Когда дизель работает слишком громко
Качество дизельного топлива на российских заправках оставляет желать лучшего. Особенно на частных мелкосетевых заправках у трассы где-нибудь в глубинке. Если у вас машина с дизельным мотором, запомните термин «цетановое число». Это один из главных показателей качества солярки. Если цетановое число равно 50 или больше, значит, с топливом все в порядке. Если менее 48 – заправляться такой соляркой не стоит.
Вот только специальной лаборатории и приборов для измерения цетанового числа у вас в дороге нет.
Зато последствия заправки некачественным топливом вы точно почувствуете. Звук работы мотора и отклик машины на газ изменятся, станут грубее и жестче. Кроме того, вырастет расход топлива. Иногда может поменяться цвет и запах выхлопа. Когда за окном минус, машина может вообще не завестись.
Но это цветочки. Главное происходит внутри мотора. В современных дизельных двигателях с системой Common Rail или с насос-форсунками за один такт происходит до 5 впрысков топлива.
Также, поскольку топливо не сгорает полностью, образуется большое количество сажи, что резко сокращает срок службы моторного масла и приводит к дополнительному засорению катализатора и сажевого фильтра.
Самый лучший совет – не заправляться на сомнительных заправках. Но что делать, если выбора в дальней поездке нет и вы почувствовали, что двигатель работает жестко и хуже «тянет»? На этот случай есть специальный препарат – «Цетан-корректор» от американского бренда Hi-Gear. Его лучше всегда возить с собой. Он повышает цетановое число дизельного топлива, устраняет жесткое сгорание и избавляет от последствий заправки некачественным топливом.
Когда пробег вашего авто перевалит за 150 тысяч километров, выбирайте «Цетан-корректор с кондиционером металла SMT
Подытожив, дадим такой совет: собираетесь в путешествие или рабочую поездку на дизельном автомобиле, положите в багажник «Цетан-корректор» Hi-Gear.
Может быть, он и не пригодится на этот раз, но спокойствие в дороге важнее!
Как это работает: дизельный двигатель. Часть 1.
В самом первом выпуске рубрики «Как это работает», мы рассказывали про основные типы двигателей, их историю, обозначили преимущества и недостатки каждого типа, а так же в общем рассмотрели их принцип работы. Теперь самое время углубиться в нюансы работы одного из самых распространенных, но малопонятных — дизельных двигателей.
Опишем его работу в двух статьях. Итак, в первой части Вы вспомните основы работы дизеля и узнаете про разделенные и неразделенные камеры сгорания (непосредственный впрыск).
На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси.
В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте. В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях — непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.
Рабочий процесс в дизеле происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля (в последующем будет рассказано, как эти показатели снизили).
Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.
Особенности:
|
|
Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна
конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля
существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь
степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у
бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания.
Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда
поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение
рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система
зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи
зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева
воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
|
Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.
Типы камер сгорания:
Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа:
Раньше на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.
При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом.
Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.
Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.
Тем не менее, трудности были решены и система непосредственного впрыска открыла «второе дыхание» для дизельных двигателей. Подробности об этом будут в следующей части.
Дизельные двигатели против бензиновых двигателей или: Компрессионные двигатели против искровых двигателей
Дизельные двигатели против бензиновых двигателей, различия между ними многочисленны и значительны.
Самая большая разница между дизельными и бензиновыми двигателями заключается в процессе воспламенения топлива. Внутри соответствующих цилиндров бензиновые и дизельные двигатели воспламеняют топливо совершенно по-разному.
Дизельные двигатели, работающие от сжатия. Компрессионные двигатели воспламеняют топливо точно так же, как ударник воспламеняет порох. Компрессионные двигатели — двигатели, которые сжигают дизельное топливо и мазут — воспламеняют топливо, подвергая его воздействию чрезвычайно высоких температур, возникающих при сжатии газа. В случае двигателей с компрессионным двигателем воздух представляет собой сжатый газ, выделяющий тепло.
Бензиновые двигатели, напротив, работают с искровым зажиганием. Бензиновые двигатели с искровым зажиганием воспламеняют топливо, подвергая его воздействию искры. Двигатель с искровым зажиганием воспламеняет топливо так же, как турист зажигает костер пламенем. Зажигание искрой сродни поджиганию спички. Проще говоря, искровые двигатели подвергают топливо воздействию пламени, чтобы воспламенить его.
Компрессионные двигатели подвергают топливо воздействию тепла.
«Самое существенное отличие заключается в способе воспламенения топлива в камере сгорания. Либо двигатель предназначен для работы исключительно на природном газе, что требует от него, в отличие от дизеля, использования свечей зажигания для зажигания, либо он работает на двух видах топлива, сочетая природный газ с небольшим количеством дизельного топлива, которое сжимается в камера сгорания до тех пор, пока она не воспламенится, процесс, известный как прямой впрыск под высоким давлением или HPDI».
Бензиновые и дизельные двигатели Дальние родственники
Из-за различий в воспламенении топлива в двигателях с искровым и компрессионным двигателями дизельные и бензиновые двигатели различаются на фундаментальном уровне. Бензиновый двигатель имеет больше общего с двигателем, работающим на природном газе или пропане, чем с дизельным двигателем с компрессионным двигателем.
Бензиновые и дизельные двигатели не только работают по-разному, но также существуют различия в отношении эффективности использования топлива и выбросов.
Различия, наиболее важные для потребителей, заключаются в том, что дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера. Для всех, а не только для потребителей транспортных средств и водителей, важен тот факт, что дизельные двигатели меньше загрязняют окружающую среду и производят меньше токсичных выбросов, чем бензиновые двигатели. Как объясняет TheConversation.com: «Итак, хотя дизельное топливо содержит немного больше углерода (2,68 кг CO₂/литр), чем бензин (2,31 кг CO₂/литр), общие выбросы CO₂ дизельного автомобиля, как правило, ниже. При использовании это в среднем составляет около 200 г CO₂/км для бензина и 120 г CO₂/км для дизельного топлива».
Четырехтактные двигатели: искровые и компрессионные
Существует два основных типа двигателей внутреннего сгорания: искровые и компрессионные. Причем из двух типов подавляющее большинство — это четырехтактные двигатели. Несмотря на то, что существуют двухтактные двигатели, большинство из них имеют небольшие размеры и генерируют гораздо меньше энергии, чем четырехтактные.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые почти во всех легковых автомобилях, пикапах, грузовиках, полуприцепах и тяжелой технике, представляют собой четырехтактные двигатели.
Четырехтактный двигатель, цикл
Как следует из названия, четырехтактный двигатель внутреннего сгорания имеет четыре стадии цикла. Первая стадия – такт впуска. Второй этап – этап сжатия. Третья стадия — это сгорание и рабочий ход. И, последний этап — такт выпуска.
«Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который использует четыре отдельных хода поршня (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск) для завершения одного рабочего цикла. Поршень совершает два полных прохода в цилиндре за один рабочий цикл. Рабочий цикл требует двух оборотов (720°) коленчатого вала. Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом малогабаритного двигателя. Четырехтактный двигатель выполняет пять тактов за один рабочий цикл, включая такты впуска, сжатия, воспламенения, мощности и такта выпуска».
1) Такт впуска четырехтактного двигателя с искровым зажиганием
Во время такта впуска поршень опускается на дно цилиндра. Когда поршень опускается, внутри цилиндра создается вакуум. В традиционных двигателях с искровым зажиганием вакуум всасывал топливно-воздушную смесь из карбюратора в цилиндр. С другой стороны, современные двигатели с искровым зажиганием впрыскивают топливно-воздушную смесь в цилиндры.
После достижения нижней мертвой точки, в которой цилиндр заполняется топливно-воздушной смесью, поршень начинает второй такт цикла из четырех частей, первый ход вверх. Первый ход вверх — такт сжатия.
Такт впуска четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия
В четырехтактном двигателе с воспламенением от сжатия, как и в искровом двигателе, поршень опускается и создает пустоту в цилиндре. Что касается действия поршней, двигатели сжатия и двигатели с искровым зажиганием одинаковы во время такта впуска. Однако, в отличие от двигателя с искровым зажиганием, во время такта впуска цилиндр заполняет только воздух.
В двигателе с компрессионным двигателем топливно-воздушная смесь не всасывается и не впрыскивается в цилиндр во время такта впуска. В двигателе сжатия добавление топлива происходит в конце первого такта сжатия.
2) Такт сжатия четырехтактного двигателя с искровым зажиганием
Второй стадией как двигателей с искровым зажиганием, так и двигателей со сжатием является такт сжатия. Во время такта сжатия поршень толкается к верхней части цилиндра двигателя. Когда поршень движется к верхней части цилиндра, газ внутри цилиндра сжимается.
При сжатии газа — воздуха, паров воды, паров топлива и т. д. — выделяется тепло. Чем больше давление газа, тем больше тепла выделяется при сжатии. Но в искровом двигателе тепло, выделяемое при сжатии газа, не воспламеняет топливо. Вместо этого, как раз перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, свеча зажигания искрит.
Такт сжатия в двигателе, работающем от сжатия
В дизельном двигателе или двигателе, работающем на жидком топливе, такт сжатия воспламеняет топливо.
Когда поршень поднимается, воздух внутри цилиндра нагревается в результате сжатия. Как только тепла становится достаточно для воспламенения топлива, форсунки впрыскивают топливо в верхнюю часть головки цилиндров, и оно начинает гореть. Как и в искровом двигателе, расширение топлива при его сгорании внутри цилиндра толкает поршень вниз.
3) Такт сгорания, также известный как Рабочий ход искрового четырехтактного двигателя
Когда двигатель внутреннего сгорания зажигается, вопреки распространенному заблуждению, топливо внутри цилиндров не взрывается. Топливо внутри цилиндров двигателя внутреннего сгорания сгорает, хотя и очень быстро. И в идеале топливо сгорает равномерно. В такте сгорания двигателя внутреннего сгорания топливо воспламеняется в заранее определенном месте.
В искровом двигателе искра воспламеняет топливо, пламя распространяется, и топливо расширяется при воспламенении. Расширение горящего топлива толкает поршень вниз, и цилиндр наполняется по мере сгорания топлива.
Такт сгорания, также известный как Рабочий ход четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия
В двигателе с воспламенением от сжатия тепло, выделяемое при сжатии воздуха в цилиндре, нагревает внутреннюю часть цилиндра. «Такт сжатия начинается, когда поршень движется вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух. Давление повышается от 32 бар до 50 бар, а температура достигает 600 градусов по Цельсию. [Впрыск дизельного топлива или мазута] начинается где-то вблизи ВМТ такта сжатия, топливо распыляется в горячий воздух, воспламеняется и сгорает контролируемым образом за счет теплоты сжатия, что приводит к рабочему такту»
Как и в искровом двигателе, сгорание топлива в двигателе сжатия приводит к опусканию поршня. И цилиндр наполняется выхлопными газами.
4) Такт выпуска четырехтактных двигателей с искровым и компрессионным двигателями
Такт выпуска как в искровом, так и в компрессионном двигателе одинаков. Как только поршень достигает нижней мертвой точки и цилиндр заполняется выхлопными газами, поршень поднимается обратно вверх, вытесняя выбросы из выпускного коллектора.
После завершения такта выпуска четырехтактный цикл завершается, и процесс начинается снова.
Почему двигатели сжатия не могут работать на бензине
Бензин не подходит для питания двигателя сжатия. «Автомобильные инженеры потратили десятилетия, пытаясь создать [бензиновый компрессионный] двигатель, потому что дизель обеспечивает лучшую экономию топлива, чем бензиновые двигатели», — объясняет Wired.com. Бензин не имеет ни достаточной плотности энергии, ни достаточного сопротивления сжатию для работы двигателя с компрессией.
Проблема с тем фактом, что бензин не может питать двигатель с компрессией, заключается в том, что существует прямая зависимость между степенью сжатия и эффективностью использования топлива: «Автомобильные инженеры могут повысить эффективность использования топлива и экономию топлива, разрабатывая двигатели с высокой степенью сжатия. Чем выше коэффициент, тем сильнее сжат воздух в цилиндре. Когда воздух сжимается, получается более мощный взрыв воздушно-топливной смеси, и расходуется больше топлива».
По сравнению с дизельным топливом бензин является легким высоколетучим топливом. Максимальная степень сжатия бензина, которую может поддерживать до самовоспламенения, составляет от 8:1 до 10:1. Дизельные двигатели с компрессией имеют степень сжатия от 18:1 до 25:1. Во многих случаях степень сжатия даже выше.
Важность сопротивления сжатию для эффективности использования топлива
По той же причине, что бензин не может питать компрессионный двигатель, бензиновые двигатели менее экономичны, чем дизельные двигатели. Причиной является сопротивление сжатию. Сопротивление сжатию является одним из двух наиболее важных факторов эффективности использования топлива. Другое дело плотность энергии топлива.
Диапазон степени сжатия двигателя определяет его тепловой КПД. Тепловой КПД — это количество энергии, поступающей в двигатель, по сравнению с количеством этой энергии, которое двигатель преобразует в механическую работу. Это расход энергии против выхода энергии.
Увеличение степени сжатия двигателя увеличивает его тепловой КПД. Причина в том, что чем выше степень сжатия, тем больше тепла выделяется при сжатии газа. В случае двигателей внутреннего сгорания сжатый газ представляет собой воздух или воздушно-топливную смесь.
Дизель имеет потенциал для большей экономии топлива
Самым ограничивающим фактором в отношении экономии бензинового топлива является сам бензин. Так как бензин не особенно богат энергией, а бензин имеет низкое сопротивление сжатию, технологии мало что могут сделать для повышения эффективности использования топлива бензиновыми автомобилями. Дизель, с другой стороны, ограничен технологиями. Технология дизельных двигателей до сих пор не использует в полной мере высокий энергетический потенциал дизеля. Дизельные двигатели также не в полной мере используют тот факт, что дизель имеет очень высокое сопротивление сжатию.
И есть еще третье качество дизельного топлива, которое современным технологиям еще предстоит решить, — потенциал насыщения кислородом.
На сегодняшний день самая большая проблема с дизельным топливом заключается в том, что дизель настолько плотный и энергоемкий, что его трудно насыщать кислородом. Сгорание топлива – это окисление углеводородов. Углеводороды не будут окисляться, если они не насыщены кислородом. А плотность дизельного топлива затрудняет его насыщение кислородом.
Существуют средства повышения насыщения дизельного топлива кислородом и повышения эффективности использования топлива. Rentar Fuel Catalyst — это топливный катализатор для вторичного рынка, предназначенный для предварительного сгорания, который увеличивает потенциал оксигенации дизельного топлива.
Топливный катализатор Rentar
Из-за длины и размера углеводородов в дизельном топливе они связываются вместе в кластеры. Почему молекулы углеводородов собираются вместе, молекулы внутри кластеров не подвергаются воздействию кислорода. В результате углеводороды в середине топливного кластера либо остаются несгоревшими, либо частично сгорают.
Кластеры углеводородов являются результатом положительных и отрицательных зарядов, присущих молекулам. «Большинство видов топлива для двигателя внутреннего сгорания жидкие, топливо не сгорает, пока не испарится и не смешается с воздухом. Большая часть выбросов автотранспорта состоит из несгоревших углеводородов, угарного газа и оксидов азота. Как правило, топливо для двигателя внутреннего сгорания представляет собой соединение молекул. Каждая молекула состоит из нескольких атомов, состоящих из нескольких ядер и электронов, которые вращаются вокруг своего ядра. Магнитные движения уже существуют в их молекулах, и поэтому они уже имеют положительные и отрицательные электрические заряды».
Топливный катализатор Rentar нейтрализует молекулярные заряды, которые сближают молекулы углеводородов. Как только заряды, объединяющие углеводороды, нейтрализуются, молекулы углеводородов расходятся. Разделенные молекулы углеводородов имеют открытую площадь поверхности, необходимую для оксигенации.
Полевые и лабораторные испытания доказали, что Rentar снижает расход топлива на 3-8 процентов. Экономия топлива для внедорожников еще больше. А Rentar Fuel Catalyst снижает выбросы от 15 до 55 процентов, в зависимости от типа выбросов.
Одним из них является сжатие
топливно-воздушной смеси.
Огонь начинает гаснуть. Почему?
Они входят в цилиндр, но частицы топлива и кислород находятся далеко друг от друга.
Когда поршень поднимается в цилиндре, молекулы воздуха и
частицы топлива сближаются. Когда одна или две капли
воспламеняется от свечи зажигания, начинается цепная реакция.
поршень, препятствующий выходу газов. Некоторые поршни имеют два кольца,
другие три. Поршневые кольца изготовлены из очень твердой стали, которая скользит
вверх и вниз по стенкам цилиндра. При износе поршневых колец результат
потери при сжатии, что приводит к большим потерям мощности. Кольца
являются очень важной частью двигателя. Они же первые
быть повреждены при неправильной смазке.
танки.
Давление
настолько велико (16:1 или 234 psi), что температура становится высокой
достаточно для воспламенения топлива без свечи зажигания.
Попросите их продемонстрировать, как получить
поршень и кольца в цилиндре. Какую осторожность следует соблюдать?
Измерьте объем в каждой позиции.
Какова степень сжатия? Теперь нарисуйте поршень в цилиндре
который имеет высокую степень сжатия.
Как топливо попадает в двигатель, если
давление такое большое? У дизеля есть карбюратор?
Почему?