Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

О влиянии сажи на работу двигателя внутреннего сгорания

О влиянии сажи на работу двигателя внутреннего сгорания

Таким образом, современные требования к работе дизельных двигателей и их надежности ставят задачу измерения как концентрации сажи, так и ее дисперсности.

Установлено, что сажа в дизельном масле содержит от 80 до 95 мас.% углерода. Исследования с помощью электронного микроскопа частиц сажи, выделенных из дизельного масла, показали, что исходный (до агломерации) размер частиц составляет 30–50 нм. Содержание сажи в дизельных двигателях может доходить до 7%.

Вследствие малого размера частиц сажи в масле дизельное работавшее масло можно рассматривать как коллоидную систему. Коагуляция частиц сажи происходит под действием ван-дер-ваальсовых сил притяжения между частицами при достаточном их сближении. При высоких концентрациях сажи в моторном масле двигателю наносится огромный вред. Для создания адсорбционного слоя ограничивающего силы взаимного притяжения между частицами сажи в моторном масле используются моюще-диспергирующие присадки, молекулы которых состоят из короткой реакционноспособной группы атомов и длинной углеводородной цепочки.

Для того чтобы при сгорании дизельного топлива не образовывалась сажа, необходимо обеспечить такие условия и температуру в двигателе, чтобы сажа не образовывалась при сгорании топлива. Но при высокой температуре в камере сгорания окисляется азот, содержащийся в воздухе. Образовавшиеся окислы азота, взаимодействуя с водой, образуют азотную кислоту, выбрасываемую в атмосферу, которая наносит не меньший вред окружающей среде. Исследователи нашли, казалось бы, очень хорошее решение – окислы азота нейтрализовывать непосредственно в системе выхлопа автомобиля мочевиной, а сажу улавливать сажевыми фильтрами. Но при этом моторное масло стало насыщаться сажей. На рис. 1 и 2 показаны зависимость износа в узле трения «обойма – ролик» от содержания сажи в моторном масле при различных температурах. Установлено, что износ узла трения возрастает в 7 раз при подъеме температуры с 25 до 100° С в присутствии 5% сажи в моторном масле.

Рис. 1 Рис. 2

Учитывая актуальность проблемы с сажей, исследователями и инженерами выполнены различные тесты, включая реальные двигатели внутреннего сгорания, чтобы понять, при каком содержании частиц сажи увеличивается износ деталей, и что более важно – сами механизмы этого износа. Доминирующими механизмами износа были абразивное истирание и масляное голодание, которое происходит при очень высоких уровнях загрязнения сажей и может привести к отказу двигателя, так как узлы трения в конечном итоге окажутся без смазки. Установлено, что наиболее уязвимы клапанный механизм и турбина, ввиду тонкой масляной пленки и интенсивного движения в зоне контакта, так как масляная пленка тоньше, чем диаметр частиц сажи, содержащихся в масле. Компания Lubrizol (США) оценила влияние различных концентраций сажи на износ деталей. Исследования износа роликового толкателя двигателя показали, что увеличение содержания сажи незначительно влияет на интенсивность изнашивания, пока сохраняется высокая дисперсность частиц. Установлено, что интенсивность изнашивания толкателя в большей степени определяется дисперсностью сажи.

Установлено также, что в богатой топливом смеси при высоких нагрузках в условиях работающего двигателя резко возрастает содержание частиц сажи размером примерно 40 нм, которая попадает в моторное масло. Циркулирующие в масляной системе частицы сажи слипаются, образуя сгустки, увеличиваясь до 200 нм. Рециркулирующие отработавшие газы также способствуют увеличению размеров частиц сажи в масле. Установлено, что повышенное образование сажи вызвано следующими причинами: неполным сгоранием топлива из-за низкой компрессии и плохого распыла топлива из-за неисправных форсунок; высокого соотношения «топливо : воздух» из-за неправильной регулировки и закупорка воздушного фильтра; холодного воздуха зимой; перегрузки двигателя; длительной работы двигателя на холостом ходу и при малой нагрузке.

Выявлены проблемы, связанные с загрязнением моторного масла сажей, а именно: у дизельных двигателей с низким уровнем выбросов более высокое давление впрыска, поэтому они чувствительны к абразивному износу частицами сажи из-за трения между клапаном, валом и опорой оси, которое может привести к заклиниванию клапана. Новые устройства рециркуляции отработавших газов на дизельных двигателях увеличивают количество образования сажи и ее абразивность.

Из-за наличия моющих и диспергирующих присадок моторное масло загустевает быстро, что осложняет запуск двигателя в зимнее время, а узлы трения при этом испытывают масляное голодание. Кроме того:

– сажа и шлам в двигателях оседают и накапливаются в определенных зонах, которые являются зонами риска с точки зрения надежности двигателя, включая клапанные коробки, крышки клапанов, маслосборники и головки блока цилиндров;

– отложения на поверхностях двигателя снижают коэффициент полноты сгорания и экономию топлива и масла; сажа стирает защитные износоустойчивые масляные пленки в пограничных зонах, таких как зоны кулачкового упора и толкателя клапана;

– выброс сажи и шлама за кольцами поршней в бороздках может вызывать быстрый износ колец и стенок цилиндров, из-за чего могут быть сломаны или значительно повреждены кольца в условиях холодного запуска двигателя.

Особенно уязвимы сажей турбины двигателя с изменяемой геометрией, чувствительные к высоким температурам [2]. Несгоревшее топливо, сажа, прочие несгоревшие частицы, а также пары моторного масла при попадании в турбину откладываются на ее поверхностях, что негативно влияет на балансировку турбины, а также ухудшает аэродинамические параметры крыльчаток. На рис. 4 показаны детали тубины, покрытые сажей и нагаром. Проблемы усугубляются в дизельных двигателях, оснащеных сажевым фильтром. Когда забит сажевый фильтр, то это может увеличить давление выхлопных газов, поступающих в турбину. В результате вал турбины получает повышенную нагрузку, что в итоге может привести к повреждению турбины. Что касается забитого катализатора и, конечно, сажевого фильтра, то их действие сказывается не столько на механизме изменения «геометрии», сколько на самой турбине. Из-за затруднений со свободным выходом из турбины в выхлопную систему отработавшие газы оказывают давление на турбинное колесо, что ведет к появлению продольного люфта ротора турбины.

Читать еще:  Что такое двухконтурность турбореактивного двигателя

Рис. 3 Рис. 4

Необходимо отметить, что на турбину большое влияние оказывает стиль вождения, условия эксплуатации автомобиля, качество моторного масла и дизельного топлива. Например, если вы используете дизельный автомобиль преимущественно в городе, то сажевый фильтр может быстро выйти из строя из-за недостаточной температуры выхлопных газов. Также не рекомендуется эксплуатировать дизельные автомобили без нагрузки.

Рис. 5

В силу того что ротор турбокомпрессора вращается с частотой, в 30 раз превышающей скорость двигателя, и достигает 240 тыс. оборотов за одну минуту при температуре в 950° C, подшипники турбинного колеса испытывают на себе колоссальную нагрузку. Неравномерная подача моторного масла в турбину приводит к повреждениям подшипников, поэтому крайне важно следить за уровнем масла и состоянием масляных каналов, периодически проверяя их на наличие засоров. Чистые каналы и масло соответствующего качества – залог долгой службы турбины. На практике определить возникшие проб­лемы можно по изменению динамики, дыму в выхлопных газах или повышенному расходу масла и топлива. В настоящее время в исследовательских лабораториях для измерения концентрации частиц сажи используются термогравиметрический и инфракрасный анализ, метод осаждения, бумажная хроматография, фотонная корреляционная спектроскопия, электрические методы [3]. Присутствие сажи в масле в большой степени изменяет его электрические свойства (проводимость и ди­электрическую проницаемость). На этом принципе построен анализатор нефтепродуктов. Влияние содержания сажи на диэлектрическую проницаемость моторного масла показано на рис. 3. На рис. 5 приведена фотография анализатора нефтепродуктов, который определяет содержание сажи в моторном масле. С увеличением содержания сажи диэлектрическая проницаемость моторного масла увеличивается (рис. 3).

Загрязнение сажей моторного масла можно уменьшить, устранив причины ее поступления, связанные с неполнотой сгорания топлива, прорывом отработавших газов в картер. Если сажа попала в моторное масло, то удалить ее невозможно. Из зарубежной печати известно, что сажу удаляют использованием перепускных фильтров малого расхода и центрифуг-сепараторов.

Литература

1. Фитч Дж., Тройер Д. Анализ масел. Основы и применение. СПб.: ООО «ИПК БИОНТ», 2015. 166 с.

3. Нигматуллин В. Р., Ниг­матул­лин И. Р. Диагностика ДВС по анализу моторного масла. УФА: Уфимский полиграфкомбинат, 2011. 300 с.

Виль Нигматуллин, заведующий кафедрой УГНТУ, канд. техн. наук, доцент

Чем плох дизельный двигатель?

Ни для кого не секрет, что на территории СНГ транспортные средства с дизельным двигателем зачастую ассоциируются с тяжелыми грузовиками, спецтехникой, автобусами и коммерческими автомобилями. Что касается легковых авто, дизель на таких машинах скорее редкость, чем норма.

При этом общемировые тенденции демонстрируют неуклонно растущую популярность данного типа ДВС. Более того, в развитых странах наблюдается активное вытеснение привычных бензиновых моторовдизельными аналогами.

Вполне очевидно, что для этого есть достаточно весомые основания, которые склоняют расчетливых иностранцев к покупке именно дизельной машины.

Чем плох дизельный двигатель?

Казалось бы, современный дизель не только не уступает бензиновому, но и превосходит его по целому ряду важных показателей. Однако на практике дизельный ДВС также имеет несколько существенных недостатков. По этой причине, особенно на территории СНГ , многие водители все равно выбирают бензиновые авто. Давайте разбираться.

  • Прежде всего, необходимо начать со стоимости. Дизельный автомобиль, в среднем, изначально стоит на 25-35% дороже аналогов на бензине (в зависимости от типа и класса авто).

Также стоит понимать, что при продаже дизельного авто б/у старше 5-7 лет цена на вторичном рынке значительно падает. Другими словами, продать подержанный дизель через несколько лет на те же 25-30% дороже по сравнению с аналогичной моделью на бензине достаточно сложно.

  • Даже с учетом того, что дизельные ДВС стали более оборотистыми, машины с таким мотором все равно менее скоростные. Еще нужно добавить, что дизельный мотор тяжелее бензинового, что влияет на развесовку авто, его динамические характеристики и управляемость.

На дизелях с «механикой» нужно чаще переключать передачи. Если же на дизельном авто установлена автоматическая или роботизированная КПП, ресурс коробки может быть меньше, чем на точно такой же бензиновой модели. Причина — КПП необходимо выдерживать значительный крутящий момент.

  • Дизельный двигатель медленнее прогревается. Причиной является то, что КПД дизеля выше, то есть меньшее количество энергии от сгорания дизтоплива расходуется на тепло. В результате мотор более производительный, но меньшее тепловыделение также означает, что такой агрегат одновременно «холодный».

На практике это проявляется таким образом, что греть дизель на холостом ходу бесполезно. Этот мотор нужно прогревать в движении, то есть под нагрузкой. Получается, если машина с таким ДВС эксплуатируется для коротких поездок по городу, мотор попросту не будет успевать выйти на рабочие температуры. В результате ресурс агрегата сокращается.

Что касается комфорта, многие владельцы дизельных авто без специального дополнительного подогрева салона отмечают медленный прогрев внутрисалонного пространства в зимний период.

  • Проблема холодного пуска и затрудненной эксплуатации в зимний период в значительной мере касается именно дизельных моторов. Прежде всего, солярка имеет свойство замерзать и парафинизироваться на морозе. Чтобы этого не происходило, с наступлением холодов в горючее отдельно добавляются специальные присадки. Другими словами, дизельное топливо делится на зимнее и летнее.

Владельцу нужно обязательно учитывать эту особенность и заливать солярку, подходящую по сезону. С учетом того, что качество горючего на АЗС в СНГ не самое высокое, риски очевидны. Также в регионах, где температура значительно понижается, дизельный автомобиль должен быть оборудован отдельными системами предпускового подогрева. Добавим, что владельцам дизельных машин необходимо следить за состоянием и регулярно менять свечи накаливания, которые прогревают камеру сгорания перед запуском ДВС.

  • Дизельный двигатель дороже обслуживать и ремонтировать. Такие моторы обычно требуют больше масла, необходимо чаще менять смазку и фильтры. Как правило, с учетом качества топлива в СНГ и ряда других особенностей эксплуатации, межсервисный интервал для дизеля сокращен на 40-50%.
Читать еще:  Что обозначает мощность двигателя

Даже с учетом того, что дизельный мотор имеет больший срок службы до капремонта, сам ремонт обходится намного дороже по сравнению с бензиновыми агрегатами.

  • Все современные дизели турбированные, а также оснащаются сложными высокотехнологичными системами топливного впрыска. По этой причине к качеству смазки и топлива, а также к общему состоянию ДВС выдвигаются повышенные требования. Важно понимать, что дорогостоящую дизельную топливную аппаратуру можно «убить» одной заправкой горючим низкого качества или неподходящим видом топлива.

avtoexperts.ru

Еще совсем недавно дизельные двигатели были прерогативой грузовиков, тяжелых внедорожников и коммерческого транспорта, но совсем с недавнего времени, старушку Европу начали покорять и маленькие турбомоторчики, устанавливаемые на компактные легковые автомобили. Оно и верно, за счет более высокого КПД дизельного мотора с меньшего объема можно снять большее количество крутящего момента и при этом еще сэкономить на топливе и порадовать экологов.

Дизельные моторы все больше и больше отвоевывают долю на рынке, тем не менее, несмотря на все плюсы, потребители относятся к дизелю с большим недоверием, по-прежнему отдавая предпочтение проверенным бензиновым моторам. Почему же? Давайте разбираться!

1. Первый и самый очевидный минус дизельного двигателя кроется не в самом двигателе, а в топливе, на котором он работает. Все дело в том, что дизельное топливо имеет очень низкий порог по замерзанию, и уже в -30С превращается в желе, а арктическое ДТ привозят далеко не в каждый регион. Вязкую массу, очень трудно прокачать топливному насосу по системе, ввиду чего завести мотор в мороз становится очень сложно. К тому же плунжерные пары в ТНВД (топливный насос высокого давления) смазывается топливом, и снижение текучести вызывает сухое трение подвижных пар. Эта проблема на некоторых внедорожниках уже штатно решена подогревом топливных магистралей и топливного фильтра.

В дополнение к этому на дизельные автомобили устанавливают предпусковые жидкостные подогреватели, чтобы исключить холодные запуски двигателя, и так же для удаления из топлива воды и твердых частиц устанавливают специальные устройства – сепараторы, так как плохое дизельное топливо может угробить ТНВД и форсунки, а замена или ремонт этих деталей может сильно пошатнуть финансовое благополучие владельца.

Если бензиновый мотор плохим топливом убить на самом деле достаточно сложно, то на дизеле будет достаточно одной заправки некачественным топливом, чтобы привести в негодность топливную аппаратуру. Помимо плохого топлива, стоит учесть то, что на территории РФ даже хорошее дизельное топливо на сетевых федеральных автозаправочных станциях содержит большое количество серы и механических примесей, что дополнительно понижает ресурс топливной системы. Чтобы исключить возможные проблемы по топливу, рекомендуют производить периодически промывку топливного бака.

2. В продолжении темы эксплуатационных недостатков, стоит упомянуть о долгом прогреве до рабочей температуры, и как следствие долго прогревающиеся салоны автомобилей, так как в радиатор печки долгое время поступает холодный антифриз . На современных дизельных автомобилях эту проблему частично решили установкой дополнительных электрических подогревателей тип «Фен», когда воздух нагревается мощным электротеном, и уже нагретый воздух по средствам вентилятора по воздуховодам идет в салон авто.

3. На версиях моторов с турбинами следует не забывать о том, что она имеет жидкостное охлаждение (масленое) и нагреваемая выхлопными газами до придельных температур, после того как двигатель глушится, подача масла прекращается, и турбина начинает остывать без охлаждения, ввиду чего в ее корпусе могут появиться трещины. Для избежания этого, на автомобили устанавливаются турбо таймеры. Это устройства, которые после выключения двигателя, какое-то время его не глушат, до остывания турбокомпрессора.

4. Дизельные моторы очень чувствительны к качеству масла. Следует выбирать масло не только по вязкости, но и по температуре вспышки, а лучше не выдумывать велосипед, и лить то, что рекомендует завод изготовитель.

Так как у нас в стране дизельное топливо имеет высокую концентрацию серы, что приводит к его более скорому окислению, ввиду чего масло теряет смазывающие свойства, что может вызывать задиры на стенках цилиндров и повышенный износ шеек валов и вкладышей. Капитальный ремонт современного дизельного мотора процедура недешевая, к тому же многие из них не имеют ремонтных размеров и приходится прибегать в русской смекалке. Такой ремонт не всегда может вернуть мотору заводские характеристики и просто продлевает на какое-то время ему жизнь. Чтобы всего этого избежать, рекомендуют вне зависимости от того, что рекомендует дилер и производитель авто, производить замену масла в моторе с интервалом раз в 5-7 тысяч километров.

В остальном дизельный мотор не особо отличается от бензинового. При покупке дизельного автомобиля в попытке сэкономить, следует четко понимать то, что стоимость технического обслуживания и расходных материалов выше, чем для бензинового мотора, да и чтобы все с мотором было хорошо, ТО следует производить вдвое чаще, чем на бензине. Да и стоимость дизельного топлива сейчас в плотную подобралась к бензину АИ-95, так что экономия пару литров топлива, имеет два конца и в итоге придется отдать куда больше на обслуживание дизельного ДВС и топливной аппаратуры и в случае ремонта придется дополнительно выложить кругленькую сумму.

Читать еще:  Двигатель 4пф112мвт ухл4 характеристики

Единственное, на чем можно реально сэкономить, так это на транспортном налоге, так как имея сопоставимые динамические характеристики бензиновый и дизельный моторы, дизель будет иметь меньше лошадиных сил, и больше крутящего момента, а как сказал Генри Форд: «Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки».

У дизельного мотора есть свой ряд преимуществ и недостатков, и если брать машину с дизельным мотором новую, и самому заниматься ее обслуживанием, делать все то, что продлевает мотору жизнь, то эксплуатация такого автомобиля будет приносить только положительные эмоции.

Пять мифов о проблемах дизельных двигателей

Правда и то, что многие отечественные водители по старой памяти относятся к дизельным автомобилям с предубеждением, считая их проблемными. В свою очередь реальные владельцы хвалят дизели за больший крутящий момент на низких оборотах, меньший расход топлива, а также возможность проехать большее расстояние на одном баке в сравнении с бензиновыми аналогами. Давайте разберемся, какие из представлений населения о дизелях являются абсолютными мифами.

С одной стороны, не секрет, что проводить техобслуживание — и прежде всего менять фильтры и масло на транспорте с дизелями — приходится чаще, чем на бензиновых машинах.

К тому же объем масла для заливки в дизельные агрегаты, как правило, больше, чему у бензиновых машин, а «расходники» (фильтры и свечи) дороже, топливный фильтр к тому же требует частой замены.

Эти нюансы несколько увеличивают расходы автовладельцев дизельного транспорта на ТО. Однако нужно понимать, что дизельный мотор потребляет в среднем на 20% меньше топлива, чем бензиновый. Соответственно общие затраты (скажем, по итогам года) будут у дизельных машин либо сопоставимы с таковыми у бензинового транспорта, либо лишь незначительно превышать их.

Действительно, в целом дизельные силовые агрегаты требовательнее бензиновых к качеству топлива.

При этом в большинстве случаев виновником низкого качества солярки является не производитель, а продавец, нарушивший правила транспортировки или хранения. Однако фактически на сетевых АЗС нарваться на некачественное дизтопливо в наши дни малореально.

Проблемой для владельцев может стать заливка в дизельный агрегат летней солярки вместо зимней.

Ведь, как известно, на летнем топливе при температуре 15˚С дизтопливо начинает густеть и автомобиль в мороз попросту не заведется. Это обстоятельство нужно учитывать не только при поиске «правильных» (проверенных сетевых) АЗС, но и после возобновления поездок после длительного перерыва (например, вы поставили машину на прикол ранней осенью, а сели за руль зимой). В целом же для беспроблемного зимнего пуска дизельной машины достаточно, чтобы солярка была без механических примесей и воды.

Утверждение о том, что дизельный двигатель сложнее завести, чем бензиновый при минусовых температурах, верно лишь отчасти. Из-за особенностей конструкции (высокой степени сжатия в поршневой части и более прочных и массивных деталей, необходимых для эффективной прокрутки коленвала стартером) нужно предъявить повышенное внимание состоянию аккумуляторной батареи и свечам накаливания. Желательно, чтобы и то и другое было «свежим».

Кроме того, чтобы быть уверенным в беспроблемном пуске мотора в серьезный минус (ниже минус 35˚С) «дизелеводам» стоит озаботиться либо доустановкой предпускового подогревателя, либо настройкой автозапуска в тех моделях, где это допускается конструкцией.

Понятно, что последние меры несколько увеличат общий расход топлива, зато вы обезопасите себя от того, чтобы не заведетесь в суровый минус. Соответственно, при правильной эксплуатации и продуманной подготовке к зиме проблем с запуском дизельных двигателей не возникает. Ну и, разумеется, нужно помнить о том, что в межсезонье, когда на АЗС возможна пересортица (замена летней солярки на зимнюю), не будет лишним уточнить, какой сорт дизтоплива вам предлагают.

Ввиду особенностей конструкции и алгоритма работы шум от дизельного двигателя на холостых оборотах действительно выше в сравнении с бензиновыми аналогами.

Правда и то, что двигатели на солярке, как правило, отличаются более высокой в сравнению с бензиновыми моторами вибронагруженностью.

Однако эти моменты на 100% верны лишь в отношении не самых современных силовых агрегатов. Чем дизельная машина новее и дороже, тем в большей степени она оснащена виброшумоизолирующей защитой, а также такими ноу-хау, как, к примеру, аккумуляторные топливные системы высокого давления («Common-rail»), снижающих шум прежде всего за счет разделения одного импульса впрыска на несколько.

Все зависит от конкретной марки и года выпуска автомобиля. Принципиально, что поскольку дизель потребляет меньше горючего, соответственно он выбрасывает в атмосферу меньше двуокиси углерода, чем бензиновый двигатель такой же мощности.

Новейшие дизели оборудуются специальными фильтрами, задерживающими до 99% мельчайших частиц, поэтому если вы радеете о защите экологии, смотрите в сторону современных продвинутых моделей.

И мы здесь, разумеется, не рассматриваем проблему маргиналов, которые в гаражах или «серых» сервисах вырезают из топливной схемы дизельных автомобилей нейтрализаторы и удаляют сажевые фильтры. При таком раскладе вред природе дизельного выхлопа действительно возрастает многократно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector