Преимущества и недостатки дизельных двигателей
Преимущества и недостатки дизельных двигателей
Споры между сторонниками бензиновых и дизельных двигателей в последние годы поутихли. Дизели постепенно избавились от своих неприглядных особенностей: стали тише, их меньше трясет, они по-прежнему экономные и теперь соответствуют современным экологическим стандартам. Последним аргументом против моторов на тяжелом топливе была скорость. Даже хороший крутящий момент на низких оборотах не позволял машине набирать высокую скорость авто. Так было раньше, а сейчас технологии вроде уникальных систем впрыска и турбин помогли дизелям на равных соперничать с «традиционными» бензиновыми собратьями даже в спортивных автомобилях.
И все-таки, при выборе той или иной модели необходимо знать про преимущества и недостатки дизельных двигателей.
Преимущества современного «дизеля»
- Низкий расход топлива. Дизельные ДВС потребляют примерно на треть меньше горючего, чем бензиновые двигатели.
- Уверенный разгон при отличной тяге. Большой крутящий момент помогает автомобилю ровно и уверенно разгоняться на любой скорости.
- Низкий уровень токсичности вредных выбросов. Эффективные системы переработки топлива сделали из «грязного» дизеля миф прошлых лет.
- Большой ресурс. Дизельные агрегаты обычно служат на порядок больше, чем бензиновые аналоги.
- Высокий КПД. Дизельное топливо сгорает с большей «отдачей», чем бензиновое, благодаря особому способу воспламенения и продуманной конструкции камеры сгорания. Оптимальное давление, создаваемое в камере с высокой степенью сжатия, обеспечивает экономичный расход топлива с достижением максимальной мощности. Получается, что дизельный двигатель вырабатывает больше энергии, а значит — способен выдавать больше мощности, по сравнению с мотором на бензине.
Несмотря на очевидные преимущества дизельного двигателя над бензиновым, такой силовой агрегат, как и любое сложное техническое устройство, имеет свои недостатки. Так почему же многие автолюбители по-прежнему выбирают автомобили на бензине?
Недостатки дизельных моторов:
- Стоимость. Цена на машину с дизельным агрегатом обычно на треть выше. Низкий расход топлива иногда очень долго окупает эту разницу, если автомобиль ездит мало.
- Низкая цена на вторичном рынке. Через 5-7 лет эксплуатации дизельные варианты продаются сложнее. Все знают, что ремонт мотора с большим пробегом может обойтись в копеечку. Отсюда следующий пункт.
- Дорогой ремонт. Восстановление работоспособности форсунок и прочие вещи, связанные с ремонтов дизельного двигателя нагоняют ужас на будущих владельцев. Это вовсе не значит, что бензиновые двигатели всегда дешевле в обслуживании, но обычно именно агрегаты на тяжелом топливе тянут с владельцев много денег (если что-то случилось).
- Долгий прогрев двигателя в холодную погоду. Экономичное потребление топлива при высоком КПД делает дизельный агрегат более «холодным». Минимальный расход энергии на «самообслуживание» увеличивает время прогрева мотора.
Учитывая все плюсы и минусы дизельного двигателя, важно знать об особенностях его эксплуатации в зимний период. В отличие от бензиновых моторов, прогреть «дизель» тяжелее. Силовые агрегаты такого вида разогреваются до оптимальной температуры только в пути, когда нагрузка на систему достаточно велика. К сожалению, подобный принцип работы может стать причиной сокращения ресурса ДВС.
Большинство владельцев автомобиля с дизельным двигателем знают и о том, как долго прогревается салон в холодную погоду. Решается это проблема с помощью дополнительной климатической техники, за которую, конечно, придется доплатить.
Особенно пристальное внимание следует обратить на качество топлива для дизельного двигателя. Так называемая солярка бывает как летней, так и зимней. Летняя на морозе быстро становится густой массой из-за образования в ней парафина, в то время как в зимнее топливо добавляют присадки против кристаллизации. Чтобы избежать дорогостоящего ремонта необходимо искать заправочные станции с качественным горючим и не забывать вовремя переходить на зимнее топливо. Специально для облегчения процесса холодного пуска двигателя разработаны системы предпускового подогрева. Исправное состояние свечей накаливания гарантируют своевременный прогрев камеры сгорания, предваряющий запуск мотора.
Очевидно, что обслуживание и ремонт дизельного двигателя обходятся дороже, чем устранение неисправностей бензинового мотора. Независимо от объема, агрегат требует более частой замены масла, смазки и фильтров. Межсервисный интервал для машин с дизельным ДВС примерно в два раза короче, чем для авто с бензиновым «движком».
При любой неисправности двигателя и появлении значка индикации на панели управления незамедлительно обращайтесь к профессионалам сервисных станций. Специалисты технических центров ГК FAVORIT MOTORS оказывают весь перечень услуг по ремонту и обслуживанию автомобилей с дизельными двигателями любой модификации. Все работы выполняются с помощью современного оборудования и с использованием качественных запасных частей. Не рискуйте дорогостоящей силовой установкой вашего автомобиля. Только квалифицированный мастер, прошедший обучение в учебных центрах автопроизводителя, способен найти верное решение возникшей проблемы.
В чем заключается экономичность двигателя
Одним из наиболее современных отечественных двигателей является двигатели ВАЗ. Эти в целом не плохие двигатели по удельной мощности уступают зарубежным конкурентам. При одинаковой мощности они имеют увеличенный рабочий объем и, следовательно, ухудшенную топливную экономичность и повышенные выбросы СО2.
В качестве возможного направления решения данной проблемы может быть рассмотрено форсирование двигателя с помощью наддува при сокращении числа работающих цилиндров. При этом среднее эффективное давление и, следовательно, механический КПД на характерных режимах эксплуатации автомобиля могут быть существенно повышены с сохранением исходной номинальной мощности двигателя[1].
В выключенных цилиндрах прекращается осуществление традиционного рабочего процесса ДВС, и они переводятся в режим продолженного расширения (эспандерный режим). Дополнительное расширение продуктов сгорания в цилиндрах способствует повышению эффективности утилизации энергии выпускных газов ДВС.
Реализация продолженного расширения
Рассмотрим реализацию рабочего цикла с разделенными тактами и продолженным расширением на примере двигателя ВАЗ 11194, хотя этот цикл может быть применен в любом четырехтактном четырехцилиндровом двигателе с порядком работы 1-3-4-2. При этом поставим задачу свести к минимуму конструктивные изменения деталей и узлов базового двигателя. Два внешних (рабочих) цилиндра четырехцилиндрового двигателя работают по обычному четырехтактному циклу. В двух внутренних (эспандерных) цилиндрах происходит продолженное расширение газов, которое может быть названо пятым тактом. Таким образом, в эспандерных цилиндрах осуществляются только такты расширения и выпуска отработавших газов.
Рабочий цикл двигателя состоит из четырех фаз (рис.1).
Фаза A. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ. В первом рабочем цилиндре осуществляется впуск свежего заряда, а во втором рабочем цилиндре – сгорание (предварительное расширение). В эспандерных цилиндрах осуществляется выпуск газов.
Фаза B. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ. В первом рабочем цилиндре осуществляется сжатие свежего заряда, а во втором рабочем цилиндре – вытеснение выпускных газов в эспандерные цилиндры. В эспандерных цилиндрах осуществляется процесс продолженного расширения выпускных газов из второго рабочего цилиндра.
Фаза C. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ. В первом рабочем цилиндре осуществляется сгорание (предварительное расширение), а во втором рабочем цилиндре – впуск свежего заряда. В эспандерных цилиндрах осуществляется выпуск газов.
Фаза D аналогична Фазе В, в которой первый и второй цилиндры ВД меняются местами.
Таким образом, рабочий цикл двигателя с продолженным расширением осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из двух групп процессов. Первая группа включает процессы впуска и предварительного расширения в первом или втором рабочих цилиндрах и выпуск газов из эспандерных цилиндров. Вторая группа включает процессы сжатия и вытеснения выпускных газов в первом или втором рабочих цилиндрах и дополнительное расширение выпускных газов в эспандерных цилиндрах.
Расчетные исследования
Для оценки влияния на топливную экономичность уменьшения рабочего объема двигателя и продолженного расширения были проведены расчетные исследования его рабочего процесса. Рассмотрены следующие варианты двигателя:
- стандартный вариант, при котором 4 цилиндра работают без наддува;
- одна пара цилиндров работает с наддувом, а в другой паре цилиндров удаляются клапаны с целью ликвидации насосных потерь;
- двигатель-эспандер (ДЭ), в котором одна пара цилиндров является рабочей, а в другой паре цилиндров – эспандерной- осуществляется продолженное расширение.
Во всех вариантах обеспечивается приблизительно одинаковая мощность двигателя. В качестве ограничивающих факторов при форсировании 2 цилиндров с помощью наддува были приняты: отсутствие детонации, максимальное давление сгорания не выше 5,5 МПа и максимальная температура газов на входе в турбину турбокомпрессора 1050 °С. Работоспособность двигателя ВАЗ 11194 с таким уровнем параметров была подтверждена в цикле испытаний в ГНЦ «НАМИ» [2]. В двух работающих цилиндрах, использующих наддув, степень сжатия стандартного двигателя 10,8 была уменьшена до 9,0. При этом был сохранен приемлемый уровень нагрузок на детали двигателя [3].
На рисунке 2 даны нагрузочные характеристики вариантов двигателя ВАЗ при частоте вращения коленчатого вала n=4000 мин-1.
Из сравнения вариантов на графике ge=f(pe) следует, что при одинаковой величине среднего эффективного давления стандартный вариант имеет меньший уровень удельного эффективного расхода топлива по сравнению с другими вариантами. Указанное объясняется пониженной степенью сжатия двигателя в вариантах с двумя рабочими цилиндрами, что вызывает уменьшение индикаторного КПД, а также увеличенными механическими потерями за счет двух выключенных цилиндров.
Картина меняется при сравнении вариантов на графике ge=f(Ne) при одинаковой мощности. Варианты с двумя рабочими цилиндрами по величине удельного эффективного расхода топлива выигрывают у стандартного варианта 4-цилиндрового двигателя без наддува, причем этот выигрыш существенно увеличивается при снижении мощности. На характерном режиме городского движения автомобиля Лада Калина (Ne=15 кВт; n=4000мин-1) вариант ДЭ с продолженным расширением по топливной экономичности более чем на 20% превосходит стандартный вариант двигателя.
Схема воздействия различных факторов на повышение топливной экономичности варианта «двигатель-эспандер» иллюстрируется рисунком 3.
Форсирование двух рабочих цилиндров с помощью наддува позволяет обеспечить необходимую мощность двигателя на режимах частичных нагрузок при более высоком уровне среднего эффективного давления по сравнению со стандартным вариантом 4-цилиндрового двигателя без наддува. При этом ощутимо увеличивается механический КПД. Необходимость снижения степени сжатия для предотвращения детонации и уменьшения нагрузок на детали двигателя приводит к некоторому снижению индикаторного КПД, которое компенсируется за счет продолженного расширения газов в эспандерных цилиндрах.
Параметры вариантов двигателя ВАЗ 11194 даны в таблице 1.
Таблица 1 — Параметры вариантов двигателя ВАЗ 11194
Почему дизельные двигатели более экономичные, чем бензиновые?
Преимущество дизельных моторов.
Дизель. Для многих Российских автолюбителей остается по-прежнему загадкой обозначение моделей автомобилей латинской буквой «D». Да, многие из нас знают, что этой буковой обозначают дизельные автомашины. Но, к сожалению, большое количество людей связывают дизельные автотранспортные средства с тракторами, строительной или грузовой техникой, которые имеют грязный черный выхлоп. Но, на самом деле дизельные двигатели в современных транспортных средствах превосходят по своим характеристикам большинство бензиновых силовых агрегатов.
Все нынешние стереотипы в головах автолюбителей связанные с дизельными двигателями ничего не имеют общего с реальными технологиями, применяемые в современных дизельных агрегатах.
За последние годы новые автомобильные технологии позволили автопроизводителям существенно улучшить эффективность дизельных моторов, и сделать их значительно лучше своих главных конкурентов — бензиновых двигателей.
Так главное преимущество двигателей с воспламенением от сжатия (дизельные моторы) перед бензиновыми это значительно меньший расход топлива. Причем разница в потребление топлива может составлять до 30 процентов.
Посмотрите на 2015 Audi A8 L c 3.0 литровым турбированным шестицилиндровым бензиновым мотором. Средний расход топлива составляет 10,7л/100км. Неплохо для такого мощного силового агрегата? Но идентичная модель с дизельным 3.0 литровым турбодвигателем имеет расход 8,4л/100км.
Будущее за дизелем
Как считают многие эксперты сегодня дизельные моторы и дизельное топливо не достаточно оценено на современном авторынке. Во многом это связано со стереотипами потребителей и предвзятым отношением многих автокомпаний к технологиям дизельных двигателей (есть компании, которые не имеют своей технологии дизельных силовых агрегатов, что представляет риск для бренда в случае популизации в мире дизельных моторов).
Но многие автопроизводители на протяжение многих лет стараются продвигать в массы дизельные моторы. Так, к примеру, компания Ауди подталкивает своих покупателей делать выбор в сторону дизельных моделей. И надо признать, что за последние годы наблюдается рост популярности дизельных моделей Ауди среди покупателей этих автомобилей.
По некоторым данным в настоящий момент около 10 процентов продаж автомобилей Ауди во всем мире приходится на дизельные модели. Даже в США, где традиционно считалось, что на машине должен стоять только бензиновый двигатель, продажи дизельных автомашин выросли до 5 процентов от общего количества проданных новых автомобилей.
Для того, чтобы закрепить успех Ауди по увеличению продаж дизельных автомашин на всех ведущих мировых рынках, компания предполагает оснастить весь свой модельный ряд дизельными версиями.
На, что смотрят покупатели, выбирая дизельные автомобили? Конечно, в первую очередь, делая выбор в пользу дизельной машины, клиент смотрит на экономичность двигателя и на максимальный крутящий момент. Как правило, многие дизельные двигатели намного экономичнее своих бензиновых аналогов и имеют гораздо больше крутящий момент. Так что же такое дизельный двигатель? И в чем же секрет экономичности дизельных моторов?
Преимущество дизельного двигателя
Преимущество дизельного двигателя начинается с самого топлива. К примеру, благодаря плотности, дизельное топливо дает на 15 процентов больше энергии, чем бензин. На молекулярном уровне разница заключается в более длинной цепочке углеродов. Другими словами при сжигании 1 литра «солярки» получается на 15 процентов больше энергии, чем при сгорании 1 литра бензина АИ-92.
В дополнение дизельные двигатели имеют гораздо большую степень сжатия по сравнению с бензиновыми моторами. Традиционно степень сжатия многих бензиновых двигателей составляет от 8,0 до 12,0. В некоторых дизельных моторах степень сжатия может составлять от 12,0 до 16,0 и даже более.
Конечно, высокая степень сжатия необходима для воспламенения топлива в дизельном агрегате. Ведь топливо в нем воспламеняется за счет сжатия. Так воздух под большим давлением подается в камеру сгорания вместе с дизельным топливом. За счет сжатия кислород нагревается до большой температуры, в результате чего топливо самовоспламеняется. Именно поэтому эти двигатели могут работать без свечей зажигания.
Одно из преимуществ высокой степени сжатия дизельных моторов это экономия топлива, которая достигается за счет электроники и технологий, используемых в силовых агрегатах.
Еще одной технической новинкой в производстве дизельных двигателей является система впрыска топлива Common-Rail. Система основана на пьезоэлектрической технологии и дозированной подачи топлива под очень высоким давлением в 2000 бар. К примеру, данная технология применяется на дизельных моторах Ауди, которая позволяет не только экономить расход топлива, но и значительно уменьшить уровень вредных веществ в выхлопных газах автомобиля.
Кроме того стоит отметить, что в дизельных двигателях отсутствуют дроссельные заслонки, которые применяются в бензиновых силовых агрегатах. Так эти воздушные компоненты бензиновых двигателей вызывают лишний расход топлива, поскольку требуют лишней энергии для их функционирования. К примеру, при частично закрытой дроссельной заслонке системе подачи воздуха требуется больше сил для того, пропускать воздух. Дизельные моторы не имеют подобной системы. Но это еще не все.
В большинстве дизельных моторах в настоящий момент применяется турбина, что позволяет увеличить доставку максимального крутящего момента на привод колес. Причем турбокомпрессор позволяет обеспечивать предельный крутящий момент, как на низких оборотах двигателя, так и на больших. С учетом того, что у дизельных двигателей крутящий момент гораздо выше бензиновых применение турбины позволяет сделать дизельный мотор не досягаемым для бензиновых конкурентов.
Благодаря современным технологиям сегодня нет недостатка в дизельных двигателях по сравнению с бензиновыми. К примеру, компания Ауди на протяжении долгих лет вела работу над созданием идеального дизельного мотора, что позволило автомобилю Ауди недавно выиграть круглосуточные автогонки ЛеМан-24.
Звук дизельного двигателя
Чтобы обеспечить рост популярности дизельных моторов многие автопроизводители долгие годы вели разработку, чтобы сделать звук работы двигателя более гладкой. Ведь не секрет, что большому количеству автолюбителей не нравилось, как работали дизельные силовые агрегаты в прошлые годы. Но благодаря развитию современных технологий многие современные дизели имею приятный мягкий звук.
Один успех гоночной Ауди, которая выиграла 24-часовую гонку говорит о многом. Скорее всего, в ближайшие годы популярность этого вида моторов будет только расти и во многом благодаря тому, что автокомпании смогли изменить звук работы дизельных моторов.
Еще один фактор, который влияет на рост популярности дизелей это улучшение качества дизельного топлива. Так современная «солярка» имеет на 52 процентов меньше серы, чем 5-10 лет назад, что не только улучшает работу двигателя, но и делает его ресурс долговечным.
Миф о грязном выхлопе
Исторически сложилось так, что дизельные двигатели не были по выхлопу экологически чистыми. Особенно во времена, когда выхлоп дизельных моторов представлял собой черный клубок дыма. К счастью современные дизельные моторы не имеют подобного черного и грязного выхлопа. Это стало возможным благодаря применению расширенных систем очистки выхлопа. К примеру, многие современные дизельные модели имеют уровень загрязняющих веществ точно такой же, как и бензиновые силовые агрегаты. Так во многих дизельных машинах используется технология расщепления на химическом уровне газа оксида азота. Благодаря катализатору, где и происходит химическое преобразование, оксид азота расщепляется на азот и кислород.
К сожалению несмотря на кристально чистый выхлоп всех современных дизелей, пока эти силовые агрегаты не получили должного внимания публики и авто экспертов. Нынче в моде совершенно другие автомобили с инновационными технологиями, даже несмотря на свою дороговизну и отсутствие экономической выгоды в их приобретении. Речь идет об электрических и гибридных автомобилях.
В наши дни о них говорят все и по всему миру. Но мы считаем, что рано или поздно рынок осознает, неоспоримое преимущество дизельных моторов. Особенно если учесть, что электрические технологии находятся в настоящий момент только на самом начальном этапе своего развития. Конечно, в далеком будущем электрические машины смогут, скорее всего, составить конкуренцию другим автомобилям, но в ближайшей перспективе есть вероятность того, что дизельные автомобили станут популярным во всем мире, а спрос на гибридные транспортные средства пойдет на спад.
Правда стоит отметить, что, несмотря на многие преимущества дизельных моторов, дизельные версии стоят гораздо больше. Но в отличие от гибридных автомашин все-таки дизельные автомобили намного быстрее окупаются.
Дизельный двигатель сохраняет запасы топлива в мире
В случае массовой популярности дизельных двигателей наш мир может снизить потребление топлива в мировом масштабе. Благодаря своей экономичности, многие автовладельцы могут хотя бы ненадолго забыть об экономии топлива. Не секрет, что многие собственники транспортных средств уже забыли, что значит давить педаль газа в пол, опасаясь перерасхода топлива. Конечно машина это средство передвижения, но ведь иногда любому водителю необходимы ощущения драйва и мощности.
Такие достижения как пьезоэлектрический впрыск топлива, с изменяемой геометрией турбонадува, современная система отработки выхлопа и многие другие технологии, применяемые в современных дизельных двигателях, дали шанс на рост популярности дизельных машин в современном мире.
Почему дизель экономичнее?!
. почему дизельный двигатель в практике городской эксплуатации всегда будет экономичнее сравнимого бензинового двигателя?
И заметно экономичнее — примерно на 30%. Каждый скажет, что дизель «экономичнее», но едва ли кто скажет точно, почему именно.
Ваш гипермоментный и мощный коптилка N57 смиренно будет кушать 10-11 литров там, где куда более задохлый бензиновый М54 брал 14-15 и даже поболее.
Все знают причинки и полупричинки с недопричинками. Все это тоже важно, но в совокупности безнадежно меркнет перед главной причиной.
Главная же причина — одна. Это одно, действительно главное и неповторимое отличие со множеством следствий. Уберите ее — и экономия пропадет. Причину называли тут и даже называли не раз. Единственно правильный ответ состоит буквально из одной строки. Ответ с демонстрацией глубинного знания — из двух. Энциклопедический (в укор википедии) — едва ли из трех.
Будет очень круто, если в заголовке ответа вы напишете степень уверенности в процентах, а также свою принадлежность к теме — нечего стыдиться, если вы кандидат наук с кафедры двигателестроения.
Вангую: правильный ответ до сегодняшней полночи даст не более трех человек. Если меньше — блог будет понижен в звании.
Доска почета (ими гордится блог):
ivanuskov yury_iv karel_protiff updan aba leo_schleicher lazy_black_cat igraja_pe4orina rureader mallanga
и т.д.
P.S.Читатели, которые ссылаются в правильном ответе на блог — слишком честны, чтобы победить. Too fair to win)))
P.P.S.Полуответы и намеки не считаю: у нас важный экзамен на повышение звания блога. Награждение произойдет на полном 10 ответе.
P.P.S.Сам Дизель умер, так и не узнав правды.
P.P.P.S.Блог апгрейдирован, но есть еще немного времени высказаться. До завтра)))
Все же нашел сублимат глупости: https://youtu.be/RKEY1G1JKjM с 2:10 адовая пурга минут на 10-15 уж точно. Техническому директору «Каширка 39» низачот даже на уровне ПТУ. Вся сообщенная им информация катастрофически непотребна. Все настолько мимо, что больно слушать. Как хорошо, что от этого никому не хуже.)) Верим, что он обязательно исправится и станет образцовым техническим директором, на радость коллегам.
Вы можете отнять у дизельного двигателя почти все, кроме одного. И он останется экономичным. Вы можете самым изощренным способом приделать современному бензиновому двигателю почти все «дизельное», кроме одного. И он не станет дизельным. Бензину не помогут никакие бездроссельные механизмы, высокие степени сжатия с антидетонационными смесями и пр. Дело не в самой конструкции, а в принципе.
Дизель всегда будет экономичнее в режиме частичных нагрузок только за счет того, что в нем нормально горят даже очень бедные смеси. Таким образом, топлива требуется почти ровно столько, сколько сама конструкция позволяет использовать для совершения полезной работы. В городском цикле движения очень много бесполезной работы на холостых оборотах и почти без нагрузки — тут дизель вытаскивает до 30% экономии. В мощностном и установившемся, номинальном режиме, разница в топливной экономичности между сравнимыми моторами разных принципов практически отсутствует. В бензиновом же двигателе, бедные смеси горят плохо — вовсе не горят. Чрезвычайными усилиями конструкторов, в последние 30 лет бензиновые двигатели удалось перевести на едва забедненные смеси в режимах разве что холостого хода. Но никакие кнопки старт-стоп и прочие энергоэффективные изощрения не превратят бензин в дизель.
