Экологические характеристики дизельных двигателей

БИОДИЗЕЛЬ — АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ
Получение. Характеристики. Применение. Стоимость

ФГУП «НИИ двигателей»:
Татьяна Николаевна Смирнова, начальник отдела, к.т.н.
Виктор Михайлович Подгаецкий, начальник отдела, к.т.н.

Биодизель — это экологически чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической обработки растительного масла или животных жиров, которое может служить добавкой к дизельному топливу или полностью заменять его.

В настоящее время ряд стран (Австрия, Канада, Дания, Европейский союз, Финляндия, Ирландия, Нидерланды, Швеция, США и Великобритания) ведут совместные работы по созданию биологического топлива для транспортных двигателей. Биодизель считается одним из наиболее перспективных возобновляемых альтернативных топлив.

История вопроса.

В 1878 г. Рудольф Дизель ознакомился с работой Карно, который теоретически доказал, что может быть создан тепловой двигатель с к.п.д. значительно более высоким, чем у паровой машины того времени. Эффективность цикла Карно увеличивается с ростом степени сжатия газа. Дизель применил теорию Карно к двигателю внутреннего сгорания. Он хотел создать двигатель с максимально высокой степенью сжатия. Для этого топливо в рабочий цилиндр вводится только в определенный момент и воспламеняется от тепла предварительно сжатого воздуха. Двигатель Дизеля, получивший его имя — «дизель», имеет к.п.д. более высокий, чем бензиновый двигатель с принудительным зажиганием, и существенно более высокий, чем паровой двигатель. Дизель получил патент на свое изобретение в 1893 г. и продемонстрировал работающий двигатель в 1897 г. На Всемирной выставке в 1900 г. был показан его двигатель, работавший на масле из семян сосны с перспективой использования в качестве топлива растительного масла. Именно эти эксперименты легли в основу исследований, которые в дальнейшем привели к созданию биодизеля.

Биодизель может быть получен разными способами. Для этого растительные масла или жиры преобразуются в жирные кислоты, которые в свою очередь преобразуются в эфиры. Масла или жиры могут также непосредственно преобразовываться в метиловый или этиловый эфиры, используя кислоту или ускоренную каталитическую реакцию. Самый обычный метод получения биодизеля, известный как «трансэфиризация», состоит в расщеплении молекулы глицерольного эфира жирной кислоты на молекулы метилового эфира.
Таким образом, биодизель — это название, данное эфирам соответствующих масел, которые используются как дизельное топливо. Это неядовитое, разлагаемое микроорганизмами жидкое топливо состоит из длинных цепей моноалкиловых эфиров жирных кислот и может использоваться либо в чистом виде, либо в смеси с дизельными нефтяными топливами.

Особое место в технологическом процессе изготовления биодизеля отводится его испытаниям и контролю качества. Из многих существующих методов испытаний биодизеля наиболее перспективными для оценки его качества считаются новые методы, предусмотренные американскими стандартами 14105 и ASTM D6584. Если при проверке топливо не соответствует положительной оценке, оно подвергается доработке с последующим повторным испытанием.

Оставшийся в топливе глицерин может вызвать забивание распыливающих отверстий форсунки. Появление свободного и полного глицерина в биодизеле обусловлено, как правило, недостаточным преобразованием масла или жира в желательный моноалкиловый эфир.

Обычно биодизель из-за его высокой стоимости смешивают с дизельным топливом (ДТ). Другой причиной для применения смеси из биодизеля и ДТ являются неудовлетворительные пусковые свойства двигателя, работающего на биодизеле при низкой температуре.

Биодизель может использоваться в различных целях. Его можно применять в качестве смазывающей добавки (1…2 %) к дизельному топливу с крайне низким содержанием серы, а смесь 20 % биодизеля с 80 % дизельного топлива (B20) обычно служит заменой ДТ, которым, согласно стандарту ASTM, могут быть ДТ1, ДТ2, авиационный керосин или другие продукты переработки нефти. При соответствующей подготовке можно использовать в двигателе и чистый биодизель (В100).

В настоящее время B20 — самая распространенная биодизельная смесь в Соединенных Штатах. Считается, что она позволяет удачно сбалансировать требования, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками, эмиссией отработавших газов и стоимостью. Эта смесь может использоваться в системах, предназначенных для работы на дизельном топливе, в том числе в дизельных двигателях, нефтяных нагревательных котлах и турбинах, не требуя никаких перерегулировок и переделок.

Применение смесей с более высоким содержанием биодизеля (типа B50 или B100) требует специальной подготовки системы управления и может потребовать модификации оборудования, например, применения специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, которые контактируют с топливом. В целом считается, что: B100 обеспечивает наиболее высокие экологические характеристики.; B20 обеспечивает получение впятеро меньших экологических преимуществ по сравнению с B100, но может широко использоваться на существующих двигателях при незначительной их модификации или вообще без нее; 2-процентная смесь биодизеля с ДТ обеспечивает незначительное улучшение экологических характеристик, но может использоваться как полезная добавка.
Одной из наиболее важных характеристик ДТ является его способность к самовоспламенению. Эта характеристика определяется величиной цетанового числа топлива (цетановым индексом). Американское ДТ имеет сравнительно невысокие цетановые числа, в среднем, около 40, а европейское ДТ имеет цетановый индекс 50 ед. Исследования показали, что цетановые числа биодизеля лежат в интервале величин от 45,8 до 56,9 ед.

Другой важной характеристикой дизельного топлива являются его смазочные свойства. Смазка топливных форсунок и некоторых типов топливных насосов обеспечивается самим топливом. Биодизель имеет лучшие смазочные свойства, чем современные ДТ с низким содержанием серы (500 весовых частей серы на 1 млн весовых ед. топлива — 500 ppm). Проблема улучшения смазочных свойств ДТ обострится, когда будет введено требование об уменьшении содержания серы в ДТ (до 15 ppm). Как показывают исследования, добавление 1…2 % (по объему) биодизеля в смесь с ДТ с низким содержанием серы улучшают смазочные свойства этого топлива.
В продуктах сгорания биодизеля отсутствуют сера или частицы ароматиков. Биодизель содержит до 10 % кислорода, что способствует активизации процесса сгорания при работе двигателя на богатых смесях.

Биодизель обладает определенными недостатками. Как упоминалось ранее, в холодных условиях двигатель работает на биодизеле заметно хуже, чем на ДТ. Температура начала процесса, при которой топливо становится мутным, называют точкой кристаллизации (помутнения). При еще более низкой температуре топливо теряет текучесть, становится гелем, который не может быть прокачан по трубопроводу. Оба названных температурных порога у биодизеля выше, чем у ДТ.

С другой стороны, повышенная растворяющая способность биодизеля и его агрессивность могут создать проблемы для топливной системы. Биодизель может оказаться несовместимым с материалами уплотнений, используемыми в топливных системах транспортных средств машин, выпущенных до 1994 г. Поэтому переход на использование смесей B20 или B100 в любом транспортном средстве или машине требует большой осторожности.

Биодизель не оказывает существенного положительного влияния на увеличение эффективной энергии в двигателе. Эффективная энергия — это доля полной тепловой энергии топлива, введенного в двигатель. Термин «объемная эффективность» лучше знаком пользователям транспортных средств. Обычно объемная эффективность характеризуется величиной расхода топлива на единицу пути или величиной пробега на единицу объема топлива. Содержание энергии в единице объема биодизеля на 11 % ниже, чем у ДТ, поэтому транспортное средство, работающее на В20, при прочих равных условиях будет иметь пробег на 2,2 % меньший (на единицу объема топлива), чем при работе на ДТ.

Приблизительно 11 % массы B100 составляет кислород. Присутствие кислорода в биодизеле улучшает процесс сгорания и способствует уменьшению выбросов углеводородов, угарного газа и сокращению эмиссии макрочастиц; но при этом кислородосодержащие топлива имеют тенденцию к увеличению эмиссии окислов азота. Результаты испытаний подтверждают соответствующие теоретические предположения.

Увеличение эмиссии окислов азота при работе на биодизеле создает достаточные причины для беспокойства, поэтому в США Национальная лаборатория охраны окружающей среды (NREL) провела исследования, связанные с поиском путей уменьшения эмиссии окиси азота при работе на биодизеле. Установлено, что добавление цетаноповышающих агентов, таких как «ди-терт-бутил пероксид» в количестве 1…2 % или этил-нитрата в количестве 0,5 % способствует уменьшению эмиссии окислов азота при сгорании биодизеля. Такой же эффект дает сокращение ароматиков от 31,9 до 25,8 % в ДТ. Эмиссия окислов азота в смесях с биодизелем может быть уменьшена путем добавления в них керосина или ДТ марки Fischer-Tropsch. Керосин, смешанный с 40 % биодизеля, обеспечивает эмиссию окислов азота не выше, чем она бывает при работе на ДТ. Этот же результат дает смесь ДТ Fischer-Tropsch с 54 % биодизеля.
Большинство исследований эмиссии биодизеля было выполнено на существующих двигателях тяжелых шоссейных грузовых автомобилей. Результаты исследований легли в основу стандартов на эмиссию.

Применение биодизеля из натурального растительного масла вместо ДТ обеспечивает уменьшение эмиссии углекислого газа и расхода топлива. Это утверждение основано на результатах анализа работы двигателя на биодизеле и ДТ в течение его жизненного цикла. По оценке NREL использование биодизеля марки В100 из бобов сои в двигателях городских автобусов уменьшает эмиссию углекислого газа на 78,45 %. Следует отметить, однако, что количество СО2, выделяемое в атмосферу с учетом промышленного производства биодизеля (в расчете на жизненный цикл работы дизеля), практически нивелирует экологические преимущества от его сгорания в двигателе.

Как отмечено выше, замена обычного ДТ на B100 уменьшает большинство вредных примесей в ОГ, но увеличивает содержание окислов азота. Так, например, при использовании B100 сокращается содержание углеводородов (HC), но приблизительно на 10 % увеличивается количество окислов азота (NOx), и в городских условиях это приводит к образованию смога. Смог затрудняет работу легких, приводит к обострению астмы и может вызвать хронические заболевания органов дыхания.

Увеличение выделений NOx в ОГ может быть минимизировано модификацией двигателей, применением специальных добавок к топливу или использованием реакторов-дожигателей.

Хотя эмиссия углеводородов HC при сгорании топлива с биодизелем уменьшается по сравнению с работой на ДТ, их выброс в атмосферу с учетом выделений при промышленном производстве биодизеля суммарно оказывается на 35 % выше, чем при применении ДТ.

Сажа. При применении B100 происходит приблизительно 50-процентное сокращение выброса твердых частиц (РМ или сажи). Исследования показали резко отрицательное влияние сажи на здоровье человека, ее наличие приводит к легочным заболеваниям и может вызвать преждевременную смерть.

Ядовитые выделения в атмосферу. Выделения от сгорания В100 на 60…90 % менее токсичны, чем при сгорании ДТ. Такие компоненты, как формальдегид и бензол могут причинить большой вред здоровью, вызывая рак, нарушения работы иммунной и репродуктивной систем.

Другие экологические характеристики биодизеля. Биодизель неядовит и разлагается в четыре раза быстрее, чем обычное ДТ. Его попадание в воду или другие области окружающей среды сопряжено с гораздо менее вредными последствиями.

Читать еще: Электрическая схема двигателя 1jz

При производстве биодизеля объем образующихся опасных отходов примерно на 95 % меньше, чем при производстве нефтяного дизельного топлива, зато количество неопасных отходов приблизительно удваивается. Опасные отходы обычно являются следствием применения химических веществ, связанных с очисткой нефти, а большинство неопасных отходов — это продукты переработки сои.

Моторное масло для дизельных двигателей

Содержание

1. Характеристики дизельных масел
2. Классификация дизельного моторного масла
3. Типы базовых масел
4. Дизельное масло для турбированных двигателей
5. Полезные советы
6. Моторные масла ROLF для дизельных двигателей

Дизельное моторное масло имеет свою специфику, поэтому оно и выделяется в отдельный класс. В первую очередь это связано с ухудшенными условиями сгорания топлива – смесеобразование происходит уже в конце такта сжатия. Также нужно учитывать повышенное давление в цилиндрах, из-за чего продукты неполного сгорания активнее проникают в картер. При работе мотора на высокосернистом топливе темпы старения масла, в сравнении с бензиновыми двигателями, значительно возрастают.

ROLF Lubricants GmbH, разрабатывая новые сорта специализированных дизельных масел, делает упор на повышенную стабильность, применяет эффективные пакеты диспергирующих и моющих присадок.

Характеристики дизельных масел

Основной характеристикой масла для дизельных двигателей (с эксплуатационной точки зрения) является вязкость. Ее изменение в зависимости от температуры определяет применимость продукта для конкретного двигателя, а также возможность всесезонного использования.

Принятая как де-факто классификация SAE обеспечивает удобство маркировки и сравнения характеристик масел. В ней все масла для автомобилей делятся на зимние, летние и всесезонные. Характеристики вязкости разбиты по диапазонам на несколько классов, получающих символическое числовое обозначение. Чем индекс класса выше, тем больше вязкость масла. Например, масло SAE 5W-40 по сравнению с 5W-30 имеет одинаковые низкотемпературные свойства, но оно более вязкое при работе двигателя. У 5W-30 кинематическая вязкость при 100 °С должна находиться в интервале 9,3–12,5 мм2/с, а у 5W-40 в интервале 12,5–16,3 мм2/с.

Чтобы отличить «зимний» индекс вязкости, к маркировке добавляется суффикс W. У всесезонных масел указываются и «зимнее», и «летнее» обозначения. Так, моторное масло SAE 10W-40 удовлетворяет требованиям класса 10W для низких температур и аналогично по рабочим характеристикам на прогретом моторе летним маслам SAE 40 (с дополнениями, введенными стандартом SAE J300 в 2007 году).

Выбирать моторное масло для дизельного двигателя необходимо по простому принципу – индекс «летней» вязкости должен соответствовать требованиям производителя авто. От этого зависят рабочее давление в системе смазки на прогретом двигателе, эффективность разбрызгивания масла коленчатым валом на стенки цилиндров и так далее. Увеличивать вязкость допустимо только при жесткой эксплуатации, повышенных температурах, на двигателях с ощутимым износом. Индекс низкотемпературной вязкости во многом определяется климатом региона, в котором эксплуатируется автомобиль. Чем ниже температуры зимой, тем меньше должен быть индекс низкотемпературной вязкости: от 20W в жарком климате до 0W в северных широтах.

По перечню эксплуатационных свойств моторное масло для дизеля выделяется:

повышенным щелочным числом. Если это допускается классом качества, так как масло активно набирает кислотные соединения. Особенно это актуально при износе ЦПГ и работе на дизтопливе неудовлетворительного качества;
активной работой диспергирующих и моющих присадок. Масло должно надежно удерживать в себе сажу, очищать двигатель от нагара, позволяя масляному фильтру отделить частицы загрязнений;
отличными противоизносными свойствами. Для дизельных моторов характерны высокие нагрузки на КШМ уже при низких оборотах, когда давление масла в смазочных каналах меньше всего;
термостабильностью. Несмотря на то, что дизельный мотор за счет высокого КПД «холоднее» бензинового, в ряде точек масло может нагреваться значительно выше рабочей температуры самого двигателя. Особенно это характерно для мощных турбодизелей.

Качественное моторное масло для дизельных автомобилей производится с добавлением сбалансированного и сложного пакета присадок. Особенно это характерно для специализированных продуктов, которые должны соответствовать актуальным экологическим нормам. Также они должны быть рассчитаны на применение многокомпонентных катализаторов и сажевых фильтров в системе выпуска отработанных газов.

Классификация дизельного моторного масла

Для более удобного подбора масла по характеристикам двигателя следует ориентироваться на системы стандартизации смазочных материалов. Старейшая из них и наиболее распространенная – система American Petroleum Institute (API). В ней масла для дизельных двигателей входят в отдельную группу с префиксом С (Commercial). Аналогично группе масел S для бензиновых двигателей, каждый новый принимаемый стандарт получает обозначение следующей буквой латинского алфавита. При этом требования нового стандарта жестче, чем у предыдущего и/или вводятся дополнительные. Важно, что стандарт обеспечивает совместимость масел в прямом направлении – продукты, изготовленные по новым стандартам, могут применяться в ранее разработанных дизелях.

Однако из-за того, что дизельные двигатели на автомобилях и спецтехнике могут работать и по четырехтактному, и по двухтактному циклу, маркировка класса качества может усложняться еще и указанием на тактность агрегата. Например, масла класса API CF-2 рассчитаны именно на двухтактные моторы, в то время как API CF-4 – на четырехтактные. Между собой они не взаимозаменяемы.

Европейская система ACEA изначально выделяла дизельные масла в группу B, стандарты нумеровались численно в порядке принятия. Но после введения норм Euro и увеличения сложности систем снижения токсичности были созданы две новые группы классов:

ACEA C – масла для двигателей, соответствующих экологическим нормам Euro 4 и выше. Стандарт включает в себя специфические требования к зольности, содержанию фосфора и серы, рассчитан преимущественно на легковой транспорт;
ACEA E – система классификации масел для тяжелого дизельного транспорта. Масла этой группы не имеют взаимозаменяемости по порядку индексов, подбор ведется по прямому соответствию требованиям производителя техники.

Типы базовых масел

Изначально моторные масла для дизельных двигателей производились на минеральной базе – продуктах переработки нефти. Более того, низкооборотным дизелям с малой удельной мощностью, в сравнении с бензиновыми, дольше подходили масла на минеральной основе. Более жесткие классы качества вводились медленнее. Для коммерческого транспорта с его значительными годовыми пробегами очень важно было и то, что минеральные масла имеют наименьшую стоимость.

Одновременно из-за неудовлетворительной стабильности минеральной базы она должна была дополняться все большим объемом присадок, доводящих качество моторного масла до соответствующего уровня. С распространением турбодизелей, где нагрузки значительно выросли в сравнении с низкофорсированными атмосферными моторами, возникла и потребность в более стабильных и качественных моторных маслах.

Синтетика, производимая на гидрокрекинговой или полиальфаолефиновой базе, создала возможность не только увеличить удельную мощность двигателей, но и улучшить экологические характеристики дизелей. Современные нормы экологии уже невозможно обеспечить исключительно за счет управления смесеобразованием двигателя. Помимо катализаторов, используются специфические системы именно для дизелей (сажевые фильтры, впрыск мочевины). Такие моторы нуждаются в отдельных маслах, производство которых на минеральной базе просто нерентабельно из-за высоких требований к испаряемости, зольности и содержанию фосфора.

Компромиссный вариант – полусинтетика, при производстве которой в минеральную базу вводится достаточный объем синтетического масла. При сохранении демократичной цены полусинтетическое масло становится стабильнее минерального, может соответствовать более жестким классам качества. В случаях, когда использование полусинтетики допустимо по требованиям производителя автомобиля, она дает заметное снижение стоимости эксплуатации машины без особого влияния на ресурс мотора.

Дизельное масло для турбированных двигателей

Специфика дизельных двигателей, описанная выше, наиболее ярко выражена на примере моторов с турбонаддувом. У них увеличиваются и удельные нагрузки, и объем продуктов неполного сгорания топлива, попадающих в масло. Появляются и специфические требования:

работоспособность в парах трения «сталь – медные сплавы». В то время как в самом ДВС цветных сплавов такого типа практически нет, подшипники скольжения большинства турбокомпрессоров изготавливаются именно из бронзы. Учитывая, что рабочие обороты турбин доходят до сотен тысяч в минуту, масло в турбокомпрессорном двигателе должно обеспечивать эффективность защиты подшипников;
минимальная коксуемость. Турбокомпрессор после работы двигателя на большой нагрузке достаточно долго сохраняет высокую температуру, в то время как поток масла прекращается почти сразу же после остановки мотора. Чрезмерное образование отложений в этом случае быстро выведет турбину из строя. В связи с этим и появились различные типы турботаймеров, которые дают турбине остыть на холостых оборотах. Несмотря на распространение турбокомпрессоров с водяным охлаждением, минимальная коксуемость масла по-прежнему важна.

Полезные советы

Распространенное мнение о возможности оценки качества моторного масла по скорости его потемнения в корне неверно, даже если речь идет о дешевой «минералке». Потемнение дизельного моторного масла возникает неизбежно из-за проникновения в него сажи и, напротив, сигнализирует об эффективной работе диспергирующих присадок.

При выборе моторного масла для современных двигателей с сажевыми фильтрами (DPF) необходимо в обязательном порядке использовать сорта с зольностью, соответствующей требованиям производителя техники. Если сервисная документация допускает использование среднезольных масел (MidSAPS), также могут применяться и малозольные LowSAPS-масла. Но, если в сервисной книжке указано использование только малозольных моторных масел, применение MidSAPS не допускается, так как в таком случае уже возможно снижение срока службы сажевого фильтра. Так же на срок службы сажевого фильтра влияет дизельное топливо, чем больше в нем серы, тем скорее DPF выйдет из строя, вне зависимости от зольности моторного масла.

Моторные масла ROLF для дизельных двигателей

ROLF 3-SYNTHETIC 5W-30

Синтетическое моторное масло премиум-класса. Отлично защищает от износа, в том числе в термонагруженных зонах, обладает улучшенной термоокислительной стабильностью. Подходит для современных бензиновых и дизельных двигателей, включая турбированные с непосредственным впрыском.

ROLF 3-SYNTHETIC 5W-40

Премиальный продукт, созданный на основе трех синтетических базовых масел и передового пакета присадок. Рекомендован для современных бензиновых и дизельных двигателей. Масло устойчиво к потере вязкости, в том числе при сильных механических нагрузках.

ROLF GT SAE 0W-40

Синтетическое моторное масло на основе ПАО. Подходит для новейших бензиновых и дизельных двигателей. Надежно защищает двигатель даже при увеличенных интервалах замены.

ROLF GT 5W-30 SN/CF

Легкотекучее синтетическое масло высокого класса. Подходит для всесезонного применения в бензиновых и дизельных двигателях (в т. ч. с турбонаддувом).

ROLF GT 5W-40 SN/CF

Синтетическое легкотекучее масло для всесезонного применения. Обеспечивает легкий запуск двигателя при отрицательных температурах, защиту от износа и увеличенный интервал замены.

Читать еще: Двигатель авто работает рывками

ROLF ENERGY 10W-40 SL/CF

Полусинтетическое моторное масло. Разработано для бензиновых и дизельных двигателей легковых автомобилей (в т. ч. с турбонаддувом и интеркулерами).

ROLF DYNAMIC 10W-40 SJ/CF

Полусинтетическое масло для бензиновых и дизельных двигателей. Обеспечивает отличную смазку при различных условиях эксплуатации.

ROLF OPTIMA 20W-50 SL/CF

Всесезонное минеральное масло для двигателей легковых автомобилей и коммерческого транспорта. Отлично защищает и предотвращает коксование и образование шлама.

ROLF OPTIMA 15W-40 SL/CF

Всесезонное минеральное масло для всех типов бензиновых и дизельных двигателей. Обеспечивает высокие защитные и моющие свойства.

Моющие присадки для моторных топлив

Как увеличить срок службы и повысить мощность двигателя?

Как увеличить срок службы и повысить мощность двигателя? Как сэкономить топливо, снизить токсичность выбросов автомобиля и уменьшить влияние транспорта на окружающую среду?

Нормы Euro 5 и Euro 6 в области выбросов транспортных средств сфокусированы на решении проблемы снижения эмиссии парниковых газов (СО₂, NOx) и твердых частиц. Цель номер 1 для ЕС – углекислый газ. В развитых странах показатель выбросов двуокиси углерода в последние годы вошел в число основных характеристик автомобиля. Сегодня в ЕС максимально допустимый объем выбросов составляет 130 г/км. К 2021 году этот порог должен снизиться до 95 г/км, а к 2030 г. – до 66 г/км.

Сократить количество выбросов углекислого газа возможно только путем снижения расхода топлива, так как масса CO₂, выбрасываемая автомобилем, и количество потребленного топлива напрямую зависят друг от друга. Норма выбросов углекислого газа в 95 г/км соответствует расходу топлива 4 литра на 100 км. Эти проблемы в настоящее время решаются за счет совершенствования автомобильных технологий, а основные показатели качества топлив практически не затрагиваются.

Бензиновые двигатели с прямым впрыском топлива

Новый этап в эволюции технологии автомобилестроения – двигатели с прямым впрыском топлива в камеру сгорания (Direct Injection Spark Ignition – DISI). Уникальная система впрыска DISI и высокая компрессия обеспечивают лучшую эффективность работы по сравнению с традиционными двигателями. Эта конструктивная концепция позволяет создать практически чистый автомобиль с минимальным расходом топлива и низкой токсичностью выхлопа, сохраняя при этом максимальную мощность транспортного средства.

Особенности эксплуатации двигателей прямого впрыска

Основными недостатками бензинового двигателя прямого впрыска являются сложность этой системы и, как следствие, её высокая стоимость. Главный элемент системы подачи топлива – инжектор высокого давления. Форсунки в двигателе работают в очень жестких условиях, так как непосредственно контактируют с камерой сгорания. Твердые продукты горения могут способствовать образованию отложений на игле топливной форсунки, а также внутри сопловых отверстий. Отложения, образующиеся в сопловых отверстиях и на внешней поверхности форсунок, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива и нарушая оптимальную схему впрыска. По словам технических специалистов, забитые форсунки – это проблема всех двигателей прямого впрыска, независимо от конструкции. Для моделей, наиболее склонных к накоплению отложений, уже через 5 000 миль, а для других – через 15 000 – 30 000 миль из-за засорения форсунок наблюдается снижение потока топлива на 27–30%. При этом промывка дозировочного блока малоэффективна. Эта проблема может быть решена только его заменой.

Контроль образования отложений

Двигатели прямого впрыска особенно требовательны к качеству топлива, так как всего лишь одна заправка некачественным бензином может вызвать перебои в работе автомобиля и значительно сократить ресурс его работы. Для сохранения работоспособности двигателя, а также высокой топливной экономичности, крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Последние зарубежные исследования направлены на изучение возможности обеспечения при помощи присадок чистоты топливных форсунок бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива. Исследования и испытания показали, что различные типы моющих присадок способны сохранять чистоту новых инжекторов двигателей прямого впрыска, а также способны очищать осевший нагар.

Для оценки способности топлив с присадками поддерживать чистоту форсунок современных двигателей используется стандартный метод CEC TDG-F-113. Испытания проводятся в стендовых условиях на двигателе Volkswagen EA111 CAVE – это современный турбированный 1,4 литровый двигатель прямого впрыска с мультисопловыми форсунками. Отложения, образующиеся в сопле инжектора, приводят к уменьшению поперечного сечения отверстий, ограничивая поток топлива. Для получения топливовоздушной смеси стехиометрического состава, электронная система управления двигателем увеличивает время впрыска. Критерием оценки является изменение времени впрыска (change of injection time), свидетельствующее о наличии отложений в отверстиях топливных форсунок, выраженное в процентах. Для топлив без присадок изменение времени впрыска может составлять 20-25%.

Современные пакеты моющих присадок для автомобильных бензинов позволяют эффективно контролировать образование отложений в двигателях прямого впрыска последнего поколения.

На рисунке представлен график и фото форсунки, иллюстрирующие способность современных пакетов присадок поддерживать в чистоте топливные форсунки двигателей с прямым впрыском. При работе двигателя на топливе с пакетом присадок форсунки остаются чистыми, двигатель работает стабильно, изменение времени впрыска составляет ± 0% по сравнению со стартовым значением. Добавление современных пакетов присадок в автомобильные бензины позволяет поддерживать чистоту, а также восстановить работоспособность топливных инжекторов непосредственно в процессе эксплуатации без ремонта и промывки.

Благодаря эффективному горению, снижается расход топлива и уменьшается количество выбросов выхлопных газов и СО₂ в атмосферу. Обеспечение работоспособности дозировочного блока позволяет повысить надёжность работы топливной аппаратуры.

Современные дизельные двигатели Common-rail

Экологические показатели дизельных двигателей до последнего времени значительно уступали современным бензиновым двигателям. Ситуация изменилась в связи с внедрением дизелей так называемой системы Common-rail. В таких двигателях топливный насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод — топливную рампу, которая играет роль ресивера. Топливо при этом находится не под пульсирующим давлением, а под постоянным. Управление форсунками осуществляется не старым гидромеханическим способом, а с помощью компьютера.

Такие особенности дизеля, как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов, а также доступное топливо делают его более предпочтительным вариантом по сравнению с бензиновым двигателем. Дизельный двигатель экономичнее бензинового и расходует в среднем на 15-30% меньше топлива. Экологические характеристики дизельного двигателя также выше, чем у бензинового.

Особенности образования отложений в дизельном двигателе системы Common-rail

Эксплуатация современных двигателей с прямым впрыском системы Common-rail сопровождается образованием отложений в топливных форсунках. Часто возникновение проблем в системе питания провоцирует дозировочный блок. Если в топливной рампе наблюдается недостаточное или повышенное давление, то причина, скорее всего, кроется в неадекватной работе дозировочного блока. Он, в свою очередь, являясь прецизионным изделием, крайне чувствителен к образованию отложений. По сложности современный дизельный двигатель не уступает бензиновому. Ужесточение экологического законодательства постоянно диктует новые требования к конструкции двигателя, которые сопровождаются постоянным усложнением форсунок. Так, двигатель Peugeot DW 10 с нормами выбросов Евро-5 имеет форсунки с шестью инжекторными отверстиями размером 110 микрон. Форсунка двигателя конструкции Евро-6 имеет 24 инжекторных отверстия диаметром всего 80 мкм. Сопла современных форсунок лишь немногим больше диаметра человеческого волоса. Кроме того, они имеют сложную геометрию, с закруглениями. Все это делает их особенно подверженными к образованию отложений. Увеличение давления впрыска топлива и рабочих температур двигателя усиливают тенденцию к закоксовыванию инжекторов. Воздействие отложений на прецизионную пару блока приводит к зависанию его штока, что выражается в нерегулируемой подаче топлива в цилиндры. При этом, как и в случае с бензиновым двигателем, промывка дозировочного блока малоэффективна. Проблему решает только замена его новым. Но и она в некоторых случаях приносит лишь временный эффект.

В отличие от форсунок старых конструкций, в современных двигателях прямого впрыска отложения формируются в других областях. Внутри и вокруг распылительных отверстий образуется углеродистый нагар – «внешние отложения». Помимо отверстия сопла, внутри корпуса инжектора, на поршне и игле форсунки образуются «внутренние отложения»

Условия сгорания (давление, температура) приводят к образованию отложений, отличающихся по составу от образующихся в классических дизельных двигателях. Существуют два различных типа внутренних отложений в инжекторах. Первый тип — восковые отложения, или «мыло». Второй тип — углеродистые, имеющие вид лаковой пленки

Отложения внутри сопла могут вызвать залипание подвижных частей, это нарушает контроль за впрыском топлива. Неэффективное горение топлива может привести к падению мощности, ухудшению топливной экономичности, увеличению эмиссии токсичных выбросов, а также к выхлопам в виде черного дыма. Увеличение количества отложений может привести к потере управляемости автомобилем и к проблемам с запуском.

Для сохранения мощности двигателя и высокой топливной экономичности крайне важно обеспечить чистоту топливной системы в процессе работы.

Борьба с отложениями в дизельном двигателе

Прогресс в области технологии автомобильных двигателей постоянно диктует новые требования к присадкам для топлив. Многие присадки предыдущего поколения не способны контролировать образование внутренних отложений. Современные тенденции в автомобилестроении приводят к появлению новых многофункциональных присадок к моторным топливам. Пакеты присадок последнего поколения обеспечивают высокую эффективность по защите всех типов дизельных двигателей, включая самые современные системы Common Rail от всех видов отложений, как внешних, так и внутренних.

Для изучения образования отложений в распылительных отверстиях топливных инжекторов современных двигателей Common-rail используется стандартный метод СЕС F-98-08 на двигателе Peugeot DW10В. Испытания проводятся циклами, общая длительность испытаний составляет 60 часов. В процессе испытаний каждый час регистрируется изменение мощности двигателя. Критерием оценки является изменение мощности, которое определяется уровнем загрязнения топливных инжекторов. В соответствии с последними требованиями Всемирной топливной хартии падение мощности не должно превышать 2%. Этот метод позволяет напрямую проследить взаимосвязь между эксплуатационной эффективностью работы двигателя (мощностью) и чистотой топливной системы. Многочисленные испытания на двигателе Peugeot DW10В показывают, что топлива, представленные на европейском рынке, не обеспечивают выполнение требований ВТХ по этому показателю (потеря мощности менее 2%). Причем снижение мощности составляет 7-9%, а в некоторых случаях превышает 12-13%. Такое падение мощности дизельного двигателя вызвано образованием отложений на элементах топливных форсунок. Как показывают испытания, добавление пакетов моющих присадок в дизельное топливо препятствует потере мощности за счет предотвращения образования отложений. Если в двигателе уже имеются отложения, эксплуатация на топливе с многофункциональным пакетом присадок может восстановить 100% первоначальной мощности двигателя (до уровня нового) за счет очистки топливных форсунок

Читать еще: Двигатель g4ee сколько ходит

Для изучения образования внутренних отложений используется стандартный метод СЕС F-110-16 на двигателе Common Rail DW 10C, основанный на оценке влияния внутренних отложений на холодный запуск двигателя. Испытания проводятся циклами: 5 циклов по 6 часов каждый с остановками двигателя на 8 часов. После запуска холодного двигателя измеряется температура отработавших газов (холостой ход, 2000 об/мин).

Значительные колебания температуры отработавших газов указывают на наличие внутренних отложений. После их удаления при работе автомобиля на топливе с многофункциональным пакетом присадок работа двигателя стабилизируется. Для оценки наличия внутренних отложений используется рейтинговая система: рейтинг рассчитывается исходя из различия в температурах отработавших газов по каждому цилиндру, рейтинг 10 свидетельствует об отсутствии внутренних отложений. Рейтинг менее 8 – наличие внутренних отложений, характеризующихся различиями в температурах отработавших газов при холодном старте и вибрацией двигателя. Испытания, проведенные разными методами, на двигателях различных конструкций и поколений подтверждают способность современных многофункциональных пакетов присадок поддерживать идеальную чистоту всех типов дизельных двигателей, включая самые современные двигатели системы Common Rail, а также обеспечивать очистку топливных инжекторов от всех видов отложений (внешних и внутренних).

Даже самое высококачественное топливо в процессе эксплуатации образует отложения в топливных форсунках. Появление отложений в двигателе неизбежно, но их количество можно контролировать и, таким образом, поддерживать двигатель автомобиля в хорошем состоянии. Именно для этого предназначены современные пакеты моющих присадок в качестве «средства быстрого реагирования».

Дарья Федосеева, менеджер по технической поддержке, отдел «Специальные химикаты для топлив и масел», BASF в России и СНГ

Никитина Елена Андреевна к.т.н., технический консультант, отдел «Специальные химикаты для топлив и масел», BASF в России и СНГ

Присадки в топливо (дизель)

Средство для профилактики и очистки дизельных топливных систем. Удаляет и предотвращает появление нагара и закоксовок во всей системе впрыска: топливном насосе, форсунках, камерах сгорания.

Емкости 500 мл достаточно для топливного бака от 80 до 115 литров.

Средство для очистки сажевых фильтров самых современных автомобилей. Продлевает срок жизни дорогостоящей детали и облегчает работу системы выпуска. Рекомендуется применять каждые 2000 км.

Емкости 500 мл достаточно для топливного бака от 90 до 115 литров.

Средство для предотвращения замерзания дизельного топлива в холодный период. Модифицирует топливо, поддерживая его в жидком состоянии при температурах до -50 °C.

Использовать из расчета 150 мл на 50 л топлива.

Концентрированное комплексное средство для мягкой очистки, защиты дизельных топливных систем и увеличения мощности двигателя. Рекомендуется применять при каждой заправке. Имеет удобную компактную упаковку и дозатор с делениями по 10 мл средства на каждые 10 л топлива. Удаляет и предотвращает появление коррозии, нагара и закоксовок во всей системе впрыска: топливном насосе, форсунках, камерах сгорания.

Использовать из расчета 10 мл (емкость дозатора 25 мл) на каждые 10 л топлива.

Средство для усиленной защиты дизельных топливных систем (особенно Common-Rail). Защищает систему подачи топлива и топливопроводы от износа, коррозии и отложений. Рекомендуется KIA Motors. Средство сохраняет свое действие до 2000 км.

Емкости 250 мл достаточно для топливного бака от 40 до 75 литров.

Средство для очистки форсунок любых современных дизельных систем. Удаляет отложения на форсунках, обеспечивая равномерный впрыск дизельного топлива.

Емкости 500 мл достаточно для топливного бака от 40 до 75 литров.

Концентрат средства для предотвращения замерзания дизельного топлива в холодный период. Модифицирует топливо, поддерживая его в жидком состоянии при температурах до -50 °C. Оптимально для многократного использования.

Предварительно смешать с топливом. Использовать из расчета 25 мл (емкость колпачка) на каждые 25 л топлива.

Средство для очистки и защиты дизельных топливных систем длительного действия. Рекомендуется использовать каждые 2000 км пробега. Удаляет и предотвращает появление нагара и закоксовок во всей системе впрыска: топливном насосе, форсунках, камерах сгорания.

Емкости 250 мл достаточно для топливного бака от 40 до 75 литров.

Средство для повышения смазывающих свойств низкосернистого дизельного топлива. Защищает от износа всю аппаратуру топливной системы. Средство может использоваться вместе с любыми другими средствами для дизельного топлива. Рекомендуется применять при каждой заправке.

Емкости 150 мл достаточно для топливного бака от 40 до 80 литров.

Средство для уменьшение дымности выхлопа дизельных автомобилей. Ускоряет сгорание сажи и поддерживает чистоту камеры сгорания и системы впрыска. Обеспечивает соответствие параметров выхлопа экологическим нормам.

Использовать из расчета 150 мл на 50 л топлива.

Комплексное средство для мягкой очистки, защиты дизельных топливных систем и увеличения силовых параметров двигателя. Рекомендуется применять при каждой заправке. Очищает топливную систему и систему впрыска, предотвращает появлению коррозии в системе, способствует эффективному сгоранию топлива.

Использовать из расчета 1 мерный колпачок на 10 л топлива.

Комплексное средство для ухода за дизельными тотпливными системами с эффектом антигеля. Отлично подходит для постоянного применения. Позволяет защитить топливную аппаратуру от негативного воздействия некачественного топлива.

Использовать из расчета 25 мл (емкость дозатора) на каждые 15 л топлива.

Специальное средство для увеличения мощности и крутящего момента дизельного двигателя. Специальные компоненты присадки обеспечивают максимально эффективное сгорание топливной смеси, что значительно повышает показатели дизельного двигателя.

Емкости 250 мл достаточно для топливного бака от 40 до 70 литров.

Профессиональное комплексное средство для мягкой очистки, защиты дизельных топливных систем на АЗС, предприятиях. Удаляет и предотвращает появление коррозии, нагара и закоксовок во всей системе впрыска: топливном насосе, форсунках, камерах сгорания. Используется в пропорции 1 л средства на 1000 л дизельного топлива.

Использовать из расчета 100 мл на 100 л топлива.

Емкости 250 мл достаточно для топливного бака от 40 до 75 литров.

Средство для очистки и защиты дизельных топливных систем пролонгированного действия. Рекомендуется использовать каждые 2 000 км пробега. Удаляет и предотвращает появление нагара и закоксовок во всей системе впрыска: топливном насосе, форсунках, камерах сгорания.

Емкости 500 мл достаточно для топливного бака от 80 до 115 литров.

Технологии компании DENSO для дизельных двигателей позволяют снизить уровень выбросов вредных веществ

13 октября 2017 | статья

Транспортные средства с дизельными двигателями составляют значительную часть европейского автопарка. Свечи накаливания и компоненты системы common rail компании DENSO способствовали снижению уровня выбросов вредных веществ дизельными двигателями

Несмотря на обозначившуюся тенденцию развития электротранспорта, автомобили с дизельными двигателями сохраняют существенную долю на рынке. Это во многом обусловлено применением инновационных технологий, снижающих выбросы вредных веществ и повышающих эффективность дизельных двигателей.

В развитии этих технологий компания DENSO отметилась рядом ключевых достижений, в результате чего существенная доля автомобилей с дизельными двигателями на европейских дорогах стала значительно эффективнее.

Лидер в разработке решений для дизельных двигателей

Компания DENSO — разработчик целого ряда новаторских технологий, способствовавших снижению уровня выбросов вредных веществ дизельными двигателями.

1991 г.: DENSO стала первым производителем оригинальных керамических свечей накаливания, улучшающих пусковые характеристики дизельных двигателей и снижающих выбросы вредных веществ.

1995 г.: DENSO начала производство первой топливной системы с общей рампой (common rail) для дизельных двигателей, способствующей улучшению топливной экономичности.

2002 г.: DENSO представила первую в мире систему common rail с рабочим давлением 1800 бар. Увеличение давления способствовало улучшению топливной экономичности, рабочих характеристик, а также снижению выбросов вредных веществ.

2005 г.: дизельная топливная система common rail с рабочим давлением 1800 бар была оснащена быстродействующими пьезофорсунками, которые дополнительно улучшают топливную экономичность.

2013 г.: DENSO удалось повысить рабочее давление до 2500 бар, что позволило улучшить показатели топливной экономичности до 3 %, а также добиться снижения выбросов твердых частиц до 50 % и оксидов азота до 8 %.

Инновационные технологии для дизельных двигателей

Системы common rail и свечи накаливания DENSO разрабатывались для того, чтобы автомобили с дизельными двигателями могли соответствовать жестким экологическим нормам XXI века, обладая при этом улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Керамические свечи накаливания имеют керамический нагревательный элемент, благодаря которому дольше поддерживается высокая температура остаточного нагрева, что, в свою очередь, способствует снижению выбросов вредных веществ.
Системы common rail обеспечивают впрыск дизельного топлива в цилиндры двигателя под высоким давлением. Благодаря этому воспламенение топлива происходит при оптимальной температуре и в нужном месте, что также снижает объем выбросов вредных веществ.

Топливные фильтры удаляют загрязнения и воду из дизельного топлива, поступающего в двигатель.

Использование передовых и технологичных компонентов для дизельных систем помогает СТО и производителям поддерживать экологические характеристики дизельных двигателей на самом высоком уровне. Дизельные компоненты DENSO используются для заводской комплектации автомобилей ведущих производителей, включая Toyota, Mazda и Ford. Благодаря огромному опыту производства оригинального оборудования продукция DENSO для рынка послепродажного обслуживания пользуется большим спросом.

Свечи накаливания

В передовых свечах накаливания DENSO используется керамический нагревательный элемент, благодаря чему нагрев до высокой температуры, необходимой для уверенного пуска двигателя, занимает всего две секунды.

Керамика обеспечивает высокую температуру остаточного нагрева в течение шести минут, даже после холодного пуска. Свечи накаливания DENSO — это доступное и выгодное решение для СТО: они обладают высокой термостойкостью, гарантируют надежный запуск двигателя при минимальном расходе топлива и способствуют уменьшению выбросов вредных веществ, что в совокупности благоприятно сказывается на лояльности и удовлетворенности клиентов автосервисов.

Системы common rail

Система common rail DENSO остается одной из самых популярных в автомобильной отрасли. Эта передовая система состоит из насоса, топливной рампы, форсунок с электронным управлением, датчиков, определяющих режим работы двигателя, и компьютера (электронного блока управления), контролирующего все эти устройства.

Уникальный насос высокого давления подает дизельное топливо в топливную рампу, которая, в свою очередь, питает форсунки. Затем топливо с высокой точностью впрыскивается в сжатый воздух внутри камеры сгорания, что оптимизирует процесс сгорания топлива и снижает выбросы вредных веществ.

В систему впрыска топлива включен топливный фильтр. Фильтр, изготовленный по стандартам автопроизводителей, удаляет загрязнения и воду из дизельного топлива, поступающего в двигатель, и предотвращает его замерзание.

Дизельные компоненты DENSO доступны для широкого модельного ряда популярных легковых автомобилей.