Почему у дизельного двигателя больше крутящий момент чем у бензиновых
Почему у дизелей крутящий момент больше, по сравнению с бензиновыми моторами?
В автомобилях, от которых требуется получить максимальную мощность и тягу, всегда устанавливают дизельные моторы, так как именно они позволяют уже на минимальных оборотах «снять» с двигателя большой крутящий момент. Но почему так происходит, и почему на бензиновых моторах нельзя добиться того же результата?
Другая степень сжатия
Между дизельными моторами и бензиновыми очень большая разница в принципе работы. Дизеля имеют совершенно другой принцип воспламенения топлива. Если сравнить два блока бензинового и дизельного двигателей, то можно заметить, что у дизеля камера сгорания находится в поршне, что позволяет воспламенять топливо сжатием.
У бензиновых моторов, камера сгорания находится в выемке головки блока цилиндров, и воспламенение происходит за счёт искры от свечей. Дизельные моторы обязаны выдерживать большие температуры, которые появляются из-за сжатия воздуха и последующего самовоспламенения топлива. Бензиновые моторы, наоборот, плохо воспринимают любой перегрев и особенно самовозгорание бензина.
Скорость горения топлива
При взрыве дизельного топлива вся мощность высвобождается мгновенно, отбрасывая поршень вниз цилиндра. Таким образом, горение солярки происходит очень быстро, что позволяет получить большую мощность и крутящий момент.
В бензиновых моторах всё происходит совсем по-другому, там топливо воспламеняется уже после того, как поршень опустился вниз цилиндра. Более того, дизельные моторы могут работать в огромном диапазоне соотношения воздуха и топлива, например, от 18:1 до 70:1, бензиновым такая гибкость даже и не снилась, они работают в соотношении 14:1.
Ход поршня
Дизельные моторы отличаются довольно большими ходами поршней, что напрямую влияет на величину крутящего момента. При этом из-за большого хода поршней снижается мощность двигателя. Бензиновые двигатели более короткоходные, это позволяет добиться большей мощности, но, правда, она доступна только на максимальных оборотах, в районе 4500-5000 об/мин. Поэтому если вам нужно получить от машины тяговитость, например, для езды по бездорожью или для перевозки тяжёлых грузов, то лучше выбирать именно дизельную машину. Если в приоритете максимальная скорость, то лучшим выбором станет покупка автомобиля с бензиновым мотором.
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля
В списке ключевых характеристик любого бензинового или дизельного ДВС обязательно указывается мощность и крутящий момент двигателя. Что касается самого транспортного средства, отдельный акцент делается на разгонной динамике автомобиля 0-100 км/ч. независимо от типа силового агрегата под капотом (бензин, дизель, гибридный двигатель и т.д.). Традиционно сложилось, что максимум внимания покупателей изначально обращен на мощность двигателя, выраженную в лошадиных силах (л.с.). Прочно укоренилось мнение, что чем больше л.с. выдает двигатель, тем быстрее, динамичнее и, зачастую, престижнее окажется автомобиль в конечном итоге. Параллельно с этим показатель крутящего момента, который выражается в ньютон-метрах (Н∙м), маркетологи сознательно отодвигают на второй план.
Такой подход хорошо иллюстрирует распространенное выражение среди продавцов автомобилей в США. Как они говорят, продавать машины помогают «лошади», то есть мощность, при этом двигает автомобиль вперед крутящий момент. Далее мы подробно рассмотрим, что такое крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, а также взглянем на зависимость характеристик мощности двигателя, крутящего момента и разгонной динамики.
Мощность и крутящий момент ДВС
Для большинства рядовых автолюбителей понятие о показателе максимальной мощности и крутящего момента сводится к тому, что чем больше мощность, тем больше окажется и крутящего момента, а также более мощный двигатель всегда лучше. При этом чёткое понимание указанных характеристик мотора у многих отсутствует.
Смятение в этот лагерь также внесло растущее число «дизелистов», среди которых намного больше внимания уделяется именно кутящему моменту, а не мощности дизельного мотора. Также следует упомянуть и о турбомоторах, которые могут разгонять автомобиль намного быстрее, хотя мощность самого ДВС с наддувом заметно уступает атмосферным аналогам с намного более внушительным количеством «лошадей» под капотом. Получается, мощнее, но не всегда динамичнее и быстрее? Давайте разбираться, почему так происходит и чем «моментная» характеристика отличается от «мощностной».
Как мощность двигателя и крутящий момент влияют на разгон автомобиля
Как уже было сказано, в технических характеристиках указывается максимальная мощность двигателя и крутящий момент. Итак, крутящий момент представляет собой силу вращения коленвала ДВС. Измеряется крутящий момент в ньютон-метрах. Также моментная характеристика может быть выражена в килограмм-силах на метр. Крутящий момент возникает тогда, когда свободно вращающийся коленвал начинают тормозить.
Так происходит по причине того, что на разных оборотах в камере сгорания происходят разные процессы, что отражается на эффективности наполнения цилиндров, качестве сгорания топливно-воздушной смеси, вентиляции цилиндров и т.д. Другими словами, количество воздуха на впуске, угол опережения зажигания, объем отработавших газов и ряд других параметров меняется в зависимости от числа оборотов коленвала. По этой причине каждому водителю бензиновой машины с малообъемным атмосферным мотором хорошо знакома ситуация, когда на «низах» при езде на высокой передаче двигатель не тянет, то есть крутящий момент очень мал.
Нажатие на педаль газа и поднятие оборотов до средних значений приводит к тому, что эффективность наполнения воздухом на впуске растет, топливно-воздушная смесь сгорает более полноценно, цилиндры лучше вентилируются. Результатом становится то, что крутящий момент растет. Добавим, что турбомоторы в среднем диапазоне оборотов полностью преодолевают эффект турбоямы, после чего у двигателя возникает желаемый подхват. Дело в том, что поток отработавших газов после раскручивания двигателя начинает эффективно вращать крыльчатку турбокомпрессора для подачи большего количества воздуха в цилиндры.
Дальнейший рост оборотов вызывает то, что в двигателе существенно растут механические потери. К таким потерям следует отнести трение поршневых колец о стенки цилиндров, а также различные инерционные потери в других узлах и механизмах двигателя. В результате КПД мотора падает, энергия начинает расходоваться на преодоление таких потерь в условии езды на приближенных к максимальным оборотах. Закономерно, что крутящий момент начинает уменьшаться с учетом растущих нагрузок. Турбомоторы также теряют отдачу, так как сам турбонагнетатель не обеспечивает должную производительность на максимальных оборотах.
Если сказать иначе, мощность двигателя означает количество работы, которую агрегат способен выполнить за определенный промежуток времени. Мощность ДВС измеряется в киловаттах (кВт) и напрямую зависит от показателя крутящего момента на конкретных оборотах. Не вдаваясь в подробности, мощность является расчетной величиной и не измеряется отдельно от кутящего момента. Что касается максимальной мощности, такая мощность представляет собой условную точку начала уменьшения крутящего момента, но произведение мощности и оборотов еще не стремится к увеличению. С учетом данной информации становится понятно, что такое полка крутящего момента, которая часто отображается на графиках. Под такой полкой следует понимать диапазон оборотов, на которых постоянно доступен максимум крутящего момента.
Что касается самой максимальной мощности, от данного показателя зависит, прежде всего, та максимальная скорость, с которой способен двигаться автомобиль. Максимальная скорость становится доступной в том случае, когда расходуемая мощность равна мощности ДВС. При этом для определения «максималки» конструкторами учитывается ряд потерь на инерцию и трение, сопротивление потокам воздуха и качению колес. Если проще, от запаса мощности зависит способность мотора преодолевать растущие потери и сопротивление, что и позволяет агрегату разогнать автомобиль только до определенного предела и далее поддерживать набранную скорость.
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Подведем итоги
Если вы столкнулись с возможностью выбрать автомобиль с незначительно отличающимися по характеристикам двигателями, тогда оптимально выбирать агрегат с большим крутящим моментом. Данное правило особенно актуально для машин с МКПП. Например, производитель может выпускать одну и ту же модель, которая получает ДВС с рабочим объемом 1.8 литра (140 л.с.) и 2.0 (155 л.с.). Также следует учитывать и упомянутую выше полку крутящего момента, то есть зависимость мощности и крутящего момента от оборотов двигателя.
Лучшим вариантом двигателя будет тот, когда мотор выходит на пик момента не на определенных оборотах, а в максимально широком диапазоне. Например, простой атмосферный двигатель может иметь пик крутящего момента на 3500 об/мин, в то время как его продвинутый высокотехнологичный аналог с турбиной выходит на пик момента уже при 1500 об/мин, сохраняя «ровную» полку до 4500 об/мин. Это значит, что в первом случае для уверенного разгона мотор нужно крутить, удерживать ДВС на оборотах максимального момента, а также чаще переключать передачи вниз при возникновении нагрузок. Во втором случае максимум крутящего момента будет доступен водителю в широком диапазоне оборотов, что позволяет эффективно ускоряться и справляться с меняющимися нагрузками без частого переключения передачи на пониженную. Другими словами, доступность высокого крутящего момента в расширенном диапазоне фактически означает, что и мощности почти всегда достаточно.
Различные силовые установки тестируются на эластичность путем анализа тяги и разгона с 60 до 100 км/ч при движении на четвёртой передаче или ускорения с 80 до 120 км/ч на включенной пятой передаче. По этой причине малообъемный высокофорсированный двигатель, который имеет отличный подхват на низких оборотах и широкую полку момента, покажет себя отличным вариантом для города. Именно в городском цикле, то есть в условиях умеренных скоростей и режимов ускорение-замедление, потенциала такого ДВС более чем достаточно. При этом следует учитывать, что на более высокой скорости в режиме трассы подобный агрегат может не обеспечить уверенного обгона, уступив в этом плане простому атмосферному двигателю с большим крутящим моментом и мощностью.
Почему дизельные двигатели мощнее бензиновых
21 апреля 2018 Категория: Полезная информация.
Многие знают, что дизельные ДВС развивают более высокий крутящий момент, чем бензиновые. Но мало кто знает, почему.
Почему дизельные двигатели более «тяговиты»
Что важнее – мощность или крутящий момент
Мощность двигателя, измеряемая в лошадиных силах, напрямую зависит от его оборотов. Так, указанную производителем мощность автомобили развивают в среднем в диапазоне 5500-6500 об/мин. Понятно, что в жизни никто так не ездит, и нормальные показания тахометра составляют 2500-3000 об/мин. И если свой максимум ДВС развивает при 6000 об/мин, а едет на 3000 об/мин, его мощность в этот момент тоже вдвое меньше.
С этим связано правило быстрого ускорения – перейти на пониженную передачу. Обороты вырастают, мощность тоже, и это обеспечивает разгон.
Тем не менее, даже так нельзя «достать» из двигателя обещанные производителем, скажем, 120 л.с. Они – только для дапазона 6000 об./мин, помним. Но есть способ выйти на максимальную мощность без экстремальных оборотов на тахометре. Это – работа крутящего момента.
Крутящий момент представляет собой силу, умноженную на плечо (рычаг) ее приложения. Когда двигатель вырабатывает энергию, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС, изменяется в коробке и редукторе и передается на колеса. То есть это та сила, которая позволяет автомобилю преодолевать сопротивление движению. Роль рычага в данном случае выполняет кривошип коленвала, через который и создается КМ.
Чем выше крутящий момент, тем быстрее двигатель достигнет максимальной мощности.
Дизель и бензин
Именно с большей величиной крутящего момента связано мнение о «тяговитости» дизельных двигателей, особенно «на низах».
Именно с этим свойством дизельных ДВС – «тянуть» на низких оборотах, уверенно преодолевая силы сопротивления, и связан тот факт, что все настоящие проходимые внедорожники оснащены дизельными моторами.
Что же касается «Формулы-1» и ей подобных соревнований, да, тут бензиновые автомобили. Связано это как раз с мощностью и диапазоном оборотов. Бензиновые ДВС можно раскручивать до 7000-8000 об/мин., и именно это позволяет им «доставать» всех «лошадей», которыми их наградили производители. А мы помним, что чем больше мощность двигателя в л.с., тем большую скорость он сможет развить.
Поэтому при старте на ускорение бензин побеждает дизель (мгновенный пик КМ за счет высоких оборотов, не нужно тратить время на дополнительные переключения передач). Зато при езде по трассе 110 км/ч дизельный автомобиль не нужно будет переводить на нижнюю передачу, чтобы ускорить, а бензиновый нужно. То есть в спринте выиграет бензин, в марафоне – дизель.
Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог
Преимущества и недостатки дизельных и бензиновых двигателей
При покупке нового автомобиля или подержанного многие становятся перед выбором какой автомобиль лучше? Более или менее определившись с маркой возникает новый вопрос какой двигатель лучше дизельный или бензиновый. Естественно предположение, что каждый из этих двигателей обладает своими достоинствами и недостатками. Для того, чтобы определиться с решением, следует всесторонне рассмотреть оба типа моторов.
Бензиновый двигатель
Пожалуй, основным недостатком бензинового двигателя является большой расход топлива. Второй недостаток вытекает из первого — это стоимость. Цена бензина выше чем дизельного топлива. Поездки на дальние расстояния вряд ли можно считать оптимальными с точки зрения затрат. Ко всему прочему, гармоничная работа мотора требует использования моторных масел, что влечет за собой покупку необходимого товара, а также услуги по замене и прочие расходы на автосервисы.
Не смотря на вышеперечисленное — бензиновый двигатель отличается относительно низкой стоимостью и значительно меньшей массой. У бензинового мотора технология изготовления проще из-за низкого сжатия топлива, относительно низкого внутреннего давления, но при этом риск воспламенения при аварийных ситуациях выше, в силу высокой летучести топлива. Немаловажно отметить, что ремонт бензинового двигателя проще, с ним могут справиться опытные водители. Низкая шумность бензинового мотора. Если забился или выгорел катализатор, то в крайнем случае его можно удалить.
Если в автомобиле с дизельным мотором удалить сажевый фильтр, то вас будет окутывать и преследовать облако копоти. Здоровье катализаторов зависит также от целостности гофры глушителя. Гофры глушителя необходимо периодически проверять на предмет прогорания, признаки прогоревшей гофры — громкий звук, копоть в прогоревших местах, запах выхлопных газов в салоне автомобиля.
Дизельный двигатель
Scania 340 лс 11-литров
Euro 3 двигатель с системой впрыска Scania
PDE.
В отличие от бензинного двигателя, дизельный обладает более высокой мощностью и меньшим расходом топлива. Дизельный двигатель — экономичней бензинового. Поскольку сила давления внутри дизельного мотора в два раза больше, чем на бензиновом, он должен иметь высокую прочность. Для сравнения замер компрессии бензинового двигателя в диапазоне 10-12 кг/см, компрессия дизельного мотора 35-42 кг/см в зависимости от классификации. Прочность достигается благодаря использованию новейших технологий.
Процесс производства дизельных моторов технологически сложней. Как следствие, ремонт данных моторов дороже и требует определённого опыта от моториста. Также проблемой дизельных двигателей является зависимость от погоды, в сильные морозы машина просто может не завестись из-за неправильно типа залитого топлива. Распространенная проблема дизельного двигателя — прикипание свечей накала, которые при этом сложно и дорого выкрутить, а иногда вплоть до замены головки блока цилиндров (ГБЦ).
Дизельный мотор всегда имеет лучший крутящий момент. Да на старте он не такой шустрый как бензинка, но тянет гораздо лучше. При этом у бензинового автомобиля, при равных объемах, мощность больше, а крутящий момент меньше.
Что лучше, мощность или крутящий момент?
Рассмотрим пример на двигателях Volkswagen.
Дизель TDI 2.0 мощность 140 л.с., крутящий момент – 320 Нм, сравниваем с бензиновым FSI 2.0 мощность 150 л.с., крутящий момент – 200 Нм. В результате тестирования дизельного и бензинового моторов — дизель с оборотами в диапазоне от 1 до 4.4 тысяч, выигрывает по мощности у бензинового двигателя на 30 – 40 л.с. Поэтому количество лошадиных сил не самый главный показатель. Двигатели с высоким крутящим моментом и небольшим объемом будет динамичнее на ходу, чем двигатель с низким крутящим моментом, но с большим объемом.
Неоспоримым достоинством дизельных моторов является сниженная пожароопасность.
Какие минусы дизельного двигателя? Один из главных минусов — это требовательность к топливу в зависимости от сезона. Есть такое понятие зимнее дизельное топливо. Если запастись летним дт и решить кататься на нём и зимой, то без специального антигеля это не получится. Двигатель просто не заведется. Обычно все АЗС своевременно переходят на зимнее и на летнее дизельное топливо, но бывают и неприятности. Как избежать проблем с дизельным двигателем зимой, почему дизельный двигатель не заводится в холода, как решить эту проблему, как правильно выбрать дизельное топливо — читайте в нашей отдельной статье: «Почему дизельный двигатель плохо заводится зимой»
Нет хорошего или плохого двигателя, есть двигатель который нужен Вам, двигатель, который отвечает Вашим запросам и хорошо справляется со своей задачей. Тип двигателя необходимо выбирать в зависимости от того, для чего нужен автомобиль. Когда речь идет о длительных поездках, стоит отдать предпочтение дизельному двигателю, который со временем оправдает расходы на покупку топлива за счет меньшего его потребления и цены за литр.
Если автомобиль необходим для езды по городу и близлежащим районам, целесообразно использование бензинового двигателя. Но с развитием машиностроения в Европе дизельный двигатель начал постепенно вытеснять бензиновый. Новые технологии позволяют создавать дизельные моторы с более высокими техническими и экологическими показателями, что объясняет заметный рост их популярности.
Таким образом, еще десяток лет назад дизельный мотор был не так практичен, как бензиновый, но сегодня вполне есть основания утверждать обратное. Технологии производства и обслуживания «дизелей» стали доступнее. Единственная задача для автовладельца – проводить своевременную диагностику и обслуживание автомобиля.
И бонусом для владельцев дизельных автомобилей небольшой ликбез.
Отличие дизелного топлива от солярки
Часто приходится слышать вопрос «А можно ли в дизельный двигатель залить солярку?». Ведь это как бы похожий продукт на дизельное топливо, и как почти все их виды, из нефти. Давайте внимательно посмотрим, чем же дизельное топливо и солярка отличается.
Что такое дизельное топливо?
Дизельное топливо получается из керосиново-газойлевых фракций при прямой перегонки нефти. Дизельное топливо имеет основной показатель – цетановое число Л-45. Возгорание дизельного топлива происходит не выше температуры 70 градусов по Цельсию. Используется для двигателей с высокими оборотами в железнодорожном транспорте, авиационном, водном и сельскохозяйственной технике.
Цетановое число численно дизельного топлива равно объёмной доле цетана (С16Н34, гексадекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с a-метил нафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0). Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, определённой на опытном двигателе (ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165, ГОСТ 3122 ), что и модельная смесь этих двух углеводородов, цетановое число дизельного топлива считается равным % доли цетана в этой смеси. Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость смеси при сжатии.
Что такое солярное масло?
Солярное масло, или что нам привычней называть солярка «соляра». Это продукт прямого перегона нефти, который прошел обработку щелочью. Основное назначение, это использование в двигателях с малыми оборотами. Солярка имеет вязкость 5 — 9 мм2/с и температуру кипения около от 240 до 400°С.
Основные отличия дизеля от солярки
Итак, солярка применяется для тихоходных машин, например тракторов, а дизельное топливо для скоростных двигателей, как самолеты. И основные физические характеристики у солярки и дизельного топлива разнятся.
В своем составе дизельное топливо содержит углеводороды, которые имеют температуру кипения от 180 до 350°С. После определенной очистки и добавления разного рода присадок, эти продукты перегонки нефти приобретают вязкость 2 — 4,5 мм2/с.
В свою очередь, «солярка» в отличие от дизельного топлива, представляет собой фракцию нефти, с вязкостью 5 — 9 мм2/с. и температурой кипения от 240 до 400°С.
Подводя итоги, можем сделать вывод, что солярка и дизельное топливо — это два совершенно разных понятия или если хотите разные виды топлива. Солярка в современных автомобильных двигателях к использованию не подлежит. В противном случае вы испортите двигатель, и его ремонт выйдет в немалую сумму.
Устройство автомобиля –
«Разговор о дизеле»
Почему дизельные двигатели экономичны? За счет чего у них такой большой крутящий момент и низкие максимальные обороты? Попробуем разобраться
История моторов с воспламенением от сжатия началась в конце XIX века. Именно тогда Рудольф Дизель загорелся идеей создания эффективного двигателя, коэффициент полезного действия которого смог бы превысить 10–12%, то есть показатель паровых машин. С конструкцией и принципом работы будущего мотора Дизель определился достаточно быстро – это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от высокой температуры сжимаемого газа. Однако в процессе создания рабочего экземпляра возникли трудности: высокое давление и температура в камере сгорания мотора приводили к прогоранию поршней, поломкам газораспределительного механизма, а иногда и к взрывам. В итоге на доработку и придание агрегату достаточной надежности ушло несколько лет. Но в 1897 году цель наконец была достигнута, огромный 5-тонный двигатель развивал 20 л.с. при 173об/мин и обладал КПД в 26%. Даже перспективный двигатель Отто с принудительным зажиганием обеспечивал всего 20%!
Больше – меньше
Итак, отчего же дизельные моторы получились настолько экономичнее? Тому есть две фундаментальные причины.
Первая заключается в более высокой степени сжатия дизелей – от 13 до 25 против 12 у лучших бензиновых представителей. Эти цифры не стоит недооценивать, ведь от них зависит КПД мотора: чем они выше, тем в большей степени расширяются раскаленные отработавшие газы и, соответственно, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую. Если сравнить современные дизельные и бензиновые моторы, то первые способны усвоить 38–50% процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, а вторые – лишь 25–38%.
Возникает вопрос: что мешает поднять степень сжатия бензиновых агрегатов? Мешает детонация, то есть самопроизвольное воспламенение топливно-воздушной смеси от сильного нагрева при излишне большом сжатии. При этом мало того что сгорание происходит не в тот момент, когда нужно, так оно еще и сопровождается чрезвычайно резким нарастанием давления в цилиндре, что приводит к стукам, перегреву и высокой токсичности выхлопа.
В дизеле же поднятие степени сжатия лишь увеличивает надежность воспламенения впрыскиваемого топлива: чем горячее будет воздух в цилиндре, тем быстрее оно испарится и начнется процесс сгорания. Но кроме степени сжатия есть и второе, не менее важное обстоятельство – низкое сопротивление впускной системы дизеля. Ведь в отличие от бензинового мотора ему не требуется «перекрывать кислород» дроссельной заслонкой, управление мощностью осуществляется простым дозированием впрыскиваемого горючего: нужна большая отдача – подаем больше топлива. А уж насколько избыточно количество воздуха в цилиндре, дело десятое, главное, чтобы его хватало для окисления.
С бензиновым мотором такой трюк не пройдет. Если воздуха окажется слишком много (то есть концентрация паров бензина в нем будет очень низкой), то от искры смесь просто не вспыхнет. Вот и приходится ставить на впуске заслонку, регулирующую расход воздуха и, опосредованно, количество подаваемого топлива. Поэтому при небольших нагрузках (например, в пробках), бензиновые автомобили тратят силы на всасывание воздуха сквозь чуть приоткрытую дроссельную заслонку, создавая огромное разряжение во впускном коллекторе. «Дыхание» же дизеля всегда свободно!
Мощность? Момент!
Часто можно слышать, как в оправдание небольшой мощности дизеля приводят впечатляющие цифры его крутящего момента. Цифры эти, конечно, свидетельствуют о совершенстве мотора, но отнюдь не означают, что крутящий момент на колесах бензинового автомобиля окажется меньше! Ведь дизельные двигатели низкооборотные, из-за чего приходится применять более растянутые передаточные отношения в узлах трансмиссии, что и ведет к снижению конечного крутящего момента. Сравним, например, Mercedes E280 и E280CDI. Мотор первого выдает 300Нм, второго – 440Нм, при этом автоматические коробки у них одинаковые, а редукторы разные, с передаточными отношениями 3,27 и 2,47 соответственно. В итоге на первой передаче на колеса бензиновой модели передается 4300 Нм, а дизельной – 4760. То есть вместо изначальной разницы в 1,5 раза остается превосходство всего в 1,1 раза.
Влияние этого фактора на общую экономичность оценить легко, достаточно сравнить расход бензиновых и дизельных моторов в различных режимах движения. Окажется, что наибольшее превосходство дизеля (почти двукратное) проявляется в городском цикле, когда на его стороне и высокая степень сжатия, и низкие потери во впускной системе. В загородном же режиме, на скорости, когда нагрузка на мотор больше, дроссельная заслонка открыта сильнее и бензиновому двигателю становится легче «дышать», у дизеля остается только один козырь – степень сжатия. В результате тает и его преимущество в расходе топлива.
Впрочем, в начале XX века все эти тонкости не особо волновали автопроизводителей. Нефть стоила дешево, и от двигателя требовалась простота конструкции и изготовления, а не экономичность. И дизели с их сложными механизмами подачи топлива пришлись не ко двору. Правда, благодаря большому ресурсу и неприхотливости к качеству горючего эти моторы все же нашли применение в сельской технике и грузовом транспорте. Пригодились они и военным – баки с соляркой не так пожароопасны, как плещущийся за спиной бензин. Первый же легковой автомобиль на тяжелом топливе – Mercedes-Benz 260D – появился лишь в 1936 году, а к 1970-му общее число выпущенных дизельных легковушек едва превысило 100 тыс.
В поисках выхода
Так бы и пылился дизель на задворках отрасли, если бы не подскочившие в 70-х годах цены на нефть. И тогда на пути массовой дизелизации осталась только одна преграда – низкая мощность таких моторов. А от этого, как известно, существуют два средства: расширение диапазона допустимых оборотов коленвала и увеличение крутящего момента.
Но первый вариант оказывается неэффективным, высокие обороты лишь углубляют и без того насущную для дизеля проблему нехватки времени на смесеобразование. Ведь чтобы топливо активно испарялось, оно должно впрыскиваться при температуре воздуха в цилиндре не менее 500 °C, то есть почти в конце такта сжатия. При 5000 об/мин это означает, что на испарение распыленных частиц топлива и дальнейшую химическую подготовку к воспламенению отводится не более одной тысячной секунды!
Не терпит суеты и процесс сгорания. За резким первоначальным всплеском следует растянутый период догорания, продолжающийся уже на такте расширения. А торопить мотор в таких условиях – это в буквальном смысле слова выбрасывать горючее в трубу.
Поэтому сделать дизель мощнее можно лишь за счет увеличения крутящего момента. А для этого нужно развить как можно большее давление в цилиндрах, то есть сжечь больше топлива. Но опять незадача, приготовленная наспех горючая смесь дизеля отличается значительной неравномерностью распределения топлива по объему. Поэтому во время сгорания в смеси может возникать локальная нехватка воздуха, из-за чего часть топлива не сгорает, а разлагается под воздействием высокой температуры.
Вам приходилось видеть, как дизельные автомобили дымят под нагрузкой? Та сажа, что они выбрасывают, и есть продукт крекинга, то есть разложения несгоревшего топлива. Но это лишь визуальный эффект, а есть еще и сугубо практический в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и вредных выбросов.
Как с этим бороться? Можно так плотно заполнять цилиндры воздухом, чтобы его гарантированно хватало для сгорания даже в зонах максимальной концентрации топлива. Однако процесс распыления горючего оказался столь несовершенен, что возросшие требования к объему воздуха не смог удовлетворить и наддув с интеркулером, в результате чего турбодизели проигрывали в крутящем моменте даже атмосферным бензиновым моторам!
Так что задача увеличения мощности дизеля естественно свелась к процессу оптимизации смесеобразования, в котором решающее значение имеет давление впрыска. Разумеется, поначалу топливные насосы не могли им похвастать, приходилось прибегать к различным ухищрениям, улучшающим распыление горючего. Например, воспользоваться завихрением сжимаемого воздуха, как было сделано в вихрекамерных дизелях. Или поделить камеру сгорания на две части и использовать для смесеобразования энергию газа, перетекающего из одной половины камеры в другую вследствие предварительного сгорания части топлива.
Все эти решения позволяли немного снизить требования к давлению впрыска, но отличались увеличенными тепловыми и гидравлическими потерями вследствие сложной и большой поверхности камеры сгорания. Это, конечно, вело и к ухудшению топливной экономичности моторов. И лишь в начале 90-х годов появились системы, позволившие поднять давление до 1500 бар, что положило конец массовому производству вихрекамерных и предкамерных дизелей, заменив их более экономичными моторами с непосредственным впрыском.
С этого момента и началась увлекательная погоня дизеля за бензиновым конкурентом. Системы питания Сommon Rail, рекордно высокие давления впрыска, сверхбыстрые пьезоэлектрические форсунки, распыляющие топливо до пяти раз за такт. Благодаря всем этим изобретениям ныне дизельные двигатели уже конкурируют с турбированными бензиновыми моторами. Впечатляющий прогресс!