Всеки запален автомобилен ентусиаст знае, че дизеловите двигатели не използват запалителни свещи. Но защо това е така? Ако мощността в един двигател се създава чрез изгаряне или експлозия на запалими течности, нима една запалителна свещ в дизеловия двигател няма да помогне на горивото да се запали по-бързо и да подобри ефективността на неговото изгаряне? Отговорът се крие в химическите свойства на дизеловото гориво, начина, по който то се възпламенява, и алтернативата на запалителните свещи, която тези двигатели използват. Преди да преминем към това, нека преговорим как точно работи един дизелов двигател.
Съвременният дизелов двигател работи чрез четиритактов цикъл на изгаряне, който включва всмукване, сгъстяване (компресия), работен ход (мощност) и изпускане.
Цикълът на всмукване се състои от бутало, което се движи надолу в цилиндъра и засмуква чист въздух вътре. След това идва тактът на сгъстяване, при който буталото се движи обратно нагоре и компресира уловения въздух в цилиндъра. Това действие на сгъстяване и създаване на огромно налягане върху въздуха го нагрява до температура, която е достатъчно висока, за да възпламени дизела.
След това дизеловото гориво се впръсква вътре в цилиндъра, където влиза в пряк контакт със силно нагорещения въздух и се самовъзпламенява. Полученото запалване предизвиква малка контролирана експлозия, която тласка буталото силно надолу по цилиндъра. Това е така нареченият работен ход. Последният цикъл е изпускането, при който буталото отново се движи нагоре и изтласква изгорелите газове навън от цилиндъра.
Основната разлика между работните цикли на бензиновия и дизеловия двигател се състои в начина, по който въздухът и горивото се смесват и възпламеняват. Въпреки това съществуват и други съществени разлики между бензиновия двигател (с възпламеняване от искра) и дизеловия двигател (с възпламеняване от сгъстяване).
В бензиновия двигател въздухът и горивото се смесват още преди да влязат в цилиндъра или по време на всмукването. По време на работния ход запалителната свещ вътре в цилиндъра възпламенява тази смес с помощта на електрическа искра, което предизвиква изгарянето. Запалителната свещ осигурява прецизно синхронизирана искра, която запалва горивно-въздушната смес в точно определения момент.
Защо тогава се използва запалителна свещ при бензиновите двигатели, но не и при дизеловите? От една страна, дизеловото гориво се възпламенява много по-трудно от външен източник на огън, какъвто е електрическата искра. Вместо това е много по-лесно да запалите дизеловото гориво, като го изложите на по-висока температура, каквато се получава при силно нагорещения въздух.
Въпреки че дизеловите двигатели не използват запалителни свещи, те разчитат на така наречените подгряващи свещи. Те представляват специални нагревателни елементи, поставени вътре в цилиндъра или в горивната камера на дизеловия двигател. Те се използват за улеснение при стартиране на дизеловите двигатели в студено време, като предварително затоплят въздуха вътре в цилиндъра. Това е изключително полезен компонент, тъй като при ниски външни температури въздухът в цилиндъра може да не успее да се загрее до необходимите градуси за възпламеняване на сместа, дори когато бъде сгъстен от буталото.
Въпреки че и дизелът, и бензинът са горива на петролна основа, те притежават напълно различни химически свойства. Дори моторното масло за дизелови двигатели се различава от това за бензинови автомобили. Най-важните разграничителни фактори тук са тяхната пламна температура и тяхната температура на самовъзпламеняване.
Минималната температура, при която една запалима течност отделя достатъчно пари, за да образува възпламенима горивно-въздушна смес, се нарича нейна пламна температура.
Температурата на самовъзпламеняване пък е най-ниската температура, при която горивото се запалва автоматично поради температурата на заобикалящия го въздух, но без наличието на външен източник на запалване като огън или искра. Този принцип на самовъзпламеняване понякога може да доведе и до неконтролируемо форсиране на дизеловия двигател, известно в автомобилния свят като неконтролиран дизелов процес (или дизелов runaway), при който двигателят започва да гори собственото си моторно масло и продължава да работи на пълни обороти.
В сравнение с бензина, дизелът е много по-стабилно гориво. Неговата пламна температура (температурата, при която отделя парите, нужни за запалване от искра) е сравнително висока – около 52 °C. Това означава, че ще трябва да държите запалена клечка кибрит до дизеловото гориво за доста по-дълго време, за да се запали то. Тъкмо затова запалителните свещи просто не работят ефективно при дизеловия двигател.
В същото време обаче, в сравнение с бензина, дизеловото гориво има по-ниска температура на самовъзпламеняване – около 210 °C (докато при бензина тя е около 280 °C). Затова е много по-лесно да запалите дизела, ако просто загреете въздуха около него до 210 °C. В дизеловия двигател този въздух се нагрява именно чрез силно сгъстяване. Поради тази причина дизеловите двигатели се наричат още двигатели с възпламеняване чрез сгъстяване.
Колкото повече сгъстявате въздуха в цилиндъра на дизеловия двигател, толкова по-горещ става той, преди да бъде впръскано горивото, и толкова по-ефективно ще изгори получената смес. Ето защо дизеловите двигатели работят с много по-висока степен на сгъстяване – обикновено от 14:1 до 25:1 (за разлика от бензиновите двигатели, където тя е значително по-ниска).
Всъщност, колкото по-висока е степента на сгъстяване, толкова по-голяма е термичната ефективност на двигателя. Това означава по-добра способност за превръщане на топлината от горивото в полезна механична работа, като например изтласкване на буталото надолу за създаване на мощност и въртящ момент.
Високата степен на сгъстяване води и до създаването на значително повече въртящ момент. Това е основната причина дизеловите двигатели да осигуряват по-голям въртящ момент от съпоставимите бензинови двигатели, както и да предлагат по-нисък разход на гориво. Тези предимства обясняват защо съвременните дизелови двигатели са толкова предпочитани и продължават да изпреварват по продажби бензиновите при тежкотоварните камиони и специалната техника.
Съвременните дизелови двигатели използват и високотехнологични горивни инжектори, които превръщат течния дизел във фино разпръснати микроскопични частици (атомизация) с помощта на изключително високо налягане. Тези инжектори впръскват точно определено количество атомизирани горивни частици директно в горивната камера или цилиндъра. Това позволява на разпръснатото гориво да се разпредели равномерно в целия цилиндър, което му помага да изгори възможно най-пълноценно и ефективно, намалявайки разхода и увеличавайки общата мощност на автомобила.