Изучите ваш дизель
Изучите ваш дизель
Понимание принципа работы и устройства дизеля вашей яхты наряду с проведением несложного регулярного сервиса, позволит вам долгие годы успешно эксплуатировать это надежное, но дорогое оборудование, объясняет Эндрю Симпсон.
Давайте спросим себя – что мы знаем о двигателе своей яхты, и не бывает ли часто так, что мы приглашаем неквалифицированного человека, назвавшегося «специалистом», для устранения проблем, которых на самом деле не существует? Хотя это может быть полезным – знать, например, как работает плунжерный насос высокого давления, но для среднего владельца яхты заниматься его ремонтом бессмысленно, и даже профессионалы оставляют эту работу для специалистов по топливной аппаратуре. Но такая потребность не всегда неизбежна. К счастью для нас, дизели прекрасно делают свою работу без нашего участия, спасибо им! Поэтому, в отсутствие опыта, лучшее, что мы можем сделать для них, это следить, чтобы дизель получал все необходимое для своего функционирования.
Немного истории для начала. Слово «дизель» присвоено этому типу двигателей внутреннего сгорания в честь его создателя Рудольфа Дизеля, родившегося в Париже в 1858 году. Он начал свою рабочую жизнь как инженер по холодильным машинам, но двигатели внутреннего сгорания были его настоящим пристрастием. Особенно он интересовался двигателями с самовоспламенением горючей смеси, которые не требовали свечи зажигания. Первый такой двигатель был собран им в 1893 году, и позже взорвался, чуть не убив своего создателя. Интересно отметить, что в 1900 году, на Всемирной выставке в Париже, Рудольф представил двигатель, работающий на арахисовом масле, а некоторые из его моделей того времени в качестве топлива могли потреблять угольную пыль!
Печально, но Рудольф Дизель пропал без вести с парома, пересекающего Ла-Манш в 1913 году.
Эта смерть, особенно накануне Первой Мировой Войны, вызвала много невероятных теорий и слухов, но он был глубоко в долгах, так что самоубийство возглавляет список версий.
Но вернемся к его творению - дизельному двигателю, который оккупировал весь мир, и не собирается в ближайшее время сдавать своих позиций.
Прост по сути своей
Дизели, в своей основе, чрезвычайно простые устройства, которые постоянно усовершенствуются техническим прогрессом. Почти без вариантов, они остаются главным выбором двигателя для яхт, являясь надежными и экономичными устройствами. Принцип их действия хорошо понятен, и состоит из четырех циклов или «тактов». Поршень, быстро двигаясь вверх, сжимает воздух в цилиндре, который при возрастании давления нагревается до температуры более 400 градусов С. В строго определенный момент почти наибольшего сжатия, точно отмеренное количество топлива впрыскивается в раскаленный воздух, воспламеняется, и, сгорая, производит огромное количество энергии. (см. рис. внизу)
Расширяющиеся газы – продукты сгорания, толкают поршень, который через шатун передает уже механическую энергию на коленвал, где поступательное движение преобразуется во вращательное, и далее, через редуктор, вращает гребной винт. Это главный, рабочий такт. Остальных три, призваны его обслужить, и обеспечивают выхлоп продуктов сгорания, всасывание в цилиндр свежего воздуха, и его сжатие.
Все просто, но не все так легко. Чтобы достигнуть температуры самовоспламенения впрыснутого в цилиндр топлива, воздух в нем должен быть сжат до объема в четырнадцать раз меньшего, чем первоначальный, или, как говорится, должна быть достигнута степень сжатия 14. Однако 14 – это минимальное значение, и оно может быть недостаточным в холодную погоду или если двигатель изношен. Поэтому большинство морских дизелей имеют степень сжатия не менее 18, и часто до 20. По сравнению с бензиновыми двигателями, у которых степень сжатия около 10, жизнь дизеля не покажется легкой.
Лишь два компонента нужны дизелю для работы: воздух и топливо. Конечно, энергия аккумулятора используется для проворота коленвала при старте, но за редким исключением, однажды стартовав, он будет продолжать работать без потребности в электричестве. Другие продукты, такие как вода и масло, служат для создания комфортных условий его работы и обеспечивают охлаждение и смазку. Поэтому, если мы правильно питаем дизель этими продуктами и производим регулярно необходимый минимальный сервис, наш дизель будет служить нам верой и правдой многие годы.
Топливная система, топливо и фильтры
Не стоит вспоминать об экзотических арахисовых маслах и каменноугольной пыли – сегодняшнее топливо для дизеля, это дизельное топливо (соляр), полученное в результате перегонки (крекинга) сырой нефти, снабженное полезными добавками для улучшения процесса работы и зашиты двигателя.
Типичная топливная система дизеля (представлена на рис.2) устроена по кольцевой схеме, где топливо циркулирует по бесконечному пути.
Начальная точка – топливный танк, из которого топливо забирается подающим топливным насосом двигателя и идет по топливопроводу. По пути к двигателю оно проходит первоначальную очистку в предварительном фильтре (pre-filter) или, как говорят у нас - фильтре грубой очистки. Далее, пройдя подающий топливный насос, топливо встречает на своем пути второй фильтр - фильтр тонкой очистки топлива, и затем следует к плунжерным насосам высокого давления и форсункам (инжекторам). Эти чрезвычайно точные приборы нагнетают давление и впрыскивают в цилиндры, в нужный момент, точно отмеренные дозы топлива. Лишнее топливо, которое одновременно служит смазкой для плунжеров насосов, отводится и возвращается по «обратке» в топливный бак, чтобы снова быть вовлеченным в процесс. Иная молекула топлива может совершить несколько таких кругов, прежде чем попадет в цилиндр и сгорит там.
 Где бы топливо не находилось, важнейшим фактором является его чистота, и если это условие не соблюдается, мы имеем большие проблемы. Однажды заправившись «грязным» топливом с баржи, я научился выбирать поставщиков. Но многие вещи говорят сами за себя. Стальные танки, так широко используемые яхтсменами, отнюдь не лучший выбор. Они ржавеют изнутри и чем больше их возраст, тем сильнее. Поскольку такие танки не очень дороги, лучше менять их каждые несколько лет, хотя это не решает проблему кардинально. Другой вопрос с танками – различные организмы – бактерии, дрожжи, грибки и водоросли, которые процветают на границе раздела топлива и воды (куда от нее денешься!) на дне многих танков. Такие организмы появляются там или вместе с топливом или водой или проникают в танки воздушным методом – спорами, через вентиляционные или заливные горловины. Они растут и умирают, превращаясь темную липкую массу, и попав в систему, могут вывести ее из строя. Идеальный танк – пластиковый, и должен иметь грязеотстойник, собирающий воду и осадки, которые периодически сливаются. Менее обычный, но приемлемый способ, это иметь лючок доступа внутрь танка, чтобы откачать осадок ручным насосом.
Если первыми в линии защиты топлива от загрязнений стоят правильный выбор поставщика горючего и его правильное хранение, то на втором рубеже стоят топливные фильтры. Первый из них – фильтр грубой очистки, именно то устройство, выбору которого стоит уделить большое внимание.
Показанный на рисунке слева тип фильтра будет хорошим выбором. Топливо поступает через входной патрубок А и посылается вниз в колбу-отстойник В, устроенную таким образом, что заставляет топливо вращаться и центробежной силой отбрасывать к ее стенкам воду и тяжелые частички мусора, которые собираются в нижней части отстойника. Затем топливо поднимается в верхнюю часть фильтра и проходит через фильтрующий элемент С, прежде чем потупить к двигателю. Отстойник часто делают из прозрачного материала, чтобы видеть наличие в нем воды и осадков, которые могут быть удалены через сливную пробку. Хорошо зарекомендовала себя схема с двумя параллельными предварительными фильтрами – если один заблокирован, то второй обеспечивает работу дизеля, пока вы очистите первый.
Фильтр тонкой очистки – последний барьер на пути частичек, оставшихся в топливе после первого фильтра, перед их попаданием в тонкий механизм плунжерного насоса и форсунок, где они могут причинить большую беду. Эти фильтры подразделяются на категории по размерам частичек измеренных в микронах (тысячная доля миллиметра), которые они могут пропустить через себя. Если фильтр грубой очистки не может задержать частички размером менее 10-15 микрон, то фильтр тонкой очистки пропустит лишь частички менее 2-6 микрон.
Избавившись от воды и механических частичек в топливе, нам следует обратить внимание на присутствие в нем асфальтенов (иногда называемых парафинами)- наиболее высокомолекулярных компонентов нефти, которые находятся даже в самом чистом топливе. Будучи пластичными, они не причиняют механических повреждений топливной аппаратуре, но могут закупорить фильтры, перекрыв тем самым подачу топлива. Задача предварительного фильтра также заключается в задержании этих элементов в предварительном фильтре, позволяя фильтру тонкой очистки продолжать делать свою работу.
Стоит ли говорить, что топливные фильтры должны периодически заменяться в соответствии с руководством по эксплуатации двигателя.
Воздушная система
Как мы отметили раньше, воздух, наряду с топливом, является второй составляющей процесса горения. Ограничивать двигатель в потреблении воздуха так же плохо, как и в потреблении топлива. Тем более стыдно, что он не стоит для вас ничего.
Простому потребителю всегда может быть понятно, как много воздуха необходимо двигателю для работы. В своей основе четырехтактные двигатели являются воздушными насосами, в которые добавлен цикл сгорания. Даже маленькие двигатели потребляют пару кубических метров (2000 литров) воздуха каждую минуту. Большие дизели потребуют воздуха по объему равного комнате средних размеров. Дизайн современных яхт не предоставляет таких возможностей.
Недавно я слышал о проблеме с дизелем на яхте с центральным кокпитом. Он нормально работал на обычном круизном режиме, но когда шкипер давал полные обороты, глох. После дорогостоящих работ с топливной системой, кто-то обратил внимание на звукоизоляционную коробку вокруг двигателя, которая ограничивала приток воздуха к двигателю. Пара отверстий соответствующего размера решили проблему.
 В одном аспекте яхтенные дизельные двигатели удачливы. В отличие от своих береговых собратьев, они работают в относительно чистой, беспыльной атмосфере, но это не значит, что мы не должны беспокоиться об очистке потребляемого ими воздуха.
Воздушные фильтры (на рисунке слева) играют большую роль и, хотя могут иметь различную форму корпуса, содержат в качестве фильтрующих элементов пенообразные материалы, фильтровальную бумагу и хлопчатобумажные маты на металлических сетчатых каркасах. Некоторые фильтры могут быть очищены промывкой, другие должны просто заменяться. Проверьте инструкцию.
Система смазки
Все типы двигателей внутреннего сгорания требуют смазки их подшипников маслом, а дизели, с их очень высокими механическими нагрузками, в особенности. Масло призвано уменьшить трение между деталями механизма, но делает много больше, чем только это.
Смазочное масло – «кровь» двигателя. Оно также помогает поддерживать компрессию в цилиндрах, препятствует коррозии, омывает «внутренности» дизеля, удаляя нагар, образованный продуктами горения, и уменьшает износ в парах трения. Нагар и другие отложения, образующиеся при работе двигателя, содержат сажу, кремний, металлические частицы и различные конгломераты. Масло собирает их, удерживает в себе в виде суспензии, и несет к масляному фильтру, где они удаляются.
 Подобно топливу, большинство смазочных масел получено очисткой нефти. Но такие минеральные масла сами по себе не в состоянии обслужить все потребности современного дизеля, поэтому в него включены различные добавки – дисперсанты, для удержания частичек грязи; моющие вещества и коррозийные ингибиторы для борьбы с кислотами и серой, которая обычно содержится в топливе.
Синтетические масла – дорогие, но обладающие лучшими свойствами и более длительным сроком службы. Фактически, они не так уж непохожи на натуральные масла, являясь синтезированными углеводородами, чья молекулярная структура идеально подходит для этой задачи. Синтетическое масло лучше выдерживает высокую температуру. Углеводородное синтетическое масло (осторожно, могут быть и другие) можно смешивать с минеральным – и правда, вы можете купить полусинтетическое масло, которое есть смесь этих двух.
И снова, масляный фильтр – жизненно важное устройство для поддержания масла в рабочем состоянии, должен заменяться регулярно, и задолго до того, как окажется перегруженным собранными отходами.
Система охлаждения
Когда при работе двигателя мы имеем огромное количество быстро следующих один за другим взрывов в цилиндрах и тысячи трущихся друг о друга деталей, то не удивительно, что результатом этого будет высокая температура машины. Это тепло должно быть отведено от дизеля, и его температуру необходимо держать на уровне работоспособности материалов, из которых двигатель собран и которые он использует.
К счастью, яхтенный дизель имеет на руках практически неограниченный источник весьма эффективного охлаждающего вещества – воды. Все что мы должны сделать – это помочь двигателю правильно ее использовать.
 То, что известно как прямое охлаждение забортной водой, было широко распространено в прошлом, но сейчас не популярно и идет на убыль. (Рис. слева).
Такая система охлаждения использовала забортную воду, которая посылалась водяной помпой в двигатель по охлаждающим каналам, а затем выводилась за борт, обычно через выхлопную трубу. Это неплохая схема для использования в пресных водах, но морская вода, а особенно теплая морская вода, является коррозийно агрессивной средой, и будет непрерывно атаковать двигатель изнутри. И хотя «настоящие» морские дизели с такой схемой охлаждения специально проектируются с толстыми стенками рубашки охлаждения, чтобы сопротивляться коррозии, они не совсем подходят для яхт, вследствие их большого веса.
В наши дни большинство морских двигателей используют непрямую или комбинированную систему охлаждения. И хотя морская вода остается главным охладителем, она никогда не попадает в блок двигателя, который через рубашку охлаждения омывается пресной водой или антифризом, циркулирующим по замкнутому циклу (Рис. внизу).
 Пресная и морская вода никогда не смешиваются, а передача тепла, отобранного от двигателя антифризом, происходит в водо-водяном теплообменнике. Он устроен таким образом, что антифриз, проходя через множество тонкостенных трубок, отдает тепло омывающей их морской воде. Непрямая система охлаждения, обладая рядом преимуществ и предоставляя лучший температурный контроль, сложнее и дороже прямой. Она требует двух водяных помп: для забортной воды и циркуляционной - для пресной воды с антифризом, расширительного бачка, и самого теплообменника.
Итак, температура двигателя. Какова должна она быть? Не получится ли так, что она слишком низкая? Двигатели внутреннего сгорания спроектированы для работы при температурах, на которых они отдают наибольшую мощность, и в то же время чувствуют себя комфортно. Материалы, из которых изготовлены двигатели, расширяются при нагревании - увеличивают свои размеры, и именно такое их состояние является рабочим. Поэтому, любая температура ниже этой, приводит к неправильной работе механизма – увеличению трения, образованию наростов и даже повреждению деталей. В холоде или при низкой нагрузке, двигатель может не достичь рабочей температуры, если поток охлаждающей жидкости не регулируется, особенно у двигателей с прямой системой охлаждения.
Справиться с этой проблемой призван термостат, которым оснащены почти все современные двигатели.
Это устройство с автоматическим клапаном, который, будучи закрытым при низкой температуре двигателя, не позволяет охлаждающей жидкости циркулировать вокруг цилиндров, а перепускает ее по обводному каналу. Это способствует быстрому прогреву двигателя. При подъеме температуры блока до рабочей, клапан открывается, и направляет воду в рубашку охлаждения, не давая двигателю перегреваться.
Но иногда термостат может выйти из строя, оставшись в закрытой позиции, что неизбежно приведет к перегреву машины. Будьте бдительны, и следите за сигналами датчика температуры.
Система выхлопа
Прежде, чем забортная вода вернется туда, откуда да была взята, она должна выполнить еще одну важную задачу. Поскольку выхлопные газы имеют высокую (около 450 град.) температуру, скорость и очень активны, они могут причинить серьезные повреждения системе выхлопа. Отдельные компоненты выхлопной системы современных яхт состоят из таких материалов, как резина и пластик, и не могут противостоять прожигающему воздействию выхлопных газов. Вода, покидающая систему охлаждения, призвана защитить их. Впрыснутая в выхлопную трубу как можно ближе к месту выхода газов из двигателя и смешиваясь с ними, вода понижает их температуру до безопасной. (См. рис. внизу). Наряду с охлаждением, вода также уменьшает объем выхлопных газов, адсорбируя температуру, и уменьшая их скорость. Эта смесь газов и воды далее следует по выхлопной трубе и выводится за борт совместно.
Существует две основных схемы организации выхлопа – так называемый «надводный», и «подводный», показанные па рисунках 9 и 10. Второй вариант, хотя и сложнее, имеет ряд преимуществ: шум от выхлопа меньше, и, благодаря сифону, становится невозможным попадание забортной воды в цилиндры через выхлопную трубу. Выхлопные газы в такой схеме охлаждаются лучше.
 С учетом этих задач, важность правильной работы системы охлаждения становится еще более очевидной.
К сожалению, до сих пор многие полагаются только на датчик температуры охлаждающей жидкости, который постоянно погружен непосредственно в жидкость. Но если вдруг образовалась утечка воды из блока, то вы будете не в курсе проблемы отсутствия инжекции в выхлопную трубу, пока это не приведет к серьезному повреждению системы.
Установите не очень дорогой аварийный температурный датчик в выхлопной трубе, который сможет предупредить вас, когда забортная вода перестала поступать туда. Получив сигнал о возрастании температуры выхлопных газов, вы вовремя остановите дизель и предотвратите повреждения, которые могут обойтись очень дорого.
From PBO
Перевод С.Свистула
Опубликовано в журнале "Фарватер"
|
