Экологические характеристики дизельного двигателя

Экологические характеристики дизельного двигателя

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.

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.

Экологические характеристики дизельного двигателя

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С РАЗНЫМИ УСЛОВИЯМИ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ РАБОТЕ НА БИОДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Шапко В.Ф., Черненко С.М., Атамась А.И., Горпинченко А.Ю.

(КНУ имени Михаила Остроградского, г. Кременчуг, Полтавская обл., Украина)

Results of the studies of the diesel engines to ecological factors with miscellaneous condition of mixture’s formation in operation on biodiesel fuel in comparison with standard diesel fuel are led. The explored influence of fat acid and element compositions of biodiesel fuel. The organized comparison of received result with factor of the diesel engine with prepared a camera of combustion.

Одними из важнейших показателей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) являются экологические показатели, требования к которым постоянно ужесточаются. Повысить экологические показатели ДВЗ возможно использованием альтернативных топлив.

Использование многих альтернативных видов топлива позволяет снизить вредные выбросы за счет более полного сгорания и некоторых изменений в протекании рабочего процесса ДВС . Особенный интерес вызывают альтернативные топлива, полученные из возобновляемых природных ресурсов.

Одним из таких альтернативных топлив для дизельных двигателей является биодизельное топливо (БТ), которое представляет собой производные растительных масел и жиров животного происхождения. БТ может использоваться без значительных изменений в конструкции двигателя и смешиваться со стандартным дизельным топливом ( ДТ) в любой пропорции.

В результате анализа предыдущих исследований было обнаружено, что в мире широко проводились испытания двигателей работающих на БТ и его смесях с дизельным топливом [1], [2]. Испытания проводились при работе ДВ C на БТ, сырьем для которых были разные масла [2], на двигателях с разделенными и неразделенными камерами сгорания [1], [2].

Данными исследованиями установлено, что во время работы дизельных двигателей на БТ правнению с ДТ наблюдается уменьшение выбросов продуктов неполного сгорания, в частности окиси углерода (СО), углеводородов ( C_nH_m ) и твердых частиц (С). Кроме того, дисперсность частиц сажи, которая образуется во время сгорания БТ более низкая сравнительно с частицами, которые образуются при работе на стандартном ДТ [2]. Что касается выбросов окислов азота ( NO_x ), то в некоторых случаях было зафиксировано их повышение, а некоторых – наоборот, снижение.

Таким образом, не до конца выясненным остается вопрос, какие факторы и каким образом влияют на экологические показатели дизельных двигателей, которые работают на биотопливе. В связи с этим целью данной работы является:

— исследование влияния жирнокислотного и элементного состава биодизельного топлива на формирование экологических показателей дизельного двигателя;

— экспериментальные исследования экологических показателей дизельного двигателя с неразделенной камерой сгорания во время работы на БТ в сравнении со стандартным ДТ;

— сравнение полученных результатов с показателями дизельного двигателя с разделенной камерой сгорания.

Для исследования влияния жирнокислотного и элементного состава биодизельного топлива на формирование экологических показателей дизельного двигателя использовались следующие образцы топлива: метиловые эфиры рапсового масла (МЭРМ), метиловые эфиры соевого масла (МЭСМ) и метиловые эфиры говяжьего жира (МЭГЖ).

Жирнокислотный состав биодизельных топлив определялся путем газожидкостной хроматографии данных образцов.

Основным показателем, который характеризует жирнокислотный состав БТ, есть индекс ненасыщенности ИН [3], который определяется по формуле [2]

,

где – произведение содержания (в % по массе) ненасыщенных жирных кислот и количества двойных связей в каждой кислоте.

Большее значение ИН характеризует высшую реакционную способность топлива через наличие большего количества двойных связей.

Элементный состав топлив определялся по методике, приведенной в работе [4]. Результаты определения элементного состава и индекса ненасыщенности образцов БТ приведены в табл.1.

Таблица 1 – Сравнение состава биодизельных топлив растительного и животного происхождений

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

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

Проверка фактов. Дизель против бензина: что больше портит воздух?

Автор фото, Getty Images

Современные дизели оснащаются фильтрами, улавливающими мельчайшие частицы

Мировые продажи автомашин с дизельными двигателями упали в прошлом году на 17% по сравнению с 2016 годом.

Причиной тому главным образом распространившееся мнение об их экологической вредности.

Представители отрасли утверждают, что современные дизели на самом деле исключительно чистые, и обвиняют правительства и борцов за охрану окружающей среды в предубеждениях.

Действительно ли дизельные двигатели опаснее бензиновых, или их просто демонизируют в прессе.

Меньше, но хуже

Однозначного ответа нет, говорят независимые эксперты. Все зависит от конкретной марки автомобиля.

И дизельные, и бензиновые двигатели переводят химическую энергию в механическую путем сжигания топлива, но делают это по-разному.

Дизель потребляет в целом меньше горючего и соответственно выбрасывает в атмосферу меньше двуокиси углерода, чем бензиновый двигатель такой же мощности. Но выделяемые им мельчайшие частицы сажи считаются особо вредными для человека.

«Они проникают очень глубоко в легкие, вызывая раздражение, оседают на поверхностях, с которых кровь поглощает кислород, и способны попадать в саму кровь. Это повышает риск инсульта, сердечных приступов и астмы, особенно у людей, которые к ним предрасположены», — говорит Мэтью Локхэм, исследователь токсичных воздействий загрязнения атмосферы из университета Саутгемптона.

Однако новейшие дизели оборудуются специальными фильтрами.

«Фильтры задерживают до 99% мельчайших частиц, так что для современных дизелей этой проблемы больше не существует», — утверждает глава независимого исследовательского центра Emissions Analytics Ник Молден.

Автор фото, Getty Images

Возглавляемая им группа известна тем, что тестирует машины на ходу, тогда как автопроизводители проводят в основном стендовые испытания и на их основании получают сертификаты.

Кроме частиц сажи, дизели по сравнению с бензиновыми моторами выбрасывают больше двуокиси азота, продолжительный контакт с которой ухудшает функцию легких и провоцирует аллергию.

К счастью, современные технологии позволяют добиться хорошего результата и здесь. Экологический стандарт Евро 6, вступивший в силу в сентябре 2015 года, предусматривает снижение выбросов двуокиси азота вдвое для дизельных машин, выпущенных позже этого срока.

Британская ассоциация автопроизводителей и автодилеров в связи с этим утверждает, что современные дизели в экономическом отношении в основном соответствуют бензиновым по воздействию на окружающую среду.

Группа Emissions Analytics замечает, что ситуация все же не столь однозначна. Дело в том, что на дороге выбросы двуокиси азота резко, порой в 15 раз, превышают результаты стендовых испытаний. В целом, по оценке экспертов, бензиновые двигатели все-таки чище, но очень многое зависит от конкретной модели.

«Если взять 10% самых «чистых» дизелей и 10% самых «грязных» бензиновых двигателей, то разница будет, конечно, в пользу первых, и весьма существенная», — замечает Ник Молден.

С сентября прошлого года проверки на экологичность в реальных условиях сделались обязательными для новых моделей, производимых в ЕС. По словам специалистов, это должно дать более объективную картину.

Чтобы повысить экономичность бензиновых моторов, производители все шире используют технологию так называемого прямого впрыскивания, но это отрицательно сказывается на экологичности.

Так что спор между двумя видами двигателей далеко не завершен.

Свойства дизельного топлива

Дизельное топливо (ДТ) – одно из наиболее популярных видов горючего, что используется для двигателей внутреннего сгорания. Оно более экономичное, чем бензин, к тому же стоит дешевле. Поэтому все больше автомобилей – не только грузовых, но и легковых, сегодня используют разные виды дизельных топлив. Какие характеристики у этого горючего и что надо знать, выбирая топливо, читайте далее.

Виды дизельного топлива

Качественно-количественный состав и физико-химические характеристики топлива для дизельных двигателей обуславливают его классификацию. Различают три основных марки ДТ:

• Л – летнее, используется преимущественно в теплый сезон, когда температура окружающей среды выше 0С;
• Е – межсезонное, которое может использоваться круглогодично, если температура окружающей среды не ниже -15С;
• З – зимнее, применяемое в холодное время года, когда температура воздуха выше -20С;
• А – арктическое, которое можно использовать в особо суровых условиях при температуре окружающего воздуха до -50С.

Эти виды топлива различаются между собой фракционным составом, вязкостью, плотностью, температурой испарения и застывания, а также иными характеристиками, о которых мы поговорим ниже.

Также существует подразделение топлива на экологические классы, что определяется содержанием соединений серы в выхлопе. Используемые у нас в стране классы – от К2 до К5 – соответствуют европейской маркировке. То есть топливо К4 – это Евро 4 и т.д.

Цетановое число дизельного топлива

Это основное свойство дизельного топлива, аналогичное октановому числу бензина. Цетановое число определяет воспламеняемость горючего. Чем оно выше, тем более качественным считается топливо, так как сгорает оно более равномерно и с низкой скоростью нарастания давления в двигателе. Это положительно сказывается на ходовых характеристиках авто, эксплуатационных свойствах и долговечности ДВС.

Но повышение цетанового числа сверх рекомендованного для конкретного двигателя может наоборот привести к возрастанию нагрузки на него и снижению характеристик, падению экономичности и повышению уровня дымности отработанных газов.

Цетановое число топлива определяется опытным путем как объемная доля количества цетана в смеси с альфа-изомером метилнафталина в топливе. Для сравнения используют эталонную смесь с известным содержанием цетана и метилнафталина. Этот показатель топлива напрямую зависит от углеводородного состава горючего и определяет мощность, экономические показатели работы двигателя. Цетановое число дизельного топлива связано линейной зависимостью с его температурой кипения.

У топлива для дизельных автомобилей, реализуемого на отечественном рынке показатель цетанового числа колеблется в пределах от 30 до 80. Для горючего, идущего на экспорт, а также иностранного ДТ применяют другой показатель – дизельный индекс, который может иметь значение от 20 до 80. Численно эти характеристики примерно соизмеримы.

Фракционный состав топлива

Этот показатель определяет качественно-количественный состав горючего, а также влияет и на цетановое число. Чем больше легких углеводородных фракций содержится в топливе, тем меньше кислорода необходимо для образования горючей смеси. Соответственно, тем быстрее топливо воспламеняется и тем полнее идет процесс его сгорания. Таким образом, ДТ, богатое легкими углеводородами, более экономично в использовании и имеет высокие экологические показатели.

Влияние фракционного состава у дизельного топлива не столь велико для двигателей с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием. А вот ходовые и экономические показатели ДВС с непосредственным впрыском в силу конструктивных особенностей сильно зависят от фракционного состава топлива.

Вязкость и плотность топлива

Это очень близкие физические показатели, находящиеся в прямой зависимости. Чем ниже вязкость топлива (и, соответственно, его плотность), тем лучше оно испаряется и распыляется, что способствует лучшему и более простому смесеобразованию. Наоборот, повышение плотности и вязкости горючего ведет к росту диаметра капель в топливной смеси, что негативно сказывается на качестве и препятствует полному сгоранию.

Но и слишком низкий показатель вязкости топлива имеет негативные последствия. Такое горючее, вследствие своей высокой текучести, просачивается между движущимися элементами топливной системы и не обеспечивает требуемого внутреннего давления, что снижает производительность насоса и увеличивает нагрузку на него.

Нормальной вязкостью дизельного топлива считается показатель в пределах 1,8-7,0 мм/с. Изменение вязкости в этих границах практически не сказывается на мощности, экономичности и долговечности дизельного мотора.

Чистота топлива

Этот качественный показатель определяется коэффициентом фильтруемости горючего. Для его измерения используют специализированные бумажные фильтры, через которые несколько раз пропускают порции топлива, измеряя время полной фильтрации. Чем меньше в ДТ примесей, тем быстрее оно фильтруется. Негативное влияние на свойства топлива оказывают содержащиеся в нем:

• Вода. Она может составлять 0,002-0,008% топлива по объему. Этот показатель считается нормальным и не влияет на характеристики горючего. Повышение его до 0,01% приводит к падению мощности, росту расхода топлива и снижению долговечности движущихся элементов.
• Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основными соединениями этого типа являются мыла нафтеновых кислот, которые повышают вязкость топлива и негативно сказываются на его эксплуатационных свойствах.
• Смолистые соединения. Они снижают цетановое число и препятствуют полному сгоранию топлива. Использование горючего с эфирными и смолистыми примесями влечет образование нагара на свечах и стенках цилиндров.
• Мелкодисперсные твердые примеси. В качественном топливе их содержание составляет не более 0,002-0,004%. Больший показатель – это потенциальная опасность повреждения движущихся элементов топливной системы.

Работа на дизельном топливе с большим количеством примесей – воды, грязи, ПАВ – снижает не только мощностные и экономические показатели, но и увеличивает износ основных элементов топливной системы.

Другие важные характеристики дизеля

Еще одно важное свойство ДТ – температура вспышки. Для дизельных двигателей (особенно, с непосредственным впрыском) очень важно, при какой температуре воспламеняются топливная смесь. Подбор оптимальной температуры способствует полному сгоранию дизельного горючего. Если же температура слишком низкая (или наоборот высокая), то некоторые составные вещества – в основном непредельные углеводороды – сгорают не полностью, образуя на поверхности цилиндров, свечах и других элементах двигателя нагар.

Не менее важны и низкотемпературные характеристики топлива, что определяет климатическую зону его использования. На этот показатель влияет углеводородный состав. Легкие фракции низкой плотности и высокой текучести замерзают (загустевают) при более низких температурах. Но производство таких топлив более затратно. Для снижения стоимости к топливу обычно добавляют так называемые депрессорные присадки – вещества, понижающие температуру застывания горючего. Такое топливо отличается меньшим расходом и повышенными мощностными характеристиками при низкой температуре окружающей среды. Кроме того, на таком горючем дизельные автомобили лучше и стабильнее работают, быстрее заводятся.

Еще немного о дизельном топливе

Как видим, качественные характеристики и состав топлива очень важны для работы топливной системы и общих характеристик двигателя в целом. В основном это касается мощности и расхода. Но даже если эти показатели не столь существенны для вас, следует помнить, что некачественным топливом очень просто загубить двигатель – в результате повышенной нагрузки и износа движущихся элементов.