Не посмеешь, не сожмешь

На родине дизеля запрещают дизель. Пока еще не совсем — просто муниципалитеты германских городов получили право ограничивать въезд на свою территорию легковых дизельных автомобилей. Мотивировка — содержание оксидов азота в выхлопе моторов, в которых воспламенение смеси происходит от ее сжатия, превышает нормативы Европейского союза. Впрочем, даже если вы пользуетесь своим дизельным автомобилем вне городской черты, налоги, которые придется платить с «кубика», будут в Германии почти в пять раз больше, чем у владельца бензиновой машины. Но лиха беда начало. За что его так и что будет?

Безусловно, благая цель — защита здоровья горожан — фактически означает резкое снижение интереса покупателей к дизелю. Собственно, процесс уже пошел. Спрос на машины, потребляющие солярку, падает. В конструкторских бюро автомобильных фирм работ по усовершенствованию дизельных моторов уже почти не ведется. А ведь еще вчера дизели считались чуть ли не будущим автомобилестроения — в силу своей экономичности и бережного отношения к окружающей среде.

Словом, самое время понять: что это было, как это работало, чего мы лишаемся и стоит ли об этом жалеть.

Что такое дизельный мотор и где его применяли?

Ключевое отличие дизеля от бензинового двигателя — способ воспламенения топливовоздушной смеси.

Немецкий инженер Рудольф Дизель в конце XIX века решил усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания и лишить его свечей. Для воспламенения топлива в его моторе использовался нагрев воздуха при его сжатии в цилиндре в 15—20 раз.

Увы, двигатель Дизеля при рабочем объеме 19,6 л развивал лишь 20 лошадиных сил! Эту махину, конечно, трудно было бы использовать на автомобиле. Поэтому первые дизели применялись в промышленности и, в частности, для перекачки нефти. Лицензию на них купили братья Нобель для разработки месторождений в России.

До легковых автомобилей дизель добрался только в середине тридцатых годов. Так, в 1936 году состоялся официальный дебют Mercedes—Benz 260 D. Его 2,6—литровый дизель развивал 45 л. с. — на 10 л. с. меньше, чем бензиновый двигатель модели 230, а сама машина была на 100 кг тяжелее. Но расход был примерно в полтора раза ниже. Правда, стоила дизельная модель почти на тысячу рейхсмарок дороже: для нее необходима сложная топливная аппаратура — солярку надо впрыскивать в цилиндр под большим давлением. А бензин в то время смешивали с воздухом в карбюраторе, который гораздо проще и дешевле. Такие отличия привели к тому, что дизельные автомобили заняли «профессиональную» нишу и в основном использовались как такси или развозные автомобили. Большие ежедневные пробеги помогали быстрее окупить более высокие затраты на приобретение.

Толчок спросу на дизели дал топливный кризис 1973 года — цены на бензин выросли в несколько раз, и даже в богатых США потребители просто сметали из дилерских шоу—румов компактные и экономичные автомобили. В Европе доля дизельных легковых автомобилей, колебавшаяся около 2,5 процента, за пару лет выросла более чем в полтора раза, до 4,1. Французская группа Peugeot почти в одиночестве предлагала дизельные версии для компактных автомобилей, и преуспела в этом. Затем к ней присоединился Volkswagen — выпустил дизельный Golf. Долю в 10 процентов в объемах продаж в Европе дизель преодолел в первой половине восьмидесятых годов. В XXI веке во многих европейских странах доля дизельных превышает половину всех проданных легковых машин.

Работа двухтактного дизеля

Дизельные моторы, как и бензиновые, бывают четырехтактными и двухтактными. В последнем рабочий цикл происходит за один оборот коленвала — то есть два движения поршня, а не четыре. Такой двигатель имеет бо?льшую удельную мощность, чем четырехтактный. Но он более шумный и имеет худшие экологические показатели, так что на легковых автомобилях практически не применяется. Однако устройство и основные принципы работы дизельного мотора лучше видны именно на его двухтактном варианте.

Начинается не с нижней мертвой точки поршня, а с момента, когда он перекрывает окна, через которые входил воздух.

Когда цилиндр оказался в верхней мертвой точке и воздух максимально сжат и поэтому нагрет, впрыскивается топливо. От высокой температуры оно воспламеняется, и давление толкает поршень вниз.

Поршень доходит до продувочных окон, открывается выпускной клапан.

Через открытые продувочные окна подается свежий воздух, давление которого вытесняет отработавшие газы.

Слово "солярка" происходит от немецкого Solaroel, "солнечное масло" — оно желтое по цвету.

Заметно ли было отличие типов двигателя при пользовании автомобилем?

Раньше дизель был более шумный, а низкая литровая мощность означала, что при равном рабочем объеме мотор развивает заметно меньшую мощность и автомобиль едет медленнее. Зато высокий крутящий момент на низких оборотах — типичная черта дизеля — позволял быстрее разгоняться.

Современные электронные системы управления так хорошо работают, что и по поведению машины, и на «на слух» отличить дизельный мотор от бензинового довольно сложно. Разве что взглянуть на тахометр: если там максимальные обороты 4000—5000 — то это дизельный, а если 6000—7000 и выше — то бензиновый.

Достоинства иногда оборачиваются недостатками. Высокая эффективность дизеля в преобразовании энергии топлива в механическое движение означает, что дизель меньше греется. Поэтому дизелям не хватает тепла на отопление салона, и большинство дизельных моделей оснащается дополнительным электрическим нагревателем. Большинство дизельных модификаций дороже своих бензиновых собратьев, в том числе и по этой причине.

Чем солярка отличалась от бензина?

И то и другое — набор углеводородов, выделяемый из нефти. Просто разные фракции.

Изначально в XIX веке процессы переработки нефти были довольно простыми: ее нагревали, а потом собирали выпаривающиеся при разных температурах фракции. Среди них был и бензин, так называемый прямогонный, который начинал испаряться при довольно низких температурах — от 33 до 190 градусов, затем керосин и газойль, а потом другие фракции, в том числе соляровое масло. Таким образом, бензин за счет его легкого испарения получить было довольно просто, и он стал популярным топливом.

Одно из следствий того, что бензин легко испаряется, — его более высокая пожароопасность. Когда в Советскую армию стали поступать дизельные танки Т—34, некоторые инструкторы убеждали бойцов в большей безопасности солярки: они вставляли в ведро с дизтопливом факел — и он гас. Топливо просто не успевало образовать горючую смесь с воздухом.

Главная характеристика дизтоплива — цетановое число. Оно показывает, как быстро топливо начинает воспламеняться после впрыска в горячую камеру сгорания, чем цетановое число выше, тем лучше. По действующим стандартам оно должно быть не менее 45 единиц. У бензина же главный параметр — устойчивость к детонации, то есть способность противостоять взрыву при сжатии. Его определяет октановое число: чем оно выше, тем лучше бензин. Грубо говоря, это характеристика, противоположная цетановому числу. И еще у него хуже смазывающие свойства. Поэтому если залить бензин в дизель и дать ему поработать, то можно довести мотор до полной негодности.

Бензиновый и дизельный двигатель. Что лучше?

Каждый автолюбитель, который планирует приобрести автомобиль, задается вопросом: «Какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый?». Однозначный ответ найти сложно, поскольку выбор конкретного силового агрегата зависит от многих факторов: типа кузова авто, его назначения, особенностей местности, где машина будет эксплуатироваться, и др.

У моторов любого типа есть свои преимущества и недостатки, поэтому отнеситесь к выбору серьезно, ведь именно от двигателя зависит расход топлива транспортного средства, время его разгона до 100 км/ч, максимальная скорость и другие важные характеристики.

Принцип работы моторов

И дизельные, и бензиновые силовые агрегаты относятся к двигателям внутреннего сгорания.

В бензиновом двигателе топливовоздушная смесь формируется во впускном коллекторе, то есть за пределами цилиндра. В конце такта сжатия происходит перемешивание паров бензина и воздуха. Эта гомогенная смесь равномерно распределяется по объему. Результатом сжатия становится повышение температуры смеси до 500˚С – этот показатель ниже, чем температура воспламенения бензина. Искру дают свечи зажигания – смесь загорается.

В цилиндре дизельного мотора сжимается только воздух под давлением 30–50 бар. В результате сжатия температура воздуха повышается до 900˚С. В это же время в камере сгорания перед верхней мертвой точкой поршня распыляется дизельное топливо. Мелкие капли жидкости испаряются, образуется топливовоздушная смесь, которую называют гетерогенной – она самовоспламеняется и сгорает.

КПД двигателя и мощность

Сгорание рабочей смеси в дизельном моторе более эффективно. Это возможно за счет высокой степени сжатия: 20 единиц у дизеля против 10 единиц у бензина. КПД дизельного мотора на 40% выше, а расход топлива на 20% меньше. Бензиновый агрегат характеризуется большей мощностью.

Из-за высокого давления при сгорании топлива дизельные моторы создают больше шума и вибраций, но ситуацию спасает качественная шумоизоляция авто.

Выхлопы

Более экологичными считаются дизельные версии ДВС. Современные агрегаты полностью соответствуют стандартам «Евро-4» и оснащаются сажевым фильтром, что минимизирует воздействие на окружающую среду.

Безопасность

Разница между дизельным и бензиновым топливом состоит в следующем: дизель испаряется медленнее, что снижает вероятность возгорания. Кроме того, в дизельных агрегатах система зажигания не используется.

Эксплуатация

Теоретически дизельный двигатель более долговечен за счет жесткого и прочного блока цилиндров, коленчатого вала, элементов цилиндропоршневой группы, головки блока цилиндров. Однако эта характеристика напрямую зависит от качества дизельного топлива. С этой точки зрения бензиновый агрегат менее прихотлив и более устойчив к топливу низкого качества.

Дизельный двигатель, в отличие от своего бензинового аналога, не приемлет низкие температуры. Уже при –15˚С летняя солярка густеет и перестает проходить через топливный фильтр, в результате чего авто отказывается заводиться. Однако проблема имеет простое решение – использование специальных сортов топлива или установка современных отопительных систем. Кроме того, дизельные двигатели долго прогреваются, поэтому тепло в салоне станет лишь спустя 10–15 минут интенсивного движения. Если Вы живете в местности, где сильные морозы не редки, отдайте предпочтение бензиновой установке.

Кроме того, дизель не боится воды, поскольку электричество в таких моторах используется только для запуска. Именно поэтому дизельными агрегатами оснащают внедорожники и кроссоверы.

Обслуживание

Владельцам машин с дизельными моторами приходится чаще менять фильтры и масла и проверять компрессию в цилиндрах. Подобные агрегаты отличаются сложной конструкцией, поэтому специалисты автосервиса смогут устранить не каждую поломку. Ремонт дизельного двигателя, как правило, обходится дороже.

Дизель требует больших капиталовложений, но только если говорить о краткосрочной перспективе. Если Вы покупаете авто надолго (от 5 лет) и планируете проезжать минимум 20 тысяч километров в год, то благодаря низкому расходу топлива дизель сэкономит Вам деньги.

Стоимость

Дизель обходится дороже бензина, однако учтите, что и обслуживание такого мотора потребует больших капиталовложений.

Дизель или бензин: плюсы и минусы

Бензиновые двигатели

Плюсы

Минусы

Дизельные двигатели

Что же лучше? Какой двигатель более надежный? Каждый автолюбитель ответит на эти вопросы самостоятельно исходя из своих приоритетов – мощность или экономичность, низкая или высокая морозоустойчивость и др. Идеальный мотор – это агрегат, объединяющий преимущества дизельного и бензинового двигателей.

Как работает дизельный двигатель автомобиля

Согласно сложившимся представлениям, дизельные двигатели производят много шума, неприятно пахнут и не дают нужной мощности. Считается, что они пригодны лишь для грузовых автомобилей, фургонов и такси. Возможно, в 1980-х гг. все было так, однако с тех пор ситуация в корне поменялась. Дизельные двигатели и органы управления системами впрыска топлива стали гораздо более совершенными. В 1985г. в Великобритании было продано почти 65 000 автомобилей с дизельными двигателями (примерно 3,5% от общего количества проданных автомобилей). Для сравнения, в 1985г. было продано всего 5380. (данные, вероятно, для рынка США).

Основные части дизельного двигателя должны быть прочнее, чем части двигателя, работающего на бензине.

Зажигание. Для зажигания не требуются искры, т.к. смесь воспламеняется под действием компрессии.

Запальные свечи. Нагревают камеру сгорания при холодном старте.

Многие дизельные двигатели были созданы на основе бензиновых двигателей, однако их основные детали обладают повышенной прочностью и способны выдерживать высокое давление.

Топливо попадает в двигатель за счет нагнетательного насоса с дозатором, который обычно прикреплен к боку блока цилиндров. В системе не используется электрическое зажигание.

Основным преимуществом дизельных двигателей перед бензиновыми является снижение эксплуатационных расходов. Дизельные двигатели обладают большей эффективностью за счет сильной компрессии и низкой стоимости топлива. Разумеется, цены на дизель могут варьироваться, поэтому автомобиль с дизельным двигателем обойдется вам дорого, если вы живете в регионе с высокими ценами на дизельное топливо. Кроме того, таким автомобилям реже требуется техобслуживание, однако замена масла для них организуется чаще, чем для автомобилей, которые работают на бензине.

Повышение мощности

Основным недостатком дизельных двигателей является их малая мощность по сравнению с бензиновыми двигателями равного объема.

Эту проблему можно решить, просто увеличив объем двигателя, однако зачастую это приводит к значительному утяжелению автомобиля.

Некоторые производители снабжают свои двигатели турбонагнетателями, чтобы повысить их конкурентоспособность. К примеру, производством турбодизелей занимаются Rover, Mercedes, Audi и VW.

Как работают дизельные двигатели

Впуск

При движении поршня вниз по цилиндру открывается впускной клапан, впускающий воздух.

Компрессия

Когда поршень доходит до нижнего основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Поршень поднимается, сжимая воздух.

Зажигание

Топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень доходит до верхнего основания. При этом топливо воспламеняется и снова приводит поршень в движение.

Выпуск

На обратном пути поршень открывает клапан выпуска, и отработанный газ выходит из цилиндра.

Четырехтактные дизельный и бензиновый двигатели работают по-разному, несмотря на то, что в их состав входят одинаковые компоненты. Основное отличие заключается в способе зажигания топлива и управления получаемой в результате энергией.

В двигателе, работающем на бензине, смесь воздуха и топлива зажигается от искры. В дизельном двигателе топливо воспламеняется под действием сжатого воздуха. В дизельных двигателях воздух сжимается в среднем в соотношении 1/20, в то время для бензиновых двигателей — это соотношение в среднем равно 1/9. Такое сжатие сильно нагревает воздух до температуры, достаточной для мгновенного воспламенения топлива, поэтому при использовании дизельного двигателя нет нужды в искрах или других способах зажигания.

Бензиновые двигатели поглощают очень много воздуха за один такт поршня (конкретный объем зависит от степени открытия отверстия дросселя). Дизельные двигатели всегда поглощают один и тот же объем, который зависит от скорости, при этом воздухопровод не оснащен дросселем. Его перекрывает один впускной клапан, а в двигателе отсутствует карбюратор и дисковый затвор.

Когда поршень достигает нижнего основания цилиндра, впускной клапан открывается. Под действием энергии от других поршней и импульса от махового колеса поршень отправляется к верхнему основанию цилиндра, сжимая воздух примерно в двадцать раз.

Как только поршень достигает верхнего основания, в камеру сгорания впрыскивается тщательно отмеренный объем дизельного топлива. Нагретый при сжатии воздух мгновенно воспламеняет топливо, которое расширяется при сгорании и снова отправляет поршень вниз, поворачивая коленчатый вал.

Когда поршень двигается вверх по цилиндру на такте выпуска, выпускной клапан открывается, позволяя отработанным и расширившимся газам выйти в выхлопную трубу. В конце такта выпуска цилиндр снова готов к новой порции свежего воздуха.

Конструкция дизельного двигателя

Дизельный и бензиновый двигатель состоят из одинаковых частей, которые выполняют одни и те же функции. Тем не менее, части дизельного двигателя обладают повышенной прочностью, т.к. они призваны выдерживать большую нагрузку.

Стенки блока дизельного двигателя обычно намного толще стенок блока бензинового двигателя. Они укреплены дополнительными решетками, которые блокируют импульсы. Помимо этого, блок дизельного двигателя эффективно поглощает шумы.

Поршни, шатуны, валы и крышки корпуса подшипников изготавливаются из самых прочных материалов. Головка цилиндра дизельного двигателя имеет особый вид, связанный с формой форсунок, а также формами камеры сгорания и вихрекамеры.

Впрыск

Для плавной и эффективной работы любого двигателя внутреннего сгорания требуется правильная смесь воздуха и топлива. Для дизельных двигателей эта проблема особенно актуальна, т.к. воздух и топливо подаются в разное время, смешиваясь внутри цилиндров.

Впрыск топлива в двигатель может быть прямым и непрямым. По сложившейся традиции чаще используется непрямой впрыск, т.к. он позволяет создавать вихревые потоки, которые смешивают топливо и сжатый воздух в камере сгорания.

Прямой впрыск

При прямом впрыске топливо опадает прямо в камеру сгорания, расположенную в головке поршня. Такая форма камеры не позволяет смешивать воздух с топливом и поджигать получившуюся смесь без жесткого стука, характерного для дизельных двигателей.

В двигателе с непрямым впрыском обычно присутствует небольшая спиральная вихрекамера (форкамера). Перед попаданием в камеру сгорания топливо проходит через вихрекамеру, и в нем образуются вихревые потоки, обеспечивающие лучшее смешивание с воздухом.

Недостатком такого подхода является то, что вихрекамера становится частью камеры сгорания, а значит, вся конструкция приобретает неправильную форму, вызывает проблемы при сгорании и негативно влияет на эффективность работы двигателя.

Непрямой впрыск

При непрямом впрыскивании топливо попадает в небольшую форкамеру, а оттуда — в камеру сгорания. В результате конструкция приобретает неправильную форму.

Двигатель с прямым впрыском не оборудован вихрекамерой, и топливо прямиком попадает в камеру сгорания. При проектировании камер сгорания в головке поршня инженеры должны уделять особое внимание их форме, чтобы обеспечить достаточную силу вихрей.

Запальные свечи

Чтобы разогреть головку блока цилиндров и блок цилиндров перед холодным стартом, в дизельных двигателях используются запальные свечи. Короткие и широкие свечи являются составной частью электросистемы автомобиля. При включении питания элементы в свечах очень быстро нагреваются.

Запальные свечи включаются при особом повороте колонки рулевого управления или с помощью отдельного переключателя. В последних моделях свечи выключаются автоматически, как только двигатель разогревается и разгоняется до скорости, превышающей скорость холостого хода.

Управление скоростью

В отличие от бензиновых двигателей, в дизельных двигателях отсутствует дроссель, поэтому объем потребляемого ими воздуха остается неизменным. Частота вращения двигателя определяется только объемами топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. Чем больше топлива, тем больше энергии выделяется при сгорании.

Педаль газа подключена к датчику в система зажигания, а не к дросселю, как в автомобилях, которые работают на бензине.

Для остановки дизельного двигателя по-прежнему необходимо повернуть ключ зажигания. В бензиновом двигателе при этом исчезает искра, а в дизельном — отключается соленоид, отвечающий за подачу топлива в насос. После этого двигатель расходует оставшееся в нем топливо и останавливается. По факту, дизельные двигатели останавливаются быстрее, чем бензиновые, потому что высокое давление сильно замедляет ход.

Как заводится дизельный двигатель

Дизельные двигатели, подобно бензиновым, заводятся при включении электромотора, запускающего цикл сжатия и воспламенения. Тем не менее, при низкой температуре дизельные двигатели заводятся с трудом, потому что сжатый воздух не разогревается до температуры, необходимой для воспламенения топлива.

Для решения этой проблемы производители изготавливают запальные свечи. Запальные свечи представляют собой питаемые от батареи электроотопители, которые включаются за несколько секунд до запуска двигателя.

Дизельное топливо

Топливо, используемое в дизельных двигателях, сильно отличается от бензина. Оно не проходит очистку, а потому представляет собой вязкую тяжелую жидкость, которая испаряется довольно медленно. Благодаря этим физическим свойствам дизельное топливо иногда называют дизельным маслом или мазутом. В сервисных центрах и на заправках автомобили, работающие на дизельном топливе, часто называют дервами (от diesel-engined road vehicles).

В холодную погоду дизельное топливо быстро густеет или даже замерзает. Кроме того, в нем содержится небольшое количество воды, которая также может замерзнуть. Все виды топлива поглощают из атмосферы воду. Более того, она нередко проникает в подземные резервуары. Допустимое содержание воды в дизельном топливе — 0,00005-0,00006%, т.е. четверть стакана воды на 40 литров топлива.

Лед или водяная пробка может заблокировать топливопроводы и форсунки, что делает невозможной работу двигателя. Именно поэтому в холодную погоду можно увидеть водителей, которые пытаются подогреть топливопровод с помощью паяльника.

В качестве превентивной меры можно возить с собой дополнительный бак, однако современные производители уже добавляют в топливо примеси, которые позволяют использовать его при температуре выше -12-15°C.

Источник https://www.kommersant.ru/doc/3607868

Источник https://www.kia-favorit.ru/articles/rekomendacii-specialistov/dizel-ili-benzin/

Источник http://17koles.ru/how/kak-rabotaet-dizelnyy-dvigatel-avtomobilya

Источник