В чем принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового

Если не рассматривать водородные, электрические, и прочие пока еще экзотические моторы, все массовые силовые установки для автомобилей делятся на две категории:

• бензиновые, т.е. работающие на так называемом «легком» топливе;
• дизельные – соответственно, потребляющие «тяжелое» горючее.

Казалось бы, в обоих типах моторов, кинетическая энергия управляемого взрыва топливной смеси преобразуется в крутящий момент, приводящий в движение автомобиль.

На самом деле, создание движущей силы из калорий топлива, это единственное, что их объединяет. Так в чем же отличие дизельного двигателя от бензинового? Наш материал поможет разобраться.

Отличия в работе двигателей

С точки зрения механики, моторы одинаковы. Цилиндр, поршень, шатун и коленвал. Главное отличие в топливе, точнее – в способе его воспламенения. Именно от этого отталкиваются при разработке остальных технологий.

Свойства топлива определяют следующие характеристики:

1. Мощность двигателя. При одинаковом объеме цилиндров, у дизеля меньше лошадиных сил. Однако это не сильно влияет на общие впечатления от езды.
2. Крутящий момент. Несмотря на высокую мощность, бензиновый мотор не может обеспечить такую тягу как ДВС, работающий на тяжелом топливе. Это компенсирует недостаток мощности дизеля.
3. Экономичность. В отличие от бензинового двигателя, дизельный мотор потребляет до 30% меньше топлива. В ряде случаев это становится решающим фактором при покупке.
4. Экология. Современные нормы Евро 5 и 6 практически уравнивают различные моторы в степени воздействия на окружающую среду. Тем не менее, при сгорании солярки выделяется намного меньше токсичных и синтетических веществ. Иными словами, дизельный мотор имеет более «природный» выхлоп. Если такое определение подходит к ситуации.

Если свести работу разных типов двигателя к потребительским качествам, получается, что дизель экономичнее и тяговитей бензинового. Оппонент может похвастать разгонной динамикой и высокой скоростью.

Позитивные и негативные стороны бензиновых моторов

Сжигание высокооктанового углеводородного топлива – бензина – позволяет двигателю развивать большую мощность и высокие обороты. Автомобиль, оборудованный таким мотором, обладает лучшей разгонной динамикой, нежели дизельный двигатель. Одно условие: коленчатый вал нужно раскрутить до 2500–3000 об/мин, чтобы достичь максимального крутящего момента.

Положительные моменты от эксплуатации бензинового мотора выглядят так:

• звук работы силового агрегата негромкий по сравнению с дизелем;
• надежность системы топливоподачи, приемлемая стоимость ремонта;
• агрегат спокойно переносит длительное повышение оборотов коленвала вплоть до 5000 об/мин на атмосферных версиях и 8000 об/мин – на турбированных;
• отсутствует проблема холодного запуска;
• выхлоп содержит меньше вредных веществ и сажи.

Примечание. Дизель от бензина отличается большим содержанием серы, парафина и соединений свинца. Поэтому при сгорании солярки в окружающую среду выделяется гораздо больше вредностей, чем от сжигания легких углеводородов.

Дополнительное преимущество бензиновых силовых агрегатов – универсальность. Если оборудовать машину дополнительной установкой и отдельным топливным резервуаром, можно ездить на сжиженном газе (пропан-бутановая смесь) и даже на метане. Модернизация позволяет экономить средства, поскольку газ ощутимо дешевле жидкого горючего.

Теперь о немногочисленных недостатках:

1. Бензиновый мотор слабо «тянет» на низких оборотах, крутящего момента не хватает. Мощный «подхват» начинается от 3000 об/мин коленчатого вала.
2. Высокий расход топлива, в том числе сжиженного газа.
3. Наличие системы зажигания, чьи элементы нередко отказывают по причине износа либо вследствие попадания воды.

Плюсы и минусы, присущие бензиновым двигателям, дают им преимущества для установки на легковые автомобили и спорткары. Там, где нужна приличная мощность, комфорт и скорость, данные моторы незаменимы.

Рабочий цикл дизельного двигателя

Схема работы дизельного двигателя
Для примера возьмем четырехтактный мотор (двухтактные системы в современном автомобилестроении не применяются). Турбину не рассматриваем, в качестве системы впрыска солярки возьмем топливный насос высокого давления.

1. Впуск – поршень движется вниз. открывается впускной клапан (из может быть два), в камеру сгорания поступает свежий холодный воздух, насыщенный кислородом. После достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), закрываются все клапана.
2. Сжатие – поршень движется вверх, сжимая воздух в герметичной камере сгорания. При сжатии. воздух сильно нагревается, в некоторых случаях до температуры 600°С — 700°С. Когда поршень займет верхнюю мертвую точку (ВМТ), с помощью форсунки происходит дозированное впрыскивание дизельного топлива. Принципиальный вопрос – создание высокого давления.
3. Рабочий ход — Солярка вспыхивает от температуры воздуха, и начинается интенсивное горение, практически взрыв. Поршень интенсивно двигается к НМТ. Этим циклом характеризуются показатели работы моторов: коленвал вращается с высоким крутящим моментом, что характерно именно для дизеля.
4. Выпуск — разница дизельного и бензинового двигателя на этом цикле работы невелика. Открываются выпускные клапана и происходит очищение камеры сгорания от отработанных газов.

В чем принципиальная разница? Отличаются способы образования топливно-воздушной смеси. У дизеля топливо впрыскивается в цилиндр, уже заполненный воздухом. Бензиновая смесь формируется во впускном коллекторе, после чего подается в камеру сгорания.

Демонстрация работы дизельного двигателя — видео

Система на тяжелом топливе работает просто, точек возникновения неисправности гораздо меньше. Однако стоимость дизельного насоса высокого давления нивелирует преимущества. рис 2

Какой двигатель эффективней- Дизель или бензин?

[media=
https://youtu.be/ilZyCD-QlJg
]

Дизельные двигатели продолжают совершенствоваться в экологическом плане, постепенно доказывая специалистам и экологам что уровень вредных веществ в выхлопе может быть почти таким же, как и в бензиновых автомобилях. Но пока что бензиновые двигатели по-прежнему считаются более экологичными по сравнению с дизельными. Но есть в этих дизельных моторах неоспоримое преимущество, которое заключается в следующем, по сравнению с теми же бензиновыми моторами они намного экономичнее.

Действительно, в большинстве случаев дизельные двигатели значительно превосходят бензиновые агрегаты по топливной эффективности.

Это объясняется особенностью температуры самовоспламенения дизельного топлива в камере сгорания. Температурой самовоспламенения считается такая температура, при которой соотношение в смеси кислорода с топливом приводит к самовоспламенению топливной смеси.

В бензиновых же моторах наоборот, там важно, чтобы температура в соотношении бензин-кислород в камере сгорания не приводила к самовоспламенению бензина во время сжатия, поскольку это может привести к воспламенению топлива до подачи искры свечами зажигания. Это может привести к повреждению двигателя.

Чтобы этого не происходило бензиновые моторы имеют довольно низкие коэффициенты сжатия (такт сжатия, это когда определенное количество кислорода и бензина попадают в камеру сгорания). Это необходимо для того, чтобы во время сжатия резко не повышалась температура воздуха.

Поскольку дизельные моторы во время такта сжатия (впуска) не имеют внутри камеры сгорания дизельного топлива, то они могут сжимать всасываемый кислород намного сильнее, чем бензиновые двигатели. В результате такого сильного сжатия воздух в камере сгорания очень сильно нагревается и после чего в камеру сгорания попадает само дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.

Другим преимуществом эффективности дизельного двигателя является отсутствие в нем дроссельной заслонки. Когда вы нажимаете педаль газа в бензиновом автомобиле, это позволяет открывать впускные клапана в двигателе, что в свою очередь позволяет большому количеству воздуха попадать в мотор.

Соответственно получается, чем больше кислорода, тем больше энергии образуется в результате воспламенения топлива, которое в этом случае также начинает подаваться в повышенном объеме. Стоит здесь отметить, что этот процесс контролирует компьютер, который и определяет необходимое количество топлива.

В дизельных же моторах дроссельные клапана не нужны. При нажатии педали газа компьютер сам определяет, какое количество топлива необходимо подать в камеру сгорания.

В результате этого при работе дизельного мотора теряется совсем немного топлива в отличии от тех же бензиновых моторов, которые сжигают бензина зря на много больше.

Принцип работы бензинового мотора

Аналогичный пример – четырехтактный атмосферный двигатель с обычной системой впрыска топлива.

Схема работы бензинового двигателя

1. Впуск – подготовленная топливно-воздушная смесь через открытый клапан поступает в камеру сгорания. Поршень движется к ЕМТ, создавая разрежение. После заполнения, впускной клапан закрывается, камера становится герметичной.
2. Сжатие – поршень движется вверх, сжимая подготовленную смесь. При достижении им верхней мертвой точки (ВМТ), срабатывает свеча зажигания, и топливная смесь воспламеняется.
3. Под давлением сгорающих газов, поршень устремляется к НМТ, передавая крутящий момент на коленвал. Клапана остаются закрытыми.
4. Выпуск – поршень устремляется вверх, одновременно открывается выпускной клапан. Отработанные газы вырываются наружу, освобождая место для топливной смеси.

Общий принцип эксплуатации такой же – зажечь топливную смесь в ограниченном герметичном объеме. Однако, благодаря отличиям солярки от бензина, с точки зрения термодинамики мы получаем совершенно иную картину.

Температура сгорания у бензина выше, энергии отдается больше. Но она распределяется более равномерно. Поэтому теряется крутящий момент, но прибавляются лошадиные силы.

О конструктивных различиях

В целом устройство обоих моторов одинаковое – коленчатый вал, передающий усилие колесам автомобиля, вращается поступательным движением нескольких поршней (количество – от 3 до 12 шт.). Последние толкает энергия раскаленных газов, выделяющихся в результате сгорания углеводородного топлива. В этом месте и появляется разница между бензиновым и дизельным двигателем – подача и сжигание горючей смеси происходит по-разному.

Бензиновая версия агрегата функционирует по такому алгоритму:

1. Когда поршень движется к нижней мертвой точке, в цилиндр подается четко дозированная топливовоздушная смесь. В системе с карбюратором она всасывается за счет разрежения, создаваемого поршнем.
2. Пройдя нижнюю точку, поршень движется кверху и сжимает смесь в 8–11 раз (зависит от конструкции мотора). В результате она распределяется по объему камеры сгорания и нагревается до 400–500 °С.
3. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания проскакивает искра. Горючее воспламеняется, камера заполняется расширяющимися газами, толкающими поршень вниз. Цикл поочередно повторяется во всех цилиндрах.

Дизельот бензинового двигателя отличается отсутствием свечей зажигания и малым объемом камеры сгорания. Соответственно, степень сжатия в цилиндрах повышается до 18–22 раз. При движении вверх поршень сдавливает только воздух, а солярка впрыскивается внутрь цилиндра в самый последний момент. Поскольку от сильного сдавливания воздух прогревается до 900 °С, горючее в камере вспыхивает самостоятельно, без искры.

Чтобы струя солярки из форсунок могла попасть в цилиндры на такте сжатия, в системе топливоподачи задействован насос высокого давления – ТНВД. Кстати, свечи в дизеле тоже есть, но выполняют они другую функцию – разогревают топливо перед впрыском внутрь камер.

Чтобы разобраться в характеристиках и поведении двух разных моторов, предлагается провести сравнение их эксплуатационных качеств. Лучший способ это сделать – рассмотреть достоинства и недостатки силовых агрегатов.

Эксплуатационные отличия

Обслуживание дизельного и бензинового двигателей отличается как по стоимости, так и по времени проведения ТО. Бензиновые моторы ремонтировать дешевле, хотя ломаются они не реже, чем дизельные.

Для моторов, работающих на солярке, требуются более качественные комплектующие и расходные материалы. Система питания более капризна, и чувствительна к качеству топлива. Чаще производится и замена масла, это также удорожает регламентные работы.

Однако экономия топлива в процессе эксплуатации нивелирует затраты. Основной недостаток дизеля – шумность и резковатый звук. Это не всем нравится.

Бензиновые моторы более понятны и просты в обслуживании, хотя современные экологические системы делают ремонт и обслуживание все более дорогим. Ресурс ДВС на легком топливе ниже.

Это связано не с нагрузками (они на бензиновом моторе не такие высокие), а с запасом прочности деталей. Для дизельного мотора аппаратная часть более прочная, поскольку вибрации и нагрузки выше. В результате владелец получает так называемую избыточную прочность, и мотор «ходит» без поломок дольше.

Сравнение процесса работы дизельного двигателя и бензинового — демонстрационное видео

Какой двигатель лучше?

Однозначного ответа на данный вопрос не существует, многое зависит от сферы применения автомобиля. Сравнение бензиновой и дизельной версии показывает, что вторая более экономична в краткосрочной перспективе. То есть, в процессе эксплуатации затраты на горючее существенно ниже, но когда вопрос ремонта ТНВД либо форсунок встанет ребром, придется сразу выложить кругленькую сумму.

Когда следует выбирать дизельный двигатель:

• если вы исповедуете спокойный стиль езды и предпочитаете ежедневную экономию средств;
• для перевозки грузов, в том числе на дальние расстояния;
• когда вы подбираете рамный внедорожник для езды по сложным маршрутам и грунтовым покрытиям;
• вам просто нравится поведение мотора с тягой на низких оборотах коленчатого вала.

Если ни один из перечисленных пунктов вам не подходит, смело покупайте машину с бензиновой версией силового агрегата. С данным двигателем тоже можно экономить – добавить газовую установку либо ездить потише, без резких динамичных разгонов.

Эксплуатационная долговечность дизельного и бензинового мотора примерно одинакова, как и стоимость ремонта. Но первый больше боится гидроударов: стоит буквально капле воды проникнуть в камеру сгорания (например, через воздушный фильтр), и трещина в головке цилиндров обеспечена. В бензиновой версии степень сжатия меньше, а камера больше, поэтому вероятность разрушения от попадания воды гораздо ниже.

Основные преимущества и недостатки бензинового и дизельного двигателей:

Использование дизельных двигателей имеет ряд преимуществ:

• более высокий КПД, и, как следствие, повышенная экономичность;
• цена на топливо несколько ниже;
• высокая долговечность;
• экологичность;
• в качестве смазочного материала выступает сама солярка;
• благодаря отсутствию системы зажигания, двигателю не страшно попадание воды;

В то же время у дизельных установок есть и свои недостатки:

• большая масса двигателя;
• топливная система крайне чувствительна к некачественному топливу;
• техническое обслуживание необходимо проводить чаще;
• для запуска требуется аккумулятор большей емкости;
• плохая устойчивость к морозам;
• повышенный шум и вибрации;
• сложность и дороговизна технического обслуживания;
• не выносит повышенных оборотов и скоростей.

Как и дизельные, бензиновые двигатели имеют свои плюсы:

• морозоустойчивость;
• относительная дешевизна и простота технического обслуживания;
• высокая мощность;
• низкий уровень шума;
• не требователен к качеству топлива;
• легко переносит работу на очень высоких оборотах.

К недостаткам бензиновых устройств относятся:

• повышенный расход топлива;
• более быстрый износ;
• хорошее тяговое усилие только на определенных оборотах.