Почему из нашей жизни уходят дизельные моторы

На родине дизеля запрещают дизель. Пока еще не совсем — просто муниципалитеты германских городов получили право ограничивать въезд на свою территорию легковых дизельных автомобилей. Мотивировка — содержание оксидов азота в выхлопе моторов, в которых воспламенение смеси происходит от ее сжатия, превышает нормативы Европейского союза. Впрочем, даже если вы пользуетесь своим дизельным автомобилем вне городской черты, налоги, которые придется платить с "кубика", будут в Германии почти в пять раз больше, чем у владельца бензиновой машины. Но лиха беда начало... За что его так и что будет?

Валерий Чусов

Безусловно, благая цель — защита здоровья горожан — фактически означает резкое снижение интереса покупателей к дизелю. Собственно, процесс уже пошел. Спрос на машины, потребляющие солярку, падает. В конструкторских бюро автомобильных фирм работ по усовершенствованию дизельных моторов уже почти не ведется. А ведь еще вчера дизели считались чуть ли не будущим автомобилестроения — в силу своей экономичности и бережного отношения к окружающей среде.

Словом, самое время понять: что это было, как это работало, чего мы лишаемся и стоит ли об этом жалеть.

Что такое дизельный мотор и где его применяли?

Ключевое отличие дизеля от бензинового двигателя — способ воспламенения топливовоздушной смеси.

Немецкий инженер Рудольф Дизель в конце XIX века решил усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания и лишить его свечей. Для воспламенения топлива в его моторе использовался нагрев воздуха при его сжатии в цилиндре в 15—20 раз.

Увы, двигатель Дизеля при рабочем объеме 19,6 л развивал лишь 20 лошадиных сил! Эту махину, конечно, трудно было бы использовать на автомобиле. Поэтому первые дизели применялись в промышленности и, в частности, для перекачки нефти. Лицензию на них купили братья Нобель для разработки месторождений в России.

До легковых автомобилей дизель добрался только в середине тридцатых годов. Так, в 1936 году состоялся официальный дебют Mercedes—Benz 260 D. Его 2,6—литровый дизель развивал 45 л. с. — на 10 л. с. меньше, чем бензиновый двигатель модели 230, а сама машина была на 100 кг тяжелее. Но расход был примерно в полтора раза ниже. Правда, стоила дизельная модель почти на тысячу рейхсмарок дороже: для нее необходима сложная топливная аппаратура — солярку надо впрыскивать в цилиндр под большим давлением. А бензин в то время смешивали с воздухом в карбюраторе, который гораздо проще и дешевле. Такие отличия привели к тому, что дизельные автомобили заняли "профессиональную" нишу и в основном использовались как такси или развозные автомобили. Большие ежедневные пробеги помогали быстрее окупить более высокие затраты на приобретение.

Толчок спросу на дизели дал топливный кризис 1973 года — цены на бензин выросли в несколько раз, и даже в богатых США потребители просто сметали из дилерских шоу—румов компактные и экономичные автомобили. В Европе доля дизельных легковых автомобилей, колебавшаяся около 2,5 процента, за пару лет выросла более чем в полтора раза, до 4,1. Французская группа Peugeot почти в одиночестве предлагала дизельные версии для компактных автомобилей, и преуспела в этом. Затем к ней присоединился Volkswagen — выпустил дизельный Golf. Долю в 10 процентов в объемах продаж в Европе дизель преодолел в первой половине восьмидесятых годов. В XXI веке во многих европейских странах доля дизельных превышает половину всех проданных легковых машин.

Работа двухтактного дизеля

Дизельные моторы, как и бензиновые, бывают четырехтактными и двухтактными. В последнем рабочий цикл происходит за один оборот коленвала — то есть два движения поршня, а не четыре. Такой двигатель имеет бо?льшую удельную мощность, чем четырехтактный. Но он более шумный и имеет худшие экологические показатели, так что на легковых автомобилях практически не применяется. Однако устройство и основные принципы работы дизельного мотора лучше видны именно на его двухтактном варианте.

 

Сжатие

Начинается не с нижней мертвой точки поршня, а с момента, когда он перекрывает окна, через которые входил воздух.

Рабочий ход

Когда цилиндр оказался в верхней мертвой точке и воздух максимально сжат и поэтому нагрет, впрыскивается топливо. От высокой температуры оно воспламеняется, и давление толкает поршень вниз.

Выпуск

Поршень доходит до продувочных окон, открывается выпускной клапан.

Продувка

Через открытые продувочные окна подается свежий воздух, давление которого вытесняет отработавшие газы.

Заметно ли было отличие типов двигателя при пользовании автомобилем?

Раньше дизель был более шумный, а низкая литровая мощность означала, что при равном рабочем объеме мотор развивает заметно меньшую мощность и автомобиль едет медленнее. Зато высокий крутящий момент на низких оборотах — типичная черта дизеля — позволял быстрее разгоняться.

Современные электронные системы управления так хорошо работают, что и по поведению машины, и на "на слух" отличить дизельный мотор от бензинового довольно сложно. Разве что взглянуть на тахометр: если там максимальные обороты 4000—5000 — то это дизельный, а если 6000—7000 и выше — то бензиновый.

Достоинства иногда оборачиваются недостатками. Высокая эффективность дизеля в преобразовании энергии топлива в механическое движение означает, что дизель меньше греется. Поэтому дизелям не хватает тепла на отопление салона, и большинство дизельных моделей оснащается дополнительным электрическим нагревателем. Большинство дизельных модификаций дороже своих бензиновых собратьев, в том числе и по этой причине.

Чем солярка отличалась от бензина?

И то и другое — набор углеводородов, выделяемый из нефти. Просто разные фракции.

Изначально в XIX веке процессы переработки нефти были довольно простыми: ее нагревали, а потом собирали выпаривающиеся при разных температурах фракции. Среди них был и бензин, так называемый прямогонный, который начинал испаряться при довольно низких температурах — от 33 до 190 градусов, затем керосин и газойль, а потом другие фракции, в том числе соляровое масло. Таким образом, бензин за счет его легкого испарения получить было довольно просто, и он стал популярным топливом.

Одно из следствий того, что бензин легко испаряется, — его более высокая пожароопасность. Когда в Советскую армию стали поступать дизельные танки Т—34, некоторые инструкторы убеждали бойцов в большей безопасности солярки: они вставляли в ведро с дизтопливом факел — и он гас. Топливо просто не успевало образовать горючую смесь с воздухом.

Главная характеристика дизтоплива — цетановое число. Оно показывает, как быстро топливо начинает воспламеняться после впрыска в горячую камеру сгорания, чем цетановое число выше, тем лучше. По действующим стандартам оно должно быть не менее 45 единиц. У бензина же главный параметр — устойчивость к детонации, то есть способность противостоять взрыву при сжатии. Его определяет октановое число: чем оно выше, тем лучше бензин. Грубо говоря, это характеристика, противоположная цетановому числу. И еще у него хуже смазывающие свойства. Поэтому если залить бензин в дизель и дать ему поработать, то можно довести мотор до полной негодности.

Почему дизель плохо заводился в мороз?

Дизтопливо хуже испаряется, а при низких температурах становится вязким. Однако сезонные проблемы уже давно научились решать с помощью летней, зимней и арктической солярки. В наше время также используются подогреватели топлива, которые растапливают сгустки парафинов в замерзшей солярке. Они устанавливаются на топливопроводы или фильтр тонкой очистки.

В советские времена, когда сезонного топлива не было, баки дизельных машин утепляли и даже подогревали. При отсутствии специального обогрева пользовались и паяльной лампой. В особо холодных регионах машины старались глушить как можно реже. Расход топлива при работе вхолостую все—таки не так страшен, как риск потратить несколько часов на повторный запуск двигателя.

Почему в России дизель не был так популярен?

В советское время выбора не было — покупали то, что производили. А производили более простые и мощные бензиновые двигатели. Даже грузовики и автобусы у нас ездили на бензине. Первый советский дизель "Коджу" ("Коба Джугашвили") разрабатывали в тридцатые годы, но дальше испытаний дело не зашло. Хотя автомобиль ЯАЗ с ним расходовал всего 25 кг топлива на 100 км, а его бензиновый аналог почти вдвое больше — 48 кг. Страна могла себе позволить тратить бензин, а вот наладить производство точной топливной аппаратуры оказалось сложнее.

Про "зимние" проблемы дизеля мы уже говорили.

Отчасти репутацию дизельных моторов на территории бывшего Союза испортили иномарки секонд—хенд. В Германии и вообще в Европе их обычно эксплуатировали очень интенсивно, чтобы экономия на топливе была более ощутимой. В итоге при равном возрасте дизельные автомобили имели огромные пробеги и вырабатывали бо?льшую часть своего ресурса по сравнению с бензиновыми. А ремонт обходился значительно дороже.

С распространением дизелей в РФ стала заметной и другая проблема — качество дизтоплива было нестабильным. На некоторых АЗС не успевали вовремя перейти с летней на зимнюю солярку, в итоге топливные магистрали забивались парафином, и двигатель работал плохо. Неприхотливые грузовики это не всегда "замечали", а вот предназначенным для эксплуатации в аккуратной Европе легковые модели могли в буквальном смысле не пережить столкновения с суровой российской реальностью. При этом ремонтировать дизели было некому, а замена ТНВД стоила как половина купленного подержанного автомобиля.

Сейчас ситуация изменилась: хозяева АЗС и производители топлива следят за его качеством и своевременной заменой по сезону. Но стереотипы — штука устойчивая. Поэтому доля дизеля в продажах новых легковых автомобилей у нас держится на уровне 5—7 процентов.

Почему дизель считался более экологичным, чем бензин?

Благодаря особенностям процессов сгорания в дизеле его отработавшие газы содержат много меньше угарного газа, CO. Это отражают и экологические нормы: для бензиновых двигателей порог содержания этого ядовитого газа вдвое выше, чем для дизеля. Но из—за тех же органических особенностей дизель выбрасывает больше оксидов азота. Заставив инженеров уменьшить содержание совсем вредного CO, законодатели теперь взялись за другие составляющие отработавших газов. То есть это не дизель стал хуже, это требования к нему стали жестче.

Увы, у любой конструкции и процесса есть пределы для совершенствования. И, похоже, дизель подошел к черте, когда улучшение параметров отработавших газов двигателя возможно только за счет ухудшения его потребительских качеств.

Почему дизель был популярен в Европе?

Главное достоинство дизеля — низкий расход топлива. Правда, дизельная версия часто стоит дороже аналогичной бензиновой. Вот, например, новый BMW X2 xDrive 2.0d обойдется у нас на 110 000 руб. дороже, чем почти не отличающийся от него по всем характеристикам бензиновый xDrive 2.0i. Разница в расходе топлива по смешанному циклу — 1,4 л на 100 км. При цене топлива 40 руб. нужно проехать 296 428 км, чтобы окупить разницу! Современные автомобили имеют расчетный срок службы семь лет или 350 000 км. Так что наш владелец просто не успеет получить заметную прибыль от выбора дизеля.

Но на Западе все обстоит немного иначе. Разница между ценой дизтоплива и бензина куда существеннее, чем у нас, так что окупаемость автомобиля случается при меньшем пробеге. Плюс налоговое законодательство. Дизельные модели выбрасывают меньше углекислого газа при тех же показателях мощности, что бензиновые. А в странах Европы система налогообложения автомобилей основана именно на этих выбросах, поэтому владельцы дизельных машин платили до недавнего времени меньше.

Что такое биодизель?

Дизельное топливо можно производить не только из нефтепродуктов, но и из растительного или животного сырья. Во Франции для этого используют в основном рапсовое масло, в США предпочитают сою, а в Индонезии пальмовое масло — говорят, оно для биодизеля самое лучшее.

Основная цель производства биодизеля — сокращение потребления нефти и возвращение в природу углекислого газа, поглощенного растениями в процессе роста. Кроме того, цетановое число биодизеля — 51, то есть выше, чем минимально требуемое стандартами цетановое число топлива из минерального сырья. Что особенно приятно, никаких переделок дизеля под биотопливо не требуется. Бензиновый двигатель можно "научить" ездить на спирте, но для этого нужны некоторые изменения в конструкции, которые стоят денег.

За что наказали Volkswagen?

Инженеры Volkswagen слишком старательно выполнили требования контролирующих органов в США. Они зашили в программу управления двигателем специальный режим, который при испытаниях заставлял двигатель выдавать минимум вредных веществ. Это случайно обнаружилось, когда в США решили измерить параметры отработавших газов не на стенде, а на ходу, на дороге. Почему—то вместо того, чтобы подвергнуть наказанию тех, кто организовывал тесты и плохо прописал требования к автомобилю, наказать решили производителей, которые вообще—то сделали ровно то, что от них требовали. Один из инженеров Volkswagen в США был приговорен к 40 месяцам заключения, на компанию наложили огромные штрафы и обязали за свой счет переделать уже проданные автомобили.

Какие перспективы у дизеля в Европе и в России?

Судя по поведению законодателей, у дизеля в Европе не очень хорошие перспективы. Из—за особенностей рабочего процесса он практически близок к пределу усовершенствования. Нормы Евро—6 по оксидам азота можно соблюсти только при использовании мочевины. Это не очень дорого, но все—таки усложняет автомобиль и его эксплуатацию. Для коммерческого транспорта и тяжелой техники дизель пока остается основным видом двигателя, и альтернативы ему нет. Видимо, понимая это, законодатели пока не очень давят на производителей этого вида техники.

У нас в России доля дизеля слишком мала, чтобы оказывать вредное влияние на окружающую среду. И объективно в наших условиях увеличение его доли скорее благо для окружающей среды — ведь CO и углекислого газа он выбрасывает меньше. Будем надеяться, что наши законодатели не поведутся на модный европейский тренд и не станут зажимать дизель.

Чем дизель конструктивно отличается от бензинового мотора

1. Топливная аппаратура

В дизеле топливо надо впрыскивать в цилиндр, для чего используют три разные схемы.

— Топливный насос высокого давления. В ТНВД есть по одной секции на каждый цилиндр, которая питает свою форсунку. ТНВД есть и в системах непосредственного впрыска бензина (GDI, FSI и т. д.), но для них давление гораздо ниже, от 50 атмосфер.

— Более редкая система объединяет насос и форсунку в один узел. Плюсы — отсутствие магистралей, минусы — из—за большого размера узла сложнее сделать в цилиндре больше двух клапанов. Насос—форсунки полюбила группа Volkswagen и использовала их на самых мощных легковых дизелях.

— Самый распространенный сегодня тип топливной системы легкового дизеля — общая магистраль, Common Rail, она же "топливная рампа" или аккумулятор давления. В этой самой магистрали насос постоянно поддерживает очень высокое давление, до 2000 атмосфер и даже до 2500, а форсунки открываются в нужный момент. Давление в зависимости от режима работы двигателя регулируется компьютером.

2. Форма поршня и головки цилиндра

Камера сгорания в дизеле обычно отформована внутри поршня, поэтому поршень дизеля можно отличить от бензинового по глубокой выемке.

3. Более прочные детали

Дизель рассчитан на большие нагрузки по сравнению с бензиновым двигателем того же объема — большой крутящий момент достигается за счет большей силы, которая движет поршень.

4. Свеча

В большинстве дизелей тоже есть свечи, но искры они не дают — их функция не поджигать топливо, а подогревать воздух в цилиндре при холодном пуске. Именно о работе калильных сообщает желтая "пружинка" на щитке приборов перед запуском двигателя. Пока она не погаснет, двигатель лучше не заводить.

5. Турбонаддув

Легковые турбодизели пора уже лишить приставки "турбо" — дизель без наддува на легковой машине найти почти невозможно. Так конструкторы боролись с низкой удельной мощностью, присущей дизелям: при равном рабочем объеме дизель обычно выдает в полтора, а то и в два раза меньше лошадиных сил, чем бензиновый мотор. Наддув позволяет загнать в цилиндр больше воздуха и, соответственно, сжечь одновременно больше топлива.