Чому бензинові двигуни називають двигунами Отто, а дизельні - двигунами Дізеля

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

«Двигун Отто» і «двигун Дізеля» - поширені назви двох типів двигунів внутрішнього згоряння: з іскровим запалюванням і з запалюванням від стиснення. Нижче розібрано, кого вшановують ці назви, що стоїть за ними в термодинаміці, чому вони не повністю збігаються з реальною історією винаходів і де сьогодні межа між двома типами двигунів.

Головне правило TESMA: назви «двигун Отто» і «двигун Дізеля» описують насамперед спосіб запалювання й ідеальний цикл, а не просто «бензин» чи «дизель». Для власника автомобіля важливі не імена винахідників, а конструкція конкретного двигуна: чим запалюється паливо, яке паливо потрібне й що потребує обслуговування - свічки запалювання чи свічки розжарення.

Хто такі Отто й Дізель: історія назв

Ніколаус Август Отто (1832-1891) збудував чотиритактний двигун у 1876 році. За Britannica, сам цикл ще 1862 року запатентував французький інженер Альфонс Бо де Роша, але Отто першим створив на його основі робочий двигун. У 1886 році патент Отто скасували, коли виявили попередній патент Бо де Роша. Отже, ім'я Отто закріпилося за двигуном, який успішно втілив цикл і пішов у серію, а не за автором самої ідеї.

Рудольф Дізель (1858-1913) 1892 року отримав німецький патент, а 1897 року показав 25-сильний чотиритактний двигун із запалюванням від стиснення (Britannica). Його мета - наблизитися до теоретичної ефективності циклу Карно. Від прізвища винахідника походять слово «дизель» і прикметник «дизельний».

Ключові поняття

Щоб не плутати терміни, варто розрізняти п'ять понять:

Двигун Отто - поширена назва двигуна з примусовим (іскровим) запалюванням суміші, зазвичай чотиритактного.
Двигун Дізеля - двигун із запалюванням від стиснення: повітря стискається й нагрівається настільки, що уприснуте паливо самозаймається.
Цикл Отто - ідеальний термодинамічний цикл, у якому тепло підводиться за сталого об'єму.
Цикл Дізеля - ідеальний термодинамічний цикл, у якому тепло підводиться за сталого тиску.
Ступінь стиснення - відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння; чим він вищий, тим сильніше стискається заряд у циліндрі.

Як працює двигун Отто

У класичному двигуні Отто суміш палива з повітрям стискається й запалюється іскрою свічки. Робочий цикл складається з чотирьох тактів: впуск, стиснення, робочий хід (згоряння й розширення) і випуск. В ідеальному циклі Отто тепло підводиться за сталого об'єму.

Ступінь стиснення таких двигунів обмежує детонація. За навчальними матеріалами, у попередньо змішаній суміші при надто високому стисненні паливо може самозайнятися ще до іскри, тому для бензинових двигунів підбирають паливо з відповідною стійкістю до самозаймання, тобто октановим числом. Про систему, яка запалює суміш, розповідає сторінка бази знань «Система запалювання», а про зношування свічок - стаття «Свічки запалювання - симптоми зносу і помилки підбору».

Як працює двигун Дізеля

У дизелі стискається повітря. За Britannica, воно нагрівається до температури, достатньої для запалення дизельного палива, яке уприскується в циліндр. Свічок запалювання в такому двигуні немає. Свічки розжарення, які встановлюють на багатьох дизелях, зазвичай допомагають прогріти камеру під час холодного пуску, а не запалюють паливо замість іскри; про це докладно в статті «Свічки розжарення: чому дизель погано заводиться взимку». За тим самим джерелом, дизельне паливо складається з дистилятів важчих вуглеводнів; з яких фракцій нафти його отримують, розібрано в статті «На які фракції розділяють нафту при переробці: від газу до коксу».

В ідеальному циклі Дізеля тепло підводиться за сталого тиску. Реальні швидкохідні дизелі, за навчальними матеріалами з термодинаміки, точніше описує змішаний цикл, у якому тепло підводиться спершу за сталого об'єму, а потім за сталого тиску.

Чим ці двигуни відрізняються

Запалювання. У двигуні Отто паливо запалює іскра, у дизелі - нагрітий стисненням заряд.
Що стискається. У класичному двигуні Отто стискається суміш, у дизелі - лише повітря, а паливо подається після стиснення.
Ступінь стиснення. За звітом Національних академій США про технології економії пального легкових авто, у дизелів він становить 16-18, у бензинових двигунів 9-11. Інші джерела дають для дизелів ширший діапазон: від понад 14 до понад 22. Тому наведені числа - лише орієнтир.
Керування потужністю. У дизелі потужність регулюють кількістю уприснутого палива без дроселювання повітря, що зменшує насосні втрати.
Ефективність. За тим самим звітом, дизелі ефективніші завдяки бідним сумішам, відсутності дроселювання й вищому ступеню стиснення. Водночас сучасні дизелі зазвичай мають додаткові системи очищення відпрацьованих газів, зокрема сажовий фільтр і каталітичне зниження оксидів азоту; це впливає на вартість і обслуговування.

Чому назви закріпилися

Імена Отто й Дізеля закріпилися, бо на них названо ідеальні цикли, за якими навчають і розраховують двигуни, а також конструкції, що успішно втілили ці принципи. Історична точність тут умовна: цикл Отто запатентував раніше інший інженер, а Дізель прагнув до циклу Карно, якого реальний двигун не відтворює. Тому імена варто сприймати як усталені терміни, а не як точний перелік авторства.

Чи актуальні ці назви сьогодні

Як базові поняття - так, але межа між типами частково розмита. Турбонаддув, безпосереднє уприскування й електронне керування трапляються в обох типів двигунів. Як приклад, Mazda описує двигун SKYACTIV-X як двигун зі спрямованим іскрою компресійним займанням (SPCCI): свічка створює розширювальну вогняну кулю, яка допомагає запустити займання від стиснення бідної паливо-повітряної суміші. Це опис виробника, а не оцінка того, наскільки така схема поширена.

Що це означає для власника автомобіля

Бензиновий двигун. Потребує справної системи запалювання (свічки, котушки), а паливо має відповідати вимогам виробника за октановим числом.
Дизельний двигун. Не має системи іскрового запалювання, а холодний пуск часто залежить від свічок розжарення й від стану паливної системи та фільтра.
Назва не підказує вимог. Тип двигуна й вимоги до палива та обслуговування наведено в документації автомобіля; імена «Отто» й «Дізель» цього не визначають.

Типові помилки й міфи

вважати, що Отто першим запатентував сам цикл, хоча раніше його запатентував Бо де Роша;
шукати свічки запалювання в дизелі або вважати, що свічки розжарення запалюють паливо замість іскри;
вважати, що дизель завжди економніший: ефективність залежить від двигуна, режиму й систем очищення відпрацьованих газів;
вважати, що бензиновий і дизельний двигуни відрізняються лише паливом, а не способом запалювання й ступенем стиснення;
плутати ідеальні цикли з реальною роботою двигуна.

Товари та супутні матеріали TESMA

Свічки запалювання - підбір за моделлю автомобіля, двигуном і каталожним номером.
Свічки розжарення - розділ каталогу для дизельних двигунів.
Паливні фільтри - підбір за моделлю автомобіля, двигуном і каталожним номером.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще почитати на цю тему

Часті запитання

Чому бензиновий двигун називають двигуном Отто?

Тому що Ніколаус Отто 1876 року першим збудував робочий чотиритактний двигун за циклом із примусовим запалюванням, а цикл названо його іменем. Сам принцип цього циклу запатентував раніше Альфонс Бо де Роша.

Чому дизельний двигун називають двигуном Дізеля?

Тому що Рудольф Дізель 1892 року отримав патент на двигун із запалюванням від стиснення й 1897 року продемонстрував робочий двигун. Від його прізвища походить і слово «дизель».

Чим цикл Отто відрізняється від циклу Дізеля?

В ідеальному циклі Отто тепло підводиться за сталого об'єму, а в ідеальному циклі Дізеля - за сталого тиску. Реальні двигуни працюють складніше, тому ці цикли є моделями.

Чи є в дизеля свічки запалювання?

Ні: паливо самозаймається від стиснення. Свічки розжарення, які є на багатьох дизелях, зазвичай допомагають холодному пуску й не замінюють іскрове запалювання.

Чому в дизеля вищий ступінь стиснення?

Бо для самозаймання повітря має нагрітися від стиснення, а стискається лише воно, тому немає ризику передчасного самозаймання суміші, як у бензиновому двигуні. У бензинових двигунах цей ризик проявляється як детонація й обмежує ступінь стиснення.

Чи завжди двигун Отто бензиновий, а двигун Дізеля дизельний?

Як правило, так, але межа розмита: за описом Mazda, двигун SKYACTIV-X використовує іскру для запуску займання від стиснення бідної суміші. Це опис виробника, а не загальне правило.

Практичний висновок: «двигун Отто» і «двигун Дізеля» - усталені назви двох способів запалювання, а не повна історія винаходів. Для власника головне те, чим запалюється паливо в його двигуні, яке паливо потрібне й що треба обслуговувати: свічки запалювання чи свічки розжарення, паливну систему й фільтри.