Максимальные обороты дизельного двигателя

Нет, разумеется не для Формулы 1 [Хотя в «формульных» анналах навсегда записан pole, который в 1952 году завоевал в Grand Prix США (Индианаполис) американец Fred Agabashian за рулем трекового болида Kurtis Kraft. С 6,57-литровым дизелем Cummins JSX (см.

«С воспламенением от сжатия», «Турбо», 2001, №11); с тех пор такие моторы в автогонках не отличались.]. Однако разговоры о том, что через год-два на 24-часовые гонки в Le Mans выйдут прототипы с дизельными двигателями, продолжаются.

Ну и зачем, спрашивается?

Из экономии, естественно, – по топливу. То есть, по числу pit-стопов; ведь в ходе суточного марафона болидам приходится дозаправляться каждые 12-13 кругов.

Победитель обычно проходит около 370 кругов (по 13,65 км) – так что за 24 часа 30 дозаправок! А с прошлого года технический регламент ACO (Automobile Club d’Ouest) особо оговаривает дизели с наддувом – рабочим объемом до 5,5 л. Надо сказать, «формула Le Mans» удивительно разумна: она допускает практически любые двигатели самого разного литража.

А значит, и горючего в единицу времени (в стехиометрической смеси) удается сжечь не больше, чем… Практически установлен потолок для мощности – независимо от того, 4-литровый двигатель или 5-литровый, с наддувом или бескомпрессорный. Так что лучшие из них развивают до 450 кВт/612 л.с. – при умеренных оборотах, а выше трудно.

Прикиньте: экономичный дизель позволит дозаправляться, скажем, через 15 кругов трассы de la Sarte, то есть, болид сделает на 5 pit-стопов меньше, чем с бензиновым двигателем. Потери времени на каждой дозаправке – не меньше 35 сек. (торможение, стоянка, разгон); всего за сутки 175 сек. Около 3 минут; убедительное превосходство.

Конструкторы давным-давно видели заманчивую возможность. Так, еще в 1950 году на старт в Le Mans вышли аж две французские модели с дизелями: Delettrez Diesel и MAP. Обе DNF (не финишировали); а теперь сразу несколько команд готовят к 24-часовым гонкам болиды, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия.

Среди них, говорят, Peugeot… А скажем, английская Judd, которая поставляет V-образные гоночные «десятки» для ряда команд [Например, 5-литровые 40-клапанники для Pescarolo C60, один из которых финишировал нынче 2-м], уже обнародовала 10-цилиндровый 4,6-литровый дизель, разработанный совместно с британской же Ricardo Engineering. С bi-турбонаддувом мотор развивает за 600 л.с.

при невероятных для дизеля 6000 мин-1! Крутящий момент достигает 850 Нм при 4-5 тыс. оборотов.

Ведь двигатели с воспламенением от сжатия ограничены по частоте вращения вала – в силу своей природы. Дело тут, во-первых, в слишком высокой степени сжатия.

Из-за нее объем камеры сгорания настолько мал, что под клапанами невозможно предусмотреть углубления – для открытия впускных до в.м.т. и закрытия выпускных после. То есть, не получается расширять фазы впуска-выпуска, отчего и оборотность невелика.

Во-вторых, в особенностях смесеобразования. Ведь у дизелей топливовоздушная смесь образуется не в ходе впуска-сжатия, а в те последние миллисекунды, когда горючее впрыскивается форсункой – перед самой в.м.т.

Оно просто не успевает испариться – даже в раскаленном сжатом воздухе; вместо того чтобы сгореть, капельки дизтоплива мгновенно подвергаются пиролизу и закоксовываются; образуется сажа.

Отсюда неизбежное дымление двигателей с воспламенением от сжатия, – даже когда мы не замечаем.

И если обороты повысить, скажем, от обычных 4 тыс. до 8 тыс., то время смесеобразования – и без того крайне малое – сократится еще вдвое. Поразительно поэтому, что гоночный турбодизель Judd развивает максимальную мощность якобы при 6000 мин-1; неслыханно. Однако не все так безнадежно; «во-первых» относится только к дизелям с клапанным газораспределением.

А почему не вспомнить хорошо забытое старое: 2-тактные конструкции со щелевым распределением – безо всяких клапанов? Так, еще в 30-е годы немецкие заводы Junkers выпускали авиационные 2-тактные дизели – Jumo 205/207, а к началу II мировой войны там разработали и вовсе экзотический 24-цилиндровый 48-поршневой Jumo 223.

Так сказать, счетверенный 207–й – по сторонам квадрата; соответственно 4 коленвала.

Знаменитый Jumo 205/207: 2 коленвала связаны шестеренной передачей. Транспортные самолеты с 2-тактными дизелями летали еще до II мировой войны

«Юнкерсы» работали со встречно-движущимися поршнями (ВДП): в каждом цилиндре 2 поршня идут навстречу друг другу. Один управляет продувкой цилиндра, другой – выпуском. Между поршнями камера сгорания – одна на двоих.

По углу поворота вала поршни смещены один относительно другого так, что продувочный отстает от выпускного на 12–15°. Выпуск начинается – и заканчивается – раньше, чем продувка; несимметричные фазы.

И продувка – так называемая прямоточная (продольная) – самая эффективная; куда там возвратно-петлевой в простеньких мотоциклетных 2–тактах.

Отсутствие клапанов (с их приводом, коромыслами, пружинами и пр.) само по себе благо. А для быстроходного дизеля жизненно важно, поскольку фазы газораспределения не ограничены здесь из-за высокой степени сжатия. Так что 29-литровый Jumo 223 развивал 2200 л.с.

при 4400 оборотов! В 1944-м; говорят, после войны уникальный двигатель оказался в нашей стране, где с ним экспериментировали советские конструкторы авиамоторов. Однако тут как раз подошли газотурбинные двигатели, и работы с 24-цилиндровым монстром свернули.

А сегодня вполне реален 2-тактный дизель со встречно-движущимися поршнями, скажем, на 5500 мин-1. Например, по схеме 3- и 4-цилиндровых двигателей Commer [В конструкции Commer сняты затруднения с синхронизацией 2-коленчатых валов, присущие схеме Jumo.

Их приходилось связывать между собой шестеренной передачей – дорогой, сложной и склонной к вибрациям.

Надо сказать, именно такая конструкция позволит по полной реализовать те преимущества, которые ожидаются от дизеля на гоночной трассе. Ведь 2-тактный дизель с ВДП особенно экономичен – по ряду причин. Прежде всего благодаря камере сгорания, общей для 2-х поршней. У нормального д.в.с.

– что 4-, что 2-тактного, – верхний торец цилиндров, так сказать, свободен: поверхность, через которую полезное тепло уходит в систему охлаждения. А у цилиндров 2-такта с ВДП свободного торца нет, поэтому камеры сгорания такого дизеля вообще обходятся без охлаждаемой поверхности! Поршни сближаются в в.м.т. до миллиметрового зазора, и воздух практически весь сжимается в полости, образованной в их днищах.

Автомобильный 2–такт Commer от британской Rootes. Изумительно изящная конструкция:

a) сжатие;	b) воспламенение
c) рабочий ход;	d) продувка

Потери тепла минимальны, экономичность наивысшая [Лет 20-25 назад в воздухе носилась идея так называемого «адиабатического» двигателя. Суть в том, что 4-тактный дизель работает без системы охлаждения; горячая поверхность камеры сгорания отбирает меньше тепла от рабочих газов, к.п.д. заметно выше.

Однако детали, работающие без охлаждения (клапаны, днища поршней) подвергались колоссальной термической нагрузке, и их приходилось выполнять из керамики. Идея заглохла, а 2-тактный дизель с ВДП дает примерно то же, но без заморочек с клапанами (их вообще нет) и пр.

Поверхность камеры сгорания не нужно охлаждать просто потому, что охлаждаемые поверхности отсутствуют. Порой гениальное так просто]. Кроме того, нет механических потерь на привод клапанного ГРМ; тоже плюс.

Наконец, кривошипно-шатунный механизм с промежуточными коромыслами заметно уменьшает потери трения в паре поршень-цилиндр [Коромысла не оборачиваются на 360° (как обычный кривошип), а только покачиваются, поэтому наклон шатунов невелик. Соответственно, боковые силы, прижимающие поршень к зеркалу цилиндра, на порядок меньше, чем у нормального мотора.

А на пару поршень (с кольцами)/цилиндр приходятся 50% всех потерь трения в двигателе; считайте] (см. «Долгий путь к себе», «Турбо», 2002, №№1-3); в общем к.п.д. такого мотора чрезвычайно высок.

Вот только кривошипно-шатунный механизм сложноват: для 5-цилиндрового двигателя 10 коромысел + 10 вторичных шатунов… А конструктивная простота ценна не только сама по себе; уменьшение количества деталей кривошипно-шатунного механизма означает не только сокращение потерь трения, но и надежность [Обратите внимание, что мотор с ВДП обходится даже без прокладки стыка между блоком и головкой цилиндров. Цельные гильзы цилиндров (спецчугун) заливаются в (легкосплавный) блок двигателя – вот и все. А прогорание термически нагруженной прокладки – обычная неприятность и для гоночных, и для гражданских двигателей], переоценить значение которой в гоночном марафоне трудно. Однако есть совершенно радикальное решение, которое упрощает механизм до смешного: аксиально-поршневая схема (см. «Долгий путь к себе», «Турбо», 2002, №9).

Аксиально-поршневая схема для 2-тактного дизеля: еще компактней, еще проще, еще эффективнее

Цилиндры располагаются вдоль оси вала по окружности – как патроны в барабане револьвера. Такие двигатели и называют иногда «револьверными» (barrel); на концах вала установлены 2 «косые» (наклонные) шайбы, на которые действуют шатуны поршней.

Шайбы не вращаются (проворачиванию препятствует особое устройство), а только волнообразно покачиваются на Z-образной шейке вала. Нутация, как говорят физики. Продольный вал органично соединяет 2 шайбы и синхронизирует поршни; ни одной лишней детали.

Мало того, только центральный вал совершает полные обороты на 360°; у него две Z-образные шейки и 4 коренных подшипника.

Все, а остальные шарниры (шатунные) – неполнооборотные; потери трения сводятся к наименьшему уровню, какой только мыслим для поршневого двигателя с кривошипно-шатунным механизмом. Исключительная экономичность и надежность – как раз то, что нужно для победы в Le Mans.

Замечательно, однако трудности со смесеобразованием у 2-тактного дизеля те же, что и у 4-тактного. Тут на помощь приходят современные системы подачи горючего common-rail III поколения (Bosch и др.

) с цифровым электронным управлением, обеспечивающие многоразовый впрыск тяжелого топлива под давлением 1600 бар. Насос-форсунки (VW) с пьезоэлектрическими клапанами и давлением впрыска за 2000 бар, – и все такое.

Во всяком случае, 4-тактный гоночный дизель Judd-Ricardo развивает максимальную мощность при 6 тыс. оборотов, так что 5500 мин-1 для 2-такта заведомо достижимы.

Гоночный 4-тактный турбодизель Judd-Ricardo. Цельноалюминиевая 40-клапанная конструкция весит лишь 180 кг – при мощности за 600 л.с.

Прикиньте: 5 цилиндров, 10 поршней. При диаметре цилиндров и ходе поршней, скажем, 78,8 х 82 мм рабочий объем двигателя – 4 л.

С приводным (центробежным) нагнетателем [Он необходим для продувки цилиндров при пуске двигателя, когда турбоагрегаты еще не включились.

С набором оборотов приводной нагнетатель отходит на второй план] и парой турбоагрегатов его крутящий момент доводится где-то до 875 Нм при 3-4 тыс. оборотов

[У 2-такта двойная частота рабочих ходов, поэтому и крутящий момент у него в идеале удваивается по сравнению с 4-тактным двигателем равного рабочего объема. По ряду причин удвоение не получается; положим, 4-литровый 4-такт выдает примерно 535 Нм. Как видите, ничего особенного.
И еще раз о крутящем моменте двигателя и его мощности. Нередко говорят, что дело не в мощности, а в моменте; расхожее недоразумение. Допустим, продаете вы картошку и приговариваете, что главное – взять хорошую цену. Ладно, пару-тройку ведер удалось сбыть по 80 руб., но и все – не берут. А по 45 руб. разойдется влет; тут-то и выясняется, что главное все-таки не цена за ведро, а общая выручка. И продать вы хотите несколько десятков ведер, а не 2-3 – даже по высокой цене.
Так и с мощностью: вы настаиваете на крутящем моменте? Нет ничего проще: понижающий редуктор увеличит момент хоть в 3 раза, хоть в 30. Вопрос подбора зубчатых пар. Правда, и обороты на выходе редуктор понизит соответственно – в 3 (в 30) раз; золотое правило механики. Нет, оказывается, вы хотите высокий крутящий момент без потери оборотов вала; иными словами, вам нужна именно мощность (а уж редуктор даст требуемый момент). Простое правило:

Ne = a х M х n, где Ne – мощность в л.с., M – крутящий момент в кгм, n – обороты вала в мин-1, коэффициент пропорциональности a = 1/716,2; в кВт и Нм пересчитайте самостоятельно.

То есть, если двигатель (неважно – д.в.с., паровой или электрический) развивает 612 л.с./450 кВт при 5500 мин-1, значит, он выдает (при тех же оборотах) 79,7 кгм/781,6 Нм крутящего момента. Арифметика. Наибольший крутящий момент не меньше того, какой мотор развивает при максимальной мощности. И поскольку у нашего дизеля крутящий момент достигает 875 Нм (при оборотах ниже 5,5 тыс.), то все сходится]. Тогда вполне реальна максимальная мощность (с рестриктором!) в 450 кВт/612 л.с. при 5500 мин-1 – на уровне лучших бензиновых турбомоторов ACO с рестриктором же. Вроде дело за малым.

И все же дьявол (как говорят англичане) кроется в деталях. В техническом регламенте ACO есть скромная оговорка насчет дизелей: они не должны оставлять после себя заметного на глаз дымного следа. Пустяк, а… Уже известно, что кое-кто испытывает спортпрототип на шасси Lola с «дозаряженной» турбодизельной «десяткой» от VW.

Пятилитровый мотор выдает (с рестриктором) за 500 л.с., и болид показывает на гоночной трассе совсем неплохое время. Но! Чтобы исключить сильное дымление (а пиролиз горючего и сажеобразование характерны как раз для работы дизеля с резко переменной нагрузкой – условия гонки) конструкторы применили в системе выпуска мощные сажевые фильтры.

И что же? Год назад спортпрототип вывели на знаменитую трассу Silverstone, Великобритания, где проводится один из заездов международной серии LMES. Десяток кругов – и двигатель стал терять мощность; фильтры быстро забиваются сажей. Гоночные условия ярко высвечивают истинный характер дизеля, не так бросающийся в глаза в повседневной эксплуатации.

Так что, с одной стороны – с другой стороны.

Спортпрототип с 5-литровым турбодизелем на гоночной трассе

О дымлении разговор отдельный. И кстати, кто сказал, что 2-тактный (аксиально-поршневой) дизель с ВДП предназначен исключительно для гонок? А для катеров, для легкомоторной авиации? Представьте дальность перелета 4-местного аэроплана с 2-я турбодизелями; сказка. И безотказность… Для автомобилей – легковых, коммерческих и автобусов. Да мало ли.

Тот же, кто построит такой дизель и решит задачу дымления под высокой переменной нагрузкой, выиграет 24-часовые гонки в Le Mans – в абсолютном зачете, безо всяких скидок на особенности конструкции и сорт горючего. Может, вы?

Источник: http://turbonsk.ru/gonochnyj-dizel/

Обороты двигателя: максимальное количество и возможные неисправности

Обороты дизельного двигателя — это один из частых вопросов владельцев дизельных автомобилей. Ответ один — все зависит от параметра силового агрегата, его мощности и крутящего момента, которые в совокупности определяют предел максимальных оборотов дизельных двигателей. Для того чтобы широко открыть эту тему, приведем некоторые сведения об особенностях дизельных двигателей и их оборотах.

Первая причина невысоких оборотов у дизелей, это увеличенная масса поршня и шатуна по сравнению с бензиновыми. Далее, это особенности воспламенения дизельного топлива. Неполнота сгорания дизельной смеси не позволяет двигателю развивать высокие обороты.

Смесь попросту не успевает догореть в цилиндрах и силовой агрегат не успевает выполнить свой полный рабочий цикл. По этой причине при запредельных оборотах нарушается рабочий такт и снижается удельная мощность дизельного двигателя на литр объема.

Кстати, именно из-за этого для спортивных дизельных авто производят специальное дизельное топливо, которое имеет способность быстро воспламеняться и полностью сгорать.

Следующий фактор, снижающий способность к оборотам у дизеля, это так называемый степень сжатия, возникающая при запредельных оборотах.

Сжатие требует дополнительных усилий и начинает красть часть мощности движка, часть энергии двигателя попросту начинает уходить на вращение самого себя.

Оба вышеописанных факторов усиливаются с повышением оборотов, в результате чего способность к максимумам у дизелей обычно ограничена.

По этим причинам ускорять дизель до максимума не рекомендуется, так как после преодоления так называемых моментных оборотов тяга увеличиваться дальше не будет. Стремление увеличить обороты могут привести только к изнашиванию цилиндро — поршневой группы и к перерасходу топлива и моторного масла.

Мощность попросту снижается после 3800-4000 об/мин. По вышеописанным причинам владельцам дизельных авто необходимо разумно корректировать стиль езды.

Турбодизельные агрегаты которыми снабжаются тяжелые КАМазы, имеют норму по оборотам —1800 об/мин. Что касается дизельных малолитражек, используемых на легковушках, у них запас максимума где-то диапазоне в 2200-2500 об/мин.

Приведем небольшую таблицу (представим, что мы имеем дело с 6 ступенчатой передачей):

• 3 передача — от 30 км/ч до 50
• 4 передача — от 50 км/ч до 70
• 5 передача — от 70 км/ч до 100
• 6 передача — от 100 км/ч

Заметим, что на 6-той передаче при скорости 100 км/ч, обороты становятся 2000 об/мин, за пределами которого увеличение не имеет смысла, так как у дизелей оптимальный крутящий момент в пределах 1500-1900.

Общая стратегия такова, если двигатель работает без напряга, то можно немного сбавить обороты. Схема переключения передач: первая передача — все обороты, начиная от второй — 1500 об/мин.

после третьей передачи — 1700 оборотов, а на пятой — 1900.

При нарушении правил переключения передач, вы подвергаете силовой агрегат излишней встряске и вибрациям, а при низких оборотах масло недостаточно смазывает дальние шестерни.

По вышеуказанным фактам следует, что дизельному мотору нет необходимости прибавлять оборотов для достижения высокого крутящего момента. Именно эта особенность дизелей и делает их незаменимыми для использования в грузовом транспорте, для которых высокая скорость движения не принципиальна.

Для сравнения можно привести в пример бензиновые двигатели. Они гораздо мощнее дизельных, им для достижения высоких скоростей необходима высокая мощность на максимумах оборотов.

Бензиновый мотор увеличивает мощность не сразу, достигая пика на растущих оборотах.

С дизелем дела обстоят по-другому, они набирают максимум мощности намного раньше, но уже на средних оборотах тяга дизельного мотора слабеет.

Холостые обороты дизельных двигателей могут давать разные значения, которые зависят от вязкости масла или нагрузки на генератор. Высокие обороты лучше всего измерять на холостом ходу выжимая полный газ. Согласно инструкциям, они могут быть 4900-5000.

Многие водители, ради экспериментов пытаются регулировать тросик на АКПП, которую без острой необходимости лучше не трогать, так как можно расстроить систему передач. Экспериментируя с холостыми оборотами следует помнить, что сниженные обороты отрицательно действуют на дизель в целом особенно на турбине.

Продолжим тему про холостые обороты дизеля. Существует поверье, что дизельный двигатель не любит старты, поэтому его лучше не глушить часто.

Если следовать этому совету, существует риск порчи колец, они просто начинают стираются. Происходит это от злоупотребления холостым ходом при оборотах ниже 2000.

Такое часто происходит на севере, где водители большегрузных дизельных авто сутками не глушат двигатели.

Проблемы связанных с этим в основном две. Первое, это закоксовывание форсунок. Проблема решается нагрузкой при рабочих оборотах что очищает форсунки. Вторая проблема, которая связана с закоксовыванием колец, решается также. Нужно накручивать обороты с поддержанием масляного давления, а при морозах заслонять радиатор картонкой.

Вообще, при хорошем давлении масла и бесперебойной работы системы охлаждения, дизель способен долгое время выдерживать холостые обороты, только нельзя забывать про хорошую перегазовку с повышением оборотов как приводилось выше.

Но нельзя в этом переусердствовать, вы, конечно же, устраните отложения повышением оборотов, но кольца все же будут постепенно стираться, так-как давление масла падает при холостых. Гипотетически, если бы давление масла не падала, дизель мог бы работать вечно пожирая всю имеющуюся солярку.

Если большегрузные дизельные двигатели, с трудом выдерживают снижение нагрузки на 20 процентов ниже расчетной в течение длительного времени, то для легких автомобильных дизельных агрегатов норма совсем другая.

Для дизельных легковушек, последствие длительной работы на холостых оборотах не настолько катастрофичен как для грузовых. Для легковых дизельных транспортных средств существует иной риск. Максимально допустимые обороты могут привести к самовоспламенению в виде детонации, что чревато разрушением поршневой группы.

В процессе модернизации, дизельные установки по оборотам все более приближаются к бензиновым. однако, все же будут всегда уступать бензиновым. Мощный дизель можно разогнать вплоть до максимальных 4500-4800 тыс. об/мин, а 7 тыс. об/мин для бензиновых установок от седанов является чем-то обычным.

Производители дизельных агрегатов, постоянно совершенствуют характеристики двигателей. Увеличивается мощность, улучшается крутящий момент, совершенствуются способы экономии дизтоплива.

Отметим модернизацию системы подачи топлива в цилиндры. Это так называемый предварительный впрыск топлива, он снижает ударный момент и улучшается сгорание топливно-воздушной смеси.

Все эти нововведения в совокупности помогают дизелю работать менее жестко.

Можно также отметить доработку механизма распределения газа, приводящая к увеличению количества клапанов. Все же, настоящей революцией было добавление к дизельному двигателю турбины.

Эти небольшие отклонение от основной темы, имела цель напомнить автовладельцам, что год за годом дизельные агрегаты эволюционируют.

Непрестанно улучшаются характеристики оборотов, постепенно уравнивающие мощность к крутящему моменту.

Обороты держатся только в холостом режиме, если прибавить газу включив сцепление, обороты автоматически обретут штатное значение в 800-900. Иными словами, японский конструктив предлагает повышение оборотов на холостом ходу исключительно для прогрева двигателя.

Источник: http://AvtoDvigateli.com/sovety-po-ehkspluatacii/vysokie-oboroty-dvigatelya.html

Бензин или дизель?

Последние несколько лет дизельные двигатели перестали быть экзотикой на российском рынке легковых автомобилей, а водители постепенно забывают миф про «плохой бензин», по крайней мере в больших городах. У некоторых даже есть знакомые накатавшие на дизелях по 10 лет без каких либо проблем с топливной системой и морозами.

Популярности теме добавляет и выпуск новых моделей от премиальных производителей, обещающих впечатляющую динамику на ряду со смешным расходом.

Большинству покупателей вообще нет разницы, какой двигатель установлен в их машине — главное какими потребительскими характеристиками он обладает и какого обслуживания требует. С этой точки зрения и подойдем к вопросу.

Мощностные характеристики

• При сопоставимых объемах дизельный двигатель обладает меньшей мощностью, но большим крутящим моментом.
• Достаточно посетить всего один тест-драйв современного дизельного седана, например Mercedes-Benz E 250 CDI 4-matic, что бы составить личное мнение о дизельных двигателях.
• E 250 CDI обладает следующими характеристиками (в скобках приведена разница с показателями бензиновой модели E 250):

• объем 2.143 литра (+7,6%);
• 204 л.с. (-3,2%);
• 500 н.м. (+42%);
• Масса автомобиля на 75 кг больше (вес полного привода исключен из массы дизельной версии). (+4,4%);
• Разгон 0-100 — 7,9 сек (+6,8%).

Сравнение характеристик бензинового и дизельного E класса.

 Проанализировах характеристики, можно сказать, что с этой точки зрения дизельный двигатель вообще не имеет никаких преимуществ, за исключением большого крутящего момента. И во многих обзорах дизельных автомобилей, которые я читал или смотрел, хвалят приёмистость двигателей и их отклик на педаль газа, как заслугу огромного крутящего момента.

В дизельном двигателе отсутсвует дроссельная заслонка, а мощность регулируется количеством подаваемого непосредственно в цилиндр топлива. Такая система  действительно, теоретически, должна быстрее реагировать на нажатие педали газа.

Но 5-ти километров в режиме «Шамаич» и коробкой в режиме «спорт» на сухом асфальте мне было достаточно, что бы понять, что 204 л.с. для автомобиля массой почти 1,9 тонны это не серьезно.

Никакие огромные значения крутящего момента не сделают эту машину увлекательной, отзывчивой или приёмистой.

И это с 7-ми ступенчатым автоматом, который позволяет полнее раскрыть преимущества дизеля, имеющего короткий диапазон рабочих оборотов.

Время разгона от 0-100 почти на 7% хуже аналогичного бензинового автомобиля полностью подтверждает мой вывод.

Главное внимание на передаточные числа 320i и 320d: в случае с механикой итоговое передаточное число на бензиновой модели больше на 15%. Большее передаточное число означает лучший разгон.[ Источник: http://www.bmwpeople.ru ]

Почему же больший крутящий момент не позволяет машине быстрее ускоряться? Все дело в двух факторах:

Источник: https://www.tech-drive.ru/posts/628/

Устройство автомобиля: Разговор о дизеле

Mercedes-Benz 260D – пионер легковых дизелей

Почему дизельные двигатели экономичны? За счет чего у них такой большой крутящий момент и низкие максимальные обороты? Попробуем разобраться

История моторов с воспламенением от сжатия началась в конце XIX века. Именно тогда Рудольф Дизель загорелся идеей создания эффективного двигателя, коэффициент полезного действия которого смог бы превысить 10–12%, то есть показатель паровых машин.

С конструкцией и принципом работы будущего мотора Дизель определился достаточно быстро – это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от высокой температуры сжимаемого газа.

Однако в процессе создания рабочего экземпляра возникли трудности: высокое давление и температура в камере сгорания мотора приводили к прогоранию поршней, поломкам газораспределительного механизма, а иногда и к взрывам. В итоге на доработку и придание агрегату достаточной надежности ушло несколько лет.

Но в 1897 году цель наконец была достигнута, огромный 5-тонный двигатель развивал 20 л.с. при 173об/мин и обладал КПД в 26%. Даже перспективный двигатель Отто с принудительным зажиганием обеспечивал всего 20%!

Больше – меньше

Итак, отчего же дизельные моторы получились настолько экономичнее? Тому есть две фундаментальные причины.

Первая заключается в более высокой степени сжатия дизелей – от 13 до 25 против 12 у лучших бензиновых представителей.

Эти цифры не стоит недооценивать, ведь от них зависит КПД мотора: чем они выше, тем в большей степени расширяются раскаленные отработавшие газы и, соответственно, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую.

Если сравнить современные дизельные и бензиновые моторы, то первые способны усвоить 38–50% процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, а вторые – лишь 25–38%.

Возникает вопрос: что мешает поднять степень сжатия бензиновых агрегатов? Мешает детонация, то есть самопроизвольное воспламенение топливно-воздушной смеси от сильного нагрева при излишне большом сжатии.

При этом мало того что сгорание происходит не в тот момент, когда нужно, так оно еще и сопровождается чрезвычайно резким нарастанием давления в цилиндре, что приводит к стукам, перегреву и высокой токсичности выхлопа.

В дизеле же поднятие степени сжатия лишь увеличивает надежность воспламенения впрыскиваемого топлива: чем горячее будет воздух в цилиндре, тем быстрее оно испарится и начнется процесс сгорания. Но кроме степени сжатия есть и второе, не менее важное обстоятельство – низкое сопротивление впускной системы дизеля.

А уж насколько избыточно количество воздуха в цилиндре, дело десятое, главное, чтобы его хватало для окисления.

С бензиновым мотором такой трюк не пройдет. Если воздуха окажется слишком много (то есть концентрация паров бензина в нем будет очень низкой), то от искры смесь просто не вспыхнет.

Вот и приходится ставить на впуске заслонку, регулирующую расход воздуха и, опосредованно, количество подаваемого топлива.

Поэтому при небольших нагрузках (например, в пробках), бензиновые автомобили тратят силы на всасывание воздуха сквозь чуть приоткрытую дроссельную заслонку, создавая огромное разряжение во впускном коллекторе. «Дыхание» же дизеля всегда свободно!

Часто можно слышать, как в оправдание небольшой мощности дизеля приводят впечатляющие цифры его крутящего момента.

Цифры эти, конечно, свидетельствуют о совершенстве мотора, но отнюдь не означают, что крутящий момент на колесах бензинового автомобиля окажется меньше! Ведь дизельные двигатели низкооборотные, из-за чего приходится применять более растянутые передаточные отношения в узлах трансмиссии, что и ведет к снижению конечного крутящего момента. Сравним, например, Mercedes E280 и E280CDI. Мотор первого выдает 300Нм, второго – 440Нм, при этом автоматические коробки у них одинаковые, а редукторы разные, с передаточными отношениями 3,27 и 2,47 соответственно. В итоге на первой передаче на колеса бензиновой модели передается 4300 Нм, а дизельной – 4760. То есть вместо изначальной разницы в 1,5 раза остается превосходство всего в 1,1 раза.

Влияние этого фактора на общую экономичность оценить легко, достаточно сравнить расход бензиновых и дизельных моторов в различных режимах движения.

В загородном же режиме, на скорости, когда нагрузка на мотор больше, дроссельная заслонка открыта сильнее и бензиновому двигателю становится легче «дышать», у дизеля остается только один козырь – степень сжатия. В результате тает и его преимущество в расходе топлива.

Впрочем, в начале XX века все эти тонкости не особо волновали автопроизводителей. Нефть стоила дешево, и от двигателя требовалась простота конструкции и изготовления, а не экономичность. И дизели с их сложными механизмами подачи топлива пришлись не ко двору.

Правда, благодаря большому ресурсу и неприхотливости к качеству горючего эти моторы все же нашли применение в сельской технике и грузовом транспорте. Пригодились они и военным – баки с соляркой не так пожароопасны, как плещущийся за спиной бензин.

Первый же легковой автомобиль на тяжелом топливе – Mercedes-Benz 260D – появился лишь в 1936 году, а к 1970-му общее число выпущенных дизельных легковушек едва превысило 100 тыс.

В поисках выхода

Так бы и пылился дизель на задворках отрасли, если бы не подскочившие в 70-х годах цены на нефть. И тогда на пути массовой дизелизации осталась только одна преграда – низкая мощность таких моторов. А от этого, как известно, существуют два средства: расширение диапазона допустимых оборотов коленвала и увеличение крутящего момента.

Но первый вариант оказывается неэффективным, высокие обороты лишь углубляют и без того насущную для дизеля проблему нехватки времени на смесеобразование.

Ведь чтобы топливо активно испарялось, оно должно впрыскиваться при температуре воздуха в цилиндре не менее 500 °C, то есть почти в конце такта сжатия.

Не терпит суеты и процесс сгорания. За резким первоначальным всплеском следует растянутый период догорания, продолжающийся уже на такте расширения. А торопить мотор в таких условиях – это в буквальном смысле слова выбрасывать горючее в трубу.

Поэтому сделать дизель мощнее можно лишь за счет увеличения крутящего момента. А для этого нужно развить как можно большее давление в цилиндрах, то есть сжечь больше топлива.

Но опять незадача, приготовленная наспех горючая смесь дизеля отличается значительной неравномерностью распределения топлива по объему.

Поэтому во время сгорания в смеси может возникать локальная нехватка воздуха, из-за чего часть топлива не сгорает, а разлагается под воздействием высокой температуры.

Вам приходилось видеть, как дизельные автомобили дымят под нагрузкой? Та сажа, что они выбрасывают, и есть продукт крекинга, то есть разложения несгоревшего топлива. Но это лишь визуальный эффект, а есть еще и сугубо практический в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и вредных выбросов.

Как с этим бороться? Можно так плотно заполнять цилиндры воздухом, чтобы его гарантированно хватало для сгорания даже в зонах максимальной концентрации топлива.

Однако процесс распыления горючего оказался столь несовершенен, что возросшие требования к объему воздуха не смог удовлетворить и наддув с интеркулером, в результате чего турбодизели проигрывали в крутящем моменте даже атмосферным бензиновым моторам!

Например, воспользоваться завихрением сжимаемого воздуха, как было сделано в вихрекамерных дизелях. Или поделить камеру сгорания на две части и использовать для смесеобразования энергию газа, перетекающего из одной половины камеры в другую вследствие предварительного сгорания части топлива.

Все эти решения позволяли немного снизить требования к давлению впрыска, но отличались увеличенными тепловыми и гидравлическими потерями вследствие сложной и большой поверхности камеры сгорания.

Это, конечно, вело и к ухудшению топливной экономичности моторов.

И лишь в начале 90-х годов появились системы, позволившие поднять давление до 1500 бар, что положило конец массовому производству вихрекамерных и предкамерных дизелей, заменив их более экономичными моторами с непосредственным впрыском.

С этого момента и началась увлекательная погоня дизеля за бензиновым конкурентом. Системы питания Сommon Rail, рекордно высокие давления впрыска, сверхбыстрые пьезоэлектрические форсунки, распыляющие топливо до пяти раз за такт. Благодаря всем этим изобретениям ныне дизельные двигатели уже конкурируют с турбированными бензиновыми моторами. Впечатляющий прогресс! 

Источник: http://www.MotorPage.ru/infocenter/autoconstruction/razgovor_o_dizele.html

Оптимальные обороты для езды на авто с дизельным мотором

Многие автомобилисты, имевшие длительный опыт езды на машинах с бензиновым двигателем, задаются вопросом, на каких оборотах лучше эксплуатировать дизельный мотор.

Конечно, многое зависит от модели двигателя и особенностей его эксплуатации, но некие общие принципы всё же прослеживаются.

Обороты в бензиновых и дизельных агрегатах

Помимо некоторых конструктивных отличий, дизельные моторы отличаются от бензиновых более высокой компрессией и лучшим КПД. При этом крутящий момент у дизеля на низких оборотах выше, чем у бензинового агрегата, тогда как удельная мощность — ниже.

На практике эта разница означает, что дизельный мотор имеет лучшую тягу и потому лучше справляется с перевозкой тяжелых грузов. А вот там, где нужна высокая скорость передвижения, вперед выходит бензиновый мотор, развивающий больше мощности на высоких оборотах.

Таким образом, дизельный мотор проявляет свои лучшие качества именно на низких оборотах, а потом его удельная тяга наоборот снижается.

По этой причине долгое время такими двигателями комплектовались почти исключительно те виды техники, для которых высокая скорость передвижения была малозначительным параметром или не требовалась вовсе.

Однако технический прогресс не стоит на месте.

Постепенно дизельные моторы сократили отставание от своих бензиновых собратьев в вопросах мощности на высоких оборотах. И тем не менее даже сегодня максимальные обороты дизелей существенно ниже, чем у бензиновых установок.

Так, самые современные дизельные агрегаты Cummins имеют максимальное ограничение по числу оборотов на уровне 4,5-4,8 тыс. об/мин. В это же время бензиновые моторы самых обычных легковушек сегодня без проблем способны выдавать порядка 7 тыс. оборотов.

Оптимальные обороты для дизеля

В плане эксплуатации одним из ключевых отличий бензинового мотора от дизельного является распределение удельной мощности на разных оборотах. У бензиновых агрегатов эта зависимость линейна, что позволяет создавать моторы с достаточно высоким пределом оборотов.

Здесь принцип простой — чем выше обороты, тем выше мощность. По сути, у бензиновых моторов единственным реальным ограничением мощности, а значит и числа оборотов, является используемый для создания двигателя материал.

Инженерам приходится ограничивать обороты бензиновых моторов только потому, что более высокие значения не выдержит сама сталь, из которой сделан мотор.

Все эти особенности и определяют стиль езды на автомобиле с дизельным агрегатом.

Точные значения числа оборотов, которые нужно использовать для дизельных моторов, мы говорить не будем, поскольку для каждой модели двигателя, а также в зависимости от условий его эксплуатации, наличия/отсутствия турбины и других факторов этот показатель будет индивидуальным.

Где-то оптимальными являются обороты на уровне 1500-1800, а где-то лучше держать 2000-2300.

В любом случае нужно придерживаться тех значений, которые рекомендует производитель двигателя. Эти значения должны быть указаны в руководстве пользователя, а часто и прямо отмечены на тахометре в виде «зеленой зоны».

В целом же можно с уверенностью говорить о том, что для дизеля оптимальным будет то значение, которое для бензиновых моторов считается ездой внатяг (та ситуация, когда повышенную передачу включили слишком рано).

Повышать же обороты сверх оптимальных значений не только бессмысленно, но даже вредно.

Прибавка мощности от этого всё равно не последует (будет ее снижение),зато повысится расход топлива и масла, а также начнется более интенсивный износ цилиндро-поршневой группы.

Источник: https://moscow.camsparts.ru/optimalnye-oboroty-dlya-ezdy-na-avto-s-dizelnym-motorom/

Бензиновый или дизельный: чьи лошади сильнее?

До сих пор встречаются чудаки, свято верящие в то, будто бы 100 лошадиных сил дизеля соответствуют примерно 140 «бензиновым» силам. Дело, как они полагают, в крутящем моменте, который у дизеля гораздо выше.

Грамотно прояснить ситуацию оказалось не так-то просто. Пришлось то и дело консультироваться в самых различных местах — на ВАЗе и УАЗе, ГАЗе и ЯМЗе.

В итоге трактат получил всеобщее «одобрям-с», но автору посоветовали заранее спрятаться от потока помидоров, запущенного недовольными апологетами того или иного двигателя.

В общем, разбираемся, чьи силы сильнее. А попутно, чтобы стало веселее, попытаемся ответить на простейший, казалось бы, вопрос:

«Даны два автомобиля, максимально близких по конструкции, — бензиновый и дизельный. Исходные условия: современные моторы одинаковой мощности, идеально подобранные для каждого коробки передач, образцовые водители (почти роботы!), отличное сцепление с дорогой. Какой автомобиль окажется на трассе быстрее?»

Простой вопрос? Оказалось, что не очень…

Лошадиный момент

Для разгона машины нужна энергия. Чем больше энергии можно потратить в единицу времени, тем быстрее машина разгонится. Иными словами, речь идет о мощности. Чем выше мощность, тем быстрее машина: всё, казалось бы, просто. Но…

Но на практике картина другая. Максимальная мощность мотора, как бензинового, так и дизельного, достигается им только при полной подаче топлива — понятно, что это соответствует положению «педаль в пол». А вот основная жизнь автомобиля протекает в режимах частичной подачи топлива, при которых развиваемая мотором мощность явно ниже максимальной.

Напомним, что крутящий момент и мощность — это почти что близнецы-братья, как у Маяковского. Друг без друга они не существуют: ведь мощность — это крутящий момент, помноженный на частоту вращения коленчатого вала.

И если на какой-то частоте вращения ДВС способен выдать более высокий крутящий момент, чем его конкурент, то и мощность его в этот момент также должна быть выше. Одно без другого просто немыслимо.

Поэтому разговоры о том, что у кого-то при равной мощности момент на тех же оборотах выше, сразу пресекаем: это несерьезно.

Пару слов о коробках передач. Очень часто споры вокруг двигателей упираются именно в коробку, а потому уходят в сторону от основной темы. Понятно, что коробка способна изменять момент на ведущих колесах в широких пределах, но одновременно она меняет и частоту вращения колес: изменять мощность она, естественно, не может. Поэтому в дальнейшем условно считаем коробку на бензиновой и дизельной машинах неким идеальным атрибутом и больше к ней не возвращаемся. Для ясности также не принимаем во внимание тот факт, что дизельный двигатель априори тяжелее бензинового той же мощности.

Если бы крутящий момент был постоянным во всем диапазоне частот вращения коленвала, то внешняя скоростная характеристика, показывающая зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения, превратилась бы в прямую линию, а мощность была бы прямо пропорциональна показаниям тахометра. Тогда разницы в поведении бензинового и дизельного моторов равной мощности не было бы вообще. Однако именно своеобразность протекания момента по дизельной кривой и породила неодинаковость их поведения.

Дело в том, что в массовом сознании дизельные моторы всегда отличала их способность выдавать относительно высокие значения мощности и крутящего момента на низах. Субъективно это воспринималось так, что в этом диапазоне частот дизель откликался на правую педаль охотнее, чем бензиновый коллега.

А вот с применением наддува полка сразу появилась, причем в левой части характеристики — «на низах».

Что это дало? Именно то, чем любят хвалиться приверженцы дизелей — «тягу на низах». В этом диапазоне дизельный двигатель способен развить большую мощность, чем бензиновый, а его момент на ведущих колесах действительно может быть выше.

На всякий случай напоминаю: момент существует только там, где есть сопротивление — без него он равен нулю. Грубо говоря, мотор бульдозера готов его выдать, но только в том случае, если встретит кучу щебня перед своим отвалом.

Поэтому до тех пор, пока дорога гладкая и ровная, бензиновая и дизельная машины будут примерно в равных условиях.

Но как только дорога пойдет в гору или, скажем, подует встречный ветер, то машина, у которой в данном диапазоне оборотов есть запас мощности (или момента — это не важно), сможет за его счет выйти вперед.

А если раскрутить бензиновый мотор до более высоких оборотов? Тогда ситуация выровняется.

Мало того, поскольку диапазон частот вращения коленвала у «бензинок» заведомо шире, чем у дизелей, то и отыграться за все обиды они могут именно там, «на верхах».

Дизель, быстрее достигнув пика мощности, «заткнется» — его ВСХ пойдет на спад, а вот бензиновый мотор будет продолжать раскручиваться дальше, так как пик его мощности достигается при более высоких частотах вращения.

И если у двух моторов, низового и верхового, заявленная максимальная мощность одинакова, то поначалу вперед вырвется именно машина с «низовым» мотором.

Как справедливо указал один из наиболее грамотных форумчан, при установке на автомобиль движков от «эмочки» и Таврии, мощность которых примерно одинакова, с «эмочным» мотором разгон будет интенсивнее.

У кого шире?

Между прочим, широкая полка момента, которой так любят хвастаться дизелеводы, сегодня уже не является их козырной картой. У бензинового движка с непосредственным впрыском и турбонаддувом она ни в чем не уступает дизельной, а то и превосходит. Более того, как подсказали нам на ЯМЗе, при построениях ВСХ заметно, что по мере снижения частоты вращения турбокомпрессоры «бензинок» держатся дольше, чем их дизельные коллеги. И это объяснимо: дизелю нужно больше воздуха, а потому турбокомпрессоры начинают задыхаться раньше. А с учетом широкого диапазона частот вращения бензиновый мотор вполне может оставить дизель позади.

Пора посмотреть на картинки. Из широкой гаммы вольвовских моторов нам любезно предоставили внешние скоростные характеристики тех, кто имеет воплощение в дизельном и бензиновом вариантах при равных или почти равных заявленных мощностях. Из них видно, что «полка» крутящего момента у бензиновых движков вовсе не уже, а шире, чем у дизельных собратьев по внутреннему сгоранию.

Слева на графиках — ВСХ 190-сильного бензинового мотора B4204T19 (V40 Cross Country, S60). Справа — ВСХ дизельного мотора D4204T5 той же мощности (S60, V 60 Cross Country, S80, XC60, XC70)

Слева показана ВСХ бензинового мотора B4204T36 мощностью 249 л.с. (XC40). Справа — ВСХ дизельного движка D4204T23 в 240 л.с. (Polestar XC60 New, V90 Cross Country, XC90)

Что касается вопроса, какой из автомобилей окажется быстрее в гонках с общего старта и чей разгон динамичнее, то теоретические рассуждения дают только один верный ответ: надо посмотреть на ВСХ их моторов. Решение подсказывает площадь под кривой крутящего момента — математики вспомнят слово «интеграл». Фактически эта площадь и есть мерило динамики машины. Чем характеристика «прямоугольнее», тем лучше. Чем равномернее «размазан» по оборотам крутящий момент, тем проще угодить и экологам, и мотористам. Лучше других выглядят бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбонаддувом, хуже — высокофорсированные безнаддувные «бензинки» с пиком мощности под 8000 об/мин и момента на 6000. Высокофорсированный наддувный дизель будет гораздо ближе к первому варианту, чем ко второму.

Надо отметить, что свою лепту в путаницу вносят «электронные педали газа». На пальцах это выглядит так: вы вдавили педаль в пол, а компьютер начинает советоваться с партией зеленых, оценивая предстоящие выбросы вредностей.

Поэтому в любой современной машине всё определяется программным обеспечением и скоростью процессора, который порой может и не поспевать отслеживать меняющиеся условия работы.

Можно привести и другой пример по части экологии: современные дизели имеют электронные ограничители времени работы на оборотах максимальной мощности, поскольку в таком режиме дизельный двигатель изрыгает сажу.

Всем, кто имеет свое суждение о превосходствах того или иного двигателя, предлагаю высказаться. Аргументы типа «„Зенит“ — чемпион»» прошу не употреблять: хочется услышать технически обоснованную аргументацию.

А вообще-то…

А, вообще-то, подобные споры скоро прекратятся. Одна компания за другой заявляют о полном прекращении новых разработок дизелей. А потом и ДВС в целом… Впереди эпоха гибридов различных мастей и, конечно же, электромобилей. Впрочем, недавно прозвучала команда вспомнить про метан, так что — посмотрим…

Я никогда не любил дизели. Но мне их жалко.

depositphotos

Источник: https://www.zr.ru/content/articles/911941-benzinovyj-ili-dizelnyj-kakoj-motor-luchshe/