Выбор двигателя : дизельный или бензиновый ? (стр. 1 )

Выбор двигателя : дизельный или бензиновый?

Power options : Gas versus Diesel

D. Pascoe

Перевод Сергея Баркалова

Эта статья крайне неоднозначна… ряд «фактов» высосан из пальца, иные – отражают представления о реальности, бытовавшие в середине 80-х гг. в США (т. е. не саму реальность, а мнение об оной – что далеко не одно и тоже!)… Потому, стоит несколько поправить автора ;) [здесь и дальше цветом выделен оригинальный текст статьи, без выделения – мои комментарии, jeeet]

Один из наиболее часто задаваемых мне вопросов относится к выбору типа силовой установки - бензиновой или дизельной. В последнее время почта приносила мне на эту тему вопросов больше, чем на какую либо другую. Мои затруднения с ответом на эти вопросы связаны с всеобщим непониманием сущности этих двух систем. Большинство людей делают свой выбор, основываясь на бытующих в народе представлениях, не вдаваясь в детали этого достаточно сложного предмета. В данной статье я постараюсь развеять часть этих мифов и дать некоторые сведения, на основании которых каждый может для себя решить о плюсах и минусах каждого варианта.

Ну, сегодня это уже не вопрос: после довольно быстрого роста цен на топливо, современные дизельные двигатели перестали рассматривать как альтернативу бензиновым агрегатам, более того, даже на скоростных катерах для коротких прогулок предлагаются дизельные варианты… бензиновые моторы позиции сдают… что и не мудрено: фактически рукоделия Mercruiser, Volvo-Penta (на основе однотипных двигателей производства GM конструкции 50-60-х годов) уступают по всем характеристикам новому поколению дизелей, или, в экстремальных вариантах, более форсированным установкам Ilmor (на основе V10 Chrysler, разработанного Lamborghini ещё в 80-х, что, согласитесь, всё же на 20 лет позже ;)) или Sterling. Это очень узкий сегмент рынка, весьма, кстати, специфический. Но и здесь не обошлось без мощной конкуренции с дизелями, например, Seatek.

Миф №1: Дизель безопаснее бензинового. По тем или иным причинам страх взрыва бензина (что бывает крайне редко, но случалось несколько раз лет тридцать назад в довольно зрелищном виде) продолжает существовать. Факты же говорят о том, что бензиновый двигатель совершенно безопасен и у вас гораздо больше шансов погибнуть в авиакатастрофе, нежели в горящем бензине.

Ну, это довольно смелое утверждение: бензины значительно более текучи, чем дизельное топливо (далее – ДТ), и потому многократно выше опасность утечек через нарушенные соединения топливопроводов, трещины и т. д.. Появление подобных дефектов топливной системы вызывают вибрации и перемещение агрегатов при их работе, ударные перегрузки при ходе на волнении, старение материалов… иногда – конструктивные ошибки: интегрированные в конструкцию корпуса топливные баки (они всегда должны быть вкладными, а ещё лучше – мягкими, «безопасными/гоночными»!), слишком мягкая подвеска двигателя, допускающая значительные его смещения, или, напротив – жёсткая фиксация на фундаменте.

В итоге приходится признавать, что вероятность утечек, как ни крути, но выше в топливной системе именно бензиновых двигателей, а пары бензинов значительно проще воспламеняются…

Согласен, что бензиновые двигатели представляют собой опасность в плане окиси углерода, но она в основном исходит от бензоэлектрогенераторов.

Дизель безопасней с точки зрения возможности взрыва по той причине, что пары дизтоплива не взрываются .

Ложное утверждение! Пары ДТ могут детонировать, иное дело, что диапазон взрывоопасных концентраций тут намного скромнее… и просто несравним с некоторыми высокооктановыми специальными бензинами (на которых работают форсированные гоночные версии Mercruiser, Ilmor и Sterling, скажем).

Пока не появились системы турбонаддува с водяным охлаждением, статистика сообщала нам о пятикратном превышении количества пожаров, связанных с дизелями по сравнению с бензиновыми. С появлением водяного охлаждения частота пожаров упала.

Ну, банальные правила и нормы на проектирование моторных отсеков, как ни странно, подразумевают отсутствие легковоспламеняемых материалов и теплоизоляцию… но если уронить ветошь (перчатки, кошму, куртку и т. д.) на турбокомпрессор допотопного дизеля – то пожар неминуем, что да, то да ;) Только вот выхлопной тракт бензиновых двигателей нагревается ЗНАЧИТЕЛЬНО сильнее: t выхлопных газов у низкофорсированного бензинового двигателя составляет в среднем 950-1000С, высокофорсированного – до 1100-1200, а современного дизеля – всего 650С, иногда даже ниже… Т. е. автор немного «передёргивает» факты.

Гораздо важнее угроза отравления оксидом углерода. Дизельный выхлоп содержит гораздо меньше СО, нежели бензиновый, хотя дизельный и содержит двуокись серы, что может вызвать тошноту, но не связано с угрозой для жизни. Большая часть таких случаев отравлений СО связана с бензоэлектрогенераторами, а утечка из выхлопных труб главного двигателя и "вагонный эффект" находятся на весьма далеком втором месте. Если вы планируете часто стоять ночью на якоре с включенным генератором, дизель будет явно лучше.

Хм-м… Всё не так однозначно, и вопрос, по сути, не в типе двигателя, а в организации вентиляции и изоляции моторного отделения и жилых помещений, а так же – состоянии всё той же системы вентиляции и уплотнений.

Миф №2 : Дизель работает тысячи часов, пока не потребует серьезного ремонта. Дизельные двигатели пользуются заслуженной репутацией долговечных на основании их непрерывной работы в тяжелых грузовиках, генераторах и коммерческих судах. Дизель грузовика или теплохода может работать тысячи часов по той причине, что как правило он работает непрерывно или выключаясь на очень короткие промежутки. Не вдаваясь в технические детали, именно это и является причиной его долговечности в таких ситуациях. Это совсем не означает, что с точки зрения календарных сроков он служит дольше. Дизель работает дольше в смысле часов, но с точки зрения восходов и закатов он требует капремонта столь же часто.

Неправда ;) Так уж случилось, что ресурс двигателей весьма и весьма различен… и тут эти допотопные американские двигатели не так уж и хороши, как многие склонны полагать, опираясь на поверхностные суждения по косвенным признакам, вроде массы агрегата, низкой степени форсировки и т. п…. Итак, современный лёгкий дизель для массовых легковых автомобилей имеет ресурс 350-450 000 км, для лёгких коммерческих – 450-700 000, «грузовой» дизель не менее чем 1 000 000 км… это хорошие результаты, с учётом степени форсировки, принятой сегодня. Не так давно некоторые безнаддувные лёгкие модели частенько выхаживали и 1 000 000 км (старые Mercedes, например), а устаревшие, но надёжные и недорогие дизели, типа известного Toyota 1HZ, предельно неприхотливы – служат в странах Африки, Ю. Америки и, скажем, в России, их ресурс оценивается в 500-700 000 км. Теперь сравним с ресурсом бензиновых двигателей: легковые – это 250-350 000 км, очень редко – до полумиллиона… и нам предлагают поверить, что мощный «морской» дизель Volvo, Scania, Cummins или Yanmar, созданный на основе «грузового», будет иметь такой же ресурс, как и форсированный приводными нагнетателями и «расточенный» до 8,2л «биг-блок» GM?! Особенно, если и в своей автомобильной ипостаси последний редко доживал без капремонтов до 300 000 миль… и терпеть не мог высокие обороты и нагрузки (а США ездят заметно медленнее, чем в Европе). Эн нет, не верю! Автор статьи пытается ввести нас в заблуждение…

Больший ресурс дизеля определяется более жёсткой конструкцией основных силовых деталей – блока цилиндров с верхней частью постелей подшипников коленвала и замыкающей эту конструкцию снизу нижней частью постелей, поддон картера нагрузок почти не несёт… коленвал так же несколько жёстче. Это обеспечивает стабильность геометрии, и, в совокупности с несколько иным подходом к конструкции поршней (теперь – исключительно горячештампованных, «кованых», и с антифрикционным покрытием юбки), шатунов и т. д. и даёт увеличение ресурса. Некоторую роль играют меньшие рабочие температуры: современный дизель с многофазовым впрыском топлива (т. е. для снижения «жёсткости работы», иными словами, пикового давления и скорости нарастания давления в процессе рабочего хода, цикловая порция топлива разделена на несколько частей: «пилотная», «основная», «поддерживающие», всего – до 5-7, с самыми новыми пьезофорсунками, вернее, теми, которые имеют управление клапанами при помощи пьезоэлементов, «истинные» пока не слишком распространены, теоретически – до 8-9 и более!) и «последовательно-параллельным» конфигурируемым двухступенчатым турбонаддувом имеет что-то порядка 800-900С в камерах сгорания, а отработанные газы на выходе из турбинной части компрессоров – 600С, для сравнения в бензиновых – 1200-1300С и 900-1100С.

Так же снижению нагрузок способствуют умеренные обороты дизелей: нагрузки зависят от максимального и среднего эффективного давления в камерах сгорания, т. е. степени форсирования рабочего процесса и его совершенства (ясно, что снижение пиковых значений при росте среднего давления при многофазовом впрыске благоприятно сказывается на нагрузках), и оборотов… при росте давления нагрузки растут прямо пропорционально 1-й степени, а при росте оборотов – квадрату, потому снижение оборотов благоприятно сказывается на ресурсе даже при сохранении средней скорости поршня – т. е. проектируя низкооборотные двигатели с большим ходом поршня и высоким давлением наддува, вполне можно (а практике – непременно нужно ;)) получить более экономичный и с увеличенным ресурсом агрегат при сохранении мощности (и ростом крутящего момента, ведь мощность – только функция от произведения момента на обороты, конкретнее P=M*n/9549, где P – мощность в кВт, M – крутящий момент в Нм, n – обороты, в об/мин). Так вот, свою номинальную мощность большинство лёгких дизелей сегодня развивает на 4 000 об/мин, редко, когда на 4 500, тяжёлые двигатели грузовых автомобилей, и их «морские» варианты – на 2 000, редко – 2 200, отдельные модели, например, Seatek выполнены по иным лекалам, и при объёме 10,3л имеют пик мощности аж на 3 200 об/мин… как нетрудно подсчитать, крутящий момент, соответствующий пику мощности, у дизеля будет выше, чем у бензинового с более высокими оборотами максимума мощности. Но и это ещё не всё! Для катера, тем более – скоростного, довольно проблематичным является выбор геометрии движителя (шага и диаметра винта, тоже для импеллера водомёта) для достижения максимально возможной скорости при условии прохождения «горба» буксировочного сопротивления на разгоне… тут важна величина крутящего момента двигателя на малых и средних оборотах, позволяющая иметь необходимый запас мощности для привода движителя на этом режиме. Иначе говоря, применяя весьма «тяжёлый» винт, рассчитанный на достижение максимальной скорости, приходится мириться с затянувшимся разгоном или вообще, уменьшать шаг (реже – диаметр) винта только из-за нехватки момента двигателя! Дизель с высоким давлением наддува (а теперь иных уже и не строят) имеет максимум крутящего момента уже на низких оборотах – с 800-900 об/мин для тяжёлых и 1 500-1 900 об/мин для лёгких, легковых, моделей, и, что не менее важно, сохраняет этот максимум в широком диапазоне – до почти максимальных у тяжёлых и до 3 500-4 000 у лёгких. Это означает, что если безнаддувный бензиновый мотор может и не вывести на глиссирование гружёный катер, и придётся жертвовать скоростью (и КПД, т. е. расходом топлива!!!), устанавливая более «лёгкий» винт (снижая затраты мощности в водомёте известными способами, но так же теряя в эффективном упоре на основном режиме), то дизель с наддувом сделает это ;)