В чем принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового

Устройство автомобилей

Часто можно услышать вопрос, – какой двигатель выгоднее и лучше – карбюраторный или дизельный? Давайте попробуем разобраться в этом непростом вопросе, и начнем со сравнения конструкций этих тепловых машин и анализа их принципиальных различий.

Основные отличия карбюраторных двигателей от дизельных заключаются в способе приготовления горючей смеси (смеси топлива с кислородом воздуха) и способе ее воспламенения. В карбюраторном двигателе горючая смесь, которая обычно представляет собой смесь бензина и воздуха, готовится вне цилиндров двигателя – во внешнем смесительном устройстве – карбюраторе (внешнее смесеобразование).
При открытом впускном клапане и ходе поршня к нижней мертвой токе (такт впуска) в цилиндре создается разрежение, при этом воздух засасывается через воздушный патрубок карбюратора. Перемещаясь по диффузорам карбюратора, воздух смешивается бензином, который подсасывается и распыляется из жиклеров, соединяющих поплавковую камеру с диффузорами (по принципу вакуумного пульверизатора). В таком виде готовая к воспламенению смесь поступает в цилиндр, где в процессе сжатия происходит ее окончательное перемешивание и разогрев.
Далее смесь воспламеняется от свечной искры и совершается такт рабочего хода.

В дизеле горючая смесь готовится непосредственно в цилиндрах двигателя (внутреннее смесеобразование) – сначала через впускной клапан в цилиндр поступает воздух, а затем, когда воздух сильно сжимается и раскаляется от сжатия, в цилиндр с помощью форсунки впрыскивается порция топлива. Воспламенение происходит без постороннего источника пламени (искры) и двигатель выполняет рабочий ход, т. е. совершает полезную механическую работу, используя тепловую энергию сгорающего топлива.
Степень сжатия в дизельных двигателях значительно выше степени сжатия в карбюраторных двигателях, благодаря чему и становится возможным самовоспламенение рабочей смеси.

Не следует путать два понятия – «рабочая смесь» и «горючая смесь». Горючая смесь – это смесь чистого воздуха и топлива, а в рабочей смеси, кроме того, присутствуют отработавшие газы, оставшиеся в цилиндре после его продувки через выпускной клапан. Т. е. в цилиндре воспламеняется не горючая, а рабочая смесь, так как отработавшие газы полностью удалить практически не возможно.

Исходя из анализа принципиальных различий между дизельным и карбюраторным двигателями, попробуем оценить их достоинства и недостатки, для объективного сравнения.

Преимущества и недостатки карбюраторного двигателя

К преимуществам карбюраторного двигателя по сравнению с дизелями можно отнести их следующие свойства:

• меньшие габаритные размеры и массу (меньшие степени сжатия не требуют тяжелых элементов цилиндропоршневой группы);
• более легкий пуск, особенно при низких температурах окружающей среды (сказывается лучшая испаряемость бензина и принудительное воспламенение, а также относительно невысокая степень сжатия, что облегчает работу системе пуска);
• низкий уровень шума;
• простота и низкая стоимость топливной аппаратуры (стоимость дизельной топливной аппаратуры сравнима со стоимостью основных деталей двигателя);
• простота технического обслуживания и регулировок системы питания.

Очевидным плюсом карбюраторных двигателей является более качественное смесеобразование, что благотворно сказывается на процессе сгорания топлива.

К недостаткам карбюраторных двигателей можно отнести следующие их свойства:

• низкая экономичность;
• более высокая концентрация вредных веществ в выхлопных газах;
• высокие требования к качеству топлива;
• низкие динамические качества двигателя при переменных режимах работы;
• зависимость работы системы питания от положения двигателя и автомобиля;
• более высокая пожароопасность (дизельное топливо сложнее поджечь при нормальных условиях).

Существенным недостатком карбюраторных двигателей является относительно высокое сопротивление в диффузоре карбюратора, которое препятствует быстрому заполнению цилиндра горючей смесью. Избавиться от этого недостатка в значительной степени позволяют системы питания с впрыском бензина (инжекторные).
Токсичность продуктов сгорания бензина требует установки различных нейтрализаторов, которые увеличивают сопротивление выпускного тракта системы питания. Эти два фактора значительно снижают эффективность и экономичность работы карюбюраторного двигателя.
Дизельные двигатели менее подвержены влиянию сопротивления трактов впуска и выпуска, а использование турбонаддува позволяет значительно улучшить наполняемость цилиндров воздухом.

Преимущества и недостатки дизельного двигателя

К основным преимуществам дизеля по сравнению с карбюраторным двигателем можно отнести следующие свойства:

• более высокая экономичность;
• возможность работать (кратковременно) на нестандартном топливе (иногда дизели называют многотопливными двигателями);
• хорошие динамические качества;
• допускают значительное форсирование (увеличение) мощности путем наддува;
• возможность автоматизации процессов смесеобразования и дозирования количества топлива, подаваемого в цилиндры.

Недостатки дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями:

• большие габариты и масса (удельная металлоемкость конструкции);
• сложная и дорогая топливная аппаратура;
• более жесткая работа с повышенным уровнем шума.

Слабым местом дизелей является качество смесеобразования. В отличие от карбюраторного двигателя, где бензин перемешивается с воздухом относительно большой промежуток времени (карбюратор — впускной трубопровод — такт всасывания — такт сжатия), в дизельном двигателе смесеобразование осуществляется лишь краткий миг между впрыском топлива и его сгоранием. Плохо перемешанное с кислородом воздуха топливо сгорает медленно, и некоторая его часть может даже «улететь в трубу» в буквальном смысле этого слова, поскольку сгореть не успевает.
Для повышения качества смесеобразования конструкторам приходится применять различные технические приемы и решения, связанные с формой камеры сгорания, рационализацией впрыска и т. п.

Особое положение занимают бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси. Эти двигатели в зависимости от организации процесса смесеобразования и конструкции могут сочетать в себе положительные свойства, как карбюраторных двигателей, так и дизелей.

Поскольку газовые двигатели тоже имеют на автомобилях достаточно широкое применение, рассмотрим свойства и этих тепловых машин внутреннего сгорания.

Преимущества и недостатки газовых двигателей

Двигатели, использующие для работы горючие газы (жидкие или газообразные) имеют ряд существенных достоинств:

• низкая себестоимость топлива (газ дешевле бензина и дизельного топлива в 1,5-2 раза);
• высокая детонационная стойкость газа по сравнению с бензином позволяет повысить степень сжатия, а, следовательно, и КПД;
• более высокий ресурс (примерно в 1,5 раза);
• меньшая токсичность отработавших газов.

Недостатки двигателей, работающих на газовом топливе:

• при одинаковой степени сжатия мощность на 7…12% ниже, чем в бензиновом двигателе;
• большая металлоемкость топливной аппаратуры (особенно для сжатых газов);
• высокие требования к технике безопасности при работе с горючими газами (высокая пожароопасность);
• меньший пробег автомобиля на одну заправку (по объему).

Так что же, все-таки, лучше – дизель или бензиновый?

Спор между автолюбителями о том, какой же двигатель лучше, ведется давно. Приверженцы дизелей утверждают, что при прочих равных условиях дизель несравненно лучше, чем карбюраторный двигатель, но не меньше поклонников и у карбюраторного двигателя, считающих, что такая конструкция, особенно для легкового автомобиля, более удобна в эксплуатации. Очевидно, в пределах определенных свойств сравниваемых двигателей могут быть правы и те и другие. Поэтому однозначный ответ на вопрос – что лучше — дать сложно, поскольку обе конструкции имеют и слабые места, и сильные стороны. Тем не менее, можно уверенно утверждать, что для грузовых автомобилей, предназначенных для перевозки тяжелых грузов, а также для многоместных автобусов, дизель явно превосходит бензинового конкурента

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.

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

Технология производства дизельного топлива

Дизтопливо – это вязкая жидкость цвета, который зависит от количества смол в составе. Оттенок может быть от желтого до светло-коричневого. Горючее получают путем перегонки нефти. Сырье нагревают до нужной температуры, и из него выкипают определенные фракции, не только дизельные.

Газойлевые и керосиновые фракции – то, из чего преимущественно состоит дизельное топливо. Для них характерны высокие температуры кипения – 180-360 °C. Для каждой марки дизтоплива установлены температурные значения выкипания:

• 50% перегоняется при температуре не выше 280 °C для летней, межсезонной и зимней марки, не выше 255 °C – для арктической;
• 95% по объему перегоняется при температуре не выше 360 °C для всех марок дизтоплива.

Указанные температуры характеризуют фракционный состав дизельного топлива, установленный п. 5.2 ГОСТ 305-2013. Фракции определяют в соответствии с ГОСТ ISO 3405-2013. Не допускается, чтобы температуре перегонки была ниже 200 °C и выше 360 °C. Знать фракционный состав важно, поскольку это помогает определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какой будет токсичность отработанных газов и степень дымности.

Установка для производства дизельного топлива

Если говорить о том, как получается дизельное топливо, то можно выделить следующие основные этапы:

• В ректификационных колоннах нефть делят на несколько фракций: бензиновую, керосиновую, дизельную и мазут. Колонны представляют собой аппараты для разделения жидких смесей, компоненты которых кипят при разной температуре.
• Дизельную фракцию подвергают вторичной переработке, чтобы добиться нужного химического состава и структуры углеводородов. С помощью каталитического (высокотемпературного) или гидрокрекинга горючее очищают от избытка серы.
• Прямогонные фракции совмещают с теми, что прошли гидроочистку, что позволяет соблюсти требования ГОСТа. В дизельное топливо высокого класса дополнительно вводят депрессорные и антидымные присадки.

Как работают ректификационные колонны

Здесь нужно сказать, что такое гидродизельное топливо. Оно представляет собой гомогенизированную (однородную) водотопливную эмульсию (ВТЭ), применение которой помогает уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ NO и CO и повысить коэффициент сжигания топлива.

Что делать сразу

После заливки несвойственного автомобилю топлива, все равно в топливной магистрали остается «нужное» горючие. Поэтому, залив на заправке дизель, на бензиновом авто можно проехать еще некоторое расстояние, на протяжении которого двигателю будет нанесен вред, порой непоправимый.

То же касается и дизельного двигателя с бензином в системе питания, с той лишь разницей, что дизельный двигатель скорее всего продолжит работать, пока не произойдет критический перегрев или его не выключат.

Поэтому при ошибке на заправке — ни в коем случае нельзя запускать двигатель — это сохранит и сам двигатель, и топливную систему.

Лучше вызвать эвакуатор или на буксире отвезти машину на СТО, на котором сольют топливо и промоют бензобак. Промыть бензобак особенно важно для бензинового авто, дизельный двигатель более лоялен к незначительным остаткам бензина.

Область применения

Рассмотрим, в каких сферах используется дизтопливо:

1. В качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания железнодорожного и грузового транспорта (автобусы, грузовики, военная техника, тяжелые машины в промышленности);
2. В сельском хозяйстве для заправки техники, электрогенераторов;
3. Как топливо для дизельных легковых автомобилей, строительной техники, судов;
4. Солярку применяют в качестве котельного горючего, для пропитки кож, обработки металлов (термической, механической), в смазочно-охлаждающих продуктах и т.д.

Рейтинг дизельных двигателей

Крупные производители моторов часто конкурируют между собой за первенство на автомобильном рынке. Одним удаётся, а другим — нет. Дело в их характеристиках (конструкции, объеме, мощности), которые позволяют претендовать на лидирующие позиции.

Сейчас мы подобрали для вас лучшие дизельные двигатели легковых автомобилей от разных производителей, завоевавшие своим качеством страны Европы.

Двигатель БМВ M57

Первенство среди разных моделей досталось мотору BMW m57 . Несмотря на его многолетнюю модернизацию, его часто используют как для легковых, так и для грузовых автомобилей. Чтобы сделать его еще более долговечным и мощным среди своих собратьев, разработчики изменили:

1. блок мотора, сделав его из алюминия;
2. заменили ГБЦ (усовершенствовали распредвал и впускной клапан);
3. систему отопления заменили на пьезофорсунки.

Автолюбителей при покупке нового автомобиля с данным двигателем должны обращать внимание на наличие вихревых заслонок, так они могут быть поставлены. Чтобы их удалить, необходимо выполнить осмотр впускного коллектора. Если во время работы двигателя коллектор начинает покрываться влагой под отпускной заслонкой или сильно дребезжать, то нужно быстро устранить проблему, чтобы не повредить мотор. Оторванные заслонки могут затеряться между поршнем и клапаном.

Многие специалисты считают, что самый надежный дизельный двигатель для внедорожников от БМВ м57 от 6-цилиндрового мотора развивает высокую мощность до 380 лошадиных сил и создает КМна 800 Нм. К примеру, такой двигатель устанавливали на внедорожник Range Rover. Новые модульные усовершенствовали двигатель для увеличения срока службы. После этого пробег стал достигать 600- 700 тысяч км и служить владельцу больше 10 лет.

Двигатель Volvo D5

Компания Volvo самостоятельно начала заниматься производством оригинальных двигателей без плагиата только в 2001 году. По мнению экспертов, самый надёжный дизельный двигатель на легковой машине стал D5, в который компания встроила в Volvo C80 и Volvo B70. При этом и для кроссоверов двигатель тоже подходит (XC70 и XC90).

За десятилетие шведский 5-цилиндровый двигатель был модернизирован в следующем:

1. двигатель стал малолитражным из 2.4 в 2.0 л;
2. изменилась мощность 130 до 230 лошадиных сил;
3. основа моторного блока стала производиться из алюминия;
4. в приводной системе ГРМ стал использоваться зубчатый ремень и выполнять его замену необходимо через 120000 км);
5. новые модели двигателей имеют 2 турбины;
6. топливную систему из форсунков заменили на пьезофорсунки от фирмы Bosch.

На практике Volvo D5 зарекомендовал себя, как самый надежный дизельный двигатель на легковой машине. Такое утверждение оспорить сложно, ведь двигатель благодаря своей практичности и долговечности позволяет проходить в машине от 700 тысяч километров и при этом сохраняет все характеристики.

Двигатель Peugeot 2.0 HDI

Компания начала выпускать двигатель DW10 еще в 90-х. Первый двигатель имел восьмиклапанный ГБЦ, затем он притерпел ряд изменений:

1. из 8-клапанного был сделан 16-ти;
2. в последние версии встроено 2 распредвала;
3. зубчатый ремень на более современный, замена которого привела его к сменам через 120 тыс.км;
4. топливную систему от компании Сименс заменили на аппаратуру Bosch, так как с ней возникали проблемы;
5. блоки цилиндров созданы из чугуна.

Несмотря на ряд модификации, этот дизельный мотор считается одним из лучших при условии, что владелец будет менять топливный фильтр на оригинальный. Французский двигатель способен отъездить более 500.000 километров при условии, что ежегодно обслуживание будет осуществляться в сервисах от завода изготовителя.

Двигатель Volkswagen 1.6 TDI

Разработанный мотор TDI от немецкой компании тоже считается надежным и практичным по расходу топлива. Разработчикам удалось ввести корректные изменения, которые не повлияли на его функциональные возможности:

1. разработчики уменьшили объем двигателя до 1.6, но при этом смогли сохранить его мощность;
2. некоторые модели Volkswagen имеют от 90 до 120 лошадиных сил;
3. усовершенствованы технические возможности в виде впрыска «Common Rail», улучшен струйный насос, обеспечивающий введение жидкости в двигатель;
4. увеличили давление при подаче топливной среды;
5. расход топлива на 100 км при езде в обычном режиме по городским дорогам составил 4.5 литров, а по трассе — 3.5 литра.

Совершенствование мотора помогает в его оценке под названием «самый надежный дизель» для автомобилей, как Ауди, Школа и Фольксваген. Водители ценят ресурсы машины за проходимость без поломок в 350 тысяч км, что делает двигатель экономным и практичным.

Двигатель Kia D4FB (1.6 CRDi)

В разделе «самые надежные дизельные двигатели легковых автомобилей» занимает Kia D4FB. Дело в том, что корейский автопром смог создать мотор, который обладает не только надежностью, но и неприхотливостью с приемлемой ценой.

Особенностями D4FB считаются следующие характеристики:

• заправка только качественным оригинальным топливом из-за системы «Common Rail»;
• имеет экономичный расход топлива;
• устойчив низким температурам, что способствует быстрому запуск мотора на морозе;
• внедрение вихревых заслонок и турбонаддува;
• из-за конструкции устройство работает тише нежели другие дизельные установки, что дает возможность претендовать на звание в топе: «Лучшие дизельные моторы».

Двигатель Fiat 2.0 JTD

Итальянские конструкторы постарались создать универсальный двигатель, который будет подходить таким моделями машин, как Suzuki, Fiat, Opel и Alfa Romeo. Такой подход обеспечил не только экономию времени на поиск автосалонов, но и деталей для ремонта. Изменения в конструкции движка существенно преобразили двигатель в сравнении со старыми моделями:

1. замена 4- клапанного цилиндра на 16-клапанный, что отразилось на увеличении скорости транспорта;
2. увеличение мощности от 80 до 170 лошадиных сил;
3. необходимо выполнять замену ременного привода через каждые 120000 км;
4. имеется гидрокомпенсатор в цилиндре на клапанных элементах;
5. двигатель имеет объем в 2 л.

Автомобили со встроенным двигателем данного вида в моделях мотора с 16-клапанами требуют контроля вихревых заслонок. На высоких скоростях двигатель автомобиля не справляется с очищением и перегревом за счёт накапливания сажи и масла.

Двигатель Renault 2.0 dCi

Разработчики в борьбе за звание лидера на рынке авто спорят друг с другом, создавая дилемму: «Какой дизель лучше среди современных?» Однако получить развёрнутый ответ до сих пор на данный вопрос не удаётся, так как каждый двигатель имеет свои плюсы и минусы.

Французский двигатель в гонке за улучшение своих характеристик приобрел следующие возможности:

1. объём двигателя увеличился с полторашки на 2.2 л;
2. произвели замену шатунных вкладышей;
3. установлена однорядная цепь ГРМ;
4. поменяли турбины на идентичные только с изменяемой геометрией;
5. необходимо пользоваться маслом только от оригинального производителя, чтобы не испортить двигатель (замена необходима при прохождении 15000 км).

Несмотря на довольно-таки большой объем двигателя в сравнении с предыдущими M9R всё же может претендовать на список под названием: «Самые надежные дизельные автомобили». Хоть разработки и привели к изменениям, но на устойчивость двигателя к пробегу не повлияли.

аксимально мотор способен проездить 300.000 км. Об проблеме в нем и его замене придется говорить лишь в том случае, когда произойдет растяжка цепи ГРМ о чем свидетельствует звук «тарахтелки» в моторе.

В вопросе, какой самый надежный дизельный двигатель, существует много нюансов. Выбор зависит в большинстве случаев от экономичности расхода топлива, денежных средств, которые вы готовы выложить при покупке машины, активность ваших заездов на легковушке, наличия пробега автомобиля и мощности мотора. Учет всех факторов приведет к ответу на ваш вопрос и поможет подобрать с учетом личных предпочтений наиболее надежный и практичный вариант для вас.