Температура выхлопных газов дизельного двигателя

Разводы при проверке выхлопа дизельных автомобилей

Моторам на тяжёлом топливе в Казахстане приходится несладко. Особенно современным. Хотя и самые непривередливые дизели морщатся и чихают чёрным дымом от нашей солярки. Их очень ждут к себе в гости сотрудники экопостов, вооружившись дымомерами. Как не остаться в дураках, даже если у вас всё в норме?

В одном из материалов мы рассказали о том, как по стандарту должны проверять токсичность выхлопа бензиновых автомобилей. Отдельная методика существует и для дизелей. Проверяя на дымность авто, полицейские обязаны руководствоваться стандартом ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащённые двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

Основным параметром, проверяемым у дизельных авто, является дымность. Она определяется по коэффициенту поглощения света k. (Вспомогательный коэффициент ослабления света N, прописываемый ранее в ГОСТах, в Техрегламенте ТС «О безопасности колёсных транспортных средств», регламентирующем сегодня нормы выбросов, не указан, и потому во внимание не принимается.) Но обо всём по порядку.

Условия, при которых должны проводить проверку

Требование к техническому состоянию самого автомобиля достаточно простое: система выпуска, включая систему очистки отработавших газов от загрязняющих веществ, не должна иметь повреждений и быть недоукомплектованной. Инспекторы должны убедиться в исправности машины. Впрочем, если «глушак» сечёт, то полиция вправе запретить и эксплуатацию автомобиля согласно п. 3 и 4 раздела 6 Перечня неисправностей, при которых запрещена эксплуатация ТС ПДД РК.

Погода и топографические условия влияют на показания измерительных приборов. Основываясь на п. 5.1.1 ГОСТа, атмосферные условия при проведении измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобиля должны находиться в следующих пределах:
— температура окружающего воздуха — от 0 до плюс 35 °С;
— атмосферное давление — от 92.0 до 105.3 кПа (от 690 до 790 мм рт. ст.).

В местности, расположенной выше 800 метров над уровнем моря, даже в нормальную погоду давление слишком низкое. За примером высоко ходить не надо — верхняя каскеленская трасса в Алматинской области, проходящая примерно в 900 метрах над уровнем моря. Казалось бы, дорога как дорога, но нормальное давление для такой местности — 682 мм рт. ст. А согласно стандарту, измерять токсичность выхлопа в подобных условиях запрещено. Да, стационарного экопоста на этом участке дороги нет, но если появится передвижной, поинтересуйтесь у инспекторов этими данными. Уверены, что обосновать законность замеров выхлопа измерений вам не смогут. Как показывает наше знакомство с экопостами Алматы, проверяющие и стандартов-то в глаза не видели.

Чем должны быть оснащены экопосты

Допустим, машина в порядке. Теперь важно обратить внимание на набор оборудования на постах, потому как ту же температуру и атмосферное давление воздуха нужно измерить. Прибор, которым измеряют атмосферное давление, называется барометр, температуру воздуха — термометр.

Но главное оружие экопостов — это дымомер. Он должен иметь сертификат метрологической проверки (проводится 1 раз в год). Его обязаны показать по первому требованию водителя. Если его нет или он просрочен, то идёт нарушение стандарта проверки. Помимо дымомера, кстати, должен быть и подключаемый тахометр, а также измеритель температуры масла в двигателе. Зачастую о необходимости наличия тахометра никто не знает, т. к. загрязнение выхлопа дизеля проводят по методу «газ в пол». Тем не менее по ГОСТу быть он должен.

Дымомеры также должны быть укомплектованы контрольными светофильтрами. Перед каждым замером экополицейские обязаны проверить в тестовом режиме прибор, и он должен показать те же цифры, что указаны на контрольном светофильтре.

Проверка авто с дизельными двигателями

Измерение дымности проводится в режиме свободного ускорения, т. е. когда обороты двигателя поднимают с минимальных до максимальных, выжав педаль газа до упора. Однако перед этим есть несколько моментов. Каких?

Убедившись в прогреве движка до рабочей температуры, но не ниже 60 °С, его оставляют поработать на холостых (не более 5 минут). После замеряют тахометром минимальные и максимальные обороты частоты вращения коленчатого вала (в пределах заводских характеристик) и глушат двигатель. Только после этого в дымомер устанавливают зонд для отбора отработавших газов из выпускной трубы, заново запускают двигатель и начинают измерение:

— с холостых оборотов равномерно перемещают педаль за 0.5–1 сек. до упора. Держат педаль в этом положении 2–3 сек. Отпускают педаль и через 8–10 сек. вновь повторяют то же самое, итого не менее шести раз;

— измеряют значения k_су (дымность в режиме свободного ускорения) на последних четырёх циклах свободного ускорения по максимальному показанию. Полученные значения k_су считают достоверными, если четыре последовательных значения не образуют убывающей зависимости и располагаются в зоне шириной 0.25 м -1 .

Результатом измерения k является среднее арифметическое значение четырёх последних измерений, это и есть искомое расчётное значение коэффициента поглощения света.

Дымность автомобилей с раздельной выпускной системой измеряют в каждой выпускной трубе. За результат измерения принимают максимальное значение среднего арифметического k, полученное в одной из выпускных труб.

Если измерения прошли без нарушений стандарта, смотрим результаты.

Согласно Техрегламенту ТС 018/2011 «О безопасности колёсных транспортных средств», дымность дизелей не должна превышать значений коэффициента поглощения света k, указанного в заводской документации на автомобиль. Если таковых сведений нет, то показатель k не должен превышать:

От редакции

Что вынудило нас раскатать тут целый ГОСТ? Увы, но простейший визит на один из постов на въезде в Алматы выявил нарушения в работе экологов: несоблюдение правил проведения замеров и отсутствие того же термометра — в минусовые температуры выхлоп дизеля не измеряют, а наши стражи экологии, невзирая на январские морозы, суют дымомеры всем подряд. Всё это напрямую влияет на показания, а значит, и штрафы могли и могут выписываться незаконно, а с 2013 по 2015 год их оформили порядка 100 тысяч. И это только официальные данные. Никто из редакции не утверждает, что все автомобилисты Алматы, а также приезжие, ездят на машинах, излучающих здоровье. Нет. Однако из-за нарушения методики и исправные машины признаются неисправными.

Вот и выходит, что защитить водителя от такого развода может только знание целого ГОСТа. Тем более что сами полицейские на момент нашего посещения их поста о существующем документе не знали или просто не хотели знать, ведь без правил всё так просто. «Жми!… О-о-о, да у вас нормы превышены! Оформляем!»

Отдельно мы подготовили компактную инструкцию, позволяющую не забыть об основных условиях и стандартах, при которых должны проверять выхлоп дизеля. Можно, конечно, возить с собой объёмные тексты ГОСТов, но мы постарались изложить всё кратко, основываясь на этих же стандартах.

Чёрный дым, сизый дым, вибрации и стук: как правильно проверять дизельный мотор

Не зря дизель часто называют экономией в рассрочку: если первому владельцу машины он действительно часто обходится дешевле бензинового в силу топливной экономичности, то следующий владелец часто вынужден за эту экономию расплачиваться. Да, к сожалению, возрастные проблемы дизелей бывают достаточно дорогими, а их решение – делом неблагодарным. Как обезопасить себя от необходимости расплачиваться за чужой кредит? Внимательно проверять состояние такого мотора перед покупкой машины на вторичном рынке.

Немного общих слов

Само собой, в общих чертах осмотр бензинового и дизельного мотора не сильно отличаются: нужно посмотреть, чтобы двигатель не истекал маслом и антифризом, чтобы в расширительном бачке антифриз стоял по уровню, чтобы был в норме уровень масла, чтобы не было посторонних звуков. Но в силу отсутствия как таковой системы зажигания и особенностей топливной аппаратуры оценить остаточный ресурс дизеля сложнее. Зато и отказаться от него проще: достаточно увидеть только сизый дым. Или чёрный. Или всё-таки белый?

Основная особенность дизельный машин – это пробег, который обычно больше, чем у таких же машин с бензиновыми моторами. Дизельные машины почти всегда покупают с расчётом на большой пробег, иначе их преимущества не успевают раскрыться полностью. Соответственно, и на вторичном рынке с дизелем нужно быть внимательным: у них очень любят скручивать пробег. Часто такие машины покупают те, кто много времени проводит на трассе, поэтому по состоянию руля, педалей и прочих «крутилок и вертелок» в салоне оценить пробег сложно. Лучше всего, конечно, пользоваться диагностическим сканером, а если нет и его, то хотя бы покупать отчёты в Интернете, недостатка в которых сейчас нет. Цена ошибки при определении истинного пробега может быть велика.

Честно говоря, не знаю, почему у нас к дизелям многие до сих пор относятся с пренебрежением. Сейчас уже не те времена, когда дизельная машина напоминала тарахтящий вонючий грузовик. Современный дизельный мотор (точнее, турбодизельный – атмосферных моторов на тяжёлом топливе не выпускают уже давно) – штука вполне комфортная, тяговитая и экономичная. А в некоторых случаях дизельный мотор на какой-то модели в принципе лучше, чем бензиновый. Например, на многих Пежо и Ситроенах, где бензиновый ЕР6 – это единственный доступный мотор (причём далеко не лучший во всех отношениях), а дизели у PSA очень даже неплохие. Почему бы не рассмотреть в этом случае дизель?

Понятно, что жители северных регионов часто не рассматривают дизели из-за сложностей с зимними пусками вкупе с частым отсутствием нормальной зимней солярки. Это справедливо: в некоторых регионах бензин будет лучше. Но в целом для современного дизеля те же самые -25 градусов – не проблема. Если, конечно, этот современный дизель исправен.

Итак, на что смотреть?

Начнём с начала. Как я уже говорил, первый осмотр начинается ровно так же, как и осмотр бензинового мотора. Но если чаще всего у атмосферного бензинового двигателя следы масла можно обнаружить под клапанной крышкой (течь прокладки клапанной крышки – очень популярный повод для торга), то у дизеля надо искать следы запотевания турбины и патрубков. Основная причина повышенного расхода масла дизеля – это как раз турбина. Её ремонт обычно стоит хороших денег (даже если в ней можно заменить отдельно картридж), поэтому никакого масла снаружи быть не может. К сожалению, диагностировать турбину на глаз невозможно. Но после пуска мотора можно увидеть, что она требует ремонта. Об этом – чуть ниже. Пока только смотрим, чтобы из неё не сочилось масло.

Ещё одна важная деталь турбины – это её оригинальность. Если продают машину с пробегом 100 тысяч, а вместо ККК или чего-то подобного стоит китайская деталь, нужно проверить истинность пробега. Так рано турбины обычно не разваливаются.

Лучше всего определить состояние турбины поможет выхлоп. Газовать на холодном моторе смысла нет: в отличие от бензинового, даже холодный дизель имеет право немного дымить (даже при наличии сажевого фильтра). Поэтому прогреваем машину (не забываем, что в случае с дизелем лучше делать это на ходу) и приступаем к манипуляциям с педалью газа.

Тут нужен помощник. Первый раз он должен нажать на газ и несколько секунд держать чуть повышенные обороты (2500-3000, что для любого дизеля много). Повалил дым любого цвета – всё, можно уезжать. На прогретом дизеле дыма на этих оборотах хотя бы первые несколько секунд быть не может. Точнее, может, но это говорит как минимум об изношенной поршневой. Если на этом этапе дыма почти нет, можно перейти ко второму: нажать на педаль газа на несколько секунд сильнее, чтобы обороты поднялись хотя бы до 4000. И смотрим на дым.

Как ни странно, но наиболее безобидный результат – это чёрный дым. Он означает, что из трубы вылетает несгоревшая солярка. Причин может быть много: от дырявых патрубков до текущих форсунок и мёртвой турбины. Если есть желание, можно разбираться в этом вопросе дальше (хотя бы проверить герметичность впуска, есть моторы, у которых классическая причина такого дыма – дырявые патрубки интеркуллера, и это восстанавливается не слишком дорого). Если желание начать жизнь с этой машиной с ремонта отсутствует, лучше искать другой вариант. В целом тут есть одно правило: чем раньше в этом случае повалит чёрный дым, тем хуже.

Если после этого заглушить мотор, запустить его снова и увидеть, что пуск горячего мотора происходит не сразу, то есть большая вероятность неисправности именно форсунок, которые переливают топливо. А может быть, и ТНВД. В общем, тут нужна качественная диагностика.

В идеальной ситуации дыма после нескольких секунд работы при оборотах больше 4000 быть не должно.

Синий дым – это, как известно, признак сгорающего масла. То есть, тут набор проблем несколько иной. Скорее всего, неисправна турбина, но вполне может быть, что мотор уже растерял компрессию. В любом случае синий дым хуже чёрного, и устранение причин его появления обходится обычно дороже.

Не надо слушать тех, кто говорит, что дым появился после какой-то «чиповки». Да, такое действительно может быть (если, например, в программе неправильно настроен наддув), но сути дела это не меняет: проблема с наддувом есть, и её придётся устранять.

Если вдобавок к этому синему дыму машина с трудом запускается на холодную, то причина, скорее, именно в компрессии. Ещё раз проверяем истинность пробега.

Кстати, если повезло покупать машину в холод (не обязательно при отрицательной температуре, свечи обычно включаются при +8), обязательно смотрим на приборной панели индикацию работы свечей накаливания. Если значок не гаснет, есть вероятность, что какая-то из свечей не работает, и об этом желательно узнать до покупки машины. Впрочем, если свечи не работают, холодный пуск будет трудным, и это будет заметно.

На всякий случай можно вытащить масляный щуп и попробовать найти в масле солярку. Если проблема с компрессией (читай – с кольцами, в том числе и с маслосъёмными) есть, то будет в поддоне и солярка. Конечно, в разнос современные дизели идут реже, чем старые ЯМЗ, но и остановить их сложнее. Тут уже бессмысленно затыкать водительской фуфайкой воздухозаборник. Остановить разнос такого дизеля часто невозможно, особенно – на машине с АКП (на механике шансов больше – можно попытаться перегрузить мотор высокой передачей). Одним словом, солярка в масле – это очень плохо.

Ещё один хороший способ проверить дизель – это покататься на своей машине за машиной продавца и посмотреть на цвет дыма в различных режимах движения.

Ну и не забываем про слух. Все знают, что дизельный мотор работает с характерным стуком, но всё же этот стук не должен напрягать. Хорошо стучать могут даже форсунки, а некоторые из них (обычно пьезофорсунки) не ремонтируются в принципе и стоят как половина мотора. Тут желательно для референса иметь заведомо исправный дизель той же модели, чтобы послушать сначала его, а затем сравнить.

Дела семейные

В материалах о подержанных дизельных автомобилях мы часто говорим фразу «типично дизельные проблемы». Что к относится к этим семейным дизельным проблемам? Турбина, ТНВД, форсунки и «системы экологии». В этом списке чаще всего подводят как раз системы экологии, коих в современных дизельных автомобилях выше крыши.

Нет ничего страшного в том, если у машины заглушен EGR. Важно только понять, насколько грамотно он заглушен. Никаких заглушек из консервных банок быть не может – это явный признак неправильного и слишком дешёвого подхода. Конечно, заглушка должна быть, но она должна быть вырезана из толстого металла. Кроме того, EGR должна быть отключена программно. Часто вместо её программного отключения просто стирают раздел диагностики системы, что неверно в принципе. Но глазами этого вы не увидите. Да и обычным сканером тоже: он просто не будет показывать никаких ошибок. Тут надо считывать прошивку и ковыряться в её файлах, что никто перед покупкой машины делать, конечно, не будет. Это плохо, поэтому нужно убедиться, что хотя бы физически в EGR расправились не варварским способом.

То же самое относится к сажевому фильтру (при его наличии в заводской комплектации). Хотя тут ситуация немного иная: сажевый фильтр лучше бы на машине оставлять. Если EGR глушат хотя бы потому, что он сильно загрязняет впуск, то сажевый фильтр ничего не загрязняет. Другое дело, что часто его удаляют комплексно, вместе с EGR. Не буду говорить о том, хорошо это плохо, но отмечу, что если EGR в пробах на холостых оборотах можно угробить и за 30 тысяч пробега, то сажевый фильтр живёт дольше. Поэтому опять же смотрим на пробег: если продавец убеждает, что пробег машины 70 тысяч километров, а сажевого фильтра уже нет, есть вероятность, что пробег заметно больше. Ну или что обслуживали машину кое-как, что ещё хуже.

Ещё одна экологическая система дизеля – это мочевина. Многие от неё избавляются, чтобы не покупать реагент. В этом случае тоже требуется перепрошивка, поэтому нужно смотреть, где её делали. Если в гаражах, то, скорее всего, сделана она криво, потому что программно удалять мочевину довольно сложно.

Если система AdBlue (она же SCR и всё прочее) на машине стоит, нужно проверить, как работают все её компоненты. Тут некоторые вещи стоят неприлично дорого, поэтому лучше доверить диагностику профессионалам. Даже такой, казалось бы, пустяк, как ошибка подогрева бака мочевины на каком-нибудь Мерседесе потребует вложений из трёхзначной суммы, так что придирчивость не помешает. А если подогрев не работает, но нужно помнить, что раствор мочевины замерзает при -11 градусах, так что ездить получится только летом.

Важнее, чем пробег

Дизель гораздо серьёзнее бензина относится к обслуживанию. Уехавшая от дилерского обслуживания дизельная машина частенько убивается экономией в виде редкой замены топливного фильтра, который на дизеле намного дороже, чем на бензине. А это убивает и ТНВД, и форсунки.

Если в истории ремонтов есть ремонт форсунок, надо узнать, что стало причиной этой записи. Часто ремонт форсунок вызван износом ТНВД (абразив из старого насоса убивает форсунки), и в этом случае хорошо бы узнать, что там с ТНВД. Бывает, что форсунки отремонтируют, а на ремонт ТНВД денег пожалеют. В этом случае форсунки умирают повторно, а машину «сливают».

Если установлен любой подогреватель (Вебасто или любой другой, или простой электрический послепусковой фен), он должен работать. И хотя бы какие-то документы об обслуживании жидкостного подогревателя тоже должны быть.

В целом надо всегда помнить: дизель хорош только при очень качественном обслуживании. Если же обслуживали его кое-как, он способен выпить крови намного больше, чем солярки. Ухоженный дизель радовать может, запущенный будет только бесить. Причём – за ваши немалые деньги.

Разрушители легенд. Смесеобразование и сгорание в дизельном двигателе. Часть №4. ЕГР.

В предыдущих частях своего опуса я расписал как мог процессы смесеобразования и горения в дизельном двигателе, так сказать, сами по себе. Сферический конь в вакууме.

На самом же деле и сгорание и подготовка к нему происходят во вполне реальных "климатических" условиях.

Одним из факторов, сильно влияющих на эти условия, является ЕГР — система рециркуляции выхлопных газов.

Я уже писал, что в дизельном двигателе из-за того, что топливо сгорает локально, в зонах с сильно обогащённой и переобогащённой смесью — дифференциация температур чрезвычайно высока. Вокруг каждой частички топлива ЛОКАЛЬНЫЕ температуры сгорания сильно выше чем в "бензиновых" моторах. Именно поэтому в дизельном двигателе вместе с топливом сгорает даже инертный в обычных условиях азот.

Азота окисляется мизер(от общего количества азота в воздухе), бОльшая часть его окислов при снижении температуры тут же разлагается — потому особого прихода энергии от его сгорания заметить невозможно, но те соединения азота, что выбрасываются с выхлопными газами даже в малом количестве являются основной головной болью дизелестроителей. Эффективных средств нейтрализации всех получающихся соединений азота в выхлопных газах придумать пока не удалось — и потому основным направлением снижения азотистых выбросов является минимизация их образования. А для этого нужно МАКСИМАЛЬНО ЗАМЕДЛИТЬ скорость сгорания топлива — чтобы энергия сгорания каждой капельки топлива успевала рассеиваться в окружающее пространство.

Вариантов замедления сгорания есть несколько, но эффективнейший на сегодняшний день — подмешать часть выхлопных газов к свежему воздуху во впускном коллекторе.

На "бензинках" этот трюк получается хорошо — так как в их выхлопных газах кислорода практически не остаётся ни на одном из режимов. Выхлопные газы дизеля содержат много кислорода даже на максимальной мощности, но тем не менее при рециркуляции КОНЦЕНТРАЦИЯ кислорода в камере сгорания заметно снижается и на режимах частичной мощности, что влечёт за собой и снижение скорости сгорания топлива. Бинго!

Правда на режимах частичной мощности кислорода в выхлопе дизеля настолько много, что для получения хоть какого-то эффекта к свежему воздуху приходится подмешивать до 50% выхлопных газов — потому при рециркуляции выхлопных газов СРЕДНЯЯ температура в камере сгорания ДИЗЕЛЯ значительно ПОВЫШАЕТСЯ(!) даже при наличии охладителя рециркулируемых газов — задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается, жёсткость дизельного цикла снижается. Полная аналогия повышения степени сжатия двигателя.
Но при этом МАКСИМАЛЬНЫЕ температуры снижаются из-за замедления сгорания топлива — давление в камере сгорания нарастает плавнее — это тоже снижает жёсткость дизельного цикла.
Лепотенюшка?

К сожалению у рециркуляции полно отрицательных последствий:

1). Снижение эффективности сгорания топлива негативно воздействует на КПД дизельного двигателя.
Часть дизельного топлива просто не успевает сгорать в условиях бОльшего дефицита кислорода в камере сгорания — это уменьшает количество выделяющейся тепловой энергии. Медленно сгорающее топливо больше энергии успевает передать стенкам камеры сгорания — потому и система охлаждения нужна несколько более мощная, потому и меньшее количество тепловой энергии преобразуется в механическую.
Увеличивается расход топлива.
2). Раскалённые выхлопные газы значительно повышают температуру воздуха, поступающего в цилиндры — плотность воздуха снижается. Кислорода в смеси свежего воздуха и выхлопных газов тоже значительно меньше, чем в свежем воздухе. Ну а чем меньше кислорода — тем меньше топлива мы можем сжечь. Тем меньше мощности мы получим на коленвалу двигателя.
Работа ЕГР вызывает снижение эффективной мощности двигателя.
Снижение это настолько велико, что при приближении к максимальной мощности дизельного двигателя рециркуляцию полностью блокируют несмотря на то, что именно на этом режиме образование окислов азота максимально.
3). Рециркуляция значительно меняет тепловой баланс двигателя.
Считается, что с выхлопными газами двигатель избавляется от 32% выделяющегося тепла. Система охлаждения выводит из двигателя в районе 27% образующегося тепла:

Считаем на пальцах:
Если закольцевать около половины выхлопных газов — то отвод теплоты через систему выхлопа тоже уменьшится в два раза. Системе охлаждения двигателя придётся дополнительно отводить 16% выделяющейся теплоты — уже не 27, а 43% от общего количества. Почти в два раза больше обычного. Получается, что система охлаждения вынуждена работать с полной отдачей и на режимах частичной мощности. Но привод системы охлаждения редко рассчитан на такие трюки — помпа, вентилятор — всё активное оборудование чаще всего имеет привод от коленвала и вращается со скоростью, пропорциональной не нагрузке на систему охлаждения(как это делают системы с электроприводом), а оборотам коленвала. Всё это приводит к тому, что система охлаждения перестаёт справляться с теплоотводом ИМЕННО на режимах частичной мощности, когда этого безобразия от неё совсем не ждут.
4). Рециркуляция лавинообразно увеличивает выбросы недогоревшего топлива.
Потому обозвать её системой дожига выхлопных газов — язык не поворачивается.
Главный представитель недогоревшего топлива на дизельном двигателе — сажа. Кристаллы углерода являются замечательным абразивом. И если абразивы из свежего воздуха отфильтровывают воздушным фильтром, то абразивы из выхлопушки гоняются по кругу. На некоторых режимах ЕГР до 50% выхлопных газов подаёт на впуск — соответственно половина сажи предыдущего цикла сгорания вновь поступает в цилиндры. Огромное количество сажи налипает на промасленные стенки цилиндров не только на циклах рабочего хода и выпуска, но и на циклах впуска "свежего" воздуха и его сжатия — приблизительно на треть ускоряя насыщение моторного масла сажевыми частицами.
Огромное количество сажи и повышенная температура в цилиндрах значительно(на 20-30-40%) сокращают ресурс моторного масла. Производители моторных масел однозначно относят наличие ЕГР к факторам, серьёзно ужесточающим условия работы масел в двигателе. Про нелёгкую жизнь масла в прямовпрысковом дизельном двигателе подробнее поговорим в отдельной статье, а пока подробнее остановимся на том, какой замечательный "коктейль" образуют масло и сажа во впускном коллекторе любого двигателя:

Налипшее на стенках впускного коллектора говнище значительно увеличивает сопротивление свежему воздуху и наполняемость цилиндров катастрофически падает. Со всеми вытекающими последствиями:

Куски промасленной и спёкшейся в монолит сажи из впускного коллектора регулярно срывает потоком воздуха и несёт в цилиндры двигателя — это приводит подвисанию клапанов(что на дизеле чревато):

Задиры рабочей поверхности цилиндров и поршней часто происходят не только от попавшего в цилиндры асфальта, а и от перегрева поршневой:

Так что ЕГР значительно сокращает ресурс двигателя, а может и прямо привести его к поломке.

Правда ЕГР может и улучшать некоторые характеристики дизеля(помимо его чисто экологических характеристик), но об этом поговорим в другой раз.

Как температура и давление в цилиндрах дизеля влияют на работу мотора

Дизельный двигатель сегодня является вторым по степени распространенности типом ДВС после бензинового агрегата. Конструктивно дизельный мотор похож на бензиновый аналог, так как имеет все те же цилиндры, шатуны, поршни, коленвал и т.д. При этом все детали более массивные и тяжелые, ведь они должны выдерживать повышенные нагрузки.

Дело в том, что степень сжатия в дизеле выше, чем в агрегатах на бензине. Если в бензиновом моторе указанный средний показатель составляет от 9-и до 11-и единиц, то в дизельном уже целых 20-24. По этой причине дизельный двигатель тяжелее и крупнее бензинового агрегата.

После подачи в цилиндры рабочая смесь воспламеняется в камере сгорания от искры. При этом в дизельном двигателе топливо и воздух подаются отдельно, при этом смесь воспламеняется самостоятельно от резкого сжатия и нагрева.

Далее мы поговорим о том, какие процессы протекают в камере сгорания дизельного двигателя, как реализована подача дизтоплива, каким образом происходит смесеобразование и воспламенение заряда, а также какое давление и температура в камере сгорания дизеля.

Камеры сгорания дизельных двигателей и особенности работы такого ДВС

Начнем с того, что камеры сгорания дизельных двигателей несколько отличаются от бензиновых. Существует два основных типа камер:

• неразделенная камера сгорания дизельного мотора;
• разделенная камера сгорания дизельного ДВС;

Неразделенный тип является однообъемной камерой, как правило, простой формы, которая согласована с расположением форсунок. Такие камеры обычно выполняются в днище поршней, также могут быть изготовлены частично в днище и частично в ГБЦ, редко только в головке блока.

Если говорить о плюсах и минусах, первый тип позволяет обеспечить двигателю лучший КПД, однако температуры в такой камере сгорания выше. Также растут и ударные нагрузки. Что касается разделенных камер сгорания, КПД меньше, однако удается реализовать более полноценное сгорание топлива, такой дизель меньше коксуется, дымит и т.д.

Как сгорает топливо в дизельном двигателе

Теперь давайте рассмотрим сам процесс горения. Как известно, для горения топлива необходимо определенное количество кислорода, а также источник, который позволит смеси воспламениться.

В дизеле вместо внешней искры таким источником является высокая температура, то есть нагрев.

Другими словами, топливно-воздушная смесь в дизельном двигателе самовоспламеняется от высокого давления и нагрева. При этом нормальная работа мотора сильно зависит от правильно настроенного впрыска, качественного сжатия смеси, а также от полноты сгорания заряда в цилиндрах.

В самом начале в цилиндр подается воздух, сжимается и нагревается. Далее топливо впрыскивается в камеру сгорания дизельного двигателя, во время впрыска происходит его распыление.

Затем возникает самовоспламенение, пламя распространяется по цилиндру. Впрыск горючего останавливается, а остатки топлива продолжают гореть. Далее процесс повторяется.

Как видно, хотя подача и горение заряда в дизеле протекает за очень короткий промежуток времени, этот отрезок можно разделить на этапы:

• Первый этап- впрыск топлива до начала его воспламенения (задержка воспламенения). Форсунки на данном этапе подают солярку, причем в распыленном виде. Образуется топливный «туман», который распространяется в сильно сжатом и нагретом воздухе.

Фактически туман представляет собой мельчайшие капли топлива, но они не воспламеняются. Дело в том, что сначала горючее должно испариться.

Только после этого произойдет смешивание испаренного дизтоплива с воздухом, а сама смесь нагреется до температуры, необходимой для самостоятельного воспламенения. Отметим, что задержка воспламенения должна быть короткой.

• Второй этап-воспламенение и распространение фронта пламени по цилиндру. Дело в том, что после воспламенения сразу горит не весь объем, а возникают точечные «очаги» возгорания. Они локализуются в местах, где топливо наиболее качественно смешалось с воздухом, а температура в камере около 1700 К.

Такое начальное горение приводит к повышению температуры и давления в цилиндре. В результате топливо, которое еще не загорелось, активно испаряется и смешивается с воздухом. В этот момент фактически происходит полное возгорание смеси в цилиндре, при этом резко увеличивается давление.

• Наступает третий этап, года топливо непосредственно сгорает. Инжекторная форсунка еще впрыскивает солярку, горючее уже сразу загорается от контакта с пламенем в камере сгорания. Пламя в этот момент эффективно распространяется по всему объему, давление также максимально.

Именно на данном этапе давление в результате сгорающего топлива с большой силой толкает поршень, заставляя двигатель совершать полезную работу. Что касается температуры, показатель растет до 2200 К.

• Завершающий четвертый этап является моментом, когда остатки топлива догорают в цилиндре. В это время поршень уже перемещается вниз, что означает падение давления и температуры.

Если возникнут сбои, распространение пламени будет нарушено, температура в камере сгорания дизельного двигателя повышается, возникает риск детонации, топливо не сгорает в полном объеме и т.д.

Частые проблемы дизелей: момент впрыска и компрессия

Если сжатие смеси в цилиндре оказывается недостаточным, во время работы двигателя можно услышать шумы и металлические стуки. Дело в том, что в таком случае смеси нужно больше времени, чтобы нагреться до температуры воспламенения.

Получается, снижение компрессии дизельного двигателя увеличивает время до воспламенения заряда.

При этом в цилиндре несгоревшей смеси будет больше, чем нужно. В результате в момент возгорания такого заряда процесс горения приобретает взрывной характер, давление резко увеличивается, появляется ударная волна и детонация, разрушая ЦПГ и оказывая значительные нагрузки на детали мотора.

Затем поршень идет вниз, температура и давление дополнительно снижаются, нет условий для горения. Получается, несгоревшая солярка испаряется и далее попадает в выпускную систему

То же самое происходит и в том случае, если впрыск дизтоплива слишком поздний. Другими словами, компрессия в цилиндрах нормальная, но подача топлива с опозданием приводит к тому, что поршень уже идет вниз, нет нужного сжатия и давления для самовоспламенения.

Если же выхлоп черный, это может указывать на то, что форсунки «переливают», то есть подача горючего происходит в большем объеме, чем необходимо. Простыми словами, дизтоплива много, а кислорода просто недостаточно на такое количество горючего.

Имеющийся кислород позволяет выгореть только части топлива, а несгоревшие остатки превращаются в углерод, что и проявляется в виде характерного черного дыма из выхлопной трубы.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое степень сжатия двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре применительно к двигателю внутреннего сгорания и особенностям его работы.

Еще отметим, что к похожим проблемам может приводить недостаточная подача воздуха (например, забит воздушный фильтр), завоздушивание системы питания дизельного двигателя и т.д.

В итоге, если нарушается нормальный процесс смесеобразования, это закономерно влияет на момент воспламенения и последующую эффективность сгорания топливного заряда в цилиндрах.

Что в итоге

С учетом вышесказанного становится понятно, что дизель особенно нуждается в высокоточном топливном впрыске. От этого напрямую завит КПД, ресурс мотора, экономичность, уровень токсичности отработавших газов и ряд других важных параметров.

Рекомендуем также прочитать статью о том, почему в двигателе может быть повышенная компрессия. Из этой статьи вы узнаете об основных причинах возникновения данного отклонения от нормы и способах ремонта.

По этой причине дизельные форсунки на современных типах указанных моторов способны обеспечить так называемый фазированный (многофазный) впрыск, подавая дизтопливо до 10 раз за один рабочий такт мотора.

Подобные решения в сочетании с турбокомпрессором позволяют современному дизельному мотору уверенно конкурировать на рынке с бензиновыми аналогами, при этом высокая топливная экономичность остается главным преимуществом дизельного двигателя.

Показатель компрессии дизельного двигателя. Главные причины и основные признаки снижения компрессии. Запуск мотора с недостаточным давлением в цилиндрах.

Высокая компрессия в двигателе и основные причины повышения компресссии. Почему также происходит снижение компресссии по цилиндрам. Советы и рекомендации.

Влияние степени сжатия на мощность и другие характеристики мотора. Тюнинг и увеличение степени сжатия, а также понижение параметра в отдельных случаях.

Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.

Низкая комрессия в цилиднрах двигателя: главные причины. Как поднять компрессию в двигателе без ремонта мотора, доступные способы. Советы и рекомендации.

Проблемы с запуском дизеля. Признаки низкой компрессии и причины неисправности: ГРМ, зеркало цилиндров, поршень и кольца. Производим замер компрессии.

Вопрос о температурах выхлопных газов дизеля тепловоза

Это говорю не я, а законы физики.
Если бы имела место только одна вспышка (топлива), Ваша теория была бы верна.
Сохранение энергии. Вот принцип.
Для этого на турбинном колесе поперечное сечение по лопаткам уменьшается (преобразование в скорость).

вэндер добавил 29.05.2017 в 19:48
Сейчас "поднял" очень старую книгу. Законы термодинамики 1964г.
Коэффициент преобразования на турб. колесе должен быть не менее 0,86. Иначе будет воздушный удар (помпаж)

" . Всем хороша воздуходувка с механическим приводом, но есть у нее существенный недостаток: такой привод отнимает у дизеля 2Д100 значительную часть его мощности — более 147 кВт, или 200 л. с. Нельзя ли создать нагнетатель, который бы не имел привода от коленчатого вала дизеля? Этот вопрос с давних пор занимал конструкторов. Газ после расширения в цилиндрах обладает еще значительным запасом энергии. Нередко энергия, которую несут с собой выпускные газы, достигает 30—35% всей энергии (всего тепла), полученной в двигателе в результате сгорания топлива. Нельзя ли использовать эту драгоценную энергию если не полностью, то хотя бы частично? Тогда значительно повысится экономичность двигателя. Если можно, то как? Очевидно, для этого надо заставить газы более полно расшириться. В газовой турбине в отличие от двигателя внутреннего сгорания газы имеют возможность осуществить дальнейшее расширение. Вот почему в современных дизелях газ, совершивший работу в цилиндрах, выбрасывается не в атмосферу, а направляется в газовую турбину (рис, 32, б).
В газовой турбине для расширения газов предусмотрена установка соплового аппарата и рабочих лопаток. Хотя на выпуске и создается некоторое дополнительное сопротивление, но зато оказывается возможным расширить газы и использовать их энергию. Иными словами, газы, отработавшие в цилиндре, и турбина выполняют здесь такую же роль, как и коленчатый вал дизеля для привода описанной выше роторной воздуходувки. Но так как для привода газовой турбины используется энергия отработавших газов, то применение так называемого газотурбинного привода вместо механического оказывается значительно выгоднее. Итак, при работе дизеля отработавшие газы после выхода из цилиндров поступают в сопловой аппарат турбины. Здесь газы с избыточным давлением на выпуске расширяются, приобретают значительную скорость и направляются на рабочие лопатки, укрепленные на колесе турбины. На рабочих лопатках, которым придана особая форма, происходит поворот и дальнейшее расширение газового потока. При этом снижается его температура. В результате возникает вращающий момент на валу газовой турбины: часть тепловой энергии газа преобразуется в механическую энергию. Отработавшие в турбине газы выпускаются в атмосферу.
На одной оси с турбиной укреплено колесо центробежного компрессора. Турбина вращает рабочее колесо этого компрессора, который засасывает воздух из атмосферы и сжимает его. Из компрессора сжатый воздух направляется в цилиндры дизеля. Чтобы турбина и компрессор занимали меньше места, меньше весили и изготовление их было дешевле, их компонуют в один общий одновальный агрегат, называемый обычно турбокомпрессором. На современных тепловозных дизелях воздух, сжатый в турбокомпрессоре, поступает в цилиндры не сразу, а сначала охлаждается в специальном теплообменнике.
Как же устроен и работает современный турбокомпрессор? Представление об этом мы уже получили.
Рассмотрим устройство турбокомпрессора ТК-34С (среднего давления) на примере дизеля 10Д100 (рис. 33). Отработавшие в дизеле газы по кольцевому впускному патрубку (см. нижнюю часть рисунка) подводятся к сопловому аппарату, в котором повышенное по сравнению со свободным выпуском давление газа преобразуется в скорость, т. е. потенциальная энергия давления преобразуется в кинетическую энергию движения газов. Неподвижные лопатки этого аппарата расположены по окружности перед рабочими лопатками турбинного колеса. Из соплового аппарата газы, имея необходимое направление, с большой скоростью поступают на рабочие лопатки колеса турбины: кинетическая энергия движения газов преобразуется в энергию вращения колеса турбины. Одновременно часть тепловой энергии выпускных газов за счет их расширения в турбинном колесе дополнительно используется для вращения ротора турбины. Газы, отработавшие в турбине, отводятся в атмосферу по выпускному патрубку. А так как на другом конце ротора турбины закреплено колесо компрессора, то, вращая турбинное колесо (с частотой до 18000 об/мин), газы заодно с ним заставляют вращаться с той же частотой и рабочее колесо компрессора. При этом на дизеле 10Д100 это колесо всасывает (через фильтр компрессора) атмосферный воздух и нагнетает его через лопаточный диффузор (расширяющийся канал) в охладитель воздуха, а оттуда во всасывающую полость приводного центробежного компрессора. . "