Дизельный двигатель
Главное и основное преимущество дизельного двигателя - экономичность. Чтобы понять, почему дизельный мотор расходует меньше топлива, достаточно знать, что его КПД выше бензинового. Причина - в особенностях конструкции и принципе работе мотора.
Бензиновый двигатель, несмотря на все новейшие разработки, улучшающие его характеристики (например, система прямого впрыска), по-прежнему уступает дизельному: в полезную работу преобразовывается около 30% энергии сгоревшего топлива. У дизеля этот показатель, в среднем, 40%, а с турбонаддувом и промежуточным охлаждением - свыше 50%.
Первый работоспособный двигатель, в котором топливо воспламеняется от сжатия, разработал в конце XIX века немецкий инженер Рудольф Дизель
Именно поэтому экономичные в пересчете на «стоимость километра» и более «эластичные» при смене режимов работы моторы уже завоевали Европу, где стоимость литра топлива значительно выше, чем в России. Единственным препяствием остается конструктивная невозможность без конца снижать веса и уменьшать размеры мотора - при производстве дизелей точность подгонки деталей должна быть на порядок выше, а это недостижимо при слишком миниатюрных деталях. Поэтому до настоящего времени относительно массивные и тяжелые дизельные двигатели все еще ставят в основном на внедорожники и крупные легковые автомобили.
История дизельного двигателя
Первый работоспособный двигатель, в котором топливо воспламеняется от сжатия, разработал в конце XIX века немецкий инженер Рудольф Дизель. В качестве топлива для опытных образцов Дизеля использовался керосин, в дальнейшем, в ходе развития дизелестроения применялись различные виды горючих жидкостей от рапсового масла до сырой нефти. В результате пришли к более простым в производстве, то есть более дешевым, чем бензин, мазуту и солярке. Их низкая себестоимость объясняется тем, что эти классы топлива можно вырабатывать без применения сложных процессов, за счет прямой перегонки нефти.
Основное применение дизели, которые поначалу были очень большими, получили на кораблях и в стационарных механизмах. Несовершенные системы впрыска топлива не позволяли использовать их в автомобилях, требующих высокооборотистых силовых агрегатов.
Лишь в 20-е годы XX века появились первые образцы грузового и общественного транспорта с дизельными двигателями. Еще через 15 лет моторы этого типа начали применять в легковом автомобилестроении, но все равно долгое время дизель – мощный, не страдающий от детонации при любом объеме цилиндров, но тяжелый и шумный, был основным двигателем «тяжеловозов» - грузовой и сельскохозяйственной техники, железнодорожного транспорта, судов.
Основное отличие дизеля от бензинового двигателя – в принципе воспламенения смеси
Только в 70-е годы рост цен на нефть в сочетании с развитием технологий стимулировал разработку небольших дизелей, вскоре составивших конкуренцию бензиновым моторам.
Устройство и принцип работы дизельного двигателя
По конструкции дизельный двигатель мало отличается от бензинового. Та же система цилиндр-поршень-шатун-коленвал, трансформирующая расширение сгорающей топливно-воздушной смеси в крутящий момент.
Основное отличие дизеля – в принципе воспламенения смеси. Если в бензиновых моторах топливо смешивается с воздухом до попадания в цилиндры и поджигается принудительно электрической искрой, то в дизелях топливо и воздух поступают в цилиндры раздельно. Фазу сжатия проходит только воздух, при уплотнении нагревающийся до 700-900 градусов. В точке максимального сжатия в цилиндр под большим давлением через специальные форсунки впрыскивается топливо. Из-за высокой температуры происходит его самовозгорание, после чего следуют циклы, идентичные для всех двигателей внутреннего сгорания – расширения и выпуска отработавших газов.
Плюсы и минусы дизельного двигателя
К главным достоинствам дизеля, помимо уже упомянутого высокого крутящего момента и экономичности, можно отнести и простоту конструкции. Дизелю не нужна система зажигания и дроссель. Как следствие – устройство двигателя проще, а значит, он более неприхотлив в эксплуатации, чем бензиновый.
С другой стороны, по причине высокой нагрузки стенки цилиндров должны быть толще, а находящиеся под нагрузкой детали - массивнее. Отсюда соответствующие вес и габариты. В конце восьмидесятых эту проблему начали решать за счет применения алюминия, но дизели с алюминиевыми головками были не слишком надежными - при перегреве алюминиевые детали неминуемо "вело". Двигатели с алюминиевой головкой блока требовали еще большей точности при сборке и затяжке болтов, крепящих головку к блоку.
Проблемой дизелей до недавнего времени был и уровень шума при работе. Дело здесь в том, что взрывной характер воспламенения смеси, который в бензиновых двигателях называется детонацией, - нормальная история для дизеля. Впрочем, в последние годы большинство автопроизводителей успешно с этим недостатком справляются, повышая уровень шумоизоляции салона автомобиля.
Дизели очень требовательны к чистоте топлива, которое не только сгорает в камере двигателя, но и смазывает насос
Есть и еще одно конструктивное "слабое место" дизельного агрегата. Для подачи топлива в камеру сгорания используется топливный насос высокого давления. Это сложный механизм, поэтому дизели очень требовательны к чистоте топлива, которое не только сгорает в камере двигателя, но и смазывает насос. Абразивные частицы и вода могут быстро вывести из строя точный механизм насоса.
Повышенные требования предъявляет дизель и к моторному маслу, смазывающему точно подогнанные детали кривошипно-шатунного механизма. Масло должно быть чистым, а при сгорании дизельного топлива выделяется много сажи, и ее частицы, проникая в масло, быстро делают его негодным. Мельчайшие посторонние частицы работают как абразив, резко увеличивая износ, поэтому масло в дизельных двигателях следует менять чуть ли не вдвое чаще.
Одним из факторов, тормозящих рост популярности дизельных автомобилей, остается одно из свойств дизельного топлива. Дело в том, что при снижении температуры до нуля градусов оно заметно густеет. Поэтому на заправках в холодный сезон топливо меняют на зимнее, которое отличается от летнего только тем, что в него добавлены присадки, препятствующие загустению. И тем не менее, дизельные автомобили нередко беспокоят свих владельцев проблемами «холодного» запуска – инертность отягощенного парафинами топлива прямо пропорциональна понижению температуры воздуха. В особо холодных регионах этот недостаток решается сегодня путем установки предпускового подогрева как самого двигателя, так и различных частей топливной системы, в зависимости от конфигурации. Установка подогрева, заводского или от стороннего производителя, естественно, делает автомобиль дороже.
Справедливости ради, стоит сказать, что вязкость и нелетучесть дизельного топлива - одновременно и положительная черта дизеля. За счет этих качеств двигатели этого семейства менее пожароопасны.
Вопросы эксплуатации дизельного двигателя
В теории, более толстостенный и сконструированный в расчете на интенсивные нагрузки дизель долговечнее бензинового мотора. Он обладает специфическими особенностями - максимальный крутящий момент достигается при относительно низких оборотах. Для дизеля характерна стабильная, но плавная динамика, поэтому автомобили с двигателем этого типа скорее для спокойных водителей (если, конечно, дизель небольшого объема). Зато манипулировать педалями и ручкой КПП приходится реже (стартовать можно и со второй передачи), однако, раз «рванув» со светофора, можно сразу «списывать» изрядный запас моторесурса.
