Kodėl dyzeliniai varikliai turi mažiau galios?

Bent jau mūsų regione, dyzeliniai automobiliai tebėra labai populiarūs. Priežastis paprasta – dyzelinas yra pigesnis ir varikliai jo sunaudoja mažiau, todėl dyzelinių automobilių naudojimas yra ne toks skausmingas piniginei. Bet ar pastebėjote, kad praktiškai visi dyzeliniai automobiliai turi variklius su turbokompresoriais?

Dyzelinis variklis be turbokompresoriaus turi labai mažai galios. Tiesiog tragiškai mažai. Dyzelinio variklio privalumas yra sukimo momentas, o ne galia, bet vis tiek – niekas nenori labai mažai galios turinčio automobilio. Kita vertus JAV, kaip esate skaitę Nodum.lt, vienu metu gaminti automobiliai su labai dideliais, bet silpnais varikliais. Amerikiečiai dyzelių nemėgsta, bet ir benzininiai varikliai tuo metu stokojo galios.

Keliuose dar yra automobilių su atmosferiniais (tai yra, be kompresoriaus) benzininiais varikliais, nors jie po truputį tampa vis retesni. Bet rasti atmosferinį dyzelinį variklį šiuolaikiniame eisme būtų dar sunkiau. Dyzelinis variklis tiesiog prašyte prašosi turbokompresorius pagalbos.

Honda S2000 – sportinis automobilis, gamintas 1999-2009 metais, – turi atmosferinį 2,0 litrų variklį, išspaudžiantį 177 kW. Tai – išskirtinis inžinierių pasiekimas, nes šis variklis pasiekia 9000 apsisukimų per minutę greitį. Ketvirtos kartos Mazda MX-5 gali turėti 2,0 l keturių cilindrų variklį be jokio turbokompresoriaus išvystantį 135 kW. Palyginimui, amerikietiški 1992-ųjų Ford pikapai F-250 ir F-350 buvo komplektuojami su 7,3 litrų atmosferiniu dyzeliniu varikliu, išvystančiu 138 kW galią. Pasak Vikipedijos, tai – galingiausias atmosferinis automobilinis dyzelinis variklis istorijoje. Bet realistiškai, 138 kW iš 7,3 litrų V8 yra mažai. Labai mažai.

Mažiau galios, bet didesnis sukimo momentas

Dyzelinis kuras pasižymi aukštesne energijos koncentracija (litras dyzelino turi daugiau kalorijų nei litras benzino), tačiau dyzelinio variklio ciklas yra kitoks. Esminis skirtumas nuo benzininio variklio – degalų mišinio uždegimas. Dyzelinas užsidega savaime nuo slėgio cilindro degimo kameroje, o ne nuo elektrinės kibirkšties. Dyzelinis variklis dėl to turi pasižymėti didesne kompresija – labiau suspaudžia degalų mišinį.

Aukštesnė kompresija, daugiau energijos turintys degalai ir, beje, ilgesnė stūmoklių eiga cilindruose susideda į tai, kad dyzeliniai varikliai pasižymi labai aukštu sukimo momentu. Minėtas atmosferinis 7,3 litrų dyzelinis V8 spaudžia visus 458 Nm – tai yra stiprus sukimo momentas. Aukštas sukimo momentas yra viena iš priežasčių, kodėl didžioji sunkiosios technikos dalis, įskaitant praktiškai visus autobusus ir sunkvežimius, naudoja dyzelinius variklius.

Taigi, dyzelinas turi daugiau energijos ir dyzeliniai varikliai išvysto aukštesnį sukimo momentą – kodėl tuomet kilovatų mažiau?

Stūmoklinio vidaus degimo variklio galia yra susijusi su dviem dydžiais – sukimo momentu ir apsukomis. Ta formulė atrodo taip – Galia = Sukimo momentas x variklio apsukos (naudojant įprastus matavimo vienetus, formulė atrodytų šiek tiek kitaip). Aukštas sukimo momentas yra viena aukštos galios dalis, kita dalis – variklio apsukos – yra ne mažiau svarbi. O dyzeliniai varikliai aukštų apsukų nepasiekia.

Dyzelinas dega kitaip, o tai reikalauja kitokios variklio konstrukcijos. Dyzelinis variklis pasižymi aukštesne kompresija ir tai labiau apkrauna vidinius variklio komponentus, todėl jie yra masyvesni, o aliumininiai dyzeliniai varikliai yra labai reti. Dyzelinis variklis yra sunkesnis už to paties darbinio tūrio benzininį variklį. Be to, stūmoklių eiga dyzelinio variklio cilindruose yra ilgesnė. Visa tai reiškia, kad dyzelinis variklis nemėgsta apsukų – jis ir taip labiau apkrautas, o ir inercijos jame daugiau, nes vidiniai komponentai yra sunkesni ir juda didesnį atstumą.

Jei pažvelgtume į variklio galios, sukimo momento ir apsukų kreivę, pastebėtume, kad varikliui bėgėjantis sukimo momentas keičiasi labai nežymiai. Tuo tarpu galia auga su apsukomis. Dyzelinis variklis nesisuka taip greitai, todėl jo galia nustoja augti anksčiau.

Turbokompresorius padidina sukimo momentą ir galią (prisiminkite – šie dydžiai yra susiję), bet apsukų tikrai nepakelia. Tai ypač svarbu dyzeliniams varikliams, nes be pagalbos jie tiesiog neišvysto tiek daug kilovatų.

Tiesa, turbokompresorius dyzeliniam varikliui kada nors gali sukurti persuką – labai baugiai atrodantį gedimą.