Дизельні двигуни мають свої конструктивні особливості, які обмежують їхні максимальні оберти порівняно з бензиновими. Це зумовлено відмінностями в процесі згоряння палива, масою рухомих деталей та специфікою системи впорскування. У цій статті ми розглянемо ключові причини, чому дизельні двигуни не можуть досягати таких же високих обертів, як бензинові, та як це впливає на їхню роботу.
Потужність бензинового двигуна збільшується майже до максимуму на 5500–7000 об/хв, тоді як крутний момент, залежно від наявності турбонадуву, досягає піку приблизно на 3000–4000 об/хв, після чого починає знижуватися. У дизельних двигунах, особливо з турбонадувом, крутний момент швидко зростає до 1500–1800 обертів, потім утримується на стабільному рівні, але після 3500–4000 обертів різко падає. Потужність дизеля також починає знижуватися приблизно на 4000 об/хв. Чому виникає така різниця?
Щоб повноцінно зрозуміти різницю між бензиновими та дизельними двигунами, варто розібратися, чим відрізняються потужність та крутний момент. Якщо згадати фізику, крутний момент – це добуток сили на довжину плеча важеля, який вимірюється в ньютонах на метр. А ось у формулі розрахунку потужності двигуна з’являється ще одна прямо-пропорційна величина: робочі обороти. Чим вони вищі, тим вища і потужність, що розвивається. З цього можна зробити висновок: якщо бензиновий мотор крутиться активніше, значить, він краще, тому що розвиває вищу потужність. Але це не зовсім так.
Різниця в робочих оборотах бензинового та дизельного мотора пояснюється саме різницею у властивостях типів палива. Дизельне паливо густіше за бензин: 840-860 кг/м3 проти 710-770 кг/м3 – тобто бензин легший. Натомість і енергетична густина у перерахунку на об’єм у солярки вища, ніж у бензину: приблизно 38,6 МДж/л проти 34,8 МДж/л. Однак за цю енергетичну густину доводиться розплачуватися швидкістю горіння: у дизельного палива вона відчутно нижча.
Загоряється суміш у циліндрі дизельного мотора не від іскри, як бензинова, а від стиску – але для цього ступінь стиснення має бути набагато вищим. Відповідно, в циклі робочого ходу у дизеля і тиск в циліндрі набагато вищий – звідси і його більший крутний момент. Говорячи простими словами, дизпаливо при згорянні сильніше тисне на поршень.
А ось із зростанням оборотів, як ми пам’ятаємо, бензинові та дизельні мотори демонструють кардинально різні характеристики. Бензиновий після 3 тисяч оборотів продовжує набирати крутний момент і на пік потужності виходить якраз на оборотах, близьких до максимальних. А ось дизель – навпаки, вже з 2,5-3 тисяч оборотів починає втрачати момент. Чому? Та просто тому, що на таких високих оборотах солярка, яка горить повільніше, вже не встигає повністю змішатися з повітрям та утворити якісну паливо-повітряну суміш, а отже, так само ефективно згоріти у повному обсязі. Із зменшенням об’єму палива, падає і тиск у камері згоряння – а отже, і крутний момент. Ну а попутні проблеми такого неповного згоряння – збільшення шкідливих викидів та сажі, які просто неприпустимі із сучасними екологічними нормами.
Ключовий прийом підвищення ефективності, яку використовують для дизеля – це надув, який дозволяє значно збільшити кількість повітря в циліндрах, а значить, спалити більше палива і отримати більше крутного моменту. Але на оборотах це не позначається: збільшення кількості повітря не дозволяє горіти суміші так само швидко, як у бензиновому моторі. Зате дизель, особливо турбований, набагато раніше виходить на пік крутного моменту: вже з 1500-1700 оборотів можна отримати всю або майже всю віддачу. Бензинові таким похвалитися не можуть.
У бензинового двигуна все інакше. Бензин легше і ефективніше поєднується з повітрям, так що граничні обороти двигуна залежать не стільки від фізики процесу згоряння, скільки від механіки – пристрою клапанного механізму та двигуна в цілому. Наприклад, навіть недорогі авто можуть мати відсічення на 7-8 тисячах об/хв, а мотори дорогих суперкарів і спортивних мотоциклів здатні крутитися і до 10-16 тисяч. І це має сенс, адже потужність, на відміну від крутного моменту якраз залежить від оборотів, і з їх зростанням пік потужності теж зміщується вгору. До того ж підвищення робочих оборотів бензинового мотора досягається у тому числі за рахунок полегшення циліндропоршневої групи: легкі поршні, шатуни та колінвал простіше розкрутити до високих оборотів.
А ось для дизеля з його високим ступенем стиснення і крутним моментом насамперед важлива міцність. Через великі тиски в циліндрах дизельного двигуна деталі доводиться робити масивними: поршні, шатуни і колінвал. Якщо при цьому дозволити дизелю крутитися до 6000 об/хв, як бензиновому мотору, то його просто рознесуть інерційні сили.
Висновки
То який двигун кращий: бензиновий чи дизельний? Однозначної відповіді немає, адже вони мають суттєво різні характеристики і призначені для різних цілей. Бензинові двигуни зазвичай обирають для автомобілів, де важливі швидкість, потужність і динаміка. Натомість дизельні двигуни краще підходять для задач, що вимагають високого крутного моменту, як-от їзда бездоріжжям, буксирування чи перевезення вантажів.
