Регистрация Войти
Вопрос

Учитывая, что одной из причин появления чёрного дыма в дизельном двигателе является перелив топлива, почему в дизельных дрэгстерах образуется так много сажи?

Я почитал в интернете, в паре книг по техническому обслуживанию, а также расспросил нескольких знакомых механиков, и все они сходятся во мнении, что исправный дизельный двигатель не должен дымить чёрным дымом и что чаще всего это происходит из-за избытка топлива и недостатка кислорода, что приводит к неполному сгоранию.



Если топливо сгорает не полностью, то оно расходуется впустую, чего я не ожидаю в контексте гонок. Так в чём же дело? Почему бы им не сократить количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, чтобы поддерживать правильное соотношение топлива и воздуха? Или, что ещё лучше, увеличить количество воздуха, подаваемого в двигатель (по крайней мере, до тех пор, пока это не повлияет на соотношение мощности и массы)?



Чтобы ещё больше запутать ситуацию, я просмотрел несколько видеозаписей Audi R18 TDI и не заметил никакого чёрного дыма, что вполне логично, учитывая характер соревнований, в которых участвует эта машина (кто-нибудь знает, что такое эффективность?).



Так почему же дизельные драгстеры тратят топливо впустую и производят сажу?


Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/34883/given-that-one-of-the-reasons-diesel-engine-produce-black-smoke-is-overfueling
1
+ Читать

15 Комментариев

  1. Дизельное топливо содержит большое количество остатков нефти, так как оно подвергается гораздо меньшей очистке, чем бензин. Однако, пожалуйста, поймите, что, хотя и то, и другое топливо используется в двигателях внутреннего сгорания, дизельное топливо производится из другого продукта. Октановое число бензина измеряется по шкале Октана, а это совершенно другая шкала, чем цетановое число, которое используется для определения качества дизельного топлива. Реактивное топливо, керосин и дизельное топливо производятся одинаково! Теперь что касается тракторного тягача и столба густой сажи: для этого требовалась высокая степень сжатия, огромные клапаны для подачи топлива и форсунки с отверстиями размером с карандаш, в то время как у обычного дизельного двигателя отверстия в форсунках размером с самую тонкую врачебную иглу.

  1. С практической точки зрения: скорее всего, они по-прежнему будут видеть прирост мощности за счёт постепенного впрыска всё большего количества топлива — даже при чрезмерном образовании сажи, которое в таких условиях не является ограничивающим фактором.

  1. Основной причиной чрезмерного образования нагара в дизельных двигателях является неполное сгорание топлива



    Что касается дизельных дрэгстеров, то следует помнить, что в них не используется оборудование для снижения выбросов, которое могло бы более эффективно сжигать несгоревшее топливо и масло, содержащиеся в дизельном топливе, которое по сути является керосином.



    Устройства для очистки выхлопных газов НЕ на дизельном дрэгстере




    • Устройства рециркуляции отработавших газов или EGR отсутствуют


    • Устройства с катализатором окисления отсутствуют


    • Системы впрыска DEF, в которых аммоний или мочевина впрыскиваются в систему в виде жидкости, отсутствуют




    Кроме того, в систему настроено чрезмерное перекрытие клапанов, чтобы всасываемый заряд очищал камеру сгорания от выхлопных газов. Это приводит к тому, что несгоревшее топливо выходит через выпускной клапан в атмосферу. Несгоревшее топливо частично сгорает в выхлопных газах и превращается в сажу (частицы дизельного выхлопа), которая в основном состоит из углерода.



    Это то, что вы видите в густом чёрном дыме дизельных дрэгстеров, — углерод.
  1. Дизель — это масло. Вот почему его на самом деле называют мазутом. Вы отчасти ошибаетесь или недостаточно осведомлены о том, почему образуется больше сажи. В отличие от бензина, дизель можно расходовать гораздо быстрее, и он всё равно будет сгорать. На самом деле это даёт больше мощности/крутящего момента. Это также помогает охлаждать двигатель, поскольку остаточное топливо, выходящее в виде чёрного дыма, поглощает часть тепла, что важно, когда вы нагнетаете в эти блоки давление более 100 фунтов на квадратный дюйм в гоночных условиях.
  1. Таким образом, дополнительное топливо используется для очистки камеры сгорания от выхлопных газов. Подробно и по существу.
  1. Откуда вы знаете, что заливаете достаточно топлива? Чёрный дым… Я бы подумал, что это просто замкнутый круг: дым идёт, значит, нужно добавить воздуха, а если дыма нет, значит, воздуха слишком много, нужно добавить топлива, и так далее.
  1. Примечание: в World of Tanks бензиновые двигатели также работают на обогащённой смеси. Я думаю, что обычно это 12–12,5:1 для атмосферных двигателей и 11–11,5:1 для двигателей с принудительной подачей воздуха. У двигателей с принудительной подачей воздуха есть проблемы с нагревом. Помните, что в World of Tanks вам нужно не максимально эффективное сгорание, а максимальная мощность.
  1. Я бы не стал сбрасывать со счетов театральность как минимум в качестве одной из составляющих ответа. Дым, безусловно, добавляет драматизма забегу, и я не думаю, что дополнительное топливо сократит время.
  1. @ dlu: Лично мне не нравится дым, но, думаю, такое возможно. Честно говоря, я не знаю, уменьшит ли время работы двигателя избыток топлива. Я хочу сказать, что не улучшит ли время работы двигателя добавление большего количества воздуха, чтобы компенсировать избыток топлива? Или это сценарий «закона убывающей отдачи»: больше воздуха + больше топлива = более мощный взрыв, требующий более мощного и тяжёлого двигателя => снижение общей производительности? Вывод: я просто буду использовать больше топлива, что также позволит снизить температуру в двигателе.
  1. @ rpmerf 5: Ну, я считаю, что AFR отличается для этих двух типов двигателей. Поправьте меня, если я ошибаюсь, но я бы предположил, что при работе, максимально приближенной к стехиометрической, будет получена наибольшая мощность, не при интенсивной работе, но по мере перехода от интенсивной к бережливой (вплоть до идеальной AFR и выше) увеличивается количество тепла и давления, что увеличивает вероятность детонации двигателя. Сохранение насыщенности смеси помогает поддерживать более низкую температуру. Так что, возможно, ваше утверждение было бы более точным, если бы вы сказали «столько мощности, сколько возможно с учётом надёжности»? Это касается бензина, но что касается дизельного топлива... Я просто не знаю.
  1. @ sweber: я не совсем понимаю, как такое возможно. Если у него нет времени испариться/смешаться, то как он может сгореть, учитывая, что топливо закончилось (поэтому мы видим, как из двигателя выходит сажа)? @ Paulster12: на самом деле я был бы рад такому объяснению. Я попробую почитать об упомянутых моментах и, если найду что-то конкретное, опубликую это в качестве ответа.
  1. Даже дизельные двигатели легковых и грузовых автомобилей выделяют много сажи, когда вы нажимаете на педаль. Сегодня большая часть этой сажи отфильтровывается, поэтому в наши дни вы нечасто её видите. Я предполагаю, что не хватает времени для испарения всего топлива / его смешивания с воздухом, поэтому многие капли не сгорают полностью. Тем не менее, чем больше таких капель, тем больше топлива сгорает в целом, а значит, тем больше мощность.
  1. Я не знаю наверняка, но готов поспорить, что одна из главных причин этого — температура. Если вы наполняете цилиндры топливом, то снижаете температуру, возникающую в процессе сгорания. Это помогает избежать проблем с детонацией. Детонация или преждевременное воспламенение могут вывести из строя большие двигатели. Нитрометан может сгорать без доступа кислорода благодаря своим химическим свойствам. Его стехиометрическое соотношение составляет 1,7:1 по сравнению с бензиновым соотношением 14,7:1... Вы можете просто залить туда больше топлива и не беспокоиться об уровне кислорода. Именно поэтому они могут выжать из двигателя 10 000 лошадиных сил.
  1. Вот именно. Какой смысл добавлять больше топлива, если не добавлять воздух для его сжигания, чтобы получить больше мощности? Я не утверждаю, что мощность зависит или не зависит от количества топлива, в этом я с вами согласен. Но, на мой взгляд, наличие дыма означает наличие несгоревшего топлива. Разве не так? Если просто впрыскивать больше топлива, чтобы получить больше мощности, то зачем нам турбонаддув в дизельных двигателях? Примечание: я ни разу не упомянул автомобили для массового потребителя. R18 TDI — это 3,7-литровый дизельный двигатель V6 мощностью около 530 л. с., который использовался в автомобиле Audi для «Ле-Мана» и выиграл 16 из 33 гонок, в которых участвовал.
  1. Драг-рейсинг — это мир, далёкий от серийных потребительских автомобилей. В дизельных двигателях для дрэг-рейсинга используется усовершенствованная система впрыска и подачи большого количества топлива. Поскольку в дизельных двигателях нет дроссельной заслонки на впуске, как в бензиновых, для контроля мощности используется количество впрыскиваемого топлива. Чем больше топлива, тем больше мощности.
Вы уже ответили на этот вопрос