Benzininiai ir dyzeliniai varikliai iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti panašūs, tačiau jų veikimo principą iš esmės skiria uždegimo būdas: benzininiai varikliai naudoja kibirkštinį uždegimą, o dyzeliniai – savaiminį užsidegimą nuo suspaudimo. Kad šis skirtumas būtų aiškus, pirmiausia verta suprasti, kaip veikia keturtaktis variklis, nes būtent tokia schema naudojama daugumoje šiuolaikinių benzininių ir dyzelinių automobilių.
Kaip veikia keturtaktis variklis
Keturtakčio variklio pagrindas – vienas ar keli stūmokliai, judantys cilindruose aukštyn ir žemyn. Stūmoklis per švaistiklį sujungtas su alkūniniu velenu, todėl stūmoklio slankusis judėjimas paverčiamas alkūninio veleno sukimu.
Darbo ciklą sudaro keturi taktai: įsiurbimas, suspaudimas, darbinis (galia) ir išmetimas. Pirmiausia stūmokliui leidžiantis žemyn į cilindrą įtraukiamas oras (arba oro ir kuro mišinys, priklausomai nuo variklio tipo). Vėliau stūmoklis kyla aukštyn ir suspaudžia cilindro turinį. Tada įvyksta uždegimas ir susidariusi slėgio banga stumia stūmoklį žemyn, išgaunant mechaninę energiją. Galiausiai stūmoklis vėl kyla aukštyn ir išstumia sudegusias dujas į išmetimo sistemą.
Kibirkštinis ir suspaudiminis uždegimas
Benzininiame variklyje kuras su oru sumaišomas dar prieš mišiniui patenkant į cilindrą. Suspaudus šį mišinį, jis uždegamas žvake – tai iš esmės primena degimo pradžią nuo išorinės kibirkšties.
Dyzeliniame variklyje žvakės, atsakingos už uždegimą, nereikalingos, nes į cilindrą įsiurbiamas tik oras. Šis oras stipriai suspaudžiamas, dėl ko jo temperatūra ženkliai pakyla. Kai įkaitęs oras pasiekia pakankamą temperatūrą, į degimo kamerą įpurkštas dyzelinas užsidega savaime. Toks degimo inicijavimo būdas paprastai laikomas efektyvesniu, todėl dyzeliniai varikliai dažnai pasižymi geresnėmis sąnaudomis nei benzininiai.
Degimo fizika: kodėl vienam reikia kibirkšties, o kitam – suspaudimo
Skirtingas uždegimo principas labai glaudžiai susijęs su pačių degalų savybėmis, ypač su pliūpsnio temperatūra ir savaiminio užsidegimo temperatūra. Pliūpsnio temperatūra – tai mažiausia temperatūra, kuriai esant skysčio garai gali užsidegti nuo išorinio uždegimo šaltinio. Savaiminio užsidegimo temperatūra – mažiausia temperatūra, kuriai esant medžiaga gali užsidegti ore be jokios kibirkšties ar liepsnos.
Benzino pliūpsnio temperatūra yra apie -43 °C, o savaiminio užsidegimo temperatūra siekia apie 280 °C. Dyzelino pliūpsnio temperatūra yra maždaug 52 °C, o savaiminio užsidegimo temperatūra – apie 210 °C. Tai reiškia, kad benzinas sudaro degius garus net prie labai žemos temperatūros, todėl jam pakanka nedidelės kibirkšties, kad užsidegtų. Visgi be uždegimo šaltinio benzinas paprastai neužsidega tol, kol aplink esantis oras neįkaitinamas iki maždaug 280 °C.
Dyzelinas, priešingai, gerokai sunkiau užsiliepsnoja nuo atviros liepsnos, nes degūs garai aktyviau formuojasi tik pasiekus aukštesnę temperatūrą (apie 52 °C). Tačiau dyzelinui pakanka situacijos, kai oras aplink jį suspaudžiamas ir įkaitinamas iki maždaug 210 °C – tuomet įpurkštas kuras užsidega pats. Būtent dėl to dyzeliniai varikliai suprojektuoti taip, kad oras cilindre būtų suspaudžiamas stipriau.
Kodėl dyzeliniai varikliai naudoja didesnį suspaudimą
Kuo labiau dyzeliniame variklyje suspaudžiamas oras, tuo aukštesnė jo temperatūra, o tai padeda kurui degti efektyviau. Dėl šios priežasties dyzeliniai varikliai paprastai turi didesnį suspaudimo laipsnį nei benzininiai.
Benzininiuose varikliuose suspaudimo laipsnis dažniau būna mažesnis, nes benzino ir oro mišinys yra linkęs užsidegti lengviau. Jei toks mišinys cilindre užsidega per anksti, gali atsirasti nepageidaujamas ankstyvas degimas, galintis pakenkti varikliui.
- Benzininis variklis: oro ir kuro mišinys uždegamas žvake (kibirkštinis uždegimas).
- Dyzelinis variklis: suspaudžiamas tik oras, o įpurkštas kuras užsidega nuo aukštos temperatūros (suspaudiminis uždegimas).
- Skirtumą lemia degalų pliūpsnio ir savaiminio užsidegimo temperatūros.
- Dyzeliniai varikliai dažniausiai naudoja didesnį suspaudimo laipsnį dėl efektyvesnio degimo.
