Вход

Харесайте страницата ни във Facebook

Станете част от голямата фамилия на auto motor und sport

Бъдете информирани за любимите ви марки, интересни предложения, игри, томболи, както и много новини от необятния свят на автомобилите.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Дизел срещу бензин: Видове

20.03.2007 18:03 8
8
2571813531
Туит

Напрегнатото противопоставяне между дизеловия и бензиновия двигател достига своята кулминационна фаза. Свръхмодерни турботехнологии, електронно управлявани системи за директно впръскване Common-rail, висока степен на сгъстяване – съперничеството приближи неимоверно двата типа двигатели... И изведнъж, в разгара на прастария двубой, на сцената изненадващо се появи нов играч със сериозни стратегически предимства и напълно основателни претенции за място под слънцето.

След дълги години на забрава, конструкторите преоткриха огромния потенциал на дизеловия мотор и форсираха бурно развитието му с интензивно въвеждане на нови технологии. Стигна се дотам, че  динамичните му характеристики се приближиха главоломно до тези на бензиновия конкурент и позволиха създаването на доскоро немислими машини като Volkswagen Race Touareg и Audi R10 TDI с повече от сериозни състезателни амбиции. Хронологията на събитията от последните петнайсетина години е добре известна… Конструираните през седемдесетте години на миналия век дизелови двигатели приниципно не се отличаваха по нищо от своя праотец, създаден от Mercedes-Benz  в далечната 1936 година. Последва процес на бавна еволюция, която в последните години прерасна в мощен технологичен взрив. В края на седемдесетте години отново Mercedes създадоха първия автомобилен турбодизел, в края на осемдесетте директното впръскване дебютира в модел на Audi, впоследствие дизелите се сдобиха със четириклапанови глави, а в края на деветдесетте станаха факт и електронно контролираните системи за впръскване от типа Common-rail. Междувременно директно впръскване на горивото под високо налягане бе внедрено и при бензиновите двигатели, при които степента на сгъстяване днес в отделни случаи достига 13:1. В последно време ренесанс изживяват и турботехнологиите, благодарение на които стойностите на въртящия момент при бензиновите мотори започнаха значително се доближават до тези на прочутия със гъвкавостта си турбодизел. Паралелно с модернизацията обаче се оформи и трайна тенденция към сериозно оскъпяване на бензиновия мотор... И така, независимо от ярко изразените пристрастия и поляризацията на мненията по отношение на бензиновия и дизеловия двигател в различни части на света, засега никой от двамата съперници не успява да се сдобие с осезаемо надмощие.  

Въпреки приближаването на качествата на двата вида агрегати, в характера, същността и поведението на двете топлинни машини продължават да съществуват огромни разлики.

При бензиновия агрегат сместа от въздух и изпарено гориво се образува в течение на значително по-продължителен период от време и започва доста преди началото на процеса горене. Незавимо дали се използва карбуратор или модерни електронни системи за директно впръскване, целта на смесообразуването е да се постигне равномерна, хомогенна по характер горивна смес с точно определена стойност на съотношението между въздух и гориво. Тази стойност по правило е близка до т. нар. „стоихиометрична смес”, при която кислородните атоми са точно толкова на брой, че да могат (теоретично) да се свържат в устойчива структура с всеки водороден и въглероден атом в състава на горивото, формирайки единствено H20 и CO2. Тъй като степента на сгъстяване е достатъчно ниска, за да се избегне преждевременно неконтролирано самозапалване на някои от субстанциите в горивото вследствие на високата температура при сгъстяването (бензиновата фракция е съставена от въглеводороди със значително по-ниска температура на изпаряване и значително по-висока температура на самовъзпламеняване от тези в дизеловата фракция), възпламеняването на сместа се инициира от запалителна свещ, а горенето протича във вид на фронт, движещ се с определена пределна скорост. За съжаление в горивната камера се формират зони с непълноценно протичане на процесите, водещо до образуване на въглероден окис и устойчиви въглеводороди, а при движението на фронта на пламъка налягането и температурата по периферията му нарастват, в резултат на което се формират вредни азотни окиси (между азота и кислорода от въздуха), прекиси и хидропрекиси (между кислорода и горивото). Натрупването на последните до критични стойности води до неконтролируемо детонационно горене, поради което в съвременните бензини се използват фракции от молекули със сравнително устойчива, трудноподатлива на детонации химическа „конструкция” – именно за постигането на тази устойчивост в рафинериите се извършват редица допълнителни процеси, крайният резултат от които е повишаването на октановото число на горивата. Поради фиксираното до голяма степен съотношение на сместа, с която могат работят бензиновите двигатели, важна роля при тях играе дроселовата клапа, с която натоварването на двигателя се контролира чрез регулиране на количеството свеж въздух. Тя от своя страна обаче се превръща в източник на значителни загуби при режим на частично натоварване, играейки ролята на своебразна „тапа на гърлото” на двигателя. 

Идеята на създателя на дизеловия двигател Рудолф Дизел се състои в значителното увеличаване на степента на сгъстяване, а оттам и на термодиначината ефективност на машината. По този начин площта на горивата камера се намалява, а енергията при горенето не се разпилява през цилиндровите стени и охладителната система, а се „консумира” между самите частици, които в този случай се намират на значително по-близки разстояния помежду си. Ако в горивната камера на този вид двигател постъпи предварително подготвена горивно-въздушна смес както при бензиновия, то при достигане на определена критична температура при процеса сгъстяване (зависеща от степента на сгъстяване и вида на горивото) много преди ГМТ ще се инициира процес на самовъзпламеняване и некотролириуемо обемно горене. Точно поради тази причина, горивото в дизеловия двигател се впръсква в последния момент малко преди ГМТ под много високо налягане, с което се създава съществен дефицит от време за добро изпарение, дифузия, смесообразуване, самозапалване  и необходимост от ограничаване на максималните обороти които рядко преминават границата от 4500 об./мин. Този подход поставя съответните изисквания към качествата на горивото, което в случая е от дизелова нефтена фракция – в основната си част директни дестилати със значително по-ниска температура на самовъзпламеняване, тъй като по-нестабилната структура и дългите молекули са предпоставка за по-лесното им разкъсване и влизане в реакция с кислорода.

Особеност на процесите на горене при дизеловия двигател са от една страна зоните с преобогатена смес около впръскващите отвори, където горивото се разпада (крекира) от температурата без да се окисли, превръщайки се в източник на частици въглерод (сажди), а от друга зоните, в които горивото въобще отсъства и под въздействие на високата температура азотът и кислородът от въздуха влизат в химично взаимодействие, формирайки азотни окиси. Поради това, дизеловите двигатели винаги се настройват за работа със среднобедни смеси (т. е. със сериозен излишък от въздух), а регулирането на натоварването се извършва единствено чрез дозиране на количеството впръскано гориво. По този начин се избягва необходимостта от използване на дроселова клапа, което е огромно предимство пред бензиновите им събратя. С цел да компенсират част от недостатъците на бензиновия двигател, конструкторите създадоха мотори, при които в процеса на смесообразуване се получава т. нар. „разслояване на заряда”.

В режим на частично натоварване при тях оптималната стихиометрична смес се създава единствено в зоната около електродите на свещите с помощта на специфично подвеждане на струята впръскано гориво, посредством насочен въздушен поток, особен профил на челата на буталата и други подобни способи, с които се гарантира надеждно възпламеняване. В същото време сместа в по-голямата част от обема на камерата остава бедна, и тъй като натоварването в този режим може да се контролира само чрез количеството подадено гориво, дроселовата клапа може да остане широко отворена. Това от своя страна довежда до едновременно намаляване на загубите и увеличаване на термодинамичната ефективност на мотора. На теория всичко изглежда прекрасно, но засега успехът на този тип двигатели, произвеждани от Mitsubishi и VW не може да се нарече бляскав. Като цяло до момента никой не може да се похвали с пълно оползотворяване на предимствата на тези технологични решения.

A ако придимствата на двата вида двигатели се комбинират по „магически” начин? Как би изглеждало идеалното съчетание от високата компресия на дизела, хомогоенно разпределение на сместа в целия обем на горивната камера и равномерното самовъзпламеняване в същият този обем? Интензивните лабораторни изследвания на експериментални агрегати от този тип през последните години показват значително намаляване на вредните емисии в отработилите газове (количеството на азотните окиси например намалява с до 99%!) при едновременно повишаване на ефективноста в сравнение с бензиновите мотори. Изглежда бъдещето наистина принадлежи на двигателите, които автомобилните компании и независимите конструкторски фирми напоследък обединиха под общото наименование HCCI -  „Homogeneous Charge Compression Ignition Engines” или „двигатели с хомогенна смес и самозапалване на горивото”.

Подобно на много други „революционни” на пръв поглед разработки, идеята за създаване на подобна машина съвсем не е нова, а засега опитите за създаване на надеждно работещ сериен образец все още са неуспешни. В същото време, нарастващите възможности за електронен контрол на процесите и по-голямата гъвкавост на газоразпределителните системи създават доста реалистична и оптимистична перспектива пред новия тип двигател.

Всъщност, в случая става дума за своеобразен хибрид между принципите на работа на бензиновия и дизеловия двигател. В горивните камери на HCCI постъпва добре хомогенизирана смес по примера на бензиновите двигатели, но нейното самовъзпламеняване протича под въздействие на топлината от сгъстяването. Новият тип двигател не се нуждае и от дроселова клапа, тъй като може да работи с бедни смеси. Трябва обаче да се отбележи, че в случая смисълът на определението „бедна смес” съществено се различава от този при дизела, защото при HCCI няма напълно обеднени и силно обогатени смеси, а своеобразна равномерно обеднена смес. Принципът на работа предполага едновременно възпламеняване на сместа в целия обем на цилиндъра без равномерно движещ се пламъчен фронт и при значително по-ниска температура. Това автоматично води до значително снижаване на количествата азотни окиси и сажди в отработилите газове, а според редица меродавни източници, масовото внедряване на значително по-ефективния като работа HCCI в серийното автомобилно производство в периода 2010-2015 година би спестило на човечеството около половин милион барела нефт дневно.

Преди да се стигне дотам обаче, изследователите и инженерите трябва да преодолеят най-големия в момента препъникамък – липсата на надежден способ за контрол на процесите на самовъзпламеняване при използване на съдържащите фракции с различен химичен състав, свойства и поведение съвременни горива. Редица въпроси повдига и обуздаването на процесите при различно натоварване, оборотни и температурни режими на работа на двигателя. Според някои специалисти, това би могло да се осъществи посредством връщане на прицизно дозирано количество отработили газове обратно в цилиндъра, чрез предварително нагряване на сместа, или с динамична промяна на степента на сгъстяване било чрез директна промяна на компресията (по примера на прототипа SVC на Saab) или чрез промяна на момента на затваряне на клапаните с помощта на системите за променливо газоразпределение.

Все още не е ясно как ще бъде отстранен проблемът с шума и термодинамичния удар върху конструкцията на мотора, вследствие на самовъзпламеняването на голямо количество прясна смес в режим на работа с пълно натоварване. Истинско предивикателство е и стартирането на двигателя при ниска температура в цилиндрите, тъй като инициирането на самозапалване в такива условия е доста трудна задача. В момента множество изследователи работят върху отстраняването на споменатите „тесни места”, ползвайки резултатите от наблюденията върху прототипи с датчици за непрекъснат електронен контрол и анализ в реално време на работните процеси в цилиндрите.

Според специалистите на работещите в тази насока автомобилни фирми, сред които Honda, Nissan, Toyota и GM, най-вероятно е първоначално да бъдат създадени комбинирани машини, които могат да превключват режимите си на работа, а запалителната свещ да се използва като своеобразен помощник в случаите, в които HCCI изпитва затруднения. Подобна схема Volkswagen вече прилагат в своя двигател CCS (Combined Combustion System), който засега функционира единствено със специално създадено за него синтетично гориво.

Възпламеняването на сместа при двигателите HCCI може да бъде осъществено в широк диапазон от съотношения между гориво, въздух и изгорели газове (достатъчно е достигане на температурата на самовъзпламеняване), а малката продължителност на горенето води до чувствително повишаване на ефективността на работа на мотора. Част от проблемите на новия тип агрегати могат да се разрешат успешно в комбинация с хибридни системи от рода на Hybrid Synergy Drive на Toyota - в този случай двигателят с вътрешно горене може да се използва само при точно определен, оптимален по отношение на оборотите и натоварването режим на работа, като по този начин се заобиколят режимите, в които моторът изпитва затруднения или става неефективен. 

Горенето в двигатeлите от типа HCCI, постигнато чрез сложен контрол на температурата, налягането, количествения и качествен състав на сместа в положение в близост до ГМТ, е наистина голямо предизвикателство на фона на значително по-лесното възпламеняване със запалителна свещ. От друга страна обаче, при HCCI няма нужда от създаване на важните при бензиновите и особено при дизеловите двигатели турбулентни процеси, поради едновременния обемен характер на самовъзпламеняването. В същото време, именно поради тази причина дори и малки отклонения в температурата могат да доведат до значителни промени в кинетичните процеси.

На практика най-съществения фактор за бъдещето на този тип двигатели се оказва вида на горивото, а правилно конструктивно решение може да се намери само при детайлно познаване на неговото поведение в горивната камера. Затова в момента много от автомобилните фирми работят съвместно с петролни компании (например Toyota и ЕxxonMobil), а голяма част от експериментите на този етап се провеждат със специално създадени синтетични горива, чиито състав и поведение са предварително изчислени. Ефективността при използуването на бензин и дизелово гориво в HCCI е обратна на логиката на класическите двигатели. Поради високата температура на самовъзпламеняване на бензините, степенета на сгъстяване при тях може да варира от 12:1 до 21:1, а при дизеловото горови което се възпламенява при по-ниски температури, трябва да е сравнително малка-от порядъка на едва 8:1.

Tекст: Георги Колев
Снимки: фирмени

Коментари

Анонимен
въпреки, че съм лаик в тази област, започнах да разбирам разликата между двата вида гориво и двигатели, както и възможността за хибрид, но в крайна сметка не мога да пренебрегна предимството да отида на работа колелото, когато това е възможно. Мисля, че съм фен на идеята за електромобили навсякъде, за да може да възвърнем здравето на планетата и оттам нашето. Вече има и такива байкове за тези които нямат сили за педалите.

Bravoto
n1ck: С това аматьорско и ламерско изказване ни показа единствено и само КОЛКО МНОГО СИ ПРОСТ!

bayram
benzine nay hubaviat gorivo na sveta i za men

editor
dyak, когато прочетеш по-внимателно текста, ще видиш, че в посоченото от теб изречение се говори не за дизелов или бензинов двигател, а за дизела и бензина като горива. Обърни внимание и на горното изречение: [b]"Ефективността при използуването на бензин и дизелово гориво в HCCI е обратна на логиката на класическите двигатели."[/b]

dyak
Аз пък изобщо не съм съгласен с това(Поради високата температура на самовъзпламеняване на бензините, степенета на сгъстяване при тях може да варира от 12:1 до 21:1, а при дизеловото гориво което се възпламенява при по-ниски температури, трябва да е сравнително малка-от порядъка на едва 8:1.) Разменил е горивата човека Дизел с 8:1 няма да запали както и бензин с 21:1

Георги Гълъбов
Придимствата на двата вида двигатели могат да се комбинират само с рационални технически решения, но, но , НО, големите автомобилостроителни и петролодобивни фирми май нямат икономически интерес от това !

Сава Попов
А знае ли някой до каква температура се заграява работната смес при 2-рия такт на буталото /сгъстяване/. Интерисува ме каква е температурата се постига при бензинов двигател и дизелов двигател. Благодаря.

n1ck
Само ще вметна нещо и приключвам.Газта е за готвене, Нафтата за топлене , а бензина за каране !!! :)

comments powered by Disqus