Дизельный двигатель

Дизельный двигатель, изобретенный в 1892 году Рудольфом Дизелем, в честь которого он и был назван, почти ровесник бензинового мотора. Однако вначале своей карьеры он не был удостоен такого внимания автомобилестроителями, как бензиновый, с которым и вовсе отождествляют эру автомобилей. Тем не менее, последнее время машины укомплектованные дизельными двигателями завоевывают все большую популярность.

С устройством бензинового силового агрегата отечественные автолюбители более-менее знакомы, а вот представление о дизельных моторах чаще всего ограничивается лишь тем, что в бак автомобилей заливается солярка.
Главное принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе подачи топлива. В бензиновом моторе топливовоздушная смесь подается вместе с воздухом, а в дизельном подача топлива и воздуха происходит отдельно. Делается это следующим образом. В цилиндр всасывается воздух, затем он сжимается (степень сжатия дизельных моторов находится в пределах 14-24, что в пару раз выше, чем у бензиновых).

В момент наибольшего сжатия, когда температура воздуха достигает 800–900 градусов, в камеру сгорания под давлением (до 2000 бар), создаваемым топливным насосом высокого давления (ТНВД), впрыскивается топливо, которое вследствие высокой температуры самовоспламеняется. Возгорание сопровождается резким повышением давления и характерным звуком, которое у нас прозвали дизельным тарахтением. У этих двигателей отсутствуют свечи зажигания, но есть свечи накаливания (пусковые свечи, свечи разогрева), которые используются только первые несколько минут работы двигателя.

Их применение обусловлено тем, что в холодное время года, пока мотор не прогреется, температуры сжимаемого воздуха не достаточно, чтобы воспламенить топливо. В остальном эти моторы абсолютно идентичны: та же конструкция, разве что тяжелее за счет более массивных деталей, обусловленных большими нагрузками. Дизельные моторы примерно на треть тяжелее бензиновых аналогичной мощности.

Первые 20–30 лет своего существования дизели использовались в основном в промышленности, на кораблях и военной технике. На тот момент сложные крупногабаритные системы подачи необходимого количества топлива в определенный момент и с заданным давлением не позволяли устанавливать их на небольшие автомобили. Но усовершенствование технологий позволило со временем делать не такие громоздкие механизмы, и в 20-е годы дизельные двигатели сначала появились на грузовой технике и автобусах, а в 1936 году появился первый в мире легковой Mercedes 260 D, употребляющий солярку.

Плюсом дизельных моторов является меньший расход топлива, в сравнении с бензиновыми двигателями (порядка 30% при одной и той же мощности), так как в отличие от бензиновых для изменения работы моторов регулируется подача топлива (на бензиновом моторе регулируется подача воздуха). У дизелей выше и КПД, находящееся в пределах 30–40%, в то время как КПД бензинового мотора равно 20–30 %. За счет более обедненной смеси, мощность дизелей уступает бензиновым моторам того же объема, хотя максимальный крутящий момент достигается при более низких оборотах. Это означает, что у таких моторов более высокие тяговые усилия, а значит, они позволяют "тянуть" массивную и тяжелую технику. Кроме того, высокий крутящий момент на низких оборотах является плюсом для езды на небольших скоростях, например, по бездорожью.

Так же к плюсам дизельных двигателей можно отнести меньший износ цилиндропоршневой группы, так как дизельное топливо, в основе которого лежат предельные углеводороды – парафины, исполняет роль дополнительной смазки, что в свою очередь увеличивает долговечность трущихся поверхностей. Еще одной положительной чертой является отсутствие сложных электрических систем, присутствующих у бензиновых моторов, а топливная аппаратура во время эксплуатации не требует регулировок и настроек. Все делается один раз на заводе. К слову, один из самых главных элементов топливной системы – форсунки, служит порядка 10 лет.

Но там где плюс там и минус. Дизельные моторы, а точнее топливо, которое в них используется, не любит низких температур (густеет), хотя выход из положения найден – зимнее топливо. Как правило, у нас на нем экономят в силу его большей стоимости за счет использования различных присадок, предотвращающих его загустевание. Поэтому этот минус, скорее, носит исключительно национальный характер. И еще один местный недостаток, из-за которого дизельные моторы не столь популярны у нас, – это нестабильное качество солярки плюс наличие серы в нефти, которая экспортируется к нам из соседней России.

И все же, долгое время во всем мире самым главным недостатком дизелей считалось то самое тарахтение и дрожь при работе, отбирающее комфорт. На коммерческой технике с этим мирились, считаясь с плюсами этих моторов, а вот легковые автомобили в виду таких особенностей дизельных моторов успехом не пользовались.

Завоевывать популярность этот двигатель начал после энергетического кризиса 1973 года. С повышением цен на топливо, дизель, употребляющий его в меньшем количестве, да и само топливо дешевле, стал привлекать к себе больше внимания. Однако процент легковых автомобилей, оснащенных такими моторами, все равно был мал.

Долгое время дизельный двигатель тарахтел не меняя принципы работы. Эпоха громких моторов длилась вплоть до 1997 года, пока не изобрели непосредственный впрыск Common Rail.

На сегодня дизельные моторы можно разделить по типам камер сгорания: разделенные и неразделенные. Разделенные камеры сгорания, в свою очередь, делятся на форкамерные и вихрекамерные. Основными задачами таких камер является создание завихрения воздуха, которое способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом.

При впрыске топлива через вихревую камеру сгорания улучшается процесс горения, в результате чего он осуществляется более плавно. Моторы с такими камерами в основном устанавливаются на легковые автомобили и малотоннажную технику.

Для получения лучших экологических показателей используют форкамеру. Однако применяется она реже вихревой, в виду
своей сложной конструкции, которая заключается в подборе каналов необходимого сечения, для создания перепада давления и
повышения скорости течения газов.
В двигателях с неразделенной камерой сгорания топливо впрыскивается прямо в цилиндр. Такие моторы обладают меньшим расходом топлива, легче запускаются, но имеют высокий уровень шума.

Появление системы Common Rail (прямой или неразделенный впрыск) позволило формировать не единоразовый впрыск топлива, а проводить его несколькими этапами. Такой метод значительно снизил уровень шумности моторов с неразделенными камерами сгорания, так как удалось продлить процесс горения смеси, и тем самым добиться его плавного протекания. Однако пьезоэлектрические форсунки, применяющиеся в этой системе в виду своей сложности, увеличивают стоимость этих моторов.

Одним из самых важных составляющих топливной системы дизельного двигателя является топливный фильтр. В его задачу входит не только задержка различных механических частиц, находящихся в топливе, но и воды, которая является главным врагом дизельных моторов. Так как жидкость не сжимается, то на моторах с такой степенью сжатия и небольшой по объему камеры сгорания это может грозить гидроударом, кроме того, вода отбирает у двигателя температуру.
На сегодня в Европе автомобили с дизельными двигателями по продажам уже обогнали машины с бензиновыми агрегатами. И кто знает, может быть не за горами признание этого мотора и в нашей стране. Ведь от характерного раздражающего многих шума производителям почти удалось избавиться.

И теперь такие плюсы как экономичность и чистота выбросов (дизели выбрасывают на 25% углекислого газа меньше, чем бензиновые) не заглушаются "тракторным тарахтением". Однако с вялым темпераментом этих моторов пока что еще конструкторы не справились. Дизельный двигатель менее отзывчив на педаль газа, чем бензиновый. Поэтому в автоспорте эти моторы являются исключением, а не закономерностью.

А это значит, что и в гражданской жизни это спокойствие будет по духу не каждому автолюбителю.