั้งเครื่องยนต์ดีเซลระบบฉีดหมุนรอบแรกเริ่มเพื่อการทดสอบ ^[96] เดมเลอร์-เบนซ์เริ่มผลิตเมอร์เซเดส-เบนซ์ OM 138ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล และเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่มีวางตลาดไม่กี่แห่งในยุคนั้น พิกัด 45 PS (33 kW) ^[97]
• 2479: 4 มีนาคม เรือเหาะLZ 129 Hindenburgซึ่งเป็นเครื่องบินที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา ขึ้นเป็นครั้งแรก เธอใช้เครื่องยนต์ดีเซล V16 Daimler-Benz LOF 6 สี่ตัว ให้กำลัง 1200 PS (883 kW) ต่อตัว ^[98]
• พ.ศ. 2479: เริ่มการผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากโดยใช้เครื่องยนต์ดีเซล ( Mercedes-Benz 260 D ) ^[92]
• 2480: Konstantin Fyodorovich Chelpanพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซลV-2ซึ่งต่อมาใช้ในรถถังT-34 ของสหภาพโซเวียตซึ่งได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นตัวถังที่ดีที่สุดของสงครามโลกครั้งที่สอง ^[99]
• ค.ศ. 1938: เจเนอรัล มอเตอร์สก่อตั้งแผนก GM ดีเซล ต่อมาได้กลายเป็นดีทรอยต์ ดีเซลและแนะนำเครื่องยนต์สองจังหวะแบบอินไลน์ความเร็วสูงรุ่น Series 71 ซึ่งเหมาะสำหรับยานพาหนะบนท้องถนนและการใช้งานทางทะเล ^[100]

ทศวรรษที่ 1940

• พ.ศ. 2489: Clessie Cumminsได้รับสิทธิบัตรเกี่ยวกับอุปกรณ์จ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงและหัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเผาไหม้ซึ่งรวมส่วนประกอบที่แยกจากกันเพื่อสร้างแรงดันฉีดและระยะเวลาในการฉีด ^[11]
• พ.ศ. 2489: Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD)เปิดตัวเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับการผลิตจำนวนมากที่ระบายความร้อนด้วยอากาศออกสู่ตลาด ^[102]

ทศวรรษ 1950

• ทศวรรษ 1950: KHDกลายเป็นผู้นำตลาดโลกเครื่องยนต์ดีเซลระบายความร้อนด้วยอากาศ ^[103]
• 1951: J. Siegfried Meurer ได้รับสิทธิบัตรเกี่ยวกับM-Systemการออกแบบที่รวมห้องเผาไหม้ทรงกลมตรงกลางไว้ในลูกสูบ (DBP 865683) ^[104]
• 1953: มวลผลิตครั้งแรกหมุนห้องฉีดเครื่องยนต์ดีเซลรถโดยสาร (Borgward / เฟียต) ^[73]
• พ.ศ. 2497: เดมเลอร์-เบนซ์เปิดตัวเมอร์เซเดส-เบนซ์ OM 312 Aเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตในซีรีส์ 6 สูบเรียง 4.6 ลิตร พร้อมเทอร์โบชาร์จเจอร์ พิกัด 115 PS (85 kW) แสดงว่าไม่น่าเชื่อถือ ^[105]
• พ.ศ. 2497: วอลโว่ผลิตเครื่องยนต์ TD 96 รุ่นเทอร์โบชาร์จจำนวน 200 ชุด เครื่องยนต์ 9.6 ลิตรนี้มีพิกัด 136 กิโลวัตต์ ^[16]
• พ.ศ. 2498: เทอร์โบชาร์จสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลสองจังหวะ MAN กลายเป็นมาตรฐาน ^[88]
• พ.ศ. 2502: เปอโยต์ 403กลายเป็นรถเก๋ง/รถเก๋งสำหรับผู้โดยสารที่ผลิตเป็นจำนวนมากนอกเยอรมนีตะวันตกโดยมีตัวเลือกเครื่องยนต์ดีเซล ^[107]

ทศวรรษ 1960

• พ.ศ. 2507: ฤดูร้อน เดมเลอร์-เบนซ์เปลี่ยนจากการฉีดในห้องเผาไหม้ล่วงหน้าเป็นการฉีดตรงที่ควบคุมด้วยเกลียว ^{[109] [104]}
• พ.ศ. 2505–ค.ศ. 1965 : ระบบเบรกอัดดีเซลซึ่งในที่สุดจะผลิตโดยบริษัทผู้ผลิตจาคอบส์และมีชื่อเล่นว่า "เจคเบรค" ได้รับการประดิษฐ์และจดสิทธิบัตรโดย Clessie Cummins ^[110]

ทศวรรษ 1970

• 1972: KHD เปิดตัวAD-System , Allstoff-Direkteinspritzung , (anyfuel direct-injection) สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล AD-diesels สามารถทำงานกับเชื้อเพลิงเหลวได้แทบทุกชนิด แต่จะติดตั้งหัวเทียนเสริมที่จะติดไฟได้หากคุณภาพการจุดระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำเกินไป ^[111]
• พ.ศ. 2519: การพัฒนาระบบหัวฉีดคอมมอนเรลเริ่มต้นขึ้นที่ ETH Zürich ^[112]
• พ.ศ. 2519: โฟล์คสวาเกน กอล์ฟกลายเป็นรถยนต์ซีดาน/รถเก๋งขนาดเล็กคันแรกที่มีตัวเลือกเครื่องยนต์ดีเซล ^{[113] [114]}
• 1978: Daimler-Benz ผลิตเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลเครื่องแรกที่มีเทอร์โบชาร์จเจอร์ ( Mercedes-Benz OM 617 ) ^[15]
• 1979: ต้นแบบแรกของเครื่องยนต์ครอสเฮดสองจังหวะความเร็วต่ำพร้อมระบบหัวฉีดคอมมอนเรล ^[116]

ทศวรรษ 1980

• 1981/82: การไล่ Uniflow สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลสองจังหวะกลายเป็นมาตรฐาน ^[117]
• 1985: ธันวาคมทดสอบถนนของระบบหัวฉีดคอมมอนเรลสำหรับรถบรรทุกใช้แก้ไข 6VD 12,5 / 12 เครื่องยนต์ GRF-E ในงาน IFA W50จะเกิดขึ้น ^[118]
• พ.ศ. 2529: BMW E28 524tdเป็นรถยนต์นั่งส่วนบุคคลคันแรกของโลกที่ติดตั้งปั๊มฉีดควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ (พัฒนาโดยBosch ) ^{[73] [119]}
• 1987: เดมเลอร์-เบนซ์เปิดตัวปั๊มฉีดควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุก ^[73]
• 1988: Fiat Cromaกลายเป็นรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากในโลกที่มีเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรง ^[73]
• 1989: Audi 100เป็นรถยนต์นั่งส่วนบุคคลคันแรกของโลกที่มีเครื่องยนต์ดีเซลแบบเทอร์โบชาร์จ หัวฉีดโดยตรง และควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ^[73]

ทศวรรษ 1990

• 1992: 1 กรกฎาคมมาตรฐานการปล่อยก๊าซยูโร 1มีผลบังคับใช้ ^[120]
• 1993: เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งเครื่องแรกที่มีสี่วาล์วต่อสูบ Mercedes-Benz OM 604 ^[115]
• 1994: ระบบหัวฉีดของ Bosch สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุก ^[121]
• 1996: เครื่องยนต์ดีเซลเป็นครั้งแรกด้วยการฉีดโดยตรงและสี่วาล์วต่อสูบที่ใช้ในOpel Vectra ^{[122] [73]}
• พ.ศ. 2539: ปั๊มฉีดจำหน่ายลูกสูบแบบลูกสูบรุ่นแรกของ Bosch ^[121]
• 1997: มวลผลิตครั้งแรกคอมมอนเรลเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถโดยสารคำพิพากษา 1.9 JTD ^{[73] [115]}
• 1998: BMW ชนะการแข่งขัน24 Hours Nürburgringด้วยBMW E36 ที่ได้รับการดัดแปลง รถยนต์ชื่อ 320d ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซล 2 ลิตรแบบสเตรทอินเจ็กชั่นและปั๊มฉีดแบบควบคุมด้วยเกลียว (Bosch VP 44) ซึ่งให้กำลัง 180 กิโลวัตต์ อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอยู่ที่ 23 ลิตร/100 กม. ซึ่งน้อยกว่าการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยอ็อตโตรุ่นเดียวกัน ^[123]
• 1998: โฟล์คสวาเกนเปิดตัวเครื่องยนต์ VW EA188 Pumpe-ดูเซ่ (1.9 TDI) กับการพัฒนาจาก Bosch ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์หัวฉีดหน่วย ^[15]
• 1999: เดมเลอร์ไครสเลอร์นำเสนอครั้งแรกที่คอมมอนเรลเครื่องยนต์ดีเซลสามกระบอกที่ใช้ในรถโดยสาร (คนสมาร์ทซิตี้Coupé ) ^[73]

ยุค 2000

• 2000: เปอโยต์เปิดตัวตัวกรองอนุภาคดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ^{[73] [115]}
• 2002: เทคโนโลยีหัวฉีดPiezoelectricโดย Siemens ^[124]
• พ.ศ. 2546: เทคโนโลยีหัวฉีด Piezoelectric โดย Bosch, ^[125]และ Delphi ^[126]
• 2004: BMW แนะนำแบบ dual-เวที turbocharging กับBMW M57เครื่องยนต์ ^[15]
• 2006: เครื่องยนต์ดีเซลของโลกที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่Wärtsilä RT-flex96Cที่ผลิต พิกัด 80,080 กิโลวัตต์ ^[127]
• 2006: ออดี้ R10 TDIพร้อมกับ 5.5 ลิตรเครื่องยนต์ V12 TDI-รับการจัดอันดับ 476 กิโลวัตต์ชนะ2006 24 ชั่วโมงของเลอม็อง ^[73]
• 2006: เดมเลอร์ไครสเลอร์เปิดตัวซีรีส์การผลิตเครื่องยนต์รถโดยสารครั้งแรกกับการเลือกลดปัจจัยการบำบัดก๊าซไอเสียที่Mercedes-Benz OM 642 เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซ Tier2Bin8 อย่างสมบูรณ์ ^[15]
• 2008: โฟล์คสวาเกนเปิดตัวเร่งปฏิกิริยา LNTสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลรถโดยสารกับเครื่องยนต์ 2.0 TDI VW ^[15]
• 2008: โฟล์คสวาเกนเริ่มผลิตเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ใหญ่ที่สุด นั่นคือ Audi 6-litre V12 TDI ^[15]
• 2008: ซูบารุเปิดตัวเครื่องยนต์ดีเซลแนวขวางเครื่องแรกที่จะติดตั้งกับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล เป็นเครื่องยนต์คอมมอนเรล 2 ลิตร พิกัด 110 กิโลวัตต์ ^[128]

2010s

• 2010: มิตซูบิชิได้รับการพัฒนาและเริ่มการผลิตมวลของ4N13 1.8 ลิตร DOHC I4 เครื่องยนต์ดีเซลผู้โดยสารรถคันแรกของโลกที่มีตัวแปรวาล์วระบบ ^[19]
• 2012: BMW แนะนำแบบ dual-เวที turbocharging กับสาม turbochargers สำหรับBMW N57เครื่องยนต์ ^[15]
• 2015: เปิดตัวระบบคอมมอนเรลที่แรงดัน 2,500 บาร์ ^[73]
• 2015 ในการปล่อยโฟล์คสวาเกนเรื่องอื้อฉาวที่EPA สหรัฐอเมริกาออกประกาศของการละเมิดที่ทำความสะอาดอากาศไปยังกลุ่มโฟล์คสวาเก้หลังจากที่มันถูกพบว่าโฟล์คสวาเกนได้โปรแกรมจงใจองคาพยพฉีดตรง (TDI) เครื่องยนต์ดีเซลเพื่อเปิดใช้งานบางอย่างการปล่อยการควบคุมเฉพาะในช่วงการตรวจทางห้องปฏิบัติการการปล่อยมลพิษ การทดสอบ ^{[129] [130] [131] [132]}

หลักการทำงาน

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะของเครื่องยนต์ดีเซลคือ^[133]

• การจุดระเบิดด้วยการอัด: เนื่องจากการอัดแบบอะเดียแบติกเกือบทั้งหมด เชื้อเพลิงจะจุดไฟโดยไม่มีอุปกรณ์ที่จุดประกายไฟใดๆ เช่น หัวเทียน
• การก่อตัวของสารผสมภายในห้องเผาไหม้: อากาศและเชื้อเพลิงผสมกันในห้องเผาไหม้และไม่อยู่ในท่อร่วมไอดี
• การปรับแรงบิดโดยพิจารณาจากคุณภาพของส่วนผสมเท่านั้น: แทนที่จะควบคุมปริมาณส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิง ปริมาณของแรงบิดที่ผลิตได้ถูกกำหนดโดยมวลของเชื้อเพลิงที่ฉีดเท่านั้น โดยผสมกับอากาศให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
• ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงต่างกัน: การกระจายตัวของอากาศและเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ไม่สม่ำเสมอ
• อัตราส่วนอากาศสูง: เนื่องจากต้องใช้อากาศมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และไม่ขึ้นอยู่กับส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงที่แน่นอน เครื่องยนต์ดีเซลจึงมีอัตราส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงที่บางกว่าสโตชิโอเมตริก (${\displaystyle \lambda _{v}\geq \lambda _{min}>1}$).
• การแพร่กระจายของเปลวไฟ : ในการเผาไหม้ออกซิเจนเป็นครั้งแรกที่มีการกระจายลงไปในเปลวไฟมากกว่าที่มีออกซิเจนและเชื้อเพลิงผสมแล้วก่อนที่จะเผาไหม้ซึ่งจะส่งผลให้เกิดเปลวไฟผสม
• เชื้อเพลิงที่มีสมรรถนะการจุดระเบิดสูง: เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลใช้การจุดระเบิดด้วยการอัดเพียงอย่างเดียว เชื้อเพลิงที่มีสมรรถนะการจุดระเบิดสูง ( ค่าซีเทน ) จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ที่เหมาะสม เชื้อเพลิงที่มีความต้านทานการน็อก ( ออกเทน ) ที่ดี ( ค่าออกเทน ) เช่น น้ำมันเบนซิน จึงไม่เหมาะกับเครื่องยนต์ดีเซล .

วัฏจักรของเครื่องยนต์ดีเซล

เครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซลนั้นแตกต่างจากออตโตที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเบนซินโดยใช้ลมร้อนที่มีการบีบอัดสูงเพื่อจุดเชื้อเพลิงแทนที่จะใช้หัวเทียน ( การจุดระเบิดด้วยการอัดมากกว่าการจุดระเบิดด้วยประกายไฟ )

ในเครื่องยนต์ดีเซล เริ่มแรกเฉพาะอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ อากาศจะถูกบีบอัดด้วยอัตราส่วนการอัดโดยทั่วไประหว่าง 15:1 ถึง 23:1 แรงอัดสูงนี้ทำให้อุณหภูมิของอากาศสูงขึ้น ที่ช่วงบนสุดของจังหวะการอัด เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในอากาศอัดโดยตรงในห้องเผาไหม้ นี่อาจเป็นโมฆะ(โดยทั่วไปคือtoroidal ) ที่ด้านบนของลูกสูบหรือห้องเตรียมการขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครื่องยนต์ หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงช่วยให้มั่นใจว่าน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกแยกออกเป็นหยดเล็กๆ และกระจายเชื้อเพลิงอย่างเท่าเทียมกัน ความร้อนของอากาศอัดจะระเหยเชื้อเพลิงออกจากพื้นผิวของละออง จากนั้นไอจะจุดไฟโดยความร้อนจากอากาศอัดในห้องเผาไหม้ ละอองจะยังคงระเหยจากพื้นผิวของพวกมันและเผาไหม้ โดยมีขนาดเล็กลง จนกระทั่งเชื้อเพลิงทั้งหมดในหยดถูกเผา การเผาไหม้เกิดขึ้นที่แรงดันคงที่อย่างมากในช่วงเริ่มต้นของจังหวะกำลัง การเริ่มต้นของการกลายเป็นไอทำให้เกิดการหน่วงเวลาก่อนการจุดระเบิดและเสียงเคาะของดีเซลที่เป็นลักษณะเฉพาะ เนื่องจากไอระเหยถึงอุณหภูมิจุดติดไฟและทำให้ความดันเหนือลูกสูบเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน (ไม่แสดงในแผนภาพตัวบ่งชี้ PV)เมื่อการเผาไหม้เสร็จสิ้น ก๊าซจากการเผาไหม้จะขยายตัวเมื่อลูกสูบเคลื่อนลงมาอีก แรงดันสูงในกระบอกสูบจะทำให้ลูกสูบเคลื่อนลงด้านล่างเพื่อส่งกำลังไปยังเพลาข้อเหวี่ยง

เช่นเดียวกับการอัดในระดับสูงทำให้สามารถเผาไหม้ได้โดยไม่ต้องใช้ระบบจุดระเบิดแยกอัตราส่วนการอัดที่สูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์อย่างมาก การเพิ่มอัตราส่วนการอัดในเครื่องยนต์ที่จุดระเบิดด้วยประกายไฟซึ่งเชื้อเพลิงและอากาศผสมกันก่อนเข้าสู่กระบอกสูบนั้นถูกจำกัดโดยความจำเป็นในการป้องกันการจุดระเบิดล่วงหน้าซึ่งอาจทำให้เครื่องยนต์เสียหายได้ เนื่องจากมีเพียงอากาศเท่านั้นที่ถูกบีบอัดในเครื่องยนต์ดีเซล และไม่มีการนำเชื้อเพลิงเข้าสู่กระบอกสูบจนกระทั่งไม่นานก่อนจุดศูนย์กลางตายบน ( TDC ) การระเบิดก่อนเวลาอันควรจึงไม่เป็นปัญหาและอัตราส่วนการอัดจะสูงกว่ามาก

ไดอะแกรม p–V เป็นการแสดงเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรเครื่องยนต์ดีเซลที่เข้าใจง่ายและเหมาะสมที่สุดในอุดมคติ ซึ่งจัดเรียงเพื่อแสดงความคล้ายคลึงกันกับวงจรคาร์โนต์ เริ่มต้นที่ 1 ลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์กลางตายด้านล่างและวาล์วทั้งสองจะปิดเมื่อเริ่มจังหวะการอัด กระบอกสูบประกอบด้วยอากาศที่ความดันบรรยากาศ ระหว่าง 1 ถึง 2 อากาศจะถูกบีบอัดแบบอะเดียแบติก ซึ่งไม่มีการถ่ายเทความร้อนไปยังหรือจากสิ่งแวดล้อม โดยลูกสูบที่เพิ่มขึ้น (นี่เป็นเพียงความจริงโดยประมาณเท่านั้น เนื่องจากจะมีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับผนังกระบอกสูบบ้าง.) ในระหว่างการบีบอัดนี้ ปริมาตรจะลดลง ความดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นทั้งคู่ ที่หรือเล็กน้อยก่อนเชื้อเพลิง 2 (TDC) จะถูกฉีดและเผาไหม้ในอากาศร้อนอัด พลังงานเคมีถูกปล่อยออกมาและถือเป็นการฉีดพลังงานความร้อน (ความร้อน) เข้าไปในก๊าซอัด การเผาไหม้และความร้อนเกิดขึ้นระหว่าง 2 ถึง 3 ในช่วงเวลานี้ ความดันจะคงที่ตั้งแต่ลูกสูบลดระดับลง และปริมาตรเพิ่มขึ้น อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากพลังงานจากการเผาไหม้ ที่ 3 การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงและการเผาไหม้เสร็จสมบูรณ์ และกระบอกสูบมีก๊าซที่อุณหภูมิสูงกว่าที่ 2 ระหว่าง 3 ถึง 4 ก๊าซร้อนนี้จะขยายตัวอีกครั้งโดยประมาณแบบอะเดียแบติก งานเสร็จสิ้นบนระบบที่เชื่อมต่อเครื่องยนต์ ในระหว่างช่วงการขยายตัวนี้ ปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้น อุณหภูมิและความดันของก๊าซจะลดลงที่ 4 วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้นและความดันลดลงอย่างกะทันหันถึงบรรยากาศ (โดยประมาณ) นี่คือการขยายที่ไม่มีการต่อต้านและไม่มีงานที่เป็นประโยชน์ใด ๆ ที่ทำโดยมัน ตามหลักการแล้วการขยายตัวแบบอะเดียแบติกควรดำเนินต่อไปโดยขยายสาย 3-4 ไปทางขวาจนกระทั่งแรงดันตกไปยังอากาศรอบข้าง แต่การสูญเสียประสิทธิภาพที่เกิดจากการขยายตัวที่ไม่ต้านทานนี้ได้รับการพิสูจน์โดยความยากลำบากในทางปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับการกู้คืน (เครื่องยนต์) จะต้องใหญ่กว่านี้มาก) หลังจากเปิดวาล์วไอเสีย จังหวะไอเสียจะตามมา แต่สิ่งนี้ (และจังหวะการเหนี่ยวนำต่อไปนี้) จะไม่แสดงในแผนภาพ หากแสดง พวกมันจะถูกแสดงด้วยลูปแรงดันต่ำที่ด้านล่างของไดอะแกรม ที่ 1 สันนิษฐานว่าจังหวะไอเสียและการเหนี่ยวนำเสร็จสมบูรณ์แล้วและกระบอกสูบจะเต็มไปด้วยอากาศอีกครั้งระบบลูกสูบ-สูบดูดซับพลังงานระหว่าง 1 ถึง 2 ซึ่งเป็นงานที่จำเป็นในการอัดอากาศในกระบอกสูบ และได้มาจากพลังงานจลน์ทางกลที่เก็บไว้ในมู่เล่ของเครื่องยนต์ ผลงานทำได้โดยการผสมผสานระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบระหว่าง 2 และ 4 ความแตกต่างระหว่างการทำงานที่เพิ่มขึ้นทั้งสองส่วนนี้คือเอาต์พุตของงานที่ระบุต่อรอบ และแสดงโดยพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยลูป p–V การขยายตัวแบบอะเดียแบติกอยู่ในช่วงความดันที่สูงกว่าช่วงกำลังอัด เนื่องจากก๊าซในกระบอกสูบจะร้อนขึ้นระหว่างการขยายตัวมากกว่าในระหว่างการอัด ด้วยเหตุนี้เองที่วงวนมีพื้นที่จำกัด และผลลัพธ์สุทธิของงานระหว่างรอบเป็นบวกและได้มาจากพลังงานจลน์ทางกลที่เก็บไว้ในมู่เล่ของเครื่องยนต์ ผลงานทำได้โดยการผสมผสานระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบระหว่าง 2 และ 4 ความแตกต่างระหว่างการทำงานที่เพิ่มขึ้นทั้งสองส่วนนี้คือเอาต์พุตของงานที่ระบุต่อรอบ และแสดงโดยพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยลูป p–V การขยายตัวแบบอะเดียแบติกอยู่ในช่วงความดันที่สูงกว่าช่วงกำลังอัด เนื่องจากก๊าซในกระบอกสูบจะร้อนขึ้นระหว่างการขยายตัวมากกว่าในระหว่างการอัด ด้วยเหตุนี้เองที่วงวนมีพื้นที่จำกัด และผลลัพธ์สุทธิของงานระหว่างรอบเป็นบวกและได้มาจากพลังงานจลน์ทางกลที่เก็บไว้ในมู่เล่ของเครื่องยนต์ ผลงานทำได้โดยการผสมผสานระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบระหว่าง 2 และ 4 ความแตกต่างระหว่างการทำงานที่เพิ่มขึ้นทั้งสองส่วนนี้คือเอาต์พุตของงานที่ระบุต่อรอบ และแสดงโดยพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยลูป p–V การขยายตัวแบบอะเดียแบติกอยู่ในช่วงความดันที่สูงกว่าช่วงกำลังอัด เนื่องจากก๊าซในกระบอกสูบจะร้อนขึ้นระหว่างการขยายตัวมากกว่าในระหว่างการอัด ด้วยเหตุนี้เองที่วงวนมีพื้นที่จำกัด และผลลัพธ์สุทธิของงานระหว่างรอบเป็นบวกการขยายตัวแบบอะเดียแบติกอยู่ในช่วงความดันที่สูงกว่าช่วงกำลังอัด เนื่องจากก๊าซในกระบอกสูบจะร้อนขึ้นระหว่างการขยายตัวมากกว่าในระหว่างการอัด ด้วยเหตุนี้เองที่วงวนมีพื้นที่จำกัด และผลลัพธ์สุทธิของงานระหว่างรอบเป็นบวกการขยายตัวแบบอะเดียแบติกอยู่ในช่วงความดันที่สูงกว่าช่วงกำลังอัด เนื่องจากก๊าซในกระบอกสูบจะร้อนขึ้นระหว่างการขยายตัวมากกว่าในระหว่างการอัด ด้วยเหตุนี้เองที่วงวนมีพื้นที่จำกัด และผลลัพธ์สุทธิของงานระหว่างรอบเป็นบวก^[134]

ประสิทธิภาพ

เนื่องจากอัตราส่วนการอัดสูง เครื่องยนต์ดีเซลจึงมีประสิทธิภาพสูง และการไม่มีวาล์วปีกผีเสื้อหมายความว่าการสูญเสียการแลกเปลี่ยนประจุค่อนข้างต่ำ ส่งผลให้มีการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์โหลดปานกลางและต่ำ ทำให้เครื่องยนต์ดีเซลประหยัดมาก ^[135]แม้ว่าเครื่องยนต์ดีเซลจะมีประสิทธิภาพตามทฤษฎีที่ 75% แต่ในทางปฏิบัติ^[136]มันต่ำกว่ามาก ในบทความเรียงความเรื่องTheory and Construction of Rational Heat Motorในปีพ.ศ. 2436 รูดอล์ฟ ดีเซล อธิบายว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซลจะอยู่ระหว่าง 43.2% ถึง 50.4% หรืออาจจะมากกว่านั้นด้วยซ้ำ ^[137]เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลสมัยใหม่อาจมีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 43% ^[138]ในขณะที่เครื่องยนต์ในรถบรรทุกดีเซลขนาดใหญ่และรถโดยสารสามารถบรรลุประสิทธิภาพสูงสุดได้ประมาณ 45% ^[139] อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยในรอบการขับขี่นั้นต่ำกว่าประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างเช่น อาจเป็น 37% สำหรับเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด 44% ^[140]ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ดีเซลสูงสุดสูงถึง 55% ทำได้โดยเครื่องยนต์ดีเซลเรือเดินสมุทรขนาดใหญ่สองจังหวะ ^[1]

ข้อดีที่สำคัญ

เครื่องยนต์ดีเซลมีข้อดีเหนือกว่าเครื่องยนต์ที่ทำงานตามหลักการอื่นๆ หลายประการ:

• เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์สันดาปทั้งหมด ^[141]
  • เครื่องยนต์ดีเซลจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง ไม่มีข้อจำกัดด้านอากาศเข้า นอกเหนือจากตัวกรองอากาศและระบบท่อไอดี และไม่มีสุญญากาศท่อร่วมไอดีเพื่อเพิ่มภาระปรสิตและการสูญเสียการสูบซึ่งเป็นผลมาจากลูกสูบถูกดึงลงจากตำแหน่งสุญญากาศของระบบไอดี การเติมกระบอกสูบด้วยอากาศในบรรยากาศได้รับความช่วยเหลือและประสิทธิภาพเชิงปริมาตรเพิ่มขึ้นด้วยเหตุผลเดียวกัน
  • แม้ว่าประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง (มวลที่เผาผลาญต่อพลังงานที่ผลิตได้) ของเครื่องยนต์ดีเซลจะลดลงที่โหลดที่ต่ำกว่า แต่ก็ไม่ได้ลดลงอย่างรวดเร็วเท่ากับเครื่องยนต์เบนซินหรือเครื่องยนต์เทอร์ไบน์ทั่วไป ^[142]
• 

  รถบัสขับเคลื่อนด้วยไบโอดีเซล
  เครื่องยนต์ดีเซลสามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงได้หลายชนิด รวมถึงน้ำมันเตาหลายชนิดที่มีข้อได้เปรียบเหนือเชื้อเพลิง เช่น น้ำมันเบนซิน ข้อดีเหล่านี้ได้แก่:
  • ต้นทุนเชื้อเพลิงต่ำเนื่องจากน้ำมันเชื้อเพลิงค่อนข้างถูก
  • คุณสมบัติการหล่อลื่นที่ดี
  • ความหนาแน่นของพลังงานสูง
  • ความเสี่ยงต่อการติดไฟน้อย เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดไอระเหยไวไฟ
  • ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงที่สังเคราะห์ได้ง่ายและไม่ใช้ปิโตรเลียม (ผ่านการทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ) ซึ่งสามารถทำงานโดยตรงในเครื่องยนต์ดีเซลหลายชนิด ในขณะที่เครื่องยนต์เบนซินอาจจำเป็นต้องปรับตัวเพื่อใช้เชื้อเพลิงสังเคราะห์หรือใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับน้ำมันเบนซิน (เช่นเอทานอลที่เติมลงในแก๊สโซฮอล์ ).
• เครื่องยนต์ดีเซลมีพฤติกรรมการปล่อยไอเสียที่ดีมาก ไอเสียมีปริมาณที่น้อยที่สุดของก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์และสารไฮโดรคาร์บอนเครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงจะปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ออกมามากพอๆกับเครื่องยนต์ Otto cycle อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์แบบห้องหมุนวนและห้องเผาไหม้ก่อนการเผาไหม้จะปล่อยไนโตรเจนออกไซด์น้อยกว่าเครื่องยนต์ Otto ประมาณ 50% เมื่อทำงานภายใต้ภาระเต็มที่^[143]เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Otto cycle เครื่องยนต์ดีเซลปล่อยมลพิษหนึ่งในสิบและคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่าด้วย (เปรียบเทียบการปล่อยก๊าซดิบที่ไม่มีการบำบัดก๊าซไอเสีย) ^[144]
• ไม่มีระบบจุดระเบิดด้วยไฟฟ้าแรงสูง ส่งผลให้มีความน่าเชื่อถือสูงและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ชื้นได้ง่าย การขาดงานของขดลวดจุดประกายสายเสียบ, ฯลฯ นอกจากนี้ยังช่วยขจัดแหล่งที่มาของการปล่อยคลื่นความถี่วิทยุที่สามารถรบกวนการทำงานของระบบนำทางและอุปกรณ์การสื่อสารซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในทะเลและอากาศยานใช้งานและเพื่อป้องกันการรบกวนกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (ด้วยเหตุนี้ เฉพาะรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยดีเซลเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตในส่วนของ American National Radio Quiet Zone ) ^[145]
• เครื่องยนต์ดีเซลสามารถรับแรงดันซุปเปอร์หรือเทอร์โบชาร์จได้โดยไม่มีขีดจำกัดตามธรรมชาติ^{[146] ถูก}จำกัดโดยการออกแบบและขีดจำกัดการทำงานของส่วนประกอบเครื่องยนต์ เช่น แรงดัน ความเร็ว และน้ำหนักบรรทุกเท่านั้น ซึ่งไม่เหมือนกับเครื่องยนต์เบนซิน ซึ่งย่อมประสบกับการระเบิดที่ความดันสูงขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ หากไม่มีการปรับแต่งเครื่องยนต์และ/หรือการปรับค่าออกเทนน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อชดเชย

การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

เครื่องยนต์ดีเซลอาศัยการผสมอากาศ/เชื้อเพลิงในกระบอกสูบ^[133]ซึ่งหมายความว่าพวกเขาต้องการระบบฉีดเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้งห้องเผาไหม้แบบแบ่งส่วน หรือที่เรียกว่าการฉีดทางอ้อม (IDI) หรือห้องเผาไหม้แบบไม่แยกส่วน หรือที่เรียกว่าการฉีดโดยตรง (DI) ^[147]คำจำกัดความของเครื่องยนต์ดีเซลมีความเฉพาะเจาะจงในการกำหนดให้เชื้อเพลิงถูกนำเข้าสู่ห้องเผาไหม้โดยตรง หรือห้องเผาไหม้ก่อน แทนที่จะเริ่มแรกเข้าไปในท่อร่วมภายนอก ในการสร้างแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ดีเซลมักจะมีปั๊มฉีด ปั๊มฉีดมีหลายประเภทและวิธีการสร้างส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงชั้นดี ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีการใช้วิธีการฉีดที่หลากหลาย สิ่งเหล่านี้สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้:

• Air blast โดยที่เชื้อเพลิงถูกเป่าเข้าไปในกระบอกสูบโดยการระเบิดของอากาศ
• เชื้อเพลิงแข็ง / หัวฉีดไฮดรอลิก โดยเชื้อเพลิงถูกผลักผ่านวาล์ว/หัวฉีดแบบสปริงโหลดเพื่อสร้างหมอกที่ติดไฟได้
• หัวฉีดยูนิตเครื่องกล โดยที่หัวฉีดถูกควบคุมโดยตรงด้วยลูกเบี้ยวและปริมาณเชื้อเพลิงถูกควบคุมโดยชั้นวางหรือคันโยก
• หัวฉีดยูนิตอิเล็กทรอนิกส์แบบกลไก โดยที่หัวฉีดทำงานด้วยลูกเบี้ยวและปริมาณเชื้อเพลิงถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
• การฉีดด้วยกลไกแบบคอมมอนเรลโดยที่เชื้อเพลิงมีแรงดันสูงในคอมมอนเรลและควบคุมโดยวิธีทางกล
• หัวฉีดอิเล็กทรอนิกส์แบบคอมมอนเรล ซึ่งเชื้อเพลิงอยู่ในแรงดันสูงในคอมมอนเรลและควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

การควบคุมแรงบิด

ส่วนประกอบที่จำเป็นของเครื่องยนต์ดีเซลทั้งหมดเป็นกลหรืออิเล็กทรอนิกส์ราชการที่ควบคุมแรงบิดของเครื่องยนต์และทำให้ความเร็วและความเร็วสูงสุดไม่ทำงานโดยการควบคุมอัตราของการส่งมอบน้ำมันเชื้อเพลิง นี่หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของ${\displaystyle \lambda _{v}}$. ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ Otto-cycle อากาศที่เข้ามาจะไม่ถูกควบคุมปริมาณ กลไกการปกครองระบบฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจะขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์อุปกรณ์เสริมเกียร์รถไฟ^{[148] [149]}หรือเข็มขัดคดเคี้ยวระบบเหล่านี้ใช้สปริงและตุ้มน้ำหนักร่วมกันเพื่อควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงที่สัมพันธ์กับน้ำหนักบรรทุกและความเร็ว^[148]เครื่องยนต์ดีเซลที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ควบคุมการจ่ายเชื้อเพลิงโดยใช้โมดูลควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECM) หรือชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ( ECU ) ECM/ECU จะรับสัญญาณความเร็วของเครื่องยนต์ เช่นเดียวกับพารามิเตอร์การทำงานอื่นๆ เช่น แรงดันท่อร่วมไอดีและอุณหภูมิเชื้อเพลิง จากเซ็นเซอร์และควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงและการเริ่มจับเวลาการฉีดผ่านแอคทูเอเตอร์เพื่อเพิ่มพลังและประสิทธิภาพสูงสุดและลดการปล่อยมลพิษ การควบคุมระยะเวลาในการเริ่มฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบเป็นกุญแจสำคัญในการลดการปล่อยมลพิษและเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ให้สูงสุด เวลาวัดเป็นองศาของมุมข้อเหวี่ยงของลูกสูบก่อนศูนย์ตายบน ตัวอย่างเช่น หาก ECM/ECU เริ่มต้นการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเมื่อลูกสูบอยู่ที่ 10° ก่อนTDCการเริ่มฉีดหรือจังหวะเวลาจะอยู่ที่ 10° ก่อน TDC เวลาที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับการออกแบบเครื่องยนต์ ตลอดจนความเร็วและน้ำหนักบรรทุก

ประเภทของการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

การฉีดด้วยลมเป่า

เครื่องยนต์ดั้งเดิมของดีเซลฉีดเชื้อเพลิงด้วยความช่วยเหลือของอากาศอัด ซึ่งฉีดเชื้อเพลิงและบังคับให้เข้าไปในเครื่องยนต์ผ่านหัวฉีด (หลักการคล้ายกับสเปรย์ละอองลอย) การเปิดหัวฉีดถูกปิดด้วยพินวาล์วที่ยกขึ้นโดยเพลาลูกเบี้ยวเพื่อเริ่มการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงก่อนศูนย์ตายบน ( TDC ) นี่เรียกว่าการฉีดด้วยลม การขับคอมเพรสเซอร์ใช้กำลังบ้างแต่ประสิทธิภาพดีกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปอื่นๆ ในขณะนั้น ^[44]นอกจากนี้ การฉีดด้วยลมระเบิดทำให้เครื่องยนต์มีน้ำหนักมาก และไม่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างรวดเร็วทำให้ไม่เหมาะสำหรับยานพาหนะบนถนน ^[150]

การฉีดทางอ้อม

เครื่องยนต์ระบบหัวฉีดดีเซลทางอ้อม (IDI) จะส่งเชื้อเพลิงไปยังห้องขนาดเล็กที่เรียกว่าห้องหมุนวน ห้องเผาไหม้ล่วงหน้า ห้องก่อนหรือห้องก่อนห้อง ซึ่งเชื่อมต่อกับกระบอกสูบโดยทางผ่านอากาศแคบ โดยทั่วไปเป้าหมายของห้องเตรียมล่วงหน้าคือการสร้างความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผสมอากาศ/เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น ระบบนี้ยังช่วยให้เครื่องยนต์วิ่งได้นุ่มนวล เงียบขึ้น และเนื่องจากการผสมเชื้อเพลิงได้รับความช่วยเหลือจากความปั่นป่วนหัวฉีดความดันสามารถลดลงได้ ระบบ IDI ส่วนใหญ่ใช้หัวฉีดแบบปากเดียว ห้องพรีแชมเบอร์มีข้อเสียคือประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากการสูญเสียความร้อนที่เพิ่มขึ้นไปยังระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ ซึ่งจำกัดการเผาไหม้ของการเผาไหม้ จึงลดประสิทธิภาพลง 5-10% เครื่องยนต์ IDI ยังสตาร์ทติดยากกว่าและมักต้องใช้หัวเผา เครื่องยนต์ IDI อาจถูกกว่าในการสร้าง แต่โดยทั่วไปต้องการอัตราส่วนการอัดที่สูงกว่าเครื่องยนต์ DI นอกจากนี้ IDI ยังช่วยให้ผลิตเครื่องยนต์ที่วิ่งได้อย่างราบรื่นและเงียบขึ้นด้วยระบบหัวฉีดแบบกลไกที่เรียบง่าย เนื่องจากจังหวะการฉีดที่แม่นยำนั้นไม่สำคัญเท่า เครื่องยนต์ยานยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่เป็นแบบ DI ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและสตาร์ทง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ IDI ยังสามารถพบได้ในรถเอทีวีและเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กจำนวนมาก^[151]เครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดทางอ้อมใช้หัวฉีดเชื้อเพลิงแบบหัวเข็ม ^[152]

การฉีดตรงแบบควบคุมด้วยเกลียว

ไดเร็กอินเจคชั่นเครื่องยนต์ดีเซลฉีดเชื้อเพลิงเข้ากระบอกสูบโดยตรง โดยปกติจะมีถ้วยเผาไหม้อยู่ที่ด้านบนของลูกสูบที่ฉีดเชื้อเพลิง สามารถใช้วิธีการฉีดได้หลายวิธี โดยปกติ เครื่องยนต์ที่มีระบบฉีดตรงแบบควบคุมด้วยเฮลิกส์จะมีปั๊มฉีดแบบอินไลน์หรือแบบจำหน่าย^[148]สำหรับกระบอกสูบเครื่องยนต์แต่ละกระบอก ลูกสูบที่เกี่ยวข้องในปั๊มเชื้อเพลิงจะวัดปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกต้องและกำหนดเวลาของการฉีดแต่ละครั้ง เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้หัวฉีดซึ่งเป็นวาล์วแบบสปริงโหลดที่แม่นยำมาก ซึ่งเปิดและปิดที่แรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงเฉพาะ แยกท่อเชื้อเพลิงแรงดันสูงเชื่อมต่อปั๊มเชื้อเพลิงกับแต่ละกระบอกสูบ ปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับการเผาไหม้แต่ละครั้งจะถูกควบคุมโดยร่องลาดเอียงในลูกสูบซึ่งหมุนได้เพียงไม่กี่องศาเพื่อปล่อยแรงดันและถูกควบคุมโดยผู้ว่าราชการทางกล ซึ่งประกอบด้วยตุ้มน้ำหนักที่หมุนด้วยความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่ถูกจำกัดด้วยสปริงและคันโยก หัวฉีดถูกเปิดไว้โดยแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิง สำหรับเครื่องยนต์ความเร็วสูง ปั๊มลูกสูบจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว ^[153]โดยปกติความยาวของท่อน้ำมันเชื้อเพลิงจากปั๊มถึงหัวฉีดแต่ละตัวจะเท่ากันในแต่ละกระบอกสูบ เพื่อให้ได้แรงดันที่ล่าช้าเท่ากัน เครื่องยนต์ดีเซลแบบฉีดตรงมักใช้หัวฉีดเชื้อเพลิงชนิดปาก ^[152]

ระบบควบคุมการฉีดเชื้อเพลิงแบบอิเล็กทรอนิกส์เปลี่ยนเครื่องยนต์ไดเร็กอินเจ็คชั่นโดยให้การควบคุมการเผาไหม้ดีขึ้นมาก ^[154]

หน่วยฉีดตรง

Unit direct injection หรือที่เรียกว่าPumpe-Düse ( pump-nozzle ) เป็นระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงที่ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบของเครื่องยนต์โดยตรง ในระบบนี้ หัวฉีดและปั๊มจะรวมกันเป็นหน่วยเดียวในตำแหน่งเหนือกระบอกสูบแต่ละกระบอกที่ควบคุมโดยเพลาลูกเบี้ยว แต่ละกระบอกสูบมีหน่วยของตัวเองเพื่อขจัดท่อน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูง ส่งผลให้มีการฉีดที่สม่ำเสมอมากขึ้น ภายใต้โหลดเต็มที่ แรงดันในการฉีดสามารถเข้าถึงได้ถึง 220 MPa ระบบหัวฉีดแบบยูนิตใช้เพื่อครองตลาดเครื่องยนต์ดีเซลเชิงพาณิชย์ แต่เนื่องจากความต้องการความยืดหยุ่นของระบบหัวฉีดที่สูงขึ้น ระบบคอมมอนเรลที่ล้ำหน้ากว่าจึงทำให้ระบบหัวฉีดเหล่านี้ล้าสมัย ^[155]

คอมมอนเรลไดเร็คอินเจคชั่น

ระบบฉีดตรงแบบคอมมอนเรล (CR) ไม่มีระบบสูบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง เพิ่มแรงดัน และจ่ายน้ำมันในหน่วยเดียว เช่น ในกรณีของปั๊มประเภทตัวแทนจำหน่ายของ Bosch เป็นต้น ปั๊มแรงดันสูงจ่าย CR ความต้องการของหัวฉีดแต่ละสูบนั้นมาจากแหล่งกักเก็บเชื้อเพลิงแรงดันสูงทั่วไป Electronic Diesel Control (EDC) ควบคุมทั้งแรงดันรางและการฉีดขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ หัวฉีดของระบบ CR รุ่นเก่ามีลูกสูบที่ขับเคลื่อนด้วยโซลินอยด์สำหรับยกเข็มฉีดยา ในขณะที่หัวฉีด CR รุ่นใหม่ใช้ลูกสูบที่ขับเคลื่อนด้วยแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกที่มีมวลเคลื่อนที่น้อยกว่า ดังนั้นจึงทำให้สามารถฉีดได้มากขึ้นในระยะเวลาอันสั้น^[16]แรงดันการฉีดของระบบ CR สมัยใหม่มีตั้งแต่ 140 MPa ถึง 270 MPa ^[157]

ประเภท

มีหลายวิธีในการจัดหมวดหมู่เครื่องยนต์ดีเซล ตามลักษณะการออกแบบที่แตกต่างกัน:

โดยกำลังขับ

• ขนาดเล็ก <188 กิโลวัตต์ (252 แรงม้า)
• ขนาดกลาง 188–750 กิโลวัตต์
• ขนาดใหญ่ >750 กิโลวัตต์

ที่มา^[158]

โดยกระบอกสูบ

• เครื่องยนต์รถโดยสาร: 75...100 mm
• เครื่องยนต์รถบรรทุกและรถเพื่อการพาณิชย์: 90...170 mm
• เครื่องยนต์ความเร็วสูงสมรรถนะสูง: 165...280 mm
• เครื่องยนต์ความเร็วปานกลาง: 240...620 mm
• เครื่องยนต์สองจังหวะความเร็วต่ำ: 260...900 mm

ที่มา : ^[159]

ตามจำนวนจังหวะ

• รอบสี่จังหวะ
• รอบสองจังหวะ

ที่มา^[158]

โดยลูกสูบและก้านสูบ

• ลูกสูบครอสเฮด
• ลูกสูบแบบสองจังหวะ
• ลูกสูบตรงข้าม
• ลูกสูบลำตัว

โดยการจัดกระบอกสูบ

การกำหนดค่ากระบอกสูบแบบปกติ เช่น แบบตรง (อินไลน์) วี และบ็อกเซอร์ (แบน) สามารถใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลได้ การออกแบบเครื่องยนต์หกสูบแบบอินไลน์เป็นเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะสูงสุดในเครื่องยนต์ขนาดเบาถึงปานกลาง แม้ว่าเครื่องยนต์สี่สูบแบบอินไลน์ก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน เครื่องยนต์ความจุขนาดเล็ก (โดยทั่วไปถือว่าเป็นเครื่องยนต์ที่มีความจุต่ำกว่าห้าลิตร) โดยทั่วไปจะเป็นประเภทสี่หรือหกสูบ โดยสี่สูบเป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดในการใช้งานในยานยนต์ การกำหนดค่า V เคยเป็นเรื่องปกติสำหรับรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ แต่ถูกละทิ้งเพื่อสนับสนุนการกำหนดค่าแบบอินไลน์ ^[160]

ตามความเร็วรอบเครื่อง

Günter Mau แบ่งประเภทเครื่องยนต์ดีเซลตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์ออกเป็นสามกลุ่ม:

• เครื่องยนต์ความเร็วสูง (> 1,000 รอบต่อนาที)
• เครื่องยนต์ความเร็วปานกลาง (300–1,000 รอบต่อนาที) และ
• เครื่องยนต์ความเร็วต่ำ (<300 รอบต่อนาที)

ที่มา^[161]

เครื่องยนต์ความเร็วสูง

เครื่องยนต์ความเร็วสูงที่ใช้ในการพลังงานรถบรรทุก (รถบรรทุก), รถเมล์ , รถแทรกเตอร์ , รถ , เรือยอชท์ , คอมเพรสเซอร์ , เครื่องปั๊มน้ำขนาดเล็กและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ^[162]ในฐานะของปี 2018 ส่วนใหญ่เครื่องมือความเร็วสูงมีการฉีดโดยตรง เครื่องยนต์สมัยใหม่จำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานบนทางหลวง มีคอมมอนเรลได เร็คอินเจคชั่น ^[155]บนเรือขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วสูงมักใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ^[163]กำลังสูงสุดของเครื่องยนต์ดีเซลความเร็วสูงอยู่ที่ประมาณ 5 เมกะวัตต์ ^[164]

เครื่องยนต์ความเร็วปานกลาง

เครื่องยนต์ความเร็วปานกลางใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ การขับเคลื่อนของเรือ และการขับเคลื่อนเชิงกล เช่น คอมเพรสเซอร์หรือปั๊มขนาดใหญ่ เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วปานกลางทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงดีเซลหรือน้ำมันเชื้อเพลิงหนักโดยการฉีดโดยตรงในลักษณะเดียวกับเครื่องยนต์ความเร็วต่ำ โดยปกติแล้วจะเป็นเครื่องยนต์สี่จังหวะที่มีลูกสูบลำตัว ^[165]

กำลังขับของเครื่องยนต์ดีเซลความเร็วปานกลางอาจสูงถึง 21,870 กิโลวัตต์^[166]โดยมีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 47...48% (1982) ^[167]เครื่องยนต์ความเร็วปานกลางที่ใหญ่กว่าส่วนใหญ่จะเริ่มต้นด้วยลมอัดที่ลูกสูบโดยตรง โดยใช้เครื่องจ่ายอากาศ ซึ่งต่างจากมอเตอร์สตาร์ทแบบใช้ลมซึ่งทำงานบนล้อช่วยแรง ซึ่งมักจะใช้กับเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ^[168]

เครื่องยนต์ความเร็วปานกลางที่ออกแบบมาสำหรับการเดินเรือมักจะใช้กับเรือเฟอร์รี่( ro-ro ) เรือโดยสาร หรือเรือขนส่งสินค้าขนาดเล็ก การใช้เครื่องยนต์ความเร็วปานกลางช่วยลดต้นทุนของเรือขนาดเล็กและเพิ่มความสามารถในการขนส่ง นอกจากนั้น เรือลำเดียวสามารถใช้เครื่องยนต์ขนาดเล็กสองเครื่องแทนเครื่องยนต์ขนาดใหญ่หนึ่งเครื่อง ซึ่งจะช่วยเพิ่มความปลอดภัยของเรือ ^[165]

เครื่องยนต์ความเร็วต่ำ

เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วต่ำมักจะมีขนาดใหญ่มากในขนาดและส่วนใหญ่จะใช้เพื่อให้พลังงานเรือเครื่องยนต์ความเร็วต่ำที่ใช้กันทั่วไปมีสองประเภทที่แตกต่างกัน: เครื่องยนต์สองจังหวะที่มีครอสเฮดและเครื่องยนต์สี่จังหวะที่มีลูกสูบลำตัวปกติ เครื่องยนต์สองจังหวะมีความถี่ในการหมุนที่จำกัด และการแลกเปลี่ยนประจุนั้นยากกว่า ซึ่งหมายความว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องยนต์สี่จังหวะและใช้เพื่อขับเคลื่อนใบพัดของเรือโดยตรง เครื่องยนต์สี่จังหวะบนเรือมักใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าให้กำลังใบพัด^[161]ทั้งสองประเภทมักจะเป็น undersquare มาก^[169]เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วต่ำ (ที่ใช้ในเรือและการใช้งานอื่นๆ ที่น้ำหนักเครื่องยนต์โดยรวมค่อนข้างไม่สำคัญ) มักจะมีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 55% ^[1]เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ความเร็วปานกลาง เครื่องยนต์ความเร็วต่ำเริ่มต้นด้วยลมอัด และใช้น้ำมันหนักเป็นเชื้อเพลิงหลัก ^[168]

เครื่องยนต์สองจังหวะ

เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะใช้เพียงสองจังหวะแทนสี่จังหวะสำหรับรอบเครื่องยนต์ที่สมบูรณ์ การเติมอากาศในกระบอกสูบและการบีบอัดจะเกิดขึ้นในจังหวะเดียว และรวมกำลังและจังหวะไอเสียเข้าด้วยกัน การอัดในเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะนั้นคล้ายกับการอัดในเครื่องยนต์ดีเซลสี่จังหวะ: เมื่อลูกสูบเคลื่อนผ่านศูนย์กลางด้านล่างและสตาร์ทขึ้นด้านบน การอัดจะเริ่มขึ้น ส่งผลให้การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงและการจุดระเบิดสิ้นสุดลง แทนที่จะมีวาล์วครบชุด เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะจะมีช่องไอดีธรรมดาและช่องไอเสีย (หรือวาล์วไอเสีย) เมื่อลูกสูบเข้าใกล้ศูนย์ตายล่าง ทั้งช่องไอดีและไอเสียจะ "เปิด" ซึ่งหมายความว่ามีความดันบรรยากาศภายในกระบอกสูบ ดังนั้น,ต้องใช้ปั๊มบางประเภทในการเป่าลมเข้าไปในกระบอกสูบและก๊าซจากการเผาไหม้เข้าไปในไอเสีย กระบวนการนี้เรียกว่าการขับ แรงดันที่ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 10 - 30 kPa ^[170]

การกวาดล้าง

โดยทั่วไป การกำจัดขยะมีสามประเภทที่เป็นไปได้:

• ยูนิโฟล scavenging
• การไล่ตามกระแสน้ำ
• การไหลย้อนกลับ scavenging

การไล่ตามกระแสขวางนั้นไม่สมบูรณ์และจำกัดจังหวะ แต่ผู้ผลิตบางรายก็ใช้มัน ^[171]การกำจัดการไหลย้อนกลับเป็นวิธีที่ง่ายมากในการกำจัด และมันได้รับความนิยมในหมู่ผู้ผลิตจนถึงต้นทศวรรษ 1980 การกำจัด Uniflow นั้นซับซ้อนกว่า แต่ให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงสุด ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 ผู้ผลิตเช่น MAN และ Sulzer ได้เปลี่ยนมาใช้ระบบนี้ ^[117]เป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลแบบสองจังหวะที่ทันสมัย ^[3]

เครื่องยนต์ดีเซลเชื้อเพลิงคู่

ที่เรียกว่าเครื่องยนต์ดีเซลเชื้อเพลิงคู่หรือเครื่องยนต์ดีเซลก๊าซเผาไหม้เชื้อเพลิงสองประเภทพร้อมกันตัวอย่างเช่นเชื้อเพลิงก๊าซและเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล น้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลจะติดไฟโดยอัตโนมัติเนื่องจากการจุดระเบิดด้วยการอัด จากนั้นจึงจุดไฟเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ เครื่องยนต์ดังกล่าวไม่ต้องการการจุดประกายไฟใดๆ และทำงานเหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซลทั่วไป ^[172]

ลักษณะเฉพาะของเครื่องยนต์ดีเซล

แรงบิดและกำลัง

แรงบิดคือแรงที่ใช้กับคันโยกที่ทำมุมฉากคูณด้วยความยาวคันโยก ซึ่งหมายความว่าแรงบิดที่เครื่องยนต์สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับการกระจัดของเครื่องยนต์และแรงที่แรงดันแก๊สภายในกระบอกสูบใช้กับลูกสูบ โดยทั่วไปเรียกว่าแรงดันลูกสูบที่มีประสิทธิภาพ :

${\displaystyle M=p_{e}\cdot V_{h}\cdot \pi ^{-1}\cdot i^{-1}}$

${\displaystyle M}$.. แรงบิด [N·m];${\displaystyle p_{e}}$.. แรงดันลูกสูบที่มีประสิทธิภาพ[kN·m ⁻² ];${\displaystyle V_{h}}$.. การกำจัด [dm ³ ];${\displaystyle i}$.. จังหวะ [ทั้ง 2 หรือ 4]

ตัวอย่าง

• เครื่องยนต์ A: แรงดันลูกสูบที่มีประสิทธิภาพ=570 kN·m ⁻² , displacement= 2.2 dm ³ , stroke= 4, Torque= 100 N·m

${\displaystyle 570\cdot 2.2\cdot \pi ^{-1}\cdot 4^{-1}\ประมาณ 100}$

กำลังคือผลหารของงานและเวลา:

${\displaystyle P=2\pi nM}$

${\displaystyle P}$.. พลัง [W];${\displaystyle M}$.. แรงบิด [N·m];${\รูปแบบการแสดงผล n}$.. การหมุนเพลาข้อเหวี่ยงต่อวินาที [s ^-1 ]

ซึ่งหมายความว่า:

${\displaystyle P=2\pi \cdot n_{1}\cdot M\cdot 60^{-1}}$

${\displaystyle P}$.. พลัง [W];${\displaystyle M}$.. แรงบิด [N·m];${\displaystyle n_{1}}$.. เพลาข้อเหวี่ยงต่อนาที [นาที⁻¹ ]

ตัวอย่าง

• เครื่องยนต์ A: กำลัง≈ 44,000 W แรงบิด= 100 N·m ความเร็วเพลาข้อเหวี่ยง = 4200 นาที⁻¹

${\displaystyle 44,000\ประมาณ 2\cdot \pi \cdot 4200\cdot 100\cdot 60^{-1}}$

• เครื่องยนต์ B: กำลัง≈ 44,000 W แรงบิด= 260 N·m ความเร็วเพลาข้อเหวี่ยง = 1600 นาที⁻¹

${\displaystyle 44,000\ประมาณ 2\cdot \pi \cdot 1600\cdot 260\cdot 60^{-1}}$

ซึ่งหมายความว่าการเพิ่มแรงบิดหรือความเร็วของเพลาข้อเหวี่ยงจะส่งผลให้กำลังเพิ่มขึ้น เนื่องจากความถี่การหมุนสูงสุดของเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ดีเซลมักจะอยู่ระหว่าง 3500 ถึง 5000 นาที^-1เนื่องจากข้อจำกัดของหลักการดีเซล แรงบิดของเครื่องยนต์ดีเซลจะต้องมากเพื่อให้ได้กำลังสูง หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่า เครื่องยนต์ดีเซล ไม่สามารถใช้ความเร็วรอบสูงเพื่อให้ได้กำลังในระดับหนึ่ง จะต้องสร้างแรงบิดมากขึ้น ^[173]

มวล

เครื่องยนต์ดีเซลเฉลี่ยมีอัตราส่วนกำลังต่อมวลด้อยกว่าเครื่องยนต์อ็อตโต เนื่องจากดีเซลต้องทำงานด้วยความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่ต่ำลง ^[174]เนื่องจากแรงดันใช้งานที่สูงขึ้นภายในห้องเผาไหม้ ซึ่งเพิ่มแรงบนชิ้นส่วนเนื่องจากแรงเฉื่อย เครื่องยนต์ดีเซลต้องการชิ้นส่วนที่หนักกว่าและแข็งแรงกว่าซึ่งสามารถต้านทานแรงเหล่านี้ได้ ซึ่งส่งผลให้มวลเครื่องยนต์โดยรวมมากขึ้น ^[175]

การปล่อยมลพิษ

เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลเผาไหม้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ ไอเสียจึงมีสารที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีเดียวกันเช่น เชื้อเพลิงและอากาศ องค์ประกอบหลักของอากาศคือไนโตรเจน (N ₂ ) และออกซิเจน (O ₂ ) เชื้อเพลิงประกอบด้วยไฮโดรเจน (H ₂ ) และคาร์บอน (C) การเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงจะมีผลในขั้นตอนสุดท้ายของการเกิดออกซิเดชัน เครื่องยนต์ดีเซลในอุดมคติ (ตัวอย่างสมมุติหมดจดของเครื่องยนต์ที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีเพียงอย่างเดียวคือน้ำมันเชื้อเพลิงและออกซิเจน) ที่ทำงานบนส่วนผสมที่เหมาะเชื้อเพลิงกับอากาศผลิตไอเสียที่ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂), น้ำ (H ₂ O), ไนโตรเจน (N ₂ ) และออกซิเจนที่เหลือ(O ₂ ) กระบวนการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จริงแตกต่างจากกระบวนการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ในอุดมคติ และเนื่องจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ไอเสียจึงมีสารเพิ่มเติม^[176]ที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ฝุ่นละอองดีเซล (PM) และไนโตรเจนออกไซด์ ( ไม่
NS ). ^[177]

เมื่อเครื่องยนต์ดีเซลเผาไหม้เชื้อเพลิงด้วยระดับออกซิเจนสูง ส่งผลให้มีอุณหภูมิการเผาไหม้สูงและประสิทธิภาพสูงขึ้น และฝุ่นละอองมีแนวโน้มที่จะเผาไหม้ แต่ปริมาณNO
NS มลพิษมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ^[178] ไม่
NS สามารถลดมลพิษได้โดยการหมุนเวียนก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์ส่วนหนึ่งกลับไปยังกระบอกสูบของเครื่องยนต์ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณออกซิเจน ทำให้อุณหภูมิการเผาไหม้ลดลง ส่งผลให้NOน้อยลง
NS . ^[179]เพื่อลดNO .ต่อไป
NS การปล่อยมลพิษNO .แบบลีน
NS สามารถใช้กับดัก (LNT)และตัวเร่งปฏิกิริยา SCRได้ ยันไม่มี
NS กับดักดูดซับไนโตรเจนออกไซด์และ "ดักจับ" พวกมัน เมื่อ LNT เต็มแล้ว จะต้อง "สร้างใหม่" โดยใช้ไฮโดรคาร์บอน สิ่งนี้ทำได้โดยการใช้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงสู่อากาศที่มีความเข้มข้นสูง ส่งผลให้การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ตัวเร่งปฏิกิริยา SCR จะแปลงไนโตรเจนออกไซด์โดยใช้ยูเรียซึ่งถูกฉีดเข้าไปในกระแสไอเสีย และแปลงNO อย่างเร่งปฏิกิริยา
NS เป็นไนโตรเจน (N ₂ ) และน้ำ (H ₂ O) ^[180]เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ Otto เครื่องยนต์ดีเซลผลิตNO .ในปริมาณที่เท่ากันโดยประมาณ
NS แต่เครื่องยนต์ดีเซลรุ่นเก่าบางรุ่นอาจมีไอเสียที่มีNO .น้อยกว่าถึง 50%
NS . อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ Otto ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์ดีเซล สามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางที่กำจัดNOส่วนใหญ่
NS . ^[143]

เครื่องยนต์ดีเซลสามารถผลิตเขม่าดำ (หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคดีเซล ) จากไอเสียของเครื่องยนต์ ควันดำประกอบด้วยสารประกอบคาร์บอนที่ไม่ถูกเผาไหม้เนื่องจากอุณหภูมิต่ำในท้องถิ่นซึ่งเชื้อเพลิงไม่ได้ถูกทำให้เป็นละอองอย่างสมบูรณ์ อุณหภูมิต่ำในท้องถิ่นเหล่านี้เกิดขึ้นที่ผนังกระบอกสูบและที่พื้นผิวของละอองเชื้อเพลิงขนาดใหญ่ ในบริเวณเหล่านี้ซึ่งค่อนข้างเย็น ส่วนผสมจะเข้มข้น (ตรงกันข้ามกับส่วนผสมทั้งหมดที่มีไขมันน้อย) ส่วนผสมที่เข้มข้นมีอากาศเผาไหม้น้อยกว่า และเชื้อเพลิงบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นตะกอนคาร์บอน เครื่องยนต์ของรถยนต์สมัยใหม่ใช้ตัวกรองอนุภาคดีเซล(DPF) ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองทางเพื่อจับอนุภาคคาร์บอนแล้วออกซิไดซ์เป็นระยะ สิ่งนี้ทำได้ด้วยการออกซิไดซ์อย่างต่อเนื่องด้วยไนโตรเจนออกไซด์ในตัวเร่งปฏิกิริยาคอนเวอร์เตอร์ และการสร้างความร้อนใหม่ด้วยออกซิเจนในตัวกรองอนุภาค ^[181]

ขีด จำกัด โหลดสูงสุดของเครื่องยนต์ดีเซลในการให้บริการตามปกติถูกกำหนดโดย "ขีดจำกัดควันดำ" ซึ่งเกินกว่าจุดนั้นเชื้อเพลิงจะไม่สามารถเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากส่วนผสมจะเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เท่านั้น ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแลมบ์ดา ดังนั้น ขีดจำกัดควันดำจึงบ่งบอกว่าเครื่องยนต์ดีเซลใช้อากาศได้ดีเพียงใด ^[182]

องค์ประกอบไอเสียเครื่องยนต์ดีเซล

สายพันธุ์	เปอร์เซ็นต์มวล[144]	เปอร์เซ็นต์ปริมาณ[183]
ไนโตรเจน (N 2 )	75.2%	72.1%
ออกซิเจน (O 2 )	15%	0.7%
คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 )	7.1%	12.3%
น้ำ (H 2 O)	2.6%	13.8%
คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)	0.043%	0.09%
ไนโตรเจนออกไซด์ ( NO NS )	0.034%	0.13%
ไฮโดรคาร์บอน (HC)	0.005%	0.09%
อัลดีไฮด์	0.001%	(ไม่มี)
ฝุ่นละออง ( ซัลเฟต + สารที่เป็นของแข็ง)	0.008%	0.0008%

เสียงรบกวน

เสียงที่เด่นชัดของเครื่องยนต์ดีเซลนั้นเรียกว่าเสียงกระทบกันของดีเซล การตอกตะปูดีเซล หรือน็อคดีเซล^[184]เสียงกระทบกันของน้ำมันดีเซลส่วนใหญ่เกิดจากการที่เชื้อเพลิงติดไฟ การจุดระเบิดอย่างกะทันหันของน้ำมันดีเซลเมื่อฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ทำให้เกิดคลื่นแรงดัน ส่งผลให้มีเสียง "เคาะ" ที่ได้ยิน ผู้ออกแบบเครื่องยนต์สามารถลดเสียงกระหึ่มของดีเซลได้โดย: การฉีดทางอ้อม นักบินหรือการฉีดล่วงหน้า^[185]จังหวะการฉีด; อัตราการฉีด; อัตราการบีบอัด; เพิ่มเทอร์โบ; และระบบหมุนเวียนไอเสีย (EGR) ^[186]ระบบหัวฉีดดีเซลแบบคอมมอนเรลอนุญาตให้มีเหตุการณ์การฉีดหลายครั้งเพื่อช่วยในการลดเสียงรบกวน ดังนั้นเครื่องยนต์ดีเซลรุ่นใหม่จึงขจัดปัญหาการน็อคได้เป็นส่วนใหญ่^[187]เชื้อเพลิงดีเซลที่มีค่าซีเทนสูงกว่ามีแนวโน้มที่จะจุดไฟมากกว่าและด้วยเหตุนี้จึงช่วยลดเสียงกระทบกระเทือนของดีเซล ^[184]

อากาศเริ่มหนาว

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลไม่ต้องการเครื่องช่วยสตาร์ท อย่างไรก็ตาม ในสภาพอากาศหนาวเย็น เครื่องยนต์ดีเซลบางรุ่นอาจสตาร์ทได้ยากและอาจต้องอุ่นเครื่องก่อน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบห้องเผาไหม้ อุณหภูมิเริ่มต้นต่ำสุดที่อนุญาตให้สตาร์ทโดยไม่ต้องให้ความร้อนล่วงหน้าคือ 40 °C สำหรับเครื่องยนต์ห้องเผาไหม้ล่วงหน้า 20 °C สำหรับเครื่องยนต์ห้องหมุนวน และ 0 °C สำหรับเครื่องยนต์แบบฉีดตรง เครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีการเคลื่อนที่น้อยกว่า 1 ลิตรต่อถังมักจะมีglowplugsขณะที่มีขนาดใหญ่เครื่องมือหนักได้เปลวไฟเริ่มต้นระบบ ^[188]

ในอดีตมีการใช้วิธีการเริ่มเย็นที่หลากหลายมากขึ้น เครื่องยนต์บางรุ่น เช่นดีทรอยต์ ดีเซลใช้^{[ เมื่อไร ? ]}ระบบแนะนำอีเธอร์จำนวนเล็กน้อยเข้าไปในท่อร่วมไอดีเพื่อเริ่มการเผาไหม้^[189]เครื่องยนต์ดีเซลบางรุ่นจะติดตั้งระบบช่วยสตาร์ทที่เปลี่ยนจังหวะวาล์วแทนการใช้หัวเทียน วิธีที่ง่ายที่สุดที่สามารถทำได้คือใช้คันบีบอัด การเปิดใช้งานก้านคลายการบีบอัดจะล็อกวาล์วทางออกให้อยู่ในตำแหน่งที่ต่ำลงเล็กน้อย ส่งผลให้เครื่องยนต์ไม่มีแรงอัดใดๆ และทำให้เพลาข้อเหวี่ยงพลิกกลับได้โดยมีแรงต้านน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงไปถึงความเร็วที่สูงขึ้น การพลิกคันคลายการบีบอัดกลับเข้าสู่ตำแหน่งปกติจะทำให้วาล์วทางออกทำงานอีกครั้ง ส่งผลให้เกิดการอัด - โมเมนต์ความเฉื่อยมวลของมู่เล่จึงสตาร์ทเครื่องยนต์^[190]เครื่องยนต์ดีเซลอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์แชมเบอร์ก่อนการเผาไหม้ XII Jv 170/240 ที่ผลิตโดย Ganz & Co. มีระบบเปลี่ยนจังหวะเวลาวาล์วที่ทำงานโดยการปรับเพลาลูกเบี้ยวของวาล์วไอดี โดยขยับให้อยู่ในตำแหน่ง "ปลาย" เล็กน้อย ซึ่งจะทำให้วาล์วไอดีเปิดขึ้นด้วยดีเลย์ ทำให้อากาศขาเข้าร้อนขึ้นเมื่อเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ^[191]

ซุปเปอร์ชาร์จและเทอร์โบชาร์จ

เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลอาศัยการควบคุมของ ${\displaystyle \lambda _{v}}$ สำหรับการควบคุมแรงบิดและการควบคุมความเร็ว มวลอากาศเข้าไม่จำเป็นต้องตรงกับมวลเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปอย่างแม่นยำ (ซึ่งจะเป็น ${\displaystyle \lambda =1}$). ^[133]เครื่องยนต์ดีเซลจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับซุปเปอร์ชาร์จเจอร์และเทอร์โบชาร์จเจอร์ ^[146]ข้อได้เปรียบเพิ่มเติมของเครื่องยนต์ดีเซลคือการขาดเชื้อเพลิงในระหว่างจังหวะการอัด ในเครื่องยนต์ดีเซล เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปใกล้กับศูนย์ตายบน (TDC) เมื่อลูกสูบอยู่ใกล้ตำแหน่งสูงสุด เชื้อเพลิงจะติดไฟเนื่องจากความร้อนอัด Preignition ซึ่งเกิดจากการอัดเทอร์โบชาร์จเจอร์เทียมที่เพิ่มขึ้นระหว่างจังหวะการอัดนั้นไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ^[192]

ดีเซลหลายคนจึงองคาพยพและบางส่วนมีทั้งองคาพยพและซูเปอร์เครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จสามารถให้กำลังมากกว่าเครื่องยนต์ดูดตามธรรมชาติที่มีรูปแบบเดียวกัน ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ขับเคลื่อนด้วยกลไกโดยเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ในขณะที่เทอร์โบชาร์จเจอร์นั้นขับเคลื่อนด้วยไอเสียของเครื่องยนต์ เทอร์โบชาร์จเจอร์สามารถปรับปรุงการประหยัดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลโดยการนำความร้อนเหลือทิ้งออกจากไอเสีย เพิ่มปัจจัยอากาศส่วนเกิน และเพิ่มอัตราส่วนของเอาท์พุตของเครื่องยนต์ต่อการสูญเสียความเสียดทาน การเพิ่มอินเตอร์คูลเลอร์ให้กับเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยการทำให้มวลอากาศเย็นลงและทำให้มวลอากาศต่อปริมาตรเพิ่มขึ้น^{[193] [194]}

เครื่องยนต์สองจังหวะไม่ได้ไอเสียต่อเนื่องและจังหวะการบริโภคและทำให้มีความสามารถในตัวเองความทะเยอทะยาน ดังนั้นทุกเครื่องมือสองจังหวะดีเซลจะต้องมีการติดตั้งพัดลมระบายอากาศหรือรูปแบบของคอมเพรสเซอร์ในการเรียกเก็บถังกับอากาศและช่วยในการกระจายก๊าซไอเสียบางส่วนกระบวนการที่เรียกว่าไล่ ^[170]ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ประเภทรูทถูกใช้สำหรับเครื่องยนต์ของเรือจนถึงกลางทศวรรษ 1950 นับตั้งแต่ปี 1955 มันถูกแทนที่ด้วยเทอร์โบชาร์จเจอร์อย่างกว้างขวาง ^[195]โดยปกติ เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเรือสองจังหวะจะมีเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบขั้นตอนเดียวพร้อมกังหันที่มีการไหลเข้าในแนวแกนและการไหลออกในแนวรัศมี ^[196]

ลักษณะเชื้อเพลิงและของเหลว

ในเครื่องยนต์ดีเซล ระบบหัวฉีดแบบกลไกจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง (ซึ่งต่างจากหัวฉีดVenturiในคาร์บูเรเตอร์ หรือหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในระบบหัวฉีดแบบท่อร่วมที่ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในท่อร่วมไอดีหรือท่อไอดีเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์เบนซิน ). เนื่องจากมีเพียงอากาศเท่านั้นที่ถูกป้อนเข้าไปในกระบอกสูบในเครื่องยนต์ดีเซล อัตราส่วนการอัดสามารถสูงขึ้นได้มาก เนื่องจากไม่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการจุดระเบิดล่วงหน้าหากกระบวนการฉีดถูกกำหนดเวลาไว้อย่างแม่นยำ^[192]ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิของกระบอกสูบในเครื่องยนต์ดีเซลจะสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินมาก ทำให้สามารถใช้เชื้อเพลิงที่มีความผันผวนน้อยกว่าได้

ดังนั้น เครื่องยนต์ดีเซลจึงสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายประเภท โดยทั่วไป เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลควรมีความหนืดที่เหมาะสมเพื่อให้ปั๊มฉีดสามารถปั๊มเชื้อเพลิงไปยังหัวฉีดได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อตัวเองหรือการกัดกร่อนของท่อน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อฉีด เชื้อเพลิงควรสร้างสเปรย์เชื้อเพลิงที่ดีและไม่ควรมีผลกระทบต่อหัวฉีด เพื่อให้แน่ใจว่าการสตาร์ทเครื่องยนต์ถูกต้องและการทำงานที่ราบรื่น เชื้อเพลิงควรเต็มใจที่จะจุดไฟและไม่ทำให้เกิดการหน่วงเวลาการจุดระเบิดสูง (ซึ่งหมายความว่าน้ำมันเชื้อเพลิงควรมีค่าซีเทนสูง) น้ำมันดีเซลควรมีค่าความร้อนที่ต่ำกว่ามาก^[197]

ปั๊มหัวฉีดแบบกลไกแบบอินไลน์โดยทั่วไปจะทนต่อคุณภาพต่ำหรือเชื้อเพลิงชีวภาพได้ดีกว่าปั๊มแบบจำหน่าย นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์หัวฉีดแบบฉีดจะทำงานได้ดีกับเชื้อเพลิงที่มีความล่าช้าในการจุดระเบิดสูง (เช่น น้ำมันเบนซิน) มากกว่าเครื่องยนต์หัวฉีดโดยตรง^[198]ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเครื่องยนต์หัวฉีดทางอ้อมมีผล 'หมุนวน' มากขึ้น ปรับปรุงการกลายเป็นไอและการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง และเนื่องจาก (ในกรณีของเชื้อเพลิงประเภทน้ำมันพืช) ไขมันสะสมสามารถควบแน่นบนผนังกระบอกสูบของ เครื่องยนต์หัวฉีดโดยตรงหากอุณหภูมิการเผาไหม้ต่ำเกินไป (เช่นสตาร์ทเครื่องยนต์จากความเย็น) เครื่องยนต์หัวฉีดตรงที่มีห้องเผาไหม้ทรงกลม MAN ตรงกลางอาศัยการควบแน่นของเชื้อเพลิงที่ผนังห้องเผาไหม้ เชื้อเพลิงจะเริ่มระเหยหลังจากจุดไฟติดเท่านั้น และเผาไหม้ค่อนข้างราบรื่น ดังนั้น เครื่องยนต์ดังกล่าวยังทนต่อเชื้อเพลิงที่มีคุณลักษณะการหน่วงเวลาการจุดระเบิดที่ไม่ดี และโดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์เหล่านี้สามารถทำงานกับน้ำมันเบนซินที่มีอัตรา 86 RONได้ ^[19]

ประเภทเชื้อเพลิง

ในผลงานของเขาในปี 1893 ทฤษฎีและการสร้างมอเตอร์ความร้อนที่มีเหตุผลรูดอล์ฟ ดีเซล พิจารณาการใช้ฝุ่นถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล อย่างไรก็ตามดีเซลเพียงการพิจารณาโดยใช้ฝุ่นถ่านหิน (เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงเหลวและก๊าซ); เครื่องยนต์จริงของเขาได้รับการออกแบบให้ทำงานกับปิโตรเลียมซึ่งในไม่ช้าก็ถูกแทนที่ด้วยน้ำมันเบนซินธรรมดาและน้ำมันก๊าดเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบต่อไป เนื่องจากปิโตรเลียมมีความหนืดมากเกินไป^[20]นอกจากน้ำมันก๊าดและน้ำมันเบนซินแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลยังสามารถทำงานกับลิโกรอินได้^[21]

ก่อนที่น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซลเป็นมาตรฐานเชื้อเพลิงเช่นน้ำมัน , น้ำมันก๊าด , น้ำมันก๊าซ , น้ำมันพืชและน้ำมันแร่เช่นเดียวกับการผสมของเชื้อเพลิงเหล่านี้ถูกนำมาใช้ ^[202]เชื้อเพลิงทั่วไปที่มีจุดประสงค์เพื่อใช้สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลโดยเฉพาะ ได้แก่น้ำมันกลั่นปิโตรเลียมและน้ำมันถ่านหิน-ทาร์กลั่นดังต่อไปนี้ เชื้อเพลิงเหล่านี้มีค่าความร้อนที่ต่ำกว่าเฉพาะของ:

• น้ำมันดีเซล: 10,200 kcal·kg ⁻¹ (42.7 MJ·kg ⁻¹ ) up to 10,250 kcal·kg ⁻¹ (42.9 MJ·kg ⁻¹ )
• น้ำมันทำความร้อน: 10,000 kcal·kg ^-1 (41.8 MJ·kg ^-1 ) สูงสุด 10,200 kcal·kg ^-1 (42.7 MJ·kg ⁻¹ )
• ถ่านหิน-ทาร์ครีโอโซต : 9,150 kcal·kg ^-1 (38.3 MJ·kg ⁻¹ ) up to 9,250 kcal·kg ⁻¹ (38.7 MJ·kg ⁻¹ )
• น้ำมันก๊าด : สูงถึง 10,400 kcal·kg ⁻¹ (43.5 MJ·kg ⁻¹ )

ที่มา: ^(203]

มาตรฐานน้ำมันดีเซลแบบแรกคือDIN 51601 , VTL 9140-001และNATO F 54ซึ่งปรากฏขึ้นหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ^[22]มาตรฐานเชื้อเพลิงดีเซลสมัยใหม่ของยุโรปEN 590 ก่อตั้งขึ้นในเดือนพฤษภาคม 2536; รุ่นที่ทันสมัยของมาตรฐาน NATO F 54 ส่วนใหญ่จะเหมือนกัน มาตรฐานไบโอดีเซล DIN 51628 ล้าสมัยโดย EN 590 รุ่นปี 2552; FAME สอดไบโอดีเซลกับEN 14214มาตรฐาน เครื่องยนต์ดีเซลของ Watercraft มักจะทำงานกับน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ดีเซลที่เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 8217 ( บังเกอร์ C ) นอกจากนี้ เครื่องยนต์ดีเซลบางรุ่นสามารถทำงานกับก๊าซได้ (เช่นLNG). ^[204]

คุณสมบัติของน้ำมันดีเซลสมัยใหม่

คุณสมบัติเชื้อเพลิงดีเซลสมัยใหม่^[205]

	EN 590 (ณ ปี 2552)	EN 14214 (ณ 2010)
ประสิทธิภาพการจุดระเบิด	≥ 51 CN	≥ 51 CN
ความหนาแน่นที่ 15 °C	820...845 kg·m −3	860...900 kg·m −3
ปริมาณกำมะถัน	≤10 มก.·กก. −1	≤10 มก.·กก. −1
ปริมาณน้ำ	≤200 มก.·กก. −1	≤500 มก.·กก. −1
การหล่อลื่น	460 µm	460 µm
ความหนืดที่ 40 °C	2.0...4.5 มม. 2 ·วินาที−1	3.5...5.0 mm 2 ·วินาที−1
เนื้อหา ชื่อเสียง	≤7.0%	≥96.5%
อัตราส่วน H/C ของกราม	–	1.69
ค่าความร้อนต่ำกว่า	–	37.1 เมกะจูล·กก. −1

เจลลิ่ง

น้ำมันดีเซล DIN 51601 มีแนวโน้มที่จะแว็กซ์หรือทำให้เกิดเจลในสภาพอากาศหนาวเย็น ทั้งสองเป็นเงื่อนไขสำหรับการแข็งตัวของน้ำมันดีเซลในสถานะผลึกบางส่วน ผลึกที่ก่อตัวขึ้นในระบบเชื้อเพลิง (โดยเฉพาะในตัวกรองเชื้อเพลิง) ส่งผลให้เครื่องยนต์ของเชื้อเพลิงอดอาหารและทำให้เครื่องยนต์หยุดทำงาน^[206]เครื่องทำความร้อนไฟฟ้ากำลังต่ำในถังเชื้อเพลิงและรอบท่อเชื้อเพลิงถูกนำมาใช้เพื่อแก้ปัญหานี้ นอกจากนี้ เครื่องยนต์ส่วนใหญ่มีการส่งคืนการรั่วไหลระบบ โดยนำน้ำมันเชื้อเพลิงส่วนเกินจากปั๊มหัวฉีดและหัวฉีดกลับเข้าถังน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อเครื่องยนต์อุ่นขึ้นแล้ว การคืนเชื้อเพลิงอุ่นจะช่วยป้องกันไม่ให้แว็กซ์ในถังน้ำมัน ก่อนเครื่องยนต์ดีเซลแบบไดเร็กอินเจ็คชั่น ผู้ผลิตบางราย เช่น บีเอ็มดับเบิลยู แนะนำให้ผสมน้ำมันเบนซินสูงสุด 30% เข้ากับดีเซลโดยเติมน้ำมันดีเซลลงในรถยนต์ดีเซลด้วยน้ำมันเบนซิน เพื่อป้องกันไม่ให้เชื้อเพลิงเกิดการเจลเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า -15 องศาเซลเซียส ^[207]

ความปลอดภัย

ความไวไฟของเชื้อเพลิง

น้ำมันดีเซลติดไฟได้น้อยกว่าน้ำมันเบนซิน เนื่องจากมีจุดวาบไฟที่ 55 °C ^{[206] [208]}ทำให้ลดความเสี่ยงที่จะเกิดเพลิงไหม้ที่เกิดจากเชื้อเพลิงในรถยนต์ที่ติดตั้งเครื่องยนต์ดีเซล

น้ำมันดีเซลสามารถสร้างส่วนผสมของอากาศ/ไอที่ระเบิดได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซิน มีแนวโน้มน้อยกว่าเนื่องจากแรงดันไอที่ต่ำกว่าซึ่งเป็นตัวบ่งชี้อัตราการระเหย เอกสารข้อมูลความปลอดภัยของวัสดุ^[209]สำหรับเชื้อเพลิงดีเซลที่มีกำมะถันต่ำเป็นพิเศษบ่งชี้ถึงอันตรายจากการระเบิดของไอสำหรับเชื้อเพลิงดีเซลในอาคาร กลางแจ้ง หรือในท่อระบายน้ำ

มะเร็ง

ดีเซลไอเสียได้รับการจัดเป็นลำดับกลุ่มที่ 1 สารก่อมะเร็ง มันทำให้เกิดโรคมะเร็งปอดและมีความสัมพันธ์กับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นสำหรับโรคมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ^[210]

เครื่องยนต์หนี (overspeeding ที่ไม่สามารถควบคุมได้)

ดูหนีเครื่องยนต์ดีเซล

แอปพลิเคชั่น

ลักษณะของน้ำมันดีเซลมีข้อดีแตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

รถยนต์นั่งส่วนบุคคล

เครื่องยนต์ดีเซลได้รับความนิยมมาอย่างยาวนานในรถยนต์ขนาดใหญ่ และมีการใช้ในรถยนต์ขนาดเล็ก เช่นsuperminisในยุโรปตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 พวกเขาได้รับความนิยมในรถยนต์ขนาดใหญ่ก่อนหน้านี้ เนื่องจากน้ำหนักและบทลงโทษด้านราคานั้นไม่ค่อยเด่นชัดนัก ^[211]การทำงานที่ราบรื่นและแรงบิดต่ำสุดสูงถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถเพื่อการพาณิชย์ขนาดเล็ก การแนะนำการฉีดเชื้อเพลิงที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ช่วยปรับปรุงการสร้างแรงบิดที่ราบรื่นขึ้นอย่างมาก และเริ่มในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ผู้ผลิตรถยนต์เริ่มนำเสนอรถยนต์หรูหราระดับไฮเอนด์ที่มีเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลมักจะมีระหว่างสามถึงสิบกระบอกสูบ และปริมาตรกระบอกสูบตั้งแต่ 0.8 ถึง 5.0 ลิตร โรงไฟฟ้าสมัยใหม่มักจะเทอร์โบชาร์จและมีการฉีดโดยตรง^[162]

เครื่องยนต์ดีเซลไม่ได้รับผลกระทบจากการควบคุมปริมาณอากาศเข้า ส่งผลให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโหลดบางส่วนต่ำ^[187] (เช่น: การขับรถด้วยความเร็วในเมือง) หนึ่งในห้าของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลทั้งหมดทั่วโลกมีเครื่องยนต์ดีเซล โดยส่วนใหญ่อยู่ในยุโรป ซึ่งประมาณ 47% ของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลทั้งหมดเป็นเครื่องยนต์ดีเซล ^[212] Daimler-Benzร่วมกับRobert Bosch GmbHผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ขับเคลื่อนด้วยดีเซลโดยเริ่มในปี 1936 ^[73]ความนิยมของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ใช้น้ำมันดีเซลในตลาดต่างๆ เช่น อินเดีย เกาหลีใต้ และญี่ปุ่นกำลังเพิ่มขึ้น (ณ ปี 2018) . ^[213]

ยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์และรถบรรทุก

ในปี พ.ศ. 2436 รูดอล์ฟ ดีเซล ได้เสนอว่าเครื่องยนต์ดีเซลสามารถให้พลังงานแก่ "เกวียน" (รถบรรทุก) ได้^[215]รถบรรทุกพร้อมเครื่องยนต์ดีเซลคันแรกออกสู่ตลาดในปี 2467 ^[73]

เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่สำหรับรถบรรทุกต้องมีความน่าเชื่อถืออย่างมากและประหยัดน้ำมันอย่างมาก คอมมอนเรลไดเร็คอินเจ็กชัน เทอร์โบชาร์จ และสี่วาล์วต่อสูบเป็นมาตรฐาน ขนาดความจุตั้งแต่ 4.5 ถึง 15.5 ลิตร โดยมีอัตราส่วนกำลังต่อมวล 2.5–3.5 กก.·กิโลวัตต์^-1สำหรับงานหนักและ 2.0–3.0 กก.·กิโลวัตต์^-1สำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้งานปานกลางเครื่องยนต์ V6 และ V8เคยใช้ร่วมกัน เนื่องจากมีมวลเครื่องยนต์ค่อนข้างต่ำที่การกำหนดค่า V ให้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ การกำหนดค่า V ได้ถูกยกเลิกไปเพราะต้องการใช้เครื่องยนต์แบบตรง เครื่องยนต์เหล่านี้มักจะเป็นแบบตรง-6 สำหรับงานหนักและปานกลาง และเครื่องยนต์แบบตรง-4 สำหรับงานปานกลางอันเดอร์สแควร์ของพวกเขาการออกแบบทำให้ความเร็วลูกสูบโดยรวมลดลง ซึ่งส่งผลให้มีอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นถึง 1,200,000 กิโลเมตร (750,000 ไมล์) ^[160]เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ดีเซลในทศวรรษ 1970 อายุการใช้งานที่คาดหวังของเครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุกรุ่นใหม่นั้นเพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัว ^[214]

รางรถไฟ

เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับหัวรถจักรสร้างขึ้นเพื่อการทำงานอย่างต่อเนื่องระหว่างการเติมเชื้อเพลิง และอาจจำเป็นต้องได้รับการออกแบบให้ใช้เชื้อเพลิงคุณภาพต่ำในบางสถานการณ์^[216]หัวรถจักรบางคันใช้เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะ^[217]เครื่องยนต์ดีเซลได้เข้ามาแทนที่เครื่องยนต์ไอน้ำบนรางรถไฟที่ไม่ใช้ไฟฟ้าทั้งหมดในโลกตู้รถไฟดีเซลคันแรกปรากฏขึ้นในปี 1913, ^[73]และดีเซลหลายหน่วยหลังจากนั้นไม่นาน หัวรถจักรดีเซลสมัยใหม่เกือบทั้งหมดเป็นที่รู้จักกันอย่างถูกต้องว่าเป็นหัวรถจักรดีเซลไฟฟ้าเพราะใช้ระบบเกียร์ไฟฟ้า: เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งให้พลังงานแก่มอเตอร์ฉุดลาก^[218]ในขณะที่หัวรถจักรไฟฟ้าได้เข้ามาแทนที่หัวรถจักรดีเซลสำหรับบริการผู้โดยสารในหลายพื้นที่ ระบบฉุดดีเซลใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับรถไฟบรรทุกสินค้าและบนรางที่การใช้ไฟฟ้าไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

ในช่วงทศวรรษที่ 1940 เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับยานพาหนะบนถนนที่มีกำลังขับ 150–200 แรงม้า (110–150 กิโลวัตต์; 150–200 แรงม้า) ถือว่าสมเหตุสมผลสำหรับ DMU โดยทั่วไปแล้วจะใช้ powerplants รถบรรทุกทั่วไป ความสูงของเครื่องยนต์เหล่านี้ต้องน้อยกว่า 1 เมตร (3 ฟุต 3 นิ้ว) เพื่อให้สามารถติดตั้งใต้พื้นได้ โดยปกติ เครื่องยนต์จะจับคู่กับกระปุกเกียร์แบบกลไกที่ทำงานด้วยระบบลม เนื่องจากมีขนาด มวล และต้นทุนการผลิตที่ต่ำของการออกแบบนี้ DMU บางตัวใช้ทอร์กคอนเวอร์เตอร์แบบไฮดรอลิกแทน ระบบเกียร์ดีเซล-ไฟฟ้าไม่เหมาะกับเครื่องยนต์ขนาดเล็กเช่นนี้^[219]ในช่วงทศวรรษที่ 1930 Deutsche Reichsbahnสร้างมาตรฐานให้กับเครื่องยนต์ DMU เครื่องแรก เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ 12 สูบ 30.3 ลิตร (1,850 ลูกบาศ์ก 1,850 ลูกบาศ์ก) ให้กำลัง 275 เมตริก แรงม้า (202 กิโลวัตต์; 271 แรงม้า) ผู้ผลิตชาวเยอรมันหลายรายผลิตเครื่องยนต์ตามมาตรฐานนี้ ^[220]

เรือน้ำ

ข้อกำหนดสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลจะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน สำหรับการใช้งานทางทหารและเรือขนาดกลาง เครื่องยนต์ดีเซลสี่จังหวะความเร็วปานกลางเหมาะสมที่สุด เครื่องยนต์เหล่านี้มักมีมากถึง 24 สูบและให้กำลังขับในพื้นที่เมกะวัตต์ที่มีตัวเลขหลักเดียว^[216]เรือเล็กอาจใช้เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถบรรทุก เรือขนาดใหญ่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะความเร็วต่ำที่มีประสิทธิภาพสูง พวกเขาสามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้ถึง 55% แตกต่างมากที่สุดเครื่องยนต์ดีเซลปกติเครื่องยนต์มีบริการเรือสองจังหวะใช้ความหนืดสูงน้ำมันเชื้อเพลิง ^[1]เรือดำน้ำมักจะเป็นดีเซล-ไฟฟ้า^[218]

เครื่องยนต์ดีเซลเครื่องแรกสำหรับเรือผลิตโดย AB Diesels Motorer Stockholm ในปี 1903 เครื่องยนต์เหล่านี้เป็นเครื่องยนต์สามสูบ 120 PS (88 kW) และสี่สูบ 180 PS (132 kW) และใช้สำหรับเรือรัสเซีย ในสงครามโลกครั้งที่ 1 โดยเฉพาะเครื่องยนต์ดีเซลใต้น้ำ พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว เมื่อสิ้นสุดสงคราม เครื่องยนต์ลูกสูบสองจังหวะแบบสองจังหวะที่มีกำลังสูงถึง 12,200 PS (9 MW) ได้ถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้ในทะเล ^[221]

การบิน

เครื่องยนต์ดีเซลได้ถูกนำมาใช้ในเครื่องบินก่อนที่สงครามโลกครั้งที่สองเช่นในแข็งเหาะLZ 129 เบอร์กซึ่งได้รับการขับเคลื่อนสี่เดมเลอร์เบนซ์ดีบี 602เครื่องยนต์ดีเซล^[222]หรือใน Junkers เครื่องบินหลายอย่างซึ่งมีโม่ 205เครื่องยนต์ ติดตั้ง^[93]จนถึงช่วงปลายทศวรรษ 1970 ยังไม่มีการใช้งานเครื่องยนต์ดีเซลในเครื่องบิน ในปี 1978 Karl H. Bergey แย้งว่า “โอกาสที่น้ำมันดีเซลสำหรับการบินทั่วไปในอนาคตอันใกล้นั้นเป็นไปได้ยาก” ^[223]ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา (2016) เครื่องยนต์ดีเซลพบว่ามีการใช้งานในเครื่องบินไร้คนขับ (UAV) เนื่องจากความน่าเชื่อถือ ความทนทาน และการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ^[224]ในช่วงต้นปี 2562 AOPAรายงานว่ารุ่นเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเครื่องบินการบินทั่วไป “ใกล้จะถึงเส้นชัยแล้ว” ^[225]

เครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่ใช่ถนน

เครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่ใช่ถนนเป็นที่นิยมใช้สำหรับงานก่อสร้าง ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ความน่าเชื่อถือ และความง่ายในการบำรุงรักษาเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับเครื่องยนต์ดังกล่าว ในขณะที่กำลังขับสูงและการทำงานที่เงียบนั้นแทบไม่มีความสำคัญ ดังนั้น การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบควบคุมด้วยกลไกและระบบระบายความร้อนด้วยอากาศจึงยังคงเป็นเรื่องปกติ กำลังขับทั่วไปของเครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่ใช่สำหรับถนนนั้นแตกต่างกันมาก โดยหน่วยที่เล็กที่สุดเริ่มต้นที่ 3 กิโลวัตต์ และเครื่องยนต์ที่ทรงพลังที่สุดคือเครื่องยนต์รถบรรทุกสำหรับงานหนัก ^[216]

เครื่องยนต์ดีเซลแบบอยู่กับที่

เครื่องยนต์ดีเซลแบบอยู่กับที่มักใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า แต่ยังใช้สำหรับการจ่ายไฟให้กับคอมเพรสเซอร์ตู้เย็น หรือคอมเพรสเซอร์หรือปั๊มประเภทอื่นๆ โดยปกติ เครื่องยนต์เหล่านี้จะทำงานอย่างถาวร ไม่ว่าจะมีโหลดเป็นบางส่วนเป็นส่วนใหญ่ หรือเป็นช่วงๆ โดยโหลดเต็มที่ เครื่องยนต์ดีเซลแบบอยู่กับที่ซึ่งให้พลังงานแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายกระแสไฟสลับ มักจะทำงานด้วยการสลับโหลด แต่ความถี่การหมุนคงที่ ทั้งนี้เนื่องมาจากความถี่คงที่ของแหล่งจ่ายไฟหลักที่ 50 Hz (ยุโรป) หรือ 60 Hz (สหรัฐอเมริกา) ความถี่ในการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ถูกเลือกเพื่อให้ความถี่ของไฟหลักเป็นแบบทวีคูณ ด้วยเหตุผลในทางปฏิบัติ ส่งผลให้ความถี่ในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงเป็น 25 Hz (1500 ต่อนาที) หรือ 30 Hz (1800 ต่อนาที) ^[226]

เครื่องยนต์กันความร้อนต่ำ

เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบต้นแบบระดับพิเศษได้รับการพัฒนามาเป็นเวลาหลายทศวรรษ โดยมีเป้าหมายในการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยลดการสูญเสียความร้อน^[227]เครื่องยนต์เหล่านี้เรียกว่าเครื่องยนต์อะเดียแบติก เนื่องจากการประมาณการขยายตัวของอะเดียแบติกที่ดีขึ้น เครื่องยนต์กันความร้อนต่ำหรือเครื่องยนต์ที่มีอุณหภูมิสูง^[228]โดยทั่วไปจะเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบที่มีชิ้นส่วนห้องเผาไหม้บุด้วยสารเคลือบป้องกันความร้อนด้วยเซรามิก^[229]บางส่วนใช้ลูกสูบและชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ทำจากไททาเนียมที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ^[230]และความหนาแน่น การออกแบบบางอย่างสามารถขจัดการใช้ระบบระบายความร้อนและการสูญเสียปรสิตที่เกี่ยวข้องทั้งหมด^[231]การพัฒนาน้ำมันหล่อลื่นที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้นั้นเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการจำหน่าย ^[232]

การพัฒนาในอนาคต

ในวรรณคดีกลางปี ​​2010 เป้าหมายการพัฒนาหลักสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลในอนาคตได้อธิบายไว้ว่าเป็นการปรับปรุงการปล่อยไอเสีย การลดการใช้เชื้อเพลิง และเพิ่มอายุการใช้งาน (2014) ^{[233] [162]}ว่ากันว่าเครื่องยนต์ดีเซล โดยเฉพาะเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ จะยังคงเป็นขุมพลังของยานยนต์ที่สำคัญที่สุดจนถึงกลางปี ​​2030 บรรณาธิการถือว่าความซับซ้อนของเครื่องยนต์ดีเซลจะเพิ่มขึ้นอีก (2014) ^[234]บรรณาธิการบางคนคาดหวังให้มีการบรรจบกันของหลักการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลและออตโตในอนาคตอันเนื่องมาจากขั้นตอนการพัฒนาเครื่องยนต์อ็อตโตที่มุ่งไปสู่การจุดระเบิดด้วยการอัดประจุที่เป็นเนื้อเดียวกัน (2017) ^[235]

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างอิง

ลิงค์ภายนอก

• "ศูนย์ข้อมูลดีเซล" . สมาคมเพื่อการควบคุมการปล่อยมลพิษโดยตัวเร่งปฏิกิริยา
• ภาพยนตร์สั้นเรื่องThe Diesel Story (1952)สามารถดาวน์โหลดได้ฟรีที่Internet Archive
• "ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลสองจังหวะ"บน YouTube
• "เครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนโลก" สารคดี BBCบน YouTube

สิทธิบัตร

• วิธีการและเครื่องมือสำหรับเปลี่ยนความร้อนให้กลายเป็นงาน # 542846 ยื่นเมื่อ พ.ศ. 2435
• เครื่องยนต์สันดาปภายใน #608845 ยื่น พ.ศ. 2438