Преимущества и недостатки современного дизельного двигателя

 

Итак, дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания поршневого типа, принцип работы которого основан на самовоспламенении распыленного горючего в результате воздействия нагретого в процессе сжатия воздуха. В настоящее время такие силовые агрегаты находят применение не только на автомобильном транспорте, но и на железной дороге, спецтехнике (включая тракторы, скреперы, комбайны и др.), в судостроении.

 

 

Преимущества

 

Одним из главных преимуществ дизельных двигателей перед моторами, работающими на бензине, является более высокий коэффициент полезного действия, составляющий порядка 40-45 процентов. Вследствие определенных особенностей, присущих рабочему процессу, дизель не предъявляет слишком высоких требований, касающихся испаряемости горючего, что позволяет применять в процессе его эксплуатации тяжелые масла низких сортов. Как известно, чем тяжелее горючее и чем больше доля атомов углерода, содержащихся в его молекулах, тем больше показатель теплотворной способности, а, следовательно, и эффективности двигателя.

Сгорание солярки, поступающей в цилиндры силового агрегата, идет по мере ее впрыска. Благодаря этому дизель обеспечивает создание большого вращающего момента при малых оборотах коленвала. В итоге машина становится более «отзывчивой» во время движения, чем такое же транспортное средство, оснащенное бензиновым мотором. Собственно, именно поэтому, а также из-за большей экономичности, сегодня большинство грузовиков комплектуется дизельными силовыми агрегатами. К примеру, в нашей стране уже к 2007 году практически все автобусы и грузовые автомобили были оборудованы дизельными двигателями.

Потребление дизелем чистого воздуха делает возможной реализацию пуска мотора посредством подачи в его цилиндры сжатого воздуха. В отдельных случаях это позволяет добиться значительных преимуществ перед традиционным пуском (с помощью электрического двигателя – стартера). Перечислим эти преимущества:

• отсутствие чувствительности системы к снижению температуры окружающего воздуха;
• нетребовательность к материалам, из которых изготавливаются детали системы;
• система, обеспечивающая пуск дизеля сжатым воздуха, не имеет медных деталей, не содержит в своем составе дорогостоящего серебра, веществ, представляющих опасность для человека, таких как едкие щелочи, крепкие кислоты, ядовитый свинец, кадмий;
• данная система весит меньше классической (стартерной) системы пуска.

 

В составе отработанных газов дизелей обычно содержится меньше окиси углерода, нежели в выхлопах бензиновых моторов. Однако, справедливости ради следует отметить, что с внедрением каталитических конвертеров в систему выпуска выхлопных газов бензиновых силовых установок данное преимущество стало менее заметным.

Значение удельного расхода топлива у дизельных двигателей примерно на 30-40 процентов ниже, чем у их конкурентов – двигателей, которые работают на бензине. Данное преимущество обусловлено тем, что в дизелях воздух в камере сгорания сжимается сильнее, нежели топливовоздушная смесь в цилиндрах карбюраторных двигателей. По названной причине температура выхлопов, образующихся в результате сгорания «солярки», составляющая около 600-700 градусов, значительно ниже, чем температура отработанных газов бензиновых моторов, находящаяся в диапазоне от 800 до 1100 градусов. Таким образом, можно сделать вывод, что дизель отдает меньше тепла с выхлопами.

Не менее важен и другой нюанс, имеющий прямое отношение к безопасности эксплуатации машин, потребляющих дизтопливо, заключающийся в том, что такое горючее, будучи нелетучим, относительно плохо испаряется и, находясь в замкнутом моторном отсеке, не образует большого объема легковоспламеняющихся паров. Благодаря этому существенно снижается вероятность возгорания (еще больше способствует этому то, что дизели не оборудуются системой зажигания). Наряду с экономичностью в плане потребления горючего это послужило причиной широкого распространения дизелей на танках, так как в «бытовой» небоевой эксплуатации снижается опасность возникновения пожара в моторном отсеке вследствие утечки солярки.

 

Недостатки

 

Что касается недостатков дизелей, то одним из главных «минусов» является то, что такие моторы не способны развивать высокие обороты коленчатого вала. Причина этого кроется в том, что солярка не успевает полностью сгореть в цилиндрах – для возгорания необходимо время инициации. Из-за высокой механической напряженности дизельного двигателя при его конструировании приходится применять более тяжелые и дорогостоящие детали, что повышает стоимость двигателя и увеличивает его массу. В конечном итоге это способствует снижению удельного значения мощности мотора. Именно по названной причине дизели довольно редко используют на авиатранспорте. При работе в максимальном эксплуатационном режиме топливо в камерах сгорания дизельных моторов не успевает догорать, следствием чего становится выброс облаков сажи.

Для снижения нагрузок на детали, а также уменьшения расхода горючего и выбросов вредных веществ на современных моделях дизелей все более широкое применение находит система Common-rail, обеспечивающая гибкость управления впрыском топлива при работе силового агрегата во всех режимах. Более подробно о принципе работы, достоинствах и недостатках данной системы будет поведано ниже.

Одной из характерных особенностей, присущих дизелям, является большая степень сжатия топлива, по сравнению с бензиновыми двигателями. Именно этим фактом обусловлено то, что при пуске дизельный ДВС нуждается в повороте коленчатого вала с большим усилием, нежели двигатель карбюраторного двигателя, имеющий аналогичный рабочий объем. Поэтому для запуска дизеля приходится применять стартер, обладающий повышенной мощностью.

Серьезным недостатком, характерным для дизелей, является застывание летней солярки, а иногда и не летней, в мороз.  В эти дни услуги выездной техпомощи по отогреву и запуску дизельных авто особенно популярны. Кроме того, дизельные ДВС традиционно отличаются повышенной чувствительностью к загрязнению горючего песчинками и другими механическими частицами, а также водой. Топливная аппаратура дизелей стоит достаточно дорого и отличается сложностью в ремонте (ибо топливный насос высокого давления и форсунки, являющиеся неотъемлемыми элементами системы питания дизельного мотора, относятся к прецизионному оборудованию).

 

Common-rail

 

Как известно, дизели уступают двигателям, питающимся бензином, по такому показателю, как литровая мощность, обладая при этом более высоким и стабильным крутящим моментом при равном значении рабочего объема. Еще в недавнем прошлом дизельные двигатели стояли на ступеньку ниже бензиновых силовых агрегатов по экологическим показателям. Ситуация стала улучшаться в пользу ДВС, работающих на солярке, лишь недавно, за счет внедрения моторов системы Common-rail. Данная система предполагает использование для впрыска дизельного топлива специальных электронно-управляемых форсунок. Принцип работы системы относитель прост. ЭБУ отправляет управляющий электрический импульс, получая сигналы, поступающие с датчиков, контролирующих разные параметры работы ДВС, оказывающие влияние на продолжительность и момент подачи топливного импульса.

По сложности конструкции современный дизельный двигатель заметно превосходит своего собрата, питающегося бензином. Для подтверждения этого приводим пример с давлением топлива в форсунках. Если в старых конструкциях дизелей с механическим впрыском его значение находилось в пределах от 100 до 400 бар, то в современных моторах с системой питания типа Common-rail оно должно составлять порядка 1000-2500 бар. Каталитическая система самых новых моделей дизельных ДВС гораздо сложнее, чем у бензиновых двигателей – катализатор должен выполнять свои функции при нестабильном составе отработанных газов. Кроме того, в отдельных случаях в каталитическую систему приходится вводить специальный «сажевый фильтр», обеспечивающий окисление сажи остаточным кислородом, который присутствует в выхлопах.