Що краще, що вигідніше - бензиновий двигун або дизель?

Наши партнеры ArtmMisto

У середовищі автомобілістів чимало розхожих помилок, деякі з них стосуються особливостей бензинових і дизельних двигунів. Чомусь прийнято вважати, наприклад, що у дизеля більше ресурс, і що у нього «краще» момент на низьких оборотах. Спробуємо розібратися.
Для початку пройдемо короткий лікнеп, згадаємо особливості моторів обох типів. Основне і вирішальна відмінність дизельного двигуна від бензинового - в організації робочого процесу. Саме через нього конструкції моторів - різні.
1. Бензин
Почнемо з бензинового двигуна. Паливноповітряна суміш у нього формується поза циліндра, у впускному колекторі (поки безпосереднє уприскування залишимо за кадром). Пари палива остаточно перемішуються з повітрям в кінці такту стиснення. У камері згоряння утворюється паливна суміш, яка називається гомогенною, з рівномірним розподілом палива за обсягом. Від стиснення температура суміші піднімається до 400-500 0С (нижче температури самозаймання бензину). Далі суміш запалюється іскрою свічки запалювання.
Така організація робочого процесу відчутно звужує можливості двигунів. По-перше, паливо повинне мати високу випаровуваність при температурі навколишнього середовища, інакше гомогенну суміш до моменту запалювання не одержати, І, значить не буде швидкого і повного її згоряння. Це різко звужує можливий перелік альтернативних палив. По-друге, в двигуні з зовнішнім сумішоутворенням є цикл стиснення паливної суміші. Це сильно обмежує можливу ступінь стиснення (ε), а вона, між іншим, сильно впливає на ККД двигуна. Підвищити ступінь стиснення не дає детонація. Підняти детонаційний поріг допомагає високе октанове число бензину, скорочення часу поширення фронту полум'я і зниження температури паливного заряду. В сучасних моторах вдається досягти ступеня стиснення приблизно близько 11 одиниць і, швидше за все, ця величина - гранична. По-третє, здатність до займання і згорання гомогенної суміші знаходиться у вузькому діапазоні співвідношення повітря до бензину, з коефіцієнтом надлишку повітря 0,8 <λ <1,2. Тобто суміш не може бути ні занадто багатою, ні занадто бідною. Це означає, що регулювати потужність можна тільки змінюючи кількість що надходить у двигун суміші, одночасно змінюючи подачу бензину і повітря. Тому в рухаєте і є дросельна заслінка, що обмежує подачу повітря в двигун. Ну а система управління дозує паливо так, щоб λ.всегда залишалася в заданому діапазоні.
Існує хибна думка, що гомогенна суміш шкідлива мотору. Насправді, рівномірне перемішування парів бензину з повітрям допомагає суміші згоряти більш повно.

2. Солярка
У дизеля робочий процес організований по-іншому, і ця організація нівелювала недоліки бензинових ДВС. У циліндрі дизеля стискається тільки повітря, причому з високим, до 30-50 бар, тиском. Від стиснення температура повітря підскакує до 700-900 ° С. Солярка розпорошується прямо в камері згоряння, перед ВМТ поршня. Дрібні краплі палива миттєво випаровуються, утворюється топливовоздушная суміш. Суміш повинна утворитися дуже швидко, на порядок швидше, ніж в бензиновому двигуні. Тому в камері згоряння утворюється неоднорідна (гетерогенна) топливовоздушная суміш. Що не заважає їй самозайматися і нормально згорати.
Виходить, що дизельний процес обходиться без попереднього приготування паливної суміші. Це знижує вимоги до випаровуваності, і, отже, спектр застосовуваних видів палив розширюється. В принципі, теоретично згодяться дешеві нафтопродукти, аж до мазуту, і навіть біопаливо. Многотопливность - серйозна перевага дизеля. На перший погляд здається дивним, але дизель може працювати і на бензині. Правда, для цього доводиться знижувати ступінь стиснення. По крайней мере, деякі армійські багатопаливних двигуни можуть працювати і на солярці, і на бензині (з особливими присадками), правда, на шкоду ресурсу.
Стиснення повітря без палива дає ще один плюс: усувається небезпека детонації і, отже, знімається обмеження за ступенем стиснення. Ступінь стиснення дизеля зазвичай знаходиться в межах 13 <ε <25. Малі значення зустрічаються у дизелів з наддувом, великі - для атмосферних дизелів з розділеними камерами згоряння. Нижня межа обмеження ступеня стиснення дизеля задається труднощами з пуском мотора взимку, а верхній обмежується міцністю деталей: зі збільшенням ступеня стиснення зростає і граничний тиск в камері згоряння.
Високий тиск в камері згоряння позначається на конструкції дизеля - деталі кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів доводиться робити більш міцними, важкими, і, отже, зростає їх інерційність. Як наслідок, дизельні мотори з цієї причини програють в швидкохідності і прийомистості (здатності швидко набирати обороти). До переваг дизеля віднесемо великий крутний момент в досить широкому діапазоні оборотів, який обумовлений цим же високим тиском в камері згоряння. Тому дизель тяговит і еластичний.
Підвищення ступеня стиснення - один з ключових способів збільшення ККД мотора, а це значить, що дизель - економічніше. Через ступеня стиснення ККД дизеля на 10-12% вище, ніж у бензинового мотора (0,27-0,42 проти 0,22-0,3). При цьому по паливній економічності дизель дає фору бензиновому мотори відсотків на 30-40! У чому причина цієї невідповідності? А вся справа - в способі регулірованія.Вспомніте, в бензиновому двигуні суміш завжди гомогенна, ставлення палива до повітря - постійне, і для зміни потужності доводиться міняти кількість всієї суміші. Це - кількісне регулювання потужності. У дизелі кількість що надходить у двигун повітря практично не змінюється, а потужність регулюється зміною подачі кількості палива, тобто змінюється якість суміші. Це - якісне регулювання. Нагадаємо, що з коефіцієнт надлишку повітря λ у бензинового двигуна не виходить за межі 0,8 <λ <1,2. А ось в дизелі воно може змінюватися від 1,1-1,2 в режимі максимального навантаження до 15-20 на холостому ходу! Тому-то в режимі холостого ходу дизель споживає до смішного мало солярки, або, як кажуть водії, «працює на одному повітрі». Суміш же залишається бідною у всіх режимах !.
Далі. Ефективний ККД заміряють в режимі максимального навантаження. Тут лідерство дизелів невелика. Однак в реальності двигун автомобіля до 90% часу працює в режимі часткового навантаження, видаючи чверть максимальної потужності, а то і менше. Тут-то і виявляються переваги якісного регулювання, тобто - здатність працювати на надбідних сумішах.
Однак гетерогенність суміші негативно позначається на вміст шкідливих компонентів у вихлопних газах. Існує хибна думка, що дизель менш токсичний. Не виключено, що воно склалося в ті часи, коли перевіряли тільки чадний газ (СО) і незгорілі вуглеводні (СН). Їх у вихлопі у дизеля дійсно мало (все з тієї ж причини - процес протікає в умовах надлишку повітря, окислення виходить більш повне). Але робота на бідних сумішах і більш висока температура в камері згоряння призводять до того, в вихлопі дизеля майже вдвічі більше оксидів азоту (NOx), їх масова частка в сумарному викиді токсичних компонентів - 30-80%! А адже вони надзвичайно шкідливі. Але і це не все. При згорянні гетерогенних сумішей завжди утворюються тверді частинки, в основному це вільний вуглець (звичайна сажа). Небезпека в тому, що на частки сажі адсорбуються канцерогенні сполуки - поліциклічні ароматичні вуглеводні. Крім сажі, в рядах твердих частинок є незгорілі частки палива і масла, сполуки сірки та оксиди металів, що додаються в паливо і масло в якості присадок. Все це і проявляється у вигляді димності, аж до кіптяви. Тверді частинки легко переносяться в повітрі і тому можуть легко зіпсувати здоров'я людей. Саме ж неприємне, що від них дуже важко позбутися. Вихлоп бензинового двигуна, в принципі, можна зробити як завгодно чистим - оптимізацією робочого процесу і використанням каталітичних нейтралізаторів. Для боротьби з димністю обмежують нжній межа якості суміші λ на рівні 1,1-1,2. А з каталізаторами у дизелів проблеми, як раз через сажі. Вона моментально, за сотню кілометрів пробігу, виведе його з ладу. А ефективний і економічний фільтр сажа досі залишається мрією конструкторів.
Є ще одна помилка - про те, що у дизеля більше ресурс. Начебто більш міцна конструкція та невисокі обороти дійсно сприяють меншому зносу. Та й солярка не так активно змиває масляну плівку зі стінок циліндрів, як бензин. З іншого боку, у дизеля висока теплонапряженность камери згоряння і великі навантаження, особливо у КШМ. Великий ресурс дизелів - міф, і сформувався він від того, що дизель встановлюють на комерційні автомобілі, вся конструкція яких заточена під великий пробіг, і в тому числі - двигун. Для збільшення ресурсу застосовуються типові конструкторські рішення, і не має значення, дизельний мотор, або бензиновий. Прикладом нізкоресурсного дизеля може, до речі, служити танковий.
3. Резюме
Отже, як відомо, у дизеля немає системи запалювання, так само як дроселя *. Але відсутність системи зовсім не говорить про те, що дизель простіше. Все якраз навпаки. Дизель довелося комплектувати передпусковим підігрівом зі свічками розжарювання, крім того, у дизеля складна і дорога система подачі палива, в яку входить паливний насос високого тиску (ТНВД).
Складність і висока точність ТНВД вносить свої недоліки. Це і високі вимоги до якості і чистоти палива, дорогим обслуговуванням і ремонтом. Всі ці витрати можуть звести нанівець економію на витраті палива. До речі, через те що в режимі максимальних навантажень дизель змушений працювати на збідненої суміші, та ще й з меншою частотою обертання, його питома потужність зазвичай нижче, ніж у бензинових моторів.
То який буде відповідь - що вигідніше, дизель або бензиновий мотор? Простої відповіді немає. Дизель економічніше, але реальна вигода видно лише при великих щоденних пробігах, особливо по пробках. .
Дизель тяговіт і еластичний, але страждає гучністю і підвищеною вібрацією.
Висновок банальний: дизель добре для інтенсивної експлуатації, тобто - для комерційних автомобілів. Чому дизель такий популярний на Заході, запитаєте ви. По всій видимості, причина криється в тому, що ще до недавнього часу солярка там коштувала істотно дешевше бензину, це по-перше. Все ж дизель економічніше, а паливо в Європі - дороге, це по-друге. Сервісне обслуговування та ремонт дизелів там налагоджені давно, нестачі у фахівцях немає, це по-третє. Солярка, яка продається в Європі, досить хорошої якості і дуже рідко буває причиною поломки двигуна, це по-четверте. Моду на дизелі і вплив реклами - по-п'яте. Можливо, є й інші причини.
Але ми - не Європа, у нас свій шлях, навіть у виборі моторів.

* У деяких дизелях заслінка є, вона потрібна для того, щоб в задроссельним просторі створювалося розрідження, необхідне для організації вакуумного приводу різних пристроїв автомобіля. Але частіше зустрічається вакуумний насос з приводом від розподільного.
** Цікаво, що ступінь стиснення 11-13 - межа, що розділяє бензинові і дизельні мотори.