Для многих людей вечная дилемма выбора между бензиновым и дизельным двигателем заключается в непонимании того, почему бензиновые двигатели крутятся на высоких оборотах и выдают большую мощность, а дизельные двигатели предлагают больший крутящий момент, но не могут развивать высокие рабочие обороты. Почему дизель не крутится так, как бензин, и следует ли это считать недостатком?
Каковы различия в характеристиках между бензиновыми двигателями и дизельными двигателями?
Если посмотреть на графики внешних скоростных характеристик (ESC) бензиновых и дизельных двигателей, то можно увидеть явную разницу. Мощность бензинового двигателя в разной степени успешна, нарастая практически до предельного значения на 5,5-7 тыс об/мин, а в зависимости от наличия турбонаддува крутящий момент растет примерно до 3-4 тыс об/мин, а затем начинает снижаться. Для дизелей, особенно турбированных, ситуация иная: крутящий момент у них быстро возрастает до 1500-1800 об/мин, затем выходит на плато и начинает активно снижаться с 3,5-4 тыс об/мин. А примерно на 4000 об/мин мощность «пропадает». Другими словами, при 4000 об/мин бензиновый безнаддувный двигатель только начал «расцветать», а дизель постепенно сошёл на нет. Почему это происходит?
Почему дизельные двигатели не могут развивать ту же скорость, что и бензиновые?
Чтобы полностью понять различия между бензиновыми и дизельными двигателями, необходимо понимать разницу в мощности и крутящем моменте. Что ж, в рамках данного материала давайте изложим основные понятия. Базовый крутящий момент представляет собой произведение силы на длину плеча рычага. Собственно, именно поэтому оно измеряется в Ньютонах на метр. Но в формуле расчета мощности двигателя появляется еще одна пропорциональная величина: рабочая скорость. Чем они выше, тем выше развиваемая мощность. Отсюда можно сделать, казалось бы, логичный вывод: чем активнее крутится бензиновый двигатель, тем он лучше, поскольку выдает больше мощности. Это правда? Не совсем.
Разницу в рабочих оборотах бензиновых и дизельных двигателей можно объяснить именно различиями в характеристиках видов топлива. Просто окуните пальцы в бензин, а затем в дизельное топливо, чтобы отчетливо почувствовать разницу между легким, летучим бензином и густым, маслянистым дизельным топливом. Это также сильно влияет на их эффективность в качестве топлива.
дизель плотнее бензина: 840-860 кг/м3. Ведь это более тяжелая фракция перегонки нефти. Плотность бензина 710-770 кг/м3, а значит, он значительно легче. Но объемная энергетическая плотность дизельного топлива выше, чем у бензина: около 38,6 МДж/л против 34,8 МДж/л – именно за счет разницы в плотности, несмотря на более высокую теплоту сгорания бензина. Однако такая плотность энергии достигается за счет скорости сгорания: дизельное топливо сгорает значительно медленнее.
Смесь в цилиндре дизеля воспламеняется не искрой, как в бензиновом двигателе, а за счет сжатия – но для этого степень сжатия должна быть значительно выше. Поэтому во время рабочего цикла дизельного двигателя давление в цилиндре намного выше и, следовательно, его крутящий момент больше. Проще говоря, дизельное топливо оказывает большее давление на поршень во время сгорания. То есть в формуле Ньютона, умноженного на метр, тот же Ньютон становится больше, а «метр» примерно такой же, как у бензинового двигателя.
Но как мы помним, бензиновые и дизельные двигатели по мере увеличения скорости демонстрируют совершенно разные характеристики. После 3000 об/мин бензиновый двигатель продолжает набирать крутящий момент и достигает пиковой мощности вблизи максимальных оборотов. А вот дизель наоборот начинает терять мощность уже с 2,5-3 тысяч об/мин. Почему? Да просто потому, что на таких высоких оборотах трудногорючий дизель уже не успевает полностью смешаться с воздухом и образовать качественную топливно-воздушную смесь, поэтому полное сгорание тоже весьма эффективно. По мере уменьшения объема сгоревшего топлива давление в камере сгорания уменьшается и, следовательно, уменьшается крутящий момент. Сопутствующей проблемой неполного сгорания является увеличение вредных выбросов и копоти, что совершенно недопустимо по современным экологическим стандартам. В результате автопроизводители предпочитают хорошую производительность нескольким потенциальным дополнительным «лошадям.
Ключевым трюком повышения эффективности, используемым в дизельных двигателях, является наддув, который позволяет значительно увеличить количество воздуха в цилиндре, а это означает, что можно сжечь больше топлива и создать больший крутящий момент. Но на скорость это не влияет: увеличенное количество воздуха не позволяет смеси сгорать так быстро, как в бензиновом двигателе. А вот дизели, особенно дизели с наддувом, могут выйти на пик крутящего момента гораздо раньше: уже с 1500-1700 об/мин можно получить полную или почти полную мощность. Бензиновые двигатели имеют сопоставимые характеристики только при использовании наддува, но все же уступают дизельным двигателям при частоте вращения ниже 2500 об/мин.
с бензиновым двигателем все по-другому. Бензин легче и эффективнее смешивается с воздухом, поэтому максимальные обороты двигателя зависят не столько от физики процесса сгорания, сколько от механики – клапанного механизма и общей конструкции двигателя. Все мы знаем, что даже дешевые «горячие хэтчбеки» могут развивать обороты 7-8000 об/мин, а дорогие суперкары и спортбайки могут раскручивать свои моторы до невообразимых 10-11, даже 12 000 об/мин. Это имеет смысл, поскольку мощность, в отличие от крутящего момента, зависит от оборотов, а пик мощности смещается вверх по мере увеличения оборотов. Кроме того, увеличения рабочих оборотов бензинового двигателя можно добиться за счет уменьшения веса цилиндропоршневой группы: облегченные поршни, шатуны и коленчатые валы легче вращаются на высоких оборотах. Но для дизеля с высокой степенью сжатия и большим крутящим моментом первое, что имеет значение – это прочность, а сила и вес неразделимы.
Означает ли это, что бензин лучше дизельного топлива?
Если внимательно прочитать и полностью понять вышеизложенное, то легко прийти к окончательному выводу: бензиновые двигатели не лучше дизельных, просто они принципиально отличаются по характеристикам и, следовательно, лучше подходят для разных задач. Спортивные автомобили, ориентированные на максимальную скорость и максимальную мощность, почти всегда работают на бензине. Когда вам нужен максимальный крутящий момент, например, при езде по бездорожью, буксировке или перевозке грузов, дизельное топливо станет лучшим выбором. Иногда функции этих двигателей даже пересекаются: например, дизельные автомобили иногда встречаются в дрифте, поскольку для обеспечения пробуксовки колес используется не только мощность, но и крутящий момент.
- Хотите связаться со мной?
