ЭФФЕКТИВНОЕ И ПЕРСПЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрено эффективное и перспективное использование дизельных двигателей, а также основные требования к качеству дизельных топлив: испаряемость, воспламеняемость и прокачиваемость.

Ключевые слова: дизельные двигатели, степень сжатия, испаряемость, воспламеняемость, прокачиваемость.

После изобретения Рудольфом Дизелем, его двигатель, претерпев некоторые изменения в течение ста лет, стал самым востребованным и практичным в использовании в разных областях деятельности. Главной его особенностью стала высокая эффективность и экономичность.

Сегодня дизельный двигатель используют:

• на стационарных силовых агрегатах;
• на грузовых и легковых машинах;
• на тяжелых грузовиках;
• на сельхоз/спец/строительной технике;
• на тепловозах и судах.

При эксплуатации двигателя, важны следующие параметры:

• мощность двигателя;
• удельная мощность;
• экономичная, и в тоже время надежная эксплуатация;
• практичная компоновка в силовом отсеке;
• комфорт и совместимость с окружающей средой.

От того, в какой области деятельности применяется дизель, будет меняться его внутренняя конструкция.

Применение дизельного двигателя:

1. Стационарные силовые агрегаты

Рабочие обороты в стационарных агрегатах фиксированные, поэтому двигатель и система питания должны работать вместе в постоянном режиме. В зависимости от интенсивности нагрузки, подача топлива контролируется регулятором частоты вращения коленчатого вала, для поддержания заданных оборотов. На стационарных силовых агрегатах чаще всего используют аппаратуру впрыска с механическим регулятором. Иногда как стационарные могут использоваться и двигатели для легковых авто и грузовиков, но только при правильно настроенном регуляторе.

2. Легковые автомобили и легкие грузовики

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, то есть способные развивать высокий крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала. Электроника отвечает за впрыск определенного количества топлива и этим достигается полное сгорание, повышение мощности и экономичность. В Европе дизельные легковые автомобили оснащаются системами впрыска топлива, так как расход топлива у них ниже, чем у двигателей с разделенными камерами сгорания (на 15-20%).

Эффективной системой повышения мощности двигателя является турбонаддув. Для создания наддува во всех режимах работы двигателя используется турбонагнетатель.

Ограничение по нормам токсичности отработанных газов (ОГ) и рост мощности обеспечили использование систем впрыска топлива с большим давлением. Ограничения содержания вредных веществ в ОГ обусловили постоянное совершенствование конструкции дизелей.

3. Тяжелые грузовые автомобили

Основным критерием здесь является экономичность, поэтому для грузовых автомобилей применяют дизельные двигатели с системой непосредственного впрыска топлива. Частота вращения коленчатого вала здесь достигает 3500 оборотов. К этим двигателям также применимы жесткие требования норм по отработанным газам, это говорит о контроле и высоких требованиям качества к существующей системе, а также к разработке новых.

4. Строительная специальная сельхозтехника

Самое широкое использование дизель получил именно здесь. Основными критериями здесь стали не только экономичность, а также надежность, простота и удобство в обслуживании. Мощности и шумности не придается такое значение, как например для легковых дизельных авто. На  спец/сельхозтехнике используют дизели различной мощности. Чаще всего для таких машин применяется механическая система впрыска топлива, а также простая система воздушного охлаждения.

5. Тепловозы

Схожесть двигателей тепловозов с корабельными двигателями говорит об их надежности и длительной эксплуатации. Они могут работать на топливе худшего качества. Подобные двигатели распространяются от большегрузных авто до средних судов.

6. Суда

От области применения судового дизеля зависят требования к нему. Для морских и спортивных катеров используют дизели высокой мощности (здесь применяют четырехтактные двигатели с частотой вращения коленчатого вала до 1500 об/мин, имеющие до 24 цилиндров). Двухтактные двигатели экономичны и применяются при длительной эксплуатации. Эти низкооборотные двигатели имеют наивысший КПД до 55%, и работают на мазуте что требует специальной подготовки на судне. Мазут необходимо нагревать (примерно до 160 С) — тогда вязкость мазута уменьшается и его можно использовать для работы фильтров и насосов.

7. Многотопливные дизели

Сегодня эти двигатели уже не актуальны, так как они не проходят контроль качество ОГ и не имеют необходимых характеристик (совершенности и мощности). Они были разработаны для специального применения для местностей с нерегулярной поставкой топлива и могли работать как на дизельном топливе, так и на бензине либо на других заменителях.

Дизельные двигатели характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания, воспламенение горючей смеси в цилиндре происходит от сжатия. Это делает их наиболее экономичными, поэтому производство и применение данных двигателей в настоящее время непрерывно растет. Тенденция развития автомобильного транспорта выражается в постоянном возрастании максимальной и средней скорости движения, повышении грузоподъемности или пассажировместимости при одновременном снижении расхода топлива и токсичности отработавших газов.  Наиболее полно этим требованиям отвечают автомобили с дизельными двигателями. Процесс замены двигателей с искровым зажиганием на более экономичные дизели называют дизелизацией автомобильного парка.

Распространенность дизелей обусловлена следующими причинами:

1. Дизельный двигатель отличается высоким показателем крутящего момента на низких оборотах, а это позволяет добиваться отличной разгонной динамики с места и уверенной тяги.
2. Дизельные двигатели являются более экологичными, так как они полноценнее и эффективнее сжигают топливный заряд. В результате токсичность выхлопа современного дизельного двигателя внутреннего сгорания значительно снижена.
3. Конструктивные особенности и способ воспламенения топлива в цилиндрах от сжатия обеспечивают дизелю более высокий коэффициент полезного действия. Таким образом, в результате сжигания топлива больше энергии преобразуется в полезную работу. Это значит, что мощность такого двигателя больше. [1].

Принцип действия дизеля основан на компрессионном воспламенении топлива, которое вводится в камеру сгорания в капельно-жидком состоянии и смешивается с горячей воздушной массой. Рабочий процесс дизеля зависит исключительно от неоднородности топливно-воздушной смеси. Подача топливно-воздушной смеси в таком типе двигателя происходит раздельно. Вначале в цилиндр засасывается воздух, сжимается поршнем до давления 3,5-5,0 МПа (степень сжатия 15-17), в результате чего температура сжатого воздуха повышается до 500-700 градусов по Цельсию. Затем впрыскивается топливо. Испаряясь в столь жестких условиях, топливо интенсивно окисляется и самовоспламеняется. Чем быстрее идет процесс окисления топлива, тем ровнее и лучше обеспечивается работа двигателя.

Таблица 1.

Сравнение между типичным бензиновым двигателем и дизельным двигателем

Основные требования к качеству дизельных топлив:

1. Испаряемость. На процессы испарения и смесеобразования в дизеле влияют такие показатели как вязкость, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, теплоемкость.

2. Воспламеняемость. Воспламеняемость без воздействия постороннего источника зажигания, т.е. самовоспламеняемость дизельного топлива, во многом определяющая процесс сгорания в дизеле, оценивается цетановым числом. Цетановое число – это показатель самовоспламенямости дизельного топлива, численно равный процентному (по объему) содержанию цетана в такой его смеси с альфа-метилнафталином, которая по воспламеняемости в цилиндре специального одноцилиндрового двигателя при стандартных условиях испытания равноценна испытуемому топливу. Из четырех основных групп углеводородов, встречающихся в топливах, наиболее высоким цетановым числом обладают алканы (парафиновые), а самым низким – арены.

3. Прокачиваемость. На прокачиваемость топлив влияют вязкость, температуры помутнения и застывания топлив, содержание механических примесей и воды, а также коэффициент фильтруемости. [2].

Преимущества и недостатки дизеля.

Сегодня дизельные двигатели имеют КПД до 40-45%, крупные двигатели более 50%. Из-за своих особенностей, дизель не имеет жестких требований к топливу, это позволяет использовать тяжелые масла. Чем тяжелее топливо, тем выше эффективность двигателя и его теплотворность.

Дизель не может развить высокие обороты — топливо не успеет догореть в цилиндрах, и для возгорания требуется время. Здесь используются дорогие механические детали, что делает двигатель более тяжелым.

По мере впрыска топлива происходит его сгорание. При низких оборотах, двигатель дает высокий вращающий момент — это делает автомобиль более управляемым «отзывчивым» при движении, чем автомобиль с бензиновым двигателем. Поэтому на большее количество грузовых автомобилей ставят дизельный двигатель, плюс это более экономично.

В отличие от бензинового двигателя, дизель имеет меньше окиси углерода в выхлопе. Что благоприятно сказывается на окружающей среде. В России больше всего загрязняют атмосферу старые и не отрегулированные грузовики и автобусы.

В настоящее время особое внимание обращается на экологические показатели автомобильного транспорта в основном по причине высокой токсичности отработавших газов, поэтому в последние пять лет отечественная промышленность освоила выпуск, так называемых, экологически чистых дизельных топлив с пониженным содержанием ароматических углеводородов и сниженным содержанием общей серы до 0,05% масс.

Список литературы:

1. СТБ 1658-2006. Топливо для двигателей внутреннего сгорания. Топливо дизельное. Технические требования и методы испытаний. Минск: Госстандарт, 2006.
2. Хорош А. И., Хорош И. А. Дизельные двигатели транспортных и технологических машин: Учебное пособие. 2-е изд., испр.