Дизельный двигатель: плюсы и минусы

Дизельный двигатель – второй по популярности двигатель для оснащения современных автомобилей. Кто-то прочит ему место основного мотора для автомобилей уже в недалёком будущем, а кто-то говорит, что дизель устарел. Тем не менее, дизельные двигатели продолжают выпускаться миллионами по всему миру, а грядущий топливный кризис заставляет решать быстрее проблему топлива для личного и общественного транспорта. Посмотрим, подходит ли как её решение дизельный двигатель.

История

Первым, кто придумал двигатель с воспламенением от сжатия, стал Э. Стюарт. Ему было интересно изучить двигатель, могущий работать без свечей зажигания. В двигателе Стюарта воздух сжимался и, сжатый, впускался в камеру. В неё же добавлялось топливо. К несчастью, Стюарту не пришло в голову проверить, насколько эффективен такой двигатель.

Рудольф Дизель

Идея хороша, но надо впрыскивать топливо в цилиндры, а с мазутом и прочими тяжёлыми сортами топлива обычным насосом не обойдёшься. Большой вес компрессора, необходимого для впрыска топлива, и низкие рабочие обороты ограничили применение нового вида моторов теми областями, где вес много не значил – наземные станции и двигатели для судов.

В 20-ые годы за дизельный мотор взялись всерьёз. Роберт Бош усовершенствовал топливный насос высокого давления (в дальнейшем ТНВД), который для дизеля означал отказ от громоздкого и шумного воздушного компрессора и возможность увеличить рабочие обороты. С 1927 года компания Bosch GmbH стала выпускать механические ТНВД для дизельных двигателей, но, увы... В своём отечестве пророка так и не услышали. Даже на танки немцы продолжали ставить пожароопасные и прожорливые бензиновые двигатели.

Лишь в пятидесятые годы дизельный двигатель занимает место под капотами грузовиков. После кризиса 1973 года  дизелем заинтересовались и производители легковушек. В наше время главным производителем и потребителем дизельных машин остаётся Европа. Американцы всё никак не расстанутся с мыслью о дешёвом бензине, поэтому даже на большие пикапы и джипы продолжают ставить многолитровых монстров.

Технические подробности

Конструкция дизельного двигателя почти не отличается от бензинового: и там, и там есть поршни, цилиндры, клапаны. Но вот система зажигания у дизельных двигателей отсутствует в принципе. Вместо привычной искры топливная смесь загорается от высокой температуры сжатого воздуха. Рассмотрим работу дизельного двигателя.

2-й такт. Поршень идёт вверх, и воздух в цилиндре сжимается в несколько раз (от 14 до 25), нагреваясь при этом до 700-800 градусов по Цельсию.

3-й такт. Как только поршень достигает верхней точки, в цилиндр впрыскивается топливо. Горение. Воздушная смесь расширяется, поршень идёт вниз.

4-й такт. Поршень опускается вниз, газы удаляются через открытый клапан выпуска.

Разрез дизеля: 1 – генератор; 2 – воздушный фильтр; 3 – топливная форсунка; 4 – топливный трубопровод; 5 – свеча накаливания; 6 – ТНВД; 7 – фильтр охлаждающей жидкости – масла.

Топливо в цилиндре воспламеняется с резким скачком давления внутри цилиндра, из-за этого двигатель работает шумно и с вибрациями. Также для сохранения на надлежащем уровне безопасности дизельный двигатель делается гораздо прочнее, чем бензиновый. А прочнее – значит тяжелее.

Система питания дизельного двигателя также отлична от системы питания двигателя на бензине. Прежде всего, она гораздо сложнее. Топливо в камеру сгорания надо подавать под большим давлением, и его количество очень мало. Управление двигателем возложено на электронный блок, который управляет топливным насосом, форсунками, полагаясь на данные от датчиков. Соответственно, такая схема питания сильно удорожает двигатель.

Плюсы

Самый главный плюс, это – дешёвое топливо! Когда разница в цене между ДТ и АИ-98 достигает 20%, экономить начинают даже владельцы дорогих машин. У дизеля КПД достигает 36% и выше. Бензиновый собрат вынужден довольствоваться 25%, а это означает, что дизель потратит топлива меньше, чем бензиновый мотор.

Дизельный двигатель по сравнению с бензиновым такого же объёма отличается гораздо более высоким крутящим моментом. Это особенно  важно для легких фургончиков и универсалов. А на грузовики других двигателей и не ставят. Большой крутящий момент помогает в городе, в пробках можно ехать на холостых оборотах.

Минусы

Главный негативный момент: дизель дорог. Причём как в изготовлении (это из-за  больших нагрузок), так и в обслуживании. А дороговизна вызывается неэкологичностью выхлопа  и необходимостью подгонять этот выхлоп в жёсткие рамки международных соглашений.

У дизельного двигателя топливо воспламеняется от температуры сжатого воздуха. В результате оно не успевает перемешаться с воздухом, и образуют при сгорании CH, NO_x и сажу. Особенно заметна сажа, окрашивающая выхлоп в чёрный цвет. И если с углеводородами может бороться катализатор, то количество сажи в выхлопе регулирует специальный сажевый фильтр, расположенный между выхлопным коллектором и катализатором. В потоке выхлопных газов фильтр нагревается, и сажа догорает. Периодически приходится дожечь оставшуюся сажу, и по команде блока управления в конце рабочего хода температура газов поднимается за счёт сжигания дополнительного количества топлива.

Из-за неоднородности химического состава выхлопных газов катализатор также имеет более сложное устройство.

Теперь о проблемах, связанных с топливом. Как известно, дизельное топливо бывает двух видов – летнее и зимнее. Различаются они по температуре загустевания. Когда топливо замерзает, его отказывается толкать насос, и всё... Вы стоите на обочине и не можете завести двигатель. От этого спасает подогрев топливных шлангов (для грузовиков – и топливного бака). Бензин же не замерзает.

ТНВД дизельного мотора – крайне капризная штука. Поскольку он работает при высоких давлениях, попадание в топливо воды для него смертельно опасно. Стало быть, необходим водоотделитель. Мелкие частицы грязи также способны умертвить насос – за топливной горловиной нужен фильтр. Для российских условий необходимы два фильтра, у нас очень грязное дизельное топливо, не все фирмы поставляют машины с такими моторами к нам. Такая сложность систем и приводит к значительной цене дизеля – иногда разница с бензиновым двигателем доходит до 4000 евро.

Вибрации и шум до последнего момента были неотделимы от слова «дизель». С ними борются, укутывая моторный отсек рулонами изоляции, уравновешивая моменты и калибруя блоки управления.

Так почему?

Почему же дизельные двигатели по-прежнему популярны?

Во-первых, «там» следят за экологией, и владельцам экологичных машин положены скидки на страховку и прочие налоги.

Во-вторых, при заправке качественным топливом и регулярном уходе дизельный двигатель способен отработать с полмиллиона километров без капремонта. А это уже прямая выгода.

В-третьих, дизельный двигатель с турбонаддувом вполне может играть роль «пламенного сердца». Так поступают многие фирмы.

Так что, не знаете, брать дизельную машину, или нет? Для этого надо проехать за её рулем хотя бы пару десятков километров, и понять, нравится она вам, или нет. Тем более, никаких налоговых льгот и скидок по страховке у нас пока всё равно не предвидится...