Что надо знать о дизельном двигателе

Двигатель в прогрессе: для чего делают новые российские дизели

Кому нужны дизели

По данным аналитического агентства «Автостат», каждый десятый автомобиль в Москве ездит на дизельном двигателе. Но в некоторых регионах доля еще выше — например, на Чукотке она составляет 26,1% от всего регионального парка.

Автомобилистов привлекает в первую очередь экономичность в использовании топлива. Дизельные двигатели имеют КПД около 40–45%. Это ощутимо больше, чем в бензиновых, где показатель не превышает 30%, то есть две трети топлива сгорает, не превращаясь в механическую энергию.

Однако легковой автопром — далеко не главный потребитель дизельных двигателей. Их используют для тяжелой грузовой и промышленной техники, железнодорожных локомотивов, судов. Кроме того, дизельные агрегаты применяют в энергетике — например, на атомных станциях устанавливают резервные дизель-генераторы.

Дизели — это поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь смесь топлива и воздуха подвергается сильному сжатию, в результате разогревается и воспламеняется. Механизм отличается от бензиновых двигателей, где сжатая смесь топлива и воздуха поджигается электрической искрой.

Первым новый агрегат построил и описал немецкий инженер Рудольф Дизель в конце 1890-х годов. Уже тогда изобретение превосходило по КПД существующие двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и паровые турбины.

Разработкой заинтересовалась промышленность и энергетика, и спустя почти полтора века дизели по-прежнему пользуются спросом в этих отраслях. Помимо КПД, такие двигатели отличаются от бензиновых долговечностью и большим крутящим моментом, который тесно связан с показателями мощности.

Общий объем глобального рынка дизелей в 2020 году достиг $207 млрд, подсчитали в компании IMARC Group. Аналитики прогнозируют, что в ближайшие пять лет показатель вырастет почти до $265 млрд. По их словам, ситуацию определяет растущий спрос на коммерческие автомобили и машины большой грузоподъемности. Вдобавок рост автопрома и быстрая урбанизация, особенно в развивающихся странах, стимулируют создание эффективной энергетической инфраструктуры, а для этого тоже нужны дизель-генераторы.

В РФ есть устойчивый спрос на дизели, и он увеличивается с каждым годом. Причем, как отмечают эксперты, спрос растет как за счет развития промышленности и экономики, так и на фоне западных санкций, которые ограничивают поставки в Россию зарубежного оборудования.

Что случилось с рынком

Собственное двигателестроение было хорошо развито в СССР, но имело особенности, которые до сих пор влияют на состояние рынка. На создание и развитие отрасли были направлены серьезные ресурсы. Но планово-директивный тип ведения хозяйства привел к полному отсутствию внутренней конкуренции и безусловному «закреплению» видов и семейств двигателей внутреннего сгорания за производителями. По сути, каждый вид или семейство «принадлежали» одному предприятию и были для потребителей безальтернативны. Например, Челябинский тракторный и Алтайский моторный заводы делали дизели для тракторов, а завод «Звезда» — судовые.

Ситуация обострилась с переходом страны на рыночную экономику: большинство российских предприятий не смогли расширить портфолио и освоить новые для себя виды продукции. В итоге сегодня отечественные поставщики практически не конкурируют между собой. Зато конкуренция с иностранными производителями очень сильна, объясняет Денис Тарло, замгендиректора «ТМХ Энергетические решения». Эту компанию в прошлом году создал один из крупнейших участников рынка дизелей — «Трансмашхолдинг». В ней объединены компетенции по разработке и производству комплексных решений в области энергетики, прежде всего, транспортной.

В России пока выпускаются не все виды двигателей, которые нужны рынку. Но просто импортировать их — не лучшая идея, уверен директор Ассоциации развития поршневого двигателестроения России, профессор кафедры Э-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана Дмитрий Онищенко. Причем дело не только в санкциях, но и в экономике проектов.

В качестве примера он приводит легкий коммерческий транспорт. Сейчас на «Газели» ставят либо старые и немного модернизированные бензиновые моторы, спроектированные 60 лет назад, либо китайские агрегаты.

«С одной стороны, в этом ничего страшного нет. Но с другой, если посмотреть на структуру стоимости автомобиля, то примерно 30–40% приходится на энергетическую установку. То есть, устанавливая иностранный двигатель, мы большую часть добавленной стоимости, которая получается в результате продажи автомобиля, отдаем за рубеж», — подчеркивает Онищенко.

Как возрождают разработку и производство

Новые конструкции двигателей в России почти не создавались вплоть до 2010-х годов. Но при поддержке государства процесс постепенно возобновили, а для крупных отраслевых предприятий дизели стали одним из приоритетов. К примеру, общий объем инвестпрограммы с 2018 года по 2022 год составляет около ₽12 млрд. Эти деньги пошли в том числе на создание производств по выпуску топливной аппаратуры и эталонной линии сборки дизелей, участков для испытания двигателей.

По словам представителей ТМХ, основная задача сегодня — создать продукты, не уступающие иностранным, в тех целевых нишах, где традиционно присутствовали советские заводы. «Такой подход позволяет получить современную технику, удовлетворяющую требованиям потребителей, с минимальной или полностью отсутствующей зависимостью от заграницы, а также восполнить появившиеся в 1990-е пробелы в инженерной и производственной школах», — отмечает Денис Тарло.

Конечно, сейчас уже никто не собирается выпускать ту же продукцию, что советские предприятия. Речь идет о создании новых видов и семейств дизелей. Это двигатели внутреннего сгорания на различных видах топлива, силовые установки на водороде и агрегаты, в основе которых лежат электрохимические генераторы и системы накопления энергии. Они предназначены для тепловозов и судов, малой и атомной энергетики, нефтегазовой промышленности.

Часть новых двигателей рассчитана на газ. Он позволяет снизить объем вредных выбросов и повысить экологичность транспорта и производств. В ТМХ, в частности, уже создали новый двигатель-генератор 9ГМГ для маневровых локомотивов, которые используются на ж/д станциях и подъездных путях. Потенциально его можно применять не только на железной дороге, но и на электростанциях.

«Дизельные двигатели на газе использовались уже в начале прошлого века, никаких технических препятствий для этого нет», — уверен основатель компании «Болотин и партнеры «Индустриальный консалтинг» Михаил Болотин. Однако переход на газовое топливо будет не быстрым, прогнозирует он.

Откуда берутся кадры

Современный дизель — это намного более сложный и инновационный продукт по сравнению с теми моделями, которые считались продвинутыми 20 лет назад, говорит Онищенко из МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Чтобы создать его, необходимо привлечь огромное количество не только инженеров-конструкторов, но и специалистов в различных научных областях — по газовой и термодинамике, теплообмену, материаловедению. А для этого нужны большие ресурсы», — считает эксперт.

Дело осложняет тот факт, что наработки советской школы оказались частично утрачены, указывает Михаил Болотин. «Практически все отраслевые институты, которые занимались фундаментальными исследованиями, уже не существуют, многие превратились в офисные центры», — напоминает он.

По мнению Онищенко, отрасль действительно понесла кадровые потери, но нельзя сказать, что прошлые достижения совсем обнулены. «Мы общаемся с зарубежными коллегами из ведущих университетов мира, и могу сказать, что наша научно-инженерная школа точно не хуже, чем западные», — подчеркивает профессор «Бауманки».

В ТМХ профильные кадры, которые преимущественно готовит базовая кафедра «Двигатели внутреннего сгорания» Московского Политехнического университета, работают в Инжиниринговом центре двигателестроения, который создан на базе конструкторских подразделений компании. Именно здесь проектируют и испытывают новые продукты, в том числе двигатели на новых видах топлива.

Центр уже разработал несколько агрегатов для энергетического комплекса и новых модификаций дизель-генераторов для тепловозов. Сейчас инженеры занимаются созданием нового продукта — 16-цилиндрового двигателя мощностью 3,5 тыс. кВт. Он предназначен для перспективной разработки ТМХ — мощного локомотива 2ТЭ30. На базе этого двигателя в холдинге планируют создать газодизельный агрегат — он будет готов к концу 2022 года.

Что будет с отраслью дальше

Будущее отрасли эксперты связывают с развитием альтернативных источников энергии. Этот тренд опирается на все возрастающие требования к экологичности транспорта и производств.

«Уже сегодня широко распространены двигатели, работающие на газовом топливе, и двухтопливные двигатели. Особенно такие агрегаты востребованы в сфере малой энергетики», — говорит замгендиректора «ТМХ Энергетические решения» Денис Тарло. Он также подчеркивает, что для стационарных объектов использование газа даже выгоднее, чем на транспорте, поскольку ниже затраты на оборудование для подготовки и подачи газа и инфраструктуру для обеспечения топливом.

В дальнейшем компания планирует запустить производство поездов на водородных топливных элементах. Предполагается, что такой подвижной состав будут использовать для пассажирских ж/д перевозок на Сахалине. Потенциально на водород можно перевести и маневровые локомотивы — например, для работы в черте городов или на промышленных предприятиях.

Одновременно в ТМХ задумались и об установках на биодизельном топливе, которые позволяют обеспечить нулевой углеродный след.

«Перспективы развития связаны с переходом на экологически чистое синтетическое топливо, которое может быть получено из природного сырья — газа, нефти, торфа, продуктов жизнедеятельности или просто мусора. Москва генерирует 18 млн т отходов в год, и в них около 80% приходится на углеводороды. Если заправить этот мусор определенными бактериями, они сгенерируют грязный метан, который можно использовать для синтеза чистого топлива», — рассказывает Дмитрий Онищенко.

В то же время он уверен, что обычные дизели тоже не уйдут из-под капотов автомобилей и с предприятий. «Несмотря на все новые тренды, дизельные двигатели будут иметь свою нишу, — согласен Михаил Болотин. — Они обладают важным преимуществом — это большой крутящий момент. Для многих силовых установок это является основным критерием».

Как правильно эксплуатировать двигатель

Сегодня мы затронем очень актуальную тему: правильная эксплуатация двигателя.

Ведь ни для кого не секрет, что один из самых дорогостоящих ремонтов в автомобиле считается ремонт двигателя.

И от того на сколько правильно к его эксплуатации подходит владелец транспортного средства будет зависеть насколько часто его кошелек будет избавляться от денежных знаков.

Сравнение двигателя в автомобиле с сердцем у человека — это вовсе не преувеличение. Именно двигатель берет на себя главные функции и создает тяговое усилие транспортного средства.

Неисправности и сбои в работе силового узла неизбежно приводят к более серьезным проблемам, а иногда и полному обездвиживанию авто.

Так как же правильно эксплуатировать двигатель? Каким моментам уделить внимание? Давайте разберемся.

Общие рекомендации

Надежность и ресурс двигателя зависит от множества факторов, а именно от условий эксплуатации, качества моторного масла и топливной смеси, очистки воздуха и так далее. При этом рецепта «бессмертия» мотора не существует. Есть только рекомендации, позволяющие существенно продлить его ресурс.

Итак, при эксплуатации двигателя следуйте таким советам.

Масла

Заливайте в силовой узел только качественное масло, следите за его уровнем и своевременно производите замену.

У каждого производителя есть свои рекомендации, но в среднем меняйте масло каждые 7-8 тысяч километров, в крайнем случае 10 000.

При выборе смазывающего состава обращайте внимание на его тип и индекс вязкости по SAE.

К примеру, хороший вариант — синтетическое или полусинтетическое масло 10W40.

Не забывайте обращать внимание на назначение масла. Если его можно лить только в дизельный мотор, то на этикетке будет красоваться слово «diesel».

Топливо

Помните о низком качестве бензина (солярки) на заправках и своевременно меняйте топливный фильтр, не забывайте про адсорбер.

Время от времени сливайте накопившийся отстой. Если этого не сделать, то проблемы будет испытывать вся топливная система по причине высокого гидравлического сопротивления.

Идеальный вариант — хотя бы дважды в год снимать емкость для топлива и хорошенько ее чистить.

Ремень ГРМ

Время от времени осматривайте состояние ремня ГРМ и своевременно производите его замену так как при его обрыве может погнуть клапана.

Даже если ремень работает, «как часы», безжалостно меняйте его через 60 тысяч километров.

В противном случае вы рискуете своим двигателем и еще большими затратами.

Запчасти

Покупайте только качественные запчасти. Не экономьте на своем авто и старайтесь ставить только оригинальные детали.

Во-первых, это повышает ресурс двигателя, а во-вторых, освобождает от дополнительных расходов в будущем, ведь некачественный узел может «потянуть» за собой другие детали или же сам выйдет из строя раньше времени.

Прогрев автомобиля

Старайтесь все-таки прогревать автомобиль зимой (хотя бы 1-2 минуты). Как только звук мотора становится более-менее ровным, можно отправляться в путь.

Мы настоятельно рекомендуем установить на автомобиль подогреватель тосола.

Кроме этого, не допускайте повышения оборотов выше четырех тысяч. Такая нагрузка негативно сказывается на двигателе и снижает его ресурс.

Как ездить

Объезжайте лужи, если есть такая возможность, или проезжайте их на минимальной скорости. Если «залететь» в воду, то есть высокий риск гидроудара.

Да и для ходовой такой стиль езды будет очень вреден, ведь вы не знаете какая глубина этой лужи поэтому появляется большая вероятность вообще остаться без колес.

Будьте внимательны

Проявляйте к двигателю максимальное внимание. Перед тем как заводить мотор, всегда проверьте уровни масла и охлаждающей жидкости. При этом никогда не доливайте холодную ОЖ в раскаленную систему.

Учтите, что разница температур должна быть не больше 15 градусов Цельсия. Особое внимание уделяйте герметичности всех систем.

Отдельно выделим рекомендации для инжекторного двигателя.

1. При пуске автомобиля с инжектором не нажимайте на педаль газа. Здесь подкачка топлива производится автоматически.
2. Чтобы просушить свечи, достаточно открыть заслонку дросселя и прокрутить коленвал.
3. Не допускайте полного опустошения бензобака, в противном случае инжектор может выйти из строя.
4. Следите за состоянием и уровнем заряда АКБ. Низкое напряжение может стать причиной поломки дорогостоящей системы.

Секреты эксплуатации дизельного мотора

Приведенные выше советы в равной степени можно отнести как к бензиновым, так и дизельным моторам. Но некоторые особенности все-таки имеются.

К примеру, дизельные автомобили требуют большего внимания от автолюбителей (особенно в зимний период).

При эксплуатации «дизеля» зимой учтите несколько простых советов.

Опасность заводки с буксира

Не заводите автомобиль с буксира, ведь это может стать причиной поломки двигателя.

К примеру, если в баке залита летняя солярка, а на улице минусовая температура, то запуск мотора вряд ли будет успешен.

Дизельное топливо уже при пяти градусах мороза превращается в кристаллы, а само топливо теряет свое главное свойство — текучесть.

В дизельных двигателях роль смазки выполняет топливо, а если полноценной смазки нет, то узлы работают на «сухую». Итог — серьезные поломки.

Аккумуляторы

Обратите внимание на источник питания. Дизельные моторы из-за большей степени сжатия нуждаются в мощном аккумуляторе. Вот почему для дизелей рекомендуются АКБ с пусковым током не менее 320 А.

Кроме этого, источник питания, прослуживший больше 3-х лет лучше заменить. При этом выкидывать его также не стоит — отдайте (продайте) АКБ владельцу машины с бензиновым мотором.

Особое внимание уделяйте состоянию клемм на стартере и аккумуляторе — их необходимо зачищать.

При снижении температуры емкость АКБ уменьшается, поэтому дополнительное сопротивление только ухудшит положение.

Идеальный вариант — смазать клеммы специальным пластичным составом, который защитит металл от появления налета и соли на зимних дорогах.

Следите за выхлопом

Если летом при работе дизельного мотора был заметен явный дымок, то проверьте угол опережения на впрыск топлива.

При отсутствии навыков регулировки лучше не рисковать и обратиться к профессионалам.

Или узнайте, что делать если появился дым из выхлопной трубы.

Снимайте лишнее

Специальную сетку с заборника (она установлена в топливном баке) лучше убрать. Практика показала, что именно эта сетка — главная причина появления пробок и проблем с пуском мотора.

Вот эта сетка перестала полностью пропускать топливо.

Правильно выбирайте масло

Автомобили с пробегом более 100 тысяч километров часто «болеют» снижением компрессии.

Причина — чрезмерный износ гильзы цилиндров и поршневых колец. Вот почему при снижении температуры ниже 25 градусов Цельсия лучше отдавать предпочтение маслу со сниженной степенью вязкости.

Проверяйте свечи накаливания

Для дизельного мотора сложности начинаются уже с 5 градусов тепла и ниже. До этого мотор еще можно завести без работающих свечей накаливания.

При большем похолодании уже одной неисправной свечи достаточно для неуспешного пуска.

Чтобы избежать проблем в холода, проводите диагностику свечей накаливания еще до зимы. Если это необходимо, производите замену.

Секреты эксплуатации двигателя с турбиной

Наличие турбины — это не только резвость и превосходная динамика двигателя, но и большая ответственность для владельца авто.

Машины с турбиной требуют особой заботы от автолюбителя.

К примеру, есть более жесткие требования к качеству масла. Правильный выбор смазывающего состава позволяет повысить моторесурс, как минимум, вдвое.

Еще один важный момент — своевременная проверка и замена фильтров (масляного и воздушного).

Не ждите, пока откатаете километраж, рекомендованный производителем — меняйте узлы немного раньше.

Но и это еще не все.

Чтобы продлить жизнь турбированного мотора, соблюдайте следующие рекомендации:

• после запуска двигателя дайте ему прогреться в течение минуты. Конечно, рабочее давление в системе достигается уже через 2-3 секунды, а вот на разгон движущихся элементов турбины необходимо большее время. Если сразу давать газ мотору, который только завелся, то уже через несколько лет, а то и месяцев можно попрощаться с турбокомпрессором. Причина в том, что узел попросту не успевает смазаться и вращается «на сухую»;
• отъездив на машине в активном режиме, старайтесь не глушить мотор сразу после остановки. Дайте ему поработать какое-то время (3-5 минут). Это позволяет свести к минимуму резкие перепады температур в двигателе и исключить разрушительные переходные процессы;
• не держите турбированный мотор на холостых оборотах больше 20 минут. В таком режиме есть риск появления течи масла в местах соединения турбины;
• следите за качеством масла и своевременно производите его замену;
• старайтесь не форсировать обороты до тех пор, пока температура двигателя не достигнет отметки в 50 градусов Цельсия. Данное требование обязательно соблюдать в условиях минусовых температур.

Не выполнение этих рекомендаций приведет к быстрому выходу из строя турбины и ремонту или даже к полной ее замене.

Вывод

Каким бы ни был двигатель, он требует ухода и заботы от своего владельца.

Ответственный подход в вопросе эксплуатации, своевременная замена неисправных запчастей, правильный выбор расходных материалов, лояльный режим вождения — все это способствует продлению ресурса двигателя и экономии ваших средств.

Как работает дизельный двигатель? (ликбез)

Есть немало владельцев новых дизельных автомобилей, которые практически ничего не знают об основополагающих принципах работы дизельных двигателей. С одной стороны оно им и не нужно, ведь ремонтировать их будут квалифицированные специалисты. По сути, для таких людей главное – не забыть, что заправляться нужно из колонки с надписью «Disel». Однако большинство же автовладельцев (особенно мужского пола) все же предпочитает знать, что происходит под капотом их машин. И это совсем не напрасно, ведь на деле разница не только в виде используемого топлива. И разница эта принципиальна.

Товарищи начинающие «дизелисты»! А также товарищи с опытом эксплуатации дизельных авто! Если вы чувствуете пробелы в своих знаниях дизельного мотора, то эта статья именно для вас. Возможно, вы уже неоднократно пытались постичь азы принципа работы дизеля, но каждый раз познание превращалось в скуку, а главное – так и не было понято. Поэтому в этот раз минимум терминологии, а больше понятных вещей!

Итак, давайте разберемся, каким образом в дизельном моторе солярка превращается в крутящий момент, т.е. в то, что крутит колеса нашего автомобиля? Надеюсь, у читателя есть общее представление о двигателях внутреннего сгорания. Впрочем, если школьные уроки физики по теме ДВС были прогуляны, то тоже не беда, – постараюсь сделать рассказ понятным и для этой аудитории, ибо она сегодня многочисленна.

Прежде всего, надо запомнить, что в дизельных двигателях топливо воспламеняется не от электрической искры, как в бензиновых двигателях, а от… чего-то другого. Дальше, чтобы читателю не было скучно, я нарочно опускаю долгую лекцию на «молекулярном уровне». А замещаю ее понятным всем примером. Вы качали когда-нибудь камеру не компрессором, а обычным ручным или ножным насосом? Наверняка у каждого в детстве был велосипед. Вспомните, как нагревался насос во время накачивания камеры. И явно нагревался он не от трения поршня о корпус, поскольку, работая им вхолостую, такого нагрева не происходило. Дело в том, что при сжатии воздух очень быстро нагревается, и чем выше давление, тем выше температура его разогрева. При определенном давлении он становится таким горячим, что в нем легко воспламеняется распыленное дизельное топливо.

Теперь понятно, почему у дизельных моторов нет свечей зажигания – они ему не нужны. Но что-то похожее на свечи вкручено в каждый цилиндр, и более того, к каждому этому «что-то» подведена трубка. Это форсунки (распылители), к которым подведены трубки высокого давления, тянущиеся от сердца дизельного мотора – ТНВД (топливный насос высоко давления). В определенном порядке ТНВД подает порцию солярки в форсунку, которая в свою очередь распыляет его в камеру сгорания. В современных дизельных моторах форсунка срабатывает при давлении около 180 атмосфер. Кстати, очень важно, чтобы ТНВД и форсунка обеспечивали правильное давление, в противном случае мотор постепенно начинает разрушаться.

Именно поэтому специалисты рекомендуют после каждых 80-100 тыс. км. пробега загонять машину на станцию и проверять топливную аппаратуру на специальном стенде. Данная профилактическая процедура (которую мало кто выполняет) неимоверно продлевает жизнь дизельному двигателю. Если этого не делать, то, учитывая качество отечественного топлива, мотор может не прослужить и половины своего ресурса. К примеру, падение рабочего давления хотя бы одной из форсунок, приведет к плохому распылению топлива, а далее к образованию нагара и неравномерному нагреву деталей. От этого, к примеру, может треснуть головка цилиндров, прогореть клапан или поршень. Итог один – дорогостоящий капремонт!

Теперь, когда мы (вы) уже имеем представление о работе дизельного двигателя, рассмотрим самое главное – особенности его эксплуатации. Надо сказать, что практически все неприятные вещи, которые были известны о дизелях прошлых поколений, в новых моторах в своем большинстве искоренены. В таком случае и возвращаться к ним нечего. Однако еще со времен наших дедушек на счет дизелей бродит один несправедливый миф, который и сегодня вызывает немало кривотолков. Речь идет об оптимальных рабочих оборотах дизелей.

Часто можно слышать, что дизели – это низкооборотные двигатели. Данная информация хорошо запоминается, но трудно выводится из мозгов. Нет, ну если говорить о пароходах и тепловозах, то – да. Там стоят огромные двигатели, для которых 500-800 об.мин. может считаться нормой. А у современных «легковых» дизелей шкала тахометра может достигать отметки 5000. И все-таки, как ни крути, а «низкооборотность» дизелей записана у нас на подкорке, поэтому педальку стараемся сильно не давить.

Бытует мнение, что раскручивать дизель свыше 2000 об./мин. не только нет нужды, но и вредно. Но на самом деле все наоборот. Многие возможно будут удивлены, тем, что стоит спуститься в стиле вождения на одну передачу, и расход топлива у вашего дизельного автомобиля сократиться на 10-20%. А кроме того, мотор прослужит дольше. И хотя крутиться он будет быстрее, зато нагрузка на трущиеся пары будет меньше. К сожалению, далеко не в каждом руководстве по эксплуатации дизелей об этом сказано, но оптимальным (зеленым, экономным, экологическим) диапазоном работы современного дизельного мотора легковых автомобилей считается 2000-3000 об./мин.

В заключение напишу несколько слов о топливе. Работа дизельного двигателя в целом напрямую зависит от качества солярки, которую мы заливаем в бак. Да, топливо на отечественных заправках – далеко не самое лучшее. Но еще хуже заправляться «левой» соляркой, которая предназначена для низкооборотной крупной техники (тепловозы, пароходы, комбайны и т.п.). Это другая соляра – т.н. тяжелая. В силу своих молекулярных особенностей она вдвое медленнее горит. Это означает, что в современном дизельном двигателе легкового автомобиля такая соляра не будет успевать полностью сгорать. А это низкая мощность, повышенный расход топлива, нагар и сокращение ресурса! Вот об этом должен знать каждый владелец дизельного автотранспорта.

Дизельное топливо

Когда дизельный двигатель выходит из строя задолго до выработки своего ресурса, хозяин недоумевает: и обслуживал вроде бы грамотно, масло, фильтры менял, а поди ж . Не повезло, наверное.

В какой-то степени, да, не повезло. С топливом, например. Качество топлива и масла, безусловно, сильно влияет на надежность и ресурс любого двигателя. Это аксиома. У дизеля же зависимость эта выражена наиболее жестко: ведь высокие давления определяют и высокие нагрузки. Чтобы противостоять им, детали нужно смазывать качественным маслом, иначе. А если топливо не то? Тут можно ждать чего угодно, в том числе — и резкого возрастания давления в цилиндре. И тогда даже хорошее масло не защитит детали от износов и повреждений. Значит, к топливу для дизеля требования не менее высоки, чем к маслу.

А какое нужно все-таки дизелю топливо, чтобы уберечь его от ускоренных износов и поломок? Ответ на этот вопрос — в понимании закономерностей рабочего процесса дизельного двигателя.

Как сгорает топливо в дизеле

Процесс сгорания топлива в цилиндре дизельного двигателя наиболее наглядно характеризуется индикаторной диаграммой, показывающей зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала. Вид индикаторной диаграммы зависит от многих факторов, определяемых конструкцией двигателя (тип камеры сгорания, давление впрыска). режимом работы (частота вращения, температура, угол опережения впрыска), сортом топлива и его фракционным составом.

Индикаторная диаграмма дизеля показывает не только зависимость давления и температуры от угла поворота коленвала, но и фазы горения топлива;

1,2 — период задержки воспламенения; 2,3 — фаза быстрого горения; 3,4 — фаза медленного горения; 4 и далее — догорание на линии расширения. O — угол опережения впрыска.

Как видно из диаграммы, процесс сгорания состоит из четырех периодов: задержки самовоспламенения (участок 1-2); быстрого горения (2-3) замедленного горения (3-4) и догорания на линии расширения (4 и далее). С момента начала впрыска (точка 1) все физические и химические процессы в камере сгорания ускоряются, возрастают температура и скорость химических реакций и, в конечном счете, происходит самовоспламенение смеси топлива с кислородом воздуха. После точки 2 начинается интенсивный процесс горения и резко повышается давление в цилиндре.

Период быстрого горения заканчивается уже после прохода поршнем ВМТ. За это время выделяется основная часть тепловой энергии — 60-70%, Во второй фазе подача топлива продолжается, поэтому весь цикловой заряд топлива сгореть не успевает. После окончания подачи цикловой порции топлива начинается следующий этап — период медленного горения. Его продолжительность невелика — около 5-10° поворота коленвала. В этой фазе выделяется 20-25% тепловой энергии. Необходимо, чтобы к концу этого периода топливо полностью сгорело. Его догорание на линии расширения при движении поршня от ВМТ крайне нежелательно: оно вызовет повышенную дымность выхлопа (сизый или серо-сизый дым) и резкое возрастание содержания токсичных веществ в выхлопных газах.

Что требуется от дизельного топлива

Процессы смесеобразования и сгорания топлива в дизелях происходят за очень короткий промежуток времени (примерно 20-25° поворота коленвала). У современных дизелей ситуация усугубляется тем, что чем более высокооборотен двигатель, тем меньше время протекания процесса. В таких условиях дизельное топливо для обеспечения надежной работы двигателя должно отвечать многим требованиям, важнейшими из которых являются:

• хороший распыл топлива и оптимальное смесеобразование;
• полное сгорание топлива с малой задержкой самовоспламенения и минимальным образованием сажистых и токсичных веществ (оксида азота NOx, оксидов серы SO2, SОз, сероводорода H2S, бенз-а-пирена С20Н12) и др.;
• хорошая прокачиваемость топлива для обеспечения надежной и бесперебойной работы топливной аппаратуры;
• низкое нагарообразование в камере сгорания;
• отсутствие коррозии топливопроводов и деталей топливной аппаратуры;
• достаточная стабильность свойств при длительном хранении.

Чтобы удовлетворить этим требованиям, дизельное топливо должно обладать определенными свойствами. Остановимся на них подробнее.

Цетановое число и жесткость работы

Протекание процесса сгорания в цилиндре дизеля сильно зависит от химического состава и физических свойств топлива. К примеру, чем меньше период задержки самовоспламенения, тем благоприятнее процесс сгорания, устойчивее и мягче работа дизеля. Уменьшение периода задержки самовоспламенения зависит от быстроты окисления углеводородов во время так называемых предпламенных реакций, предшествующих фазе быстрого горения.

Если предпламенные реакции идут медленно, то период задержки самовоспламенения увеличивается, а его очаги возникают с опозданием.

Топливо поступает в цилиндр, накапливается и затем происходит воспламенение сразу значительного его количества. Резко возрастает давление в цилиндре. Двигатель при этом начинает работать жестко, мощность падает.

Жесткость работы дизеля, вообще говоря, зависит от темпа нарастания давления в цилиндре. Например, при темпе в 3-4 кг/см2 на 1° поворота коленвала двигатель работает мягко. При 6-8 кг/см2 — жестко, более 10 кг/см2 — очень жестко. Чрезмерно жесткая работа означает и чрезмерные нагрузки, опасные для кривошипно-шатунного механизма и поршневой группы.

Способность дизельного топлива к самовоспламенению и возможному возникновению жесткой работы оценивается цетановым числом ( Ц.ч.). Это условная величина, определяемая на специальной установке. Эталонным топливом служит смесь цетана и a-метилнафталина, причем Ц.ч. равно 100 для чистого цетана, а нулю оно соответствует, когда в горении участвует только а-метилнафталин. Для реального топлива Ц.ч, равно объемному содержанию цетана в эталонной смеси с равной воспламеняемостью.

При снижении цетанового числа ухудшаются показатели рабочего цикла дизеля, заметно возрастают жесткость работы и износ деталей. Если значение опускается ниже 40 единиц, запуск двигателя проблематичен даже в теплое время из-за повышения температуры самовоспламенения топлива. Нормальный же пуск и мягкая работа дизеля обеспечиваются на дизельном топливе с цетановым числом не ниже 45 единиц.

Вязкость и низкотемпературные свойства дизтоплива

Топливо для высокооборотных дизелей имеет нормируемое значение кинематической вязкости при 20°С — от 1,5 до 6,0 мм2/с (сСт). При снижении вязкости топлива неизбежно уменьшается цикловая подача за счет перетечек и потерь в плунжерной паре. Одновременно появляется гюдтекание через распылители форсунок, а это повышает нагарообразование и дымность выхлопа. Кроме того, маловязкое топливо резко увеличивает износ ТНВД, ведь его прецизионные детали тогда хуже смазываются.

Чрезмерная вязкость топлива — тоже не подарок. Она приводит к ухудшению смесеобразования и сгорания — из-за затруднения распыла и дробления капель топлива. Одновременно ухудшается и его прокачиваемость через фильтры. Вязкость дизтоплива, как известно, понижается с нагревом и, наоборот, увеличивается при низких температурах. Чем выше значение вязкости при 20°С, тем сильнее изменения, происходящие с топливом при понижении температуры. Летние сорта топлива уже при минус 3-5°С загустевают и перестают нормально прокачиваться через топливный фильтр.Это обычно соответствует так называемой температуре помутнения, то есть начала кристаллизации парафинов, содержащихся в топливе. При температуре примерно -10°С такое топливо застывает. И тогда попытки запуска двигателя с загустевшей летней соляркой без отогрева автомобиля практически всегда заканчиваются повреждением ТНВД. В такой ситуации не спасут и никакие средства для облегчения запуска дизелей, ведь подача топлива в двигатель нарушена. Более того, для некоторых моделей дизелей применение подобных средств опасно — известны случаи поломки поршней из-за быстрого воспламенения и сгорания веществ, содержащихся в этих средствах. И только зимнее дизтопливо, у которого меньше вязкость и скорость ее возрастания при снижении температуры, может обеспечить надежную работу двигателя в холодное время года. Добавление же в дизтопливо керосина или бензина не решает проблемы в целом, т.к. при этом другие свойства топлива существенно ухудшаются.

Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры. 1 — летнее; 2 — зимнее; 3 — арктическое.

Поэтому наиболее правильно применять так называемые депрессорные присадки, особенно в межсезонный период, когда велика вероятность отсутствия на заправке зимнего топлива. У нас же, к сожалению, нередки случаи, когда, несмотря на уверения работников АЗС, что сорт топлива зимний, в баки все равно попадает летнее или, в лучшем случае, смесь летнего и зимнего топлива. Особенно это характерно для первых нескольких недель после начала холодов. Поэтому будьте осторожны, чтобы не заполучить себе ненужных проблем.

Сера, вода и механические примеси

Основную массу топлива получают из сернистых нефтей, т.к. запасы малосернистых весьма ограничены. При переработке нефти основное количество сернистых соединений перегоняется с фракциями, идущими на получение дизельного топлива. Дальнейшее снижение количества серы в топливе производится сложными и дорогими способами, в основном, гидроочисткой, поэтому получение малосернистого топлива затруднено, а часто и не очень выгодно для производителя. В то же время повышенное содержание серы заметно увеличивает износ двигателя и топливной аппаратуры из-за сернистой коррозии, коррозионного износа и быстрого окисления масла. Так, по статистике, при увеличении содержания серы с 0,2 до 0,5% (а 0,5% — это предельный уровень по ГОСТ 305-82), износ двигателя возрастает примерно на 25%.

Для справки: содержание серы в зарубежном дизтопливе обычно составляет 0,05-0,1%, т.е. раз в десять меньше, чем в отечественном.

Современные высокофорсированные дизели в большей мере подвержены сернистой коррозии, чем двигатели старых конструкций. При работе современного дизеля на топливе, содержащем повышенное количество серы, образуется заметно больше твердого и плотного нагара. Поэтому в моторном масле для современных дизелей приходится увеличивать содержание моющих и диспергирующих присадок. А быстрое окисление масла при работе на высокосернистых топливах требует его более частой замены. Из-за чего срок смены масла для России рекомендуется сокращать вдвое по сравнению с европейскими инструкциями (!)

Справедливости ради надо отметить, что и у нас выпускается качественное экспортное топливо по ТУ 38.401-58-110-94 с содержанием серы 0,1%. Вопрос только в том, где им можно заправиться?

Но, пожалуй, самый страшный враг дизеля — это вода. Попадая в топливо, вода способна быстро вывести из строя любой топливный насос. По ГОСТу, естественно, вода в топливе не допускается. Однако она все-таки присутствует практически всегда: как из-за повышенной гигроскопичности дизельного топлива, так и в свободном состоянии из-за нарушения условий транспортировки и хранения.

То же самое касается и механических примесей. Загрязнение топлива происходит на всех этапах транспортировки от завода-изготовителя до потребителя. Поэтому заправка даже дорогим импортным дизтопливом не всегда гарантирует его чистоту. Все зависит от способа доставки и чистоты емкостей. Но, так или иначе, а водичка с грязью будет пострашнее серы.

Как с этим бороться? Да в общем-то несложно. Надо почаще мыть топливный бак и сливать отстой из фильтра, если, конечно, это предусмотрено конструкцией. Такой способ — гораздо более эффективная профилактика неисправностей двигателя, чем применение всевозможных присадок, особенно не прошедших никаких испытаний. А таких, к сожалению, в продаже немало.

Но представим, что все проблемы с дизельным топливом тем или иным путем удалось победить.Однако этого будет недостаточно для надежной работы дизеля, если забыть о масле.