Почему дизельные двигатели мощнее бензиновых
21 апреля 2018 Категория: Полезная информация.
Многие знают, что дизельные ДВС развивают более высокий крутящий момент, чем бензиновые. Но мало кто знает, почему.
Почему дизельные двигатели более «тяговиты»
- принцип работы дизельного мотора – сжимать под большим давлением кислород и топливо. Высокий коэффициент сжатия и расширение воздуха, подаваемого в цилиндр, создает полезную нагрузку и увеличивает крутящий момент (КМ)
- дизельное топливо сгорает раньше, чем бензин. Кроме того, оно более энергоемкое. Значит, можно извлечь больше энергии за более короткое время. Это тоже «растит» КМ
- по сравнению с бензиновыми , в дизельных ДВС длина хода поршней увеличена. А крутящий момент = сила * расстояние (ход поршня), поэтому в данном случае КМ будет выше
- как правило, современные дизельные агрегаты оснащены турбиной, и это предполагает более прочные материалы блока ДВС, тяжелые поршни и т.п. Поэтому и высокую степень сжатия дизельный мотор выдерживает без проблем, и показатель КМ растет.
Что важнее – мощность или крутящий момент
Мощность двигателя, измеряемая в лошадиных силах, напрямую зависит от его оборотов. Так, указанную производителем мощность автомобили развивают в среднем в диапазоне 5500-6500 об/мин. Понятно, что в жизни никто так не ездит, и нормальные показания тахометра составляют 2500-3000 об/мин. И если свой максимум ДВС развивает при 6000 об/мин, а едет на 3000 об/мин, его мощность в этот момент тоже вдвое меньше.
С этим связано правило быстрого ускорения – перейти на пониженную передачу. Обороты вырастают, мощность тоже, и это обеспечивает разгон.
Тем не менее, даже так нельзя «достать» из двигателя обещанные производителем, скажем, 120 л.с. Они – только для дапазона 6000 об./мин, помним. Но есть способ выйти на максимальную мощность без экстремальных оборотов на тахометре. Это – работа крутящего момента.
Крутящий момент представляет собой силу, умноженную на плечо (рычаг) ее приложения. Когда двигатель вырабатывает энергию, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС, изменяется в коробке и редукторе и передается на колеса. То есть это та сила, которая позволяет автомобилю преодолевать сопротивление движению. Роль рычага в данном случае выполняет кривошип коленвала, через который и создается КМ.
Чем выше крутящий момент, тем быстрее двигатель достигнет максимальной мощности.
Другой важный фактор — величина оборотов, при которой мотор достигает пикового КМ. Скажем, если он выходит на него при 2000 об/мин, разгон будет гораздо быстрее, чем если мотор достигнет своего крутящего момента («раскрутится» до него) при 4000 об/мин. То есть суть не в значении, допустим, 400 Нм, а в диапазоне оборотов, при которых он достигается. Меньше – лучше.
Дизель и бензин
Именно с большей величиной крутящего момента связано мнение о «тяговитости» дизельных двигателей, особенно «на низах».
Имеется в виду, что пик крутящего момента достигается при небольших оборотах, порядка 1500 -2000 об/мин. Для сравнения – бензиновый мотор выйдет на такой же показатель только в зоне средних оборотов, порядка 3500-4500 об/мин.
Именно с этим свойством дизельных ДВС – «тянуть» на низких оборотах, уверенно преодолевая силы сопротивления, и связан тот факт, что все настоящие проходимые внедорожники оснащены дизельными моторами.
Что же касается «Формулы-1» и ей подобных соревнований, да, тут бензиновые автомобили. Связано это как раз с мощностью и диапазоном оборотов. Бензиновые ДВС можно раскручивать до 7000-8000 об/мин., и именно это позволяет им «доставать» всех «лошадей», которыми их наградили производители. А мы помним, что чем больше мощность двигателя в л.с., тем большую скорость он сможет развить.
Поэтому при старте на ускорение бензин побеждает дизель (мгновенный пик КМ за счет высоких оборотов, не нужно тратить время на дополнительные переключения передач). Зато при езде по трассе 110 км/ч дизельный автомобиль не нужно будет переводить на нижнюю передачу, чтобы ускорить, а бензиновый нужно. То есть в спринте выиграет бензин, в марафоне – дизель.
- О том, каких оборотов лучше придерживаться, если у вас дизельный двигатель, читайте здесь.
- Все о том, как продлить ресурс дизельного ДВС, узнайте здесь.
Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог
Вот почему дизельные двигатели имеют больше крутящего момента чем бензиновые моторы
Знаете ли вы, что дизельные двигатели производят больше крутящего момента, чем обычные бензиновые моторы. Кто-то наверняка это забыл или не знал. Но почему дизельные моторы сильнее? А вот почему.
Популярный на Западе видео блогер инженер Джейсон Фэнске объяснил все предельно и просто, показав в своем очередном ролике два типа цилиндров: один от дизельного мотора и один от бензинового двигателя. Далее блогер рассказывает об основных пяти причинах, почему дизельные моторы имеют большой крутящий момент:
- 1. Дизельные моторы используют более высокие коэффициенты сжатия, что приводит к увеличению крутящего момента.
- 2. Дизельное топливо, как правило, сгорает намного раньше
- 3. Дизельные моторы имеют увеличенную длину хода поршней. Соответственно крутящий момент равен усилию, умноженному на расстояние. Увеличенное расстояние дает больше крутящего момента
Кроме того так как воспламенение топлива в дизельных моторах происходит за счет большой степени сжатия кислорода и дизельного топлива, воздух подаваемый в мотор имеет тенденцию расширяться, создавая полезную нагрузку.
- 5. Дизельное топливо более энергоемкое, чем бензин. Это означает что вы можете извлекать больше энергии из дизельного топлива, чем вы можете извлечь из того же количества бензина.
Итак, теперь вы кратко знаете, почему дизельные моторы сильнее. Теперь если кто-то спросит у вас, почему дизельные моторы имеют больше крутящий момент, вы сможете легко и просто похвастаться своими знаниями.
Почему у дизелей крутящий момент больше, по сравнению с бензиновыми моторами?
В автомобилях, от которых требуется получить максимальную мощность и тягу, всегда устанавливают дизельные моторы, так как именно они позволяют уже на минимальных оборотах «снять» с двигателя большой крутящий момент. Но почему так происходит, и почему на бензиновых моторах нельзя добиться того же результата?
Другая степень сжатия
Между дизельными моторами и бензиновыми очень большая разница в принципе работы. Дизеля имеют совершенно другой принцип воспламенения топлива. Если сравнить два блока бензинового и дизельного двигателей, то можно заметить, что у дизеля камера сгорания находится в поршне, что позволяет воспламенять топливо сжатием.
У бензиновых моторов, камера сгорания находится в выемке головки блока цилиндров, и воспламенение происходит за счёт искры от свечей. Дизельные моторы обязаны выдерживать большие температуры, которые появляются из-за сжатия воздуха и последующего самовоспламенения топлива. Бензиновые моторы, наоборот, плохо воспринимают любой перегрев и особенно самовозгорание бензина.
Скорость горения топлива
При взрыве дизельного топлива вся мощность высвобождается мгновенно, отбрасывая поршень вниз цилиндра. Таким образом, горение солярки происходит очень быстро, что позволяет получить большую мощность и крутящий момент.
В бензиновых моторах всё происходит совсем по-другому, там топливо воспламеняется уже после того, как поршень опустился вниз цилиндра. Более того, дизельные моторы могут работать в огромном диапазоне соотношения воздуха и топлива, например, от 18:1 до 70:1, бензиновым такая гибкость даже и не снилась, они работают в соотношении 14:1.
Ход поршня
Дизельные моторы отличаются довольно большими ходами поршней, что напрямую влияет на величину крутящего момента. При этом из-за большого хода поршней снижается мощность двигателя. Бензиновые двигатели более короткоходные, это позволяет добиться большей мощности, но, правда, она доступна только на максимальных оборотах, в районе 4500-5000 об/мин. Поэтому если вам нужно получить от машины тяговитость, например, для езды по бездорожью или для перевозки тяжёлых грузов, то лучше выбирать именно дизельную машину. Если в приоритете максимальная скорость, то лучшим выбором станет покупка автомобиля с бензиновым мотором.
Крутящий момент и лошадиные силы .
Интересная познaвательная статья для любителей ездить на автомобилях с дизельным двигателем.
Лошадиные силы решают всё – такой вывод можно сделать, читая иные автомобильные издания, а также рекламные буклеты и техпаспорта. Так ли это? Зачем тогда в технических характеристиках указывают еще и крутящий момент?
Что определяют ньютон-метры? Что важнее – «лошади» или «ньютоны»?
ТЕОРИЯ
Для начала стоит разобраться с определениями. Вспоминаем школьный учебник физики. Крутящий момент
– это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена, Мкр = F х L. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м.
В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленвала. Сила, рождаемая при сгорании топлива, действует на поршень, через который и создает крутящий момент. Выходит, что главная характеристика двигателя – величина крутящего момента на коленчатом валу. Понятно, что момент создается не постоянно, а только в период действия силы – то есть, только во время рабочего хода.
Разберемся теперь с мощностью. Все там же – в школьном пособии и про нее сказано предельно ясно. Мощность – это работа, совершенная в единицу времени. Формула банальная – Р = A/t. А так как работу в двигателе совершает именно та сила, которая создает крутящий момент, то мощность, говоря простыми словами, показывает, сколько раз в единицу времени двигатель создает крутящий момент. Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять – количество «крутящих моментов», то есть мощность, зависит от количества оборотов двигателя. Чтобы нам было уже совсем просто, физики-математики напряглись и вывели наглядную формулу: P = Mкр*n/9549, где Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленвала двигателя (об./мин.). (Мощность получается в киловаттах. Чтобы преобразить ее в «скакунов», умножаем результат на 1,36).
Вроде бы с печкой все понятно. Попробуем от нее станцевать. На что влияет мощность, а на что – крутящий момент? Начнем с мощности. Мощность двигателя при движении автомобиля расходуется на преодоление различных сил сопротивления – это силы трения в трансмиссии и качения колес, силы аэродинамического сопротивления и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление автомобиль может преодолеть и большей скорости достичь. Повторимся, мощность мотора – величина не постоянная, а зависящая, прежде всего, от оборотов двигателя. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, на которых она достигается. На других оборотах мощность иная – более низкая. Какая именно – можно узнать, взглянув на график внешних скоростных характеристик того или иного мотора. Важно другое – при разгоне двигатель не развивает оборотов максимальной мощности сразу (во всяком случае в обычных условиях). Машина стартует обычно с оборотов чуть выше холостого хода. Поэтому, чтобы мобилизовать весь «табун», мотору нужно время на раскрутку. Вот здесь-то и играет решающую роль крутящий момент. Именно от него зависит время достижения двигателем максимальной мощности, а значит и вожделенная динамика разгона. И получается, что забытые некоторыми ньютон-метры значат не меньше, чем хваленые лошадиные силы.
Противостояние «л.с. – Нм»
логично выливается в противостояние «бензин – дизель». Серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато эти моторы могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно приведенной выше формуле, мощность численно от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента.
По этой же причине тихоходные дизели (развивают не более 5 000 об./мин.), обладая внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», в максимальной мощности проигрывают бензиновым.
Однако мощность важна не только максимальная. Как уже было сказано, мощность, которую развивает двигатель на оборотах ниже предельных, как правило, так же далека от максимальной заявленной. Ключом к пониманию характера любого мотора являются кривые его характеристик: мощности и момента.
Приводим графики двух двигателей марки Mercedes-Benz. Один – объемом 1,8 л, дизельный (с турбонаддувом). Другой – двухлитровый бензиновый. Заявленные мощности – 109 л.с. и 136 л.с. соответственно. Моменты – 250 и 185 Нм. Мы сравнили мощность этих моторов во всем диапазоне оборотов, а не только максимальную. И получилось, что от 1000 до 4000 об./мин. (а это практически весь «городской» спектр) дизель мощнее «бензина» максимум на 34 л.с., а в среднем – на 17. О превосходстве в моменте даже говорить не стоит.
Ради интереса мы сравнили также характеристики аналогичных двухлитровых моторов Volkswagen: 2,0 TDI (140 л.с. и 320 Нм) и 2,0 FSI (150 л.с. и 200 Нм). Результат тот же – выигрыш в максимальной мощности оборачивается проигрышем до отметки в 4 500 об./мин. Интересная картина.
Измерение мощности в лошадиных силах широко распространено только в автомобильной сфере. Причина – неоднозначное определение этой единицы. Мерить мощь моторов по поголовью рысаков впервые предложил Джеймс Уатт (в специальной литературе для этих целей используют его фамилию). Он предположил, что лошадь может поднимать 33 000 фунтов груза (14 968,55 кг) со скоростью 1 фут (30 см) в минуту, что равняется 745,7 Вт. Именно эту единицу до сих пор применяют в Англии (обозначение BHP). В остальных европейских странах лошадиная сила определяется как 735,49875 Вт и обозначается pferdestarke – PS (нем.), cheval – ch (фр.) или просто – л.с.
Цель и средства
Наращивать мощность моторов можно по-разному. Самый «примитивный» способ – увеличение рабочего объема – слава богу, свое, похоже, отжил. Теперь в чести более продвинутые методы.
Увеличение максимального числа оборотов позволяет поднять мощность без серьезного изменения крутящего момента. Пример – BMW M5/M6, двигатель которых крутится до 8250 об./мин.
Турбо- и механический наддув резко повышают крутящий момент мотора. К примеру, двигатель 2,0 FSI (VW, Audi) выдает 150 л.с. и 200 Нм. Он же, но с турбиной (2,0 TFSI) – 200 л.с., 280 Нм.
Изменение фаз газораспределения (VTEC, VVTi, bi-VANOS) позволяет поднять момент и сдвинуть его в зону «нужных» оборотов. Самый изощренный способ – возможность изменения степени сжатия. Так, на 1,6-литровом турбо-двигателе SAAB, благодаря подвижной головке блока, она варьируется от 8:1 до 14:1. Результат – 308 Нм и 225 л.с.
Понять, что значат на практике «лишние» ньютон-метры и лошадиные силы, мы решили на примере двух новейших Volkswagen Passat с упомянутыми двухлитровыми моторами – турбо-дизелем и бензиновым атмосферником. У первого – 140 л.с. и 320 Нм, у второго – 150 л.с. и 200 Нм. Для кристальной чистоты эксперимента обе машины были с шестиступенчатыми механическими коробками (разницу передаточных отношений главной пары в данном случае считаем несущественной).
На дизельном Passat мы уже ездили, а потому хорошо знакомы с его неординарной натурой. На холостых и малых оборотах мотор не проявляет особого энтузиазма, но по достижении 1750 об./мин. (уже с этой отметки водителю доступны все 320 Нм момента) в корне преображается. На кривой хорошо видно, что амплитуда крутящего момента составляет 110 Нм, больше трети максимального значения! Эту разницу двигатель успевает преодолеть в промежутке между 1000 и 2000 об./мин. Уже под конец второй тысячи мотор мощно бросает Passat вперед. Ускорение не ослабевает вплоть до максимальных 4500 об./мин., следует переключение – и вновь изобилие тяги до самого верха. Еще переключение – все повторяется. Словно невидимый силач-великан тащит машину тросом, потом перехватывает руки и тащит снова – бурный разгон идет на каждой передаче, даже на пятой и шестой он остается впечатляющим. Если не мешкать при переключениях и не выпадать из диапазона 2000-4000 оборотов (а это не сложно благодаря исключительно точному приводу переключения), то дизельный Passat позволяет перемещаться в пространстве очень и очень интенсивно. Спортивно. Единственный минус, он же плюс – при разгоне «в пол» стрелка тахометра в мгновения пролетает короткую шкалу. Только успевай работать ручкой КПП.
Пора пересаживаться в бензиновую машину. Ее характер спокойнее. Passat реагирует на действия акселератора точно и отзывчиво. Мотор тянет уверенно с самого низа и до максимальных оборотов, но без подхватов и волнующих ускорений. Посмотрите, разница между моментом на холостом ходу и максимальным – всего 50 Нм, так что подхватам взяться просто неоткуда. Но управляться с такой динамикой удобнее – передачи длинные, с прогнозируемой тягой во всем рабочем диапазоне. Пока мотор перегоняет стрелку тахометра из левого нижнего угла в правый нижний, можно немного передохнуть, не надо строчить рычагом коробки. Ага, есть 6 500 – переключаемся. Но эмоции, эмоции от разгона: Они есть, но не такие, как в случае с дизелем. Здесь уже не чудо-силач тянет машину, а какой-то механический робот-ускоритель, с постоянным, точно тарированным усилием. Теперь самое сладкое. Машины стоят бок о бок на одной линии. Напомним, что у бензинового Passat превосходство в максимальной мощности на 10 л.с. Но проявляется оно только после 4 500 оборотов. А у дизеля превосходство в моменте, которое проявляется во всем диапазоне. Ну, любители дрэг-рэйсинга, ваши ставки?
Синхронный старт. Первые секунды машины идут ноздря в ноздрю. Затем дизель уступает четверть корпуса – мотор быстро выкрутился, надо менять передачу. Из-за более редких переключений бензиновый Passat выходит вперед почти на корпус. С набором скорости этот отрыв уменьшается. По паспорту в упражнении «до сотни» дизель проигрывает своему противнику всего 0,4 секунды. Это разница в пределах водительской погрешности. И максимальная скорость меньше лишь чуть-чуть – 209 км/ч против 213.
Но это на зачетной прямой. Там водители бросают сцепление, уже раскрутив моторы. А в городе, чтобы угнаться за дизелем, «бензину» приходится постоянно держать обороты близко к красной зоне. Вспомните графики – там, где дизельный двигатель уже почти набрал свои 140 л.с. (3500 об./мин.), у бензинового под педалью пока только сотня. Чтобы набрать столько же, ему нужно еще 1 500 оборотов. При этом первый набирает обороты максимальной мощности почти моментально (вот оно, превосходство момента!), а второй – значительно дольше. И на шоссе, двигаясь со скоростью 120 км/ч, «дизелю» для ускорения не потребуется переключение, а бензиновый Passat попросит передачу пониже.
В общем, на практике все получилось так, как предсказывала теория. Максимальная мощность двигателя прежде всего определяет максимальную скорость автомобиля. А крутящий момент – быстроту достижения мотором этой максимальной мощности. Таким образом, при сопоставимой мощности пресловутый разгон до «сотни» будет даваться более «моментному» двигателю меньшей кровью – он требует меньшей раскрутки перед стартом машины. В «мирных» условиях повседневного вождения это весомый фактор. Но и мощность крайне важна: момент не может разгонять автомобиль бесконечно – только до определенной скорости, которая, естественно, ограничивается мощностью. Вот и получается, что «лошади» и «ньютоны» тесно взаимосвязаны, и разить ими по отдельности оппонента в споре о моторах – дилетантство.
Как бы то ни было, практический итог этого противостояния противоречит общепринятому автолюбительскому мировоззрению. Мы однозначно признаем победителем турбо-дизель. Именно он больше подойдет водителям, ценящим динамику и азарт разгона. К тому же на его стороне экономичность и дешевизна топлива. А педанты, оценивающие превосходство динамики по голым цифрам, и любители ровных характеристик найдут свою правду в более привычном пока для России «бензине». И еще – у него правильный звук, если для кого-то это имеет большое значение.
Между прочим, результат нашего небольшого исследования отвечает мировым тенденциям автопрома – современные турбо-дизели, догнав бензиновые моторы по мощности, склонили чашу весов в свою сторону, благодаря большему моменту. Так что от солярки россиянам, похоже, все равно не уйти.
В выводе напишим старую поговорку: Покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте.