Чем отличается дизельный двигатель от бензинового: 11 различий

Дизельный двигатель отличается от бензинового прежде всего тем, чем поджигается топливо. Дизель — это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия: в цилиндр заходит чистый воздух, поршень сжимает его в 16–25 раз, воздух разогревается, и впрыснутое в конце такта топливо вспыхивает само. Бензиновый двигатель — это ДВС с искровым зажиганием: смесь бензина с воздухом сжимается заметно слабее и поджигается свечой. Из этой разницы вытекает всё остальное. У дизеля нет дроссельной заслонки, и мощность регулируется количеством топлива; смесь в его цилиндре неоднородна; свечей зажигания нет, для холодного пуска стоят свечи накаливания; дизельное топливо оценивают цетановым числом, бензин октановым. Дизель развивает высокий момент на низких оборотах и тратит меньше топлива на ту же работу, но детали у него массивнее, а выхлоп очищает целая цепочка: сажевый фильтр, клапан ЕГР, система с раствором мочевины. Различаются и отложения: у дизеля это сажа на распылителях, во впуске и в фильтре, у бензинового мотора нагар на свечах, клапанах и в камере сгорания.

Отличия в одной таблице

Состав и свойства самих топлив (фракции, плотность, температура вспышки) разобраны отдельно, в материале дизельное топливо и бензин: отличия. Общее устройство любого поршневого мотора, четыре такта и то, куда уходит энергия топлива, собраны в статье ДВС — что это такое, там же есть короткая сводка отличий двух семейств. Здесь сравнение развёрнуто по всем узлам, от воспламенения до очистки выхлопа и отложений, и речь о том, к чему эти различия приводят в эксплуатации.

Искра или сжатие: откуда берутся остальные различия

В бензиновом моторе смесь готовится заранее, во впускном тракте или прямым впрыском, и к моменту искры она однородна и способна сгореть целиком. Если она вспыхнет сама, раньше искры, это детонация, то есть аварийный режим. Поэтому от бензина требуется стойкость к самовоспламенению. Стандарт на автомобильный бензин так и определяет своё назначение: ГОСТ 32513-2023 распространяется на бензины для транспортных средств «с двигателями внутреннего сгорания с искровым воспламенением» и устанавливает марки АИ-80, АИ-92, АИ-95 и АИ-98, где цифра означает октановое число по исследовательскому методу. Что стоит за этой шкалой, объясняет статья про октановое число бензина.

В дизеле всё наоборот. Топливо попадает в цилиндр только в конце такта сжатия: впрыск начинается за 10–25° поворота коленвала до верхней мёртвой точки, и между впрыском и вспышкой проходит 0,002–0,004 секунды. От топлива здесь нужна готовность воспламениться быстро, и её измеряет цетановое число. По ГОСТ 305-2013 оно не ниже 45 для всех марок, по ГОСТ 32511-2013 на топливо ЕВРО не ниже 51,0 для сортов умеренного климата; этот стандарт распространяется на топливо, «предназначенное для использования в дизельных двигателях». Почему у солярки вообще нет октанового числа, разобрано в материале октановое число солярки.

Способ воспламенения задаёт и степень сжатия. Дизель сжимает воздух от 16 раз у тихоходных двигателей до 25 у быстроходных: только так воздух нагревается выше температуры самовоспламенения топлива. У бензинового мотора потолок задаёт детонация, и повышение сжатия требует бензина с более высоким октановым числом. В обычном карбюраторном двигателе на неэтилированном бензине степень сжатия, как правило, не превышает 11,1; у отдельных современных моторов, работающих по циклу Миллера, геометрическая степень сжатия доходит до 14 при фактической около 12.

Высокое сжатие даёт дизелю высокий КПД: до 40–45 %, у крупных малооборотных двигателей свыше 50 %. У этого есть цена: из-за высокой механической напряжённости детали дизеля приходится делать массивнее и дороже, и ремонт дизеля, как правило, обходится дороже ремонта бензинового мотора. Свеча зажигания в дизеле не нужна вовсе, подробно об этом в статье почему в дизеле нет свечей.

Смесь и дроссель: почему дизель тянет с низов

Бензиновый мотор регулирует мощность дроссельной заслонкой, то есть количеством смеси, а состав смеси блок управления держит около стехиометрического: коэффициент избытка воздуха α близок к единице. Способы подачи топлива у бензиновых моторов разные, от распределённого впрыска до непосредственного, и их последствия для отложений разобраны в материале про виды впрыска топлива.

У дизеля в классической схеме дросселя нет. Воздуха в цилиндр заходит всегда полный объём, а мощность задаёт количество впрыснутого топлива. Поэтому дизель почти всегда работает с избытком воздуха: α составляет 1,2–1,4 на номинальной нагрузке и больше 6 на холостом ходу. И всё равно дымит, потому что смесь в его цилиндре неоднородна: топливо горит по границам факела распыла, а в ядре струи кислорода не хватает даже тогда, когда в среднем по цилиндру воздуха кратный избыток. Чтобы капли были как можно мельче, топливо подают под большим давлением: при механическом впрыске от 100 до 400 бар, в системах Common Rail от 1000 до 2500 бар. Механика такта и задержки воспламенения подробно показана в разборе принципа работы дизельного двигателя.

Отсюда характер тяги. На сайте Министерства энергетики США это сформулировано так: дизельные двигатели экономичнее и дают больший крутящий момент на низких оборотах, чем бензиновые сопоставимого объёма; там же указано, что в дизельном топливе примерно на 10–15 % больше энергии, чем в бензине. Обратная сторона: высоких оборотов дизель не развивает, топливо просто не успевает догореть. Поэтому дизель ставят туда, где нужна тяга под нагрузкой: на грузовики, тракторы, генераторные установки. Преимущество в экономичности он показывает на режимах, близких к номинальным; холостой ход и малая нагрузка в городском цикле его заметно съедают.

Холодный пуск и зима

Бензиновому мотору отдельная система подогрева для пуска не нужна: смесь поджигает искра, а бензин испаряется и на морозе, температура его вспышки около −43 °C. Дизелю тепло для воспламенения даёт только сжатие, а холодные стенки цилиндра и низкие обороты стартера отбирают часть этого тепла. Недостающее добавляют свечи накаливания. Они выходят на накал за 2–5 секунд, питаются от бортовой сети 12 или 24 В и на современных системах работают ещё несколько минут после пуска. На части двигателей с непосредственным впрыском свечей накаливания нет: вместо них во впуске стоит нагревательная решётка или электрофакельный подогреватель.

Вторая зимняя особенность связана с топливом. Летняя солярка на морозе теряет текучесть, поэтому ГОСТ 305-2013 разводит марки по температуре применения:

Что делать, если на морозе в баке оказалось летнее топливо, и сколько на самом деле даёт депрессорная присадка, разобрано в материале про антигель для дизельного топлива.

Выхлоп: почему у дизеля очистка сложнее

У бензинового мотора основную работу делает трёхкомпонентный нейтрализатор. Он одновременно доокисляет угарный газ и углеводороды и восстанавливает оксиды азота, но только при составе смеси около стехиометрического, который блок управления держит по сигналу лямбда-зонда.

В выхлопе дизеля кислорода всегда в избытке, и восстановить оксиды азота тем же способом нельзя. Поэтому каждую задачу решает отдельный узел:

• Клапан ЕГР возвращает часть отработавших газов во впуск, снижает концентрацию кислорода и температуру сгорания, а с ними выход оксидов азота. Требования здесь жёсткие: для дизельных легковых автомобилей предел по NOx снизился со 180 мг/км в Евро-5 до 80 мг/км в Евро-6. Плата за рециркуляцию в росте сажи, подробнее в статье про клапан ЕГР на дизеле.
• Система SCR впрыскивает в выпуск раствор мочевины с концентрацией 32,5 %; на катализаторе аммиак восстанавливает оксиды азота до азота и воды. Раствор замерзает при −11 °C, поэтому бак и магистрали делают с подогревом; подробности собраны в материале про мочевину для дизеля.
• Сажевый фильтр задерживает твёрдые частицы, а накопленную сажу периодически выжигает. Для окисления сажи кислородом нужна температура порядка 600 °C, при том что отработавшие газы дизеля в обычной езде имеют 180–400 °C; механизм разобран в статье про сажевый фильтр.

Из этого следует главное эксплуатационное различие двух типов двигателей. Очистка выхлопа у дизеля требует горячего выпуска, то есть длительной работы под нагрузкой. На коротких поездках, в пробках и на холостом ходу фильтр только копит сажу, а регенерации прерываются. Бензиновые моторы с непосредственным впрыском частично повторили эту историю: локально богатые зоны в цилиндре дают частицы, и под нормы Евро-6 на них тоже стали ставить сажевые фильтры, об этом в статье про непосредственный и распределённый впрыск.

Отложения: сажа у дизеля, лаки и нагар у бензинового мотора

Причина отложений у обоих двигателей общая: часть топлива не окисляется до конца. Проявляется она по-разному, потому что по-разному устроено сгорание.

У бензинового мотора есть удобный индикатор: свеча зажигания. Отложения на ней выгорают, когда наконечник прогревается примерно до 450 °C, рабочее окно лежит от 500 до 800 °C, и налёт в нём ровный и светлый; сухой чёрный налёт говорит о холодном режиме или переобогащённой смеси. Как читать цвет, разобрано в материале про нагар на свечах. У дизеля такого зеркала нет, о сгорании судят по дыму из трубы и по тому, как часто назначается регенерация. Что показывает чёрный выхлоп, объясняет статья про чёрный дым из выхлопной трубы дизеля, а четыре зоны накопления собраны в разборе нагара в дизельном двигателе.

Режимы, в которых отложения растут быстрее, у обоих двигателей одни и те же: долгий холостой ход, короткие поездки без прогрева, постоянная малая нагрузка. У дизеля они бьют сильнее, потому что вдобавок выключают из работы очистку выхлопа.

Вопросы о дизеле и бензиновом моторе

Почему дизель считают экономичнее бензинового двигателя? Из-за высокой степени сжатия: КПД дизеля доходит до 40–45 %. Вдобавок в дизельном топливе примерно на 10–15 % больше энергии, чем в том же объёме бензина. Лучше всего это преимущество видно на режимах, близких к номинальным; холостой ход и городские поездки его уменьшают.

Почему в дизеле нет свечей зажигания? Топливо в нём воспламеняется от температуры воздуха, сжатого в 16–25 раз, и поджигать искрой нечего. Свечи накаливания, которые стоят на многих дизелях, служат для подогрева воздуха при холодном пуске: прогретый двигатель работает и без них.

Что будет, если залить бензин в дизельный двигатель? Топливная аппаратура высокого давления смазывается самим топливом, а смазывающая способность бензина несопоставимо ниже. Прокачка бензина по контуру грозит износом плунжерных пар и форсунок, поэтому бак сливают, не запуская двигатель.

Какой двигатель больше страдает от коротких поездок? Оба копят отложения на холодном режиме: свеча бензинового мотора ниже 450 °C не самоочищается. Дизелю короткие поездки обходятся дороже: сажевый фильтр не успевает регенерироваться, система с мочевиной не работает в холодном выпуске, контур ЕГР зарастает сажей с маслом.

Можно ли поставить водородный генератор и на дизель, и на бензиновый двигатель? Да. Оборудование ставится на бензиновые, дизельные, газовые и метановые ДВС, если двигатель исправен, клапаны не прогорели и работают топливные датчики. Модель подбирается по объёму двигателя и виду техники, тип топлива на выбор не влияет.

Что выбрать и что делать дальше

Практический вывод из всех различий один: дизель раскрывается там, где работает долго и под нагрузкой. Грузовик на трассе, трактор в поле, генераторная установка на постоянном режиме получают его сильные стороны, а городская машина с короткими поездками получает в основном слабые места: забитый фильтр, закоксованный контур ЕГР, сажу на распылителях. Бензиновому мотору короткие поездки тоже не на пользу, но забивающегося фильтра у него нет, если это не мотор с непосредственным впрыском и фильтром GPF.

Водородный генератор работает с обоими типами двигателей. ВГА — бортовой электролизёр: он разлагает воду на водород и кислород и подаёт газ через баблер во впускной коллектор работающего двигателя; газ вырабатывается только при работающем моторе и нигде не хранится. Как устроен цикл, показано в материале как работает водородный генератор. Заявленный механизм такой: водород ускоряет сгорание смеси, а система управления отрабатывает изменение состава выхлопа; по заявлению завода-изготовителя, углеродистые отложения в камере сгорания окисляются при постоянной наработке. Разница двух типов двигателей видна и здесь. На бензиновом моторе изменившийся состав выхлопа фиксирует лямбда-зонд, и блок управления корректирует подачу, а на дизеле топливоподача считается по другим алгоритмам, поэтому состояние форсунок, наддува и датчиков для него важнее. Особенности дизельного случая разобраны в статье водородный генератор на дизель.

Монтаж оплачивается отдельно: 15 000 ₽ на лёгкой технике и 25 000 ₽ на тяжёлой, НДС не облагается, по времени это один рабочий день. Нагрузка на бортсеть у VGA-90, VGA-120 и VGA-240 составляет 65–85 Вт на легковых и 175–190 Вт на грузовых, паспортное значение VGA-120 равно 75 Вт. Цены с НДС и условия для организаций собраны на странице стоимости.