Одвічна дилема вибору між бензиновими та дизельними двигунами для багатьох полягає в нерозумінні того, чому бензинові крутяться до високих обертів і розвивають високу потужність, а дизельні пропонують більший крутний момент, але не можуть розвивати високі робочі оберти. Чому дизель не здатний крутитись так само як бензин, і чи варто вважати це його недоліком?
Як відрізняються характеристики бензинових та дизельних моторів
Якщо подивитися на графік зовнішньої швидкісної характеристики (ЗШХ) бензинового та дизельного двигуна, можна побачити наочну різницю. Потужність бензинового мотора зі змінним успіхом зростає майже до 5,5-7 тисяч обертів за хвилину, а крутний момент залежно від наявності турбонаддува зростає приблизно до 3-4 тисяч обертів, а потім починає знижуватися.
У дизеля, особливо з турбонаддувом, ситуація інша: його крутний момент швидко зростає до позначки в 1500-1800 обертів, потім виходить на плато, а з 3,5-4 тисяч об/хв починає активно падати. Та й потужність згасає приблизно на тих самих 4 тисячах обертів. Тобто, на 4 тисячах обертів, з яких атмосферний бензиновий двигун тільки починає «розквітати», дизель вже згасає. Чому так виходить?
Чому дизель не може крутитися до тих самих обертів, що й бензин
Щоб повноцінно зрозуміти різницю між бензиновими та дизельними двигунами, варто розібратися, чим відрізняються потужність та крутний момент. Крутний момент на базовому рівні – це добуток сили на довжину плеча важеля. Власне тому він і вимірюється в ньютонах на метр. А ось у формулі розрахунку потужності двигуна з’являється ще одна прямопропорційна величина: робочі оберти. Чим вони вищі, тим вища потужність. З цього можна зробити логічний висновок: якщо бензиновий двигун крутиться активніше, значить, він краще, тому що видає вищу потужність. Але це не зовсім так.
Різниця в робочих обертах бензинового та дизельного двигуна пояснюється саме різницею у властивостях типів пального. Достатньо намочити палець у бензині, а потім у солярці, щоб відчути різницю між легким летючим бензином та густою маслянистою соляркою.
Дизельне пальне щільніше за бензин (840-860 кг/м³), адже це важча фракція перегонки нафти. Бензин має щільність 710-770 кг/м³ – тобто він відчутно легше. Натомість й енергетична щільність у перерахунку на об’єм у солярки вища, ніж у бензину: приблизно 38,6 МДж/л проти 34,8 МДж/л – саме через різницю в щільності, попри те, що теплота згоряння у бензину вища. Однак за цю енергетичну густину доводиться розплачуватися швидкістю горіння: у дизельного вона відчутно нижча.
Загоряння суміш у циліндрі дизельного мотора відбувається не від іскри, як у бензинового, а від стиску – але для цього ступінь стиснення має бути набагато вищим. Відповідно, в циклі робочого ходу у дизеля і тиск в циліндрі набагато вище – звідси його більший крутний момент. Простіше кажучи, солярка при згорянні сильніше тисне на поршень. Тобто, у формулі множення ньютонів на метри цих ньютонів стає більше, а «метри» – приблизно ті ж, що й у бензинового двигуна.
А ось зі зростанням обертів, як ми пам’ятаємо, бензинові та дизельні двигуни демонструють кардинально різні характеристики. Бензиновий після 3 тисяч обертів продовжує набирати крутний момент і на пік потужності виходить якраз на обертах, близьких до максимальних. А ось дизель – навпаки, вже з 2,5-3 тисяч обертів починає втрачати момент, адже солярка, яка горить повільніше, вже не встигає повністю змішатися з повітрям та утворити якісну паливоповітряну суміш.
Ключовий засіб підвищення ефективності, який використовують для дизеля – це наддув, що дозволяє значно збільшити кількість повітря в циліндрах, а значить, спалити більше пального та отримати більше крутного моменту. Але на обертах це не позначається: збільшення кількості повітря не дозволяє суміші горіти так само швидко, як у бензиновому двигуні. Зате дизель, особливо наддувний, набагато раніше виходить на пік крутного моменту: вже з 1500-1700 об/хв можна отримати всю або майже всю віддачу. Бензинові мотори можуть похвалитися порівнянними показниками тільки при використанні наддуву, але все одно поступаються дизелям на обертах нижче 2500.
У бензинового двигуна все інакше. Бензин легше та ефективніше поєднується з повітрям, тому граничні оберти двигуна залежать не стільки від фізики процесу згоряння, скільки від механіки – конструкції клапанного механізму та двигуна в цілому. Всі ми знаємо, що навіть недорогі «гарячі хетчбеки» можуть мати відсічку на 7-8 тисяч обертів, а мотори дорогих суперкарів і спортивних мотоциклів здатні крутитися до 10-11, а то й 12 тисяч об/хв. І це має сенс, адже потужність, на відміну від крутного моменту, якраз залежить від обертів, і з їх зростанням пік потужності теж зміщується вгору. До того ж підвищення робочих обертів бензинового мотора досягається у тому числі завдяки полегшенню циліндро-поршньової групи: легкі поршні, шатуни та колінвал простіше розкрутити до високих обертів. А ось для дизеля з його високими ступенем стиснення і крутним моментом насамперед важлива міцність, яка йде рука об руку з масою.
Так що ж краще – бензин чи дизель?
Якщо ви уважно прочитали й повністю зрозуміли все, що написано вище, то зможете легко зробити висновок: бензинові мотори не кращі за дизельні, вони просто кардинально різняться у своїх характеристиках і, відповідно, краще підходять для різних завдань. Спортивні автомобілі, для яких важлива максимальна швидкість та максимальна потужність, майже завжди є бензиновими. А дизель є королем там, де потрібно отримати максимальний крутний момент – наприклад, на бездоріжжі, при буксируванні або перевезенні вантажів.