Отложения масла. Отложения смол в двигателе автомобиля

Все примеси, которые попадают в двигатель с посту­пающим для сгорания воздухом, находящиеся в топливе или в масле, а также продукты износа деталей могут участвовать в образовании на них отложений. Количест­во и состав загрязнений зависят от конструкции, техни­ческого состояния, режима работы двигателя, своевре­менности и тщательности проведения технического обслуживания. Но особенно большое влияние на интенсивность образования высокотемпературных отложений оказывает качество сжигаемого топлива и применяемого масла. В стандартах, как на бензин, так и на дизельное топливо нормируются показатели, которые влияют на образование высокотемпературных отложений . Остано­вимся кратко на их рассмотрении.

В бензине и дизельном топливе в растворенном со­стоянии практически всегда содержатся смолистые и смолообразующие соединения, количество которых зависит от вида и состава топлива, технологии его получения и способов очистки. При хранении, особенно в неблагопри­ятных условиях (плохая герметизация резервуаров, на­личие в них осадков и воды, хранение при повышенной температуре), количество смол увеличивается, иногда значительно, тогда топливо темнеет, а в некоторых слу­чаях в нем накапливаются отложения. Более тяжелое по фракционному составу топливо, например дизельное, содержит большее количество смолистых соединений, что приводит к его неполному сгоранию и значительному накоплению нагаров на деталях двигателей.

Содержащиеся в топливе смолы откладываются в топливных баках, на стенках трубопроводов, забивают жиклеры карбюраторных двигателей. Смолистые соеди­нения накапливаются также на горячих стенках впускного коллектора карбюраторных двигателей, на соплах форсунок дизелей, на клапанах и днище поршня, в камере сгорания, в поршневых канавках и др. При большом на­коплении нагаров повышается износ двигателя, ухуд­шается процесс сгорания топлива, увеличивается его расход, а иногда двигатель полностью выходит из строя.

Различают смолы фактические, т. е. находящиеся в топливе в момент их определения в растворенном состо­янии, и смолообразующие вещества - различные нестой­кие соединения, например непредельные углеводороды, которые под действием времени, повышенной температу­ры, кислорода воздуха и других факторов переходят в смолы (их часто называют потенциальными смолами).

Стандартами нормируется содержание фактических смол . Сущность их определения заключается в испарении горячим воздухом определенного количества топлива при повышенной температуре (для бензина 150°С, дизельного топлива 250°С). Остаток, полученный после испарения, указывает на наличие фактических смол, ко­торое оценивают в миллиграммах на 100 мл топлива. Для бензина различных марок оно составляет до 7- 15 мг/100 мл, а для дизельного топлива - до 30-60 мг/100 мл.

Если содержание фактических смол отвечает требова­ниям стандартов, двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Нередко при эксплуатации техники содержание смол в топливе значительно больше. Доказано, что если оно в два-три раза выше нормы, то моторный ресурс карбюраторного двига­теля снижается на 20-25%, а дизельного - на 40%. Кроме того, при эксплуатации возникают различные не­поладки: зависают клапаны, закоксовываются форсун­ки и т. д.

Склонность бензина к накоплению смолистых веществ (стабильность) оценивают индукционным пери­одом, который характеризует способность бензина со­хранять неизменный состав при правильных условиях перевозки, хранения и использования. Определяют этот показатель в лабораторной установке при искусствен­ном окислении бензина (температура 100°С в атмо­сфере сухого и чистого кислорода при давлении 0,7 МПа (7 кгс/см2). Индукционный период - это время в мину­тах от начала окисления бензина до активного поглоще­ния им кислорода. Для различных марок это значение находится в пределах 600-900 мин, а для бензинов со знаком качества оно составляет 1200 мин. Индукционный период большинства современных марок - не менее 900 мин. Как установлено исследованиями, такой бензин можно хранить до 1,0-1,5 лет, не опасаясь заметного ухудшения качества.

Для карбюраторных двигателей наиболее характер­но накопление смолистых отложений, которые обнару­живаются в бензоотстойниках, на деталях карбюратора. При образовании горючей смеси смолистые соединения не могут испаряться и откладываются во всасывающем трубопроводе и на клапанах. В результате клапан пере­стает закрываться и зависает. Эти смолистые отложения и вызывают различные неполадки в работе топливоподающей аппаратуры и двигателя.

Для дизелей особенно нежелательно отложение ла­ков и нагаров на соплах форсунок, нарушающих, нор­мальный распыл подаваемого топлива, а следовательно, и его сгорание. В стандартах на дизельное топливо кроме фактических смол нормируют коксуемость и золь­ность, повышенное содержание которых вызывает ин­тенсивное образование нагаров.

Большой вред (не только ускоренное образование на­гара, но и быстрый износ деталей топливоподающей ап­паратуры и двигателя в целом) наносят абразивные ме­ханические примеси , попадающие в двигатель с топливом и воздухом. По стандарту в бензине и дизельном топливе наличие механических примесей не допускается. Одна­ко при хранении, транспортировке, приемо-отпускных операциях топливо обычно загрязняется пылью и песком из окружающего воздуха. Даже в чистом по внешнему виду топливе почти всегда содержится какое-то количест­во примесей. Вместе со смолистыми и коксообразующими веществами эти посторонние включения приводят к увеличению высокотемпературных отложений. Кроме то­го, проникающие в двигатель пылинки ускоряют его из­нос.

Если в топливе содержатся абразивные механические примеси, то срок службы насоса высокого давления в за­висимости от загрязненности сокращается в пять-шесть раз. Абразив сокращает срок службы не только топли­воподающей аппаратуры . Когда в камеру сгорания поступает загрязненное топливо, механические примеси проникают в зазоры между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра, что ведет к их повышенному износу, и как следствие - к падению мощности, ухудшению эко­номичности, необходимости преждевременного ремонта.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОТЛОЖЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ

Исследование отложений в автомобильных двигателях.

Одним из резервов повышения показателей эксплуатационной надежности ДВС является снижение отложений нагаров, лаков и осадков на поверхностях их деталей, контактирующих с моторным маслом. В основе их образования лежат процессы старения масел (окисление углеводородов, входящих в состав масляной основы). Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей.

Ключевые слова: температура, поршень, цилиндр, моторное масло, отложения, нагар, лак, работоспособность, надежность.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида - нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар - твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания (КС). При этом отложения нагаров, главным образом, зависят от температурных условий даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание процесса сгорания топливовоздушной смеси в двигателе и на долговечность его работы. Почти все виды ненормального сгорания (детонационное сгорание, калильное воспламенение и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях деталей, образующих КС.

Лак - продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя под действием высоких температур. Наибольший вред для ДВС наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания (залегания с потерей подвижности). Лаки, откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень, ухудшают теплоотвод от него.

На количество осадков (шламов), образующихся в ДВС, решающее влияние оказывает качество моторного масла, температурный режим деталей, конструкционные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, интенсифицируются при частых пусках и остановках двигателя.

Тепловое состояние ДВС оказывает определяющее влияние на процессы образования различных видов отложений, прочностные показатели материалов деталей, выходные эффективные показатели двигателей, процессы изнашивания поверхностей деталей. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках, превышение которых приводит к указанным ранее негативным по следствиям.

Температурное состояние деталей ЦПГ ДВС целесообразно анализировать по значениям температур в характерных точках, расположение которых показано на рис. 1 . Значения температур в данных точках следует учитывать при производстве, испытаниях и доводке двигателей для оптимизации конструкций деталей, при выборе моторных масел, при сравнении тепловых состояний различных двигателей, при решении целого ряда других технических проблем конструирования и эксплуатации ДВС.

Рис. 1. Характерные точки цилиндра и поршня ДВС при анализе их температурного состояния для дизельных (а) и бензиновых (б) двигателей

Эти значения имеют критические уровни:

1. Максимальное значение температур в точке 1 (в дизельных двигателях - на кромке КС, в бензиновых - в центре донышка поршня) не должно превышать 350С (кратковременно, 380С) для всех серийно применяемых в автомобильном двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок КС в дизелях и, нередко, прогар поршней в бензиновых двигателях. Ко всему прочему высокие температуры огневой поверхности днища поршня вызывают образование нагаров высокой твердости на этой поверхности. В практике двигателестроения это критическое значение температуры удается повышать путем добавления в поршневой сплав кремния, бериллия, циркония, титана и других элементов.

Недопущение превышения критических значений температур в этой точке, равно как и в объемах деталей ДВС, обеспечивается также путем оптимизации их форм и правильной организацией охлаждения. Превышение температурами деталей ЦПГ двигателей допустимых значений обычно является основным сдерживающим фактором для форсирования их по мощности. По температурным уровням следует иметь определенный запас с учетом возможных экстремальных условий эксплуатации.

2. Критическое значение температур в точке 2 поршня - над верхним компрессионным кольцом (ВКК) - 250…260С (кратковременно, до 290С). При превышении этой величины все массовые моторные масла коксуются (происходит интенсивное лакообразование), что приводит к “залеганию” поршневых колец, то есть потере их подвижности, и в результате - к существенному уменьшению компрессии, увеличению расхода моторного масла и др.

3. Предельное максимальное значение температур в точке 3 поршня (точка расположена симметрично по сечению головки поршня на внутренней его стороне) - 220С. При более высоких температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит, и на поверхности зеркала цилиндра.

4. Максимально допустимое значение температур в точке 4 (расположена на поверхности цилиндра, напротив места остановки ВКК в ВМТ) - 200С. При его превышении моторное масло разжижается, что приводит к потере стабильности образования масляной пленки на зеркале цилиндра и «сухому» трению колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей ЦПГ. С другой стороны, известно, что пониженная температура стенок цилиндра (ниже точки росы отработавших газов) способствует ускорению их коррозионно-механического изнашивания . Ухудшается также смесеобразование и уменьшается скорость сгорания топливовоздушной смеси, что снижает эффективность и экономичность работы двигателя, вызывая повышение токсичности отработавших газов. Также следует отметить, что при существенно заниженных температурах поршня и цилиндра сконденсированные водяные пары, проникающие в картерное масло, вызывают интенсивную коагуляцию примесей и гидролиз присадок с образованием осадков - «шламов». Эти осадки, загрязняя масляные каналы, сетки маслоотстойников, масляные фильтры, существенно нарушают нормальную работу смазочной системы.

На интенсивность протекания процессов образования отложений нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей ДВС существенно влияет старение моторных масел при их работе. Старение масел состоит в накоплении примесей (в том числе воды), изменении их физико-химических свойств и окислении углеводородов.

Изменение фракционного состава чистого залитого масла по мере работы двигателя вызывается в основном причинами, изменяющими состав его масляной основы и процентное соотношение присадок по отдельным составляющим (парафиновым, ароматическим, нафтеновым).

К ним относятся:

процессы термического разложения масла в зонах перегрева (например, в клапанных втулках, зонах верхних поршневых колец, на поверхностях верхних поясов зеркала цилиндров). Такие процессы приводят к окислению наиболее легких фракций масляной основы или даже их частичному выкипанию;

добавление к углеводородам основы неиспарившегося топлива, попадающего в начальные периоды пусков (или при резком увеличении подачи топлива в цилиндры для осуществления ускорения автомобиля) в маслосборник картера через зону поршневых уплотнений;

попадание в поддон картера или маслосборник двигателя воды, образующейся при сго-рании топлива в КС цилиндров.

Если система вентиляции картера действует достаточно эффективно, а стенки картера находятся в подогретом состоянии до 90-95°С, вода не конденсируется на них и удаляется в атмосферу системой вентиляции картера. Если температура стенок картера существенно понижена, то попавшая в масло вода будет принимать участие в процессах его окисления. Количество сконденсировавшейся воды при этом может быть весьма значительным . Даже если считать, что только 2% газов могут прорваться через все компрессионные кольца цилиндра, то через картер двигателя с рабочим объемом 2-2,5 л за каждые 1000 км пробега будет прокачиваться по 2 кг воды. Допустим, что 95% воды удаляется системой вентиляции картера, то все равно после пробега в 5000 км на 4,0 л моторного масла будет приходиться около 0,5 л Н2О. Эта вода при работе двигателя преобразуется антиокислительной присадкой, содержащейся в моторном масле, в примеси - кокс и золу.

По указанным ранее причинам необходимо поддерживать при работе двигателя температуру стенок картера достаточно высокой, а в случае необходимости - применять системы смазки с сухим картером и отдельным масляным баком.

Следует отметить, что мероприятия, замедляющие процессы изменения состава масляной основы, существенно замедляют образование нагара, лака и осадков, а также снижают интенсивность изнашивания основных деталей автомобильных двигателей.

Фракционный и химический состав масел может изменяться в достаточно широких
пределах под влиянием различных факторов:

характера сырья, зависящего от месторождения, свойств нефтяной скважины;

особенностей технологии изготовления моторных масел;

особенностей транспортировки и длительности хранения масел.

Для предварительной оценки свойств нефтепродуктов применяют различные лабораторные методы: определение кривой разгонки, температур вспышки, помутнения и застывания, оценку окисляемости в средах с различной агрессивностью и т.п.

В основе старения автомобильного моторного масла лежат процессы окисления, разложения и полимеризации углеводородов, которые сопровождаются процессами загрязнения масла различными примесями (нагаром, пылью, металлическими частичками, водой, топливом и пр.). Процессы старения существенно изменяют физико-химические свойства масла, приводят к появлению в нѐм разнообразных продуктов окисления и износа, ухудшают его эксплуатационные качества. Различают следующие виды окисления масла в двигателях: в толстом слое - в поддоне картера или в масляном баке; в тонком слое -на поверхностях горячих металлических деталей; в туманообразном (капельном) состоянии - в картере, клапанной коробке и т.п. При этом окисление масла в толстом слое даѐт осадки в виде шлама, а в тонком слое - в виде лака.

Окисление углеводородов подчиняется теории перекисей А.Н. Баха и К.О. Энглера, дополненной П.Н. Черножуковым и С.Э. Крейном. Окисление углеводородов, в частности, в моторных маслах ДВС, может идти по двум основным направлениям, представленным на рис. 2, результаты окисления по которым различны. При этом результатом окисления по первому направлению являются кислые продукты (кислоты, оксикислоты, эстолиды и асфальтогенные кислоты), образующие осадки при пониженных температурах; результатом окисления по второму направлению являются нейтральные продукты (карбены, карбоиды, асфальтены и смолы), из которых образуются в различных пропорциях при повышенных температурах или лаки, или нагары.

Рис. 2. Пути окисления углеводородов в нефтяном продукте (например, в моторном масле для ДВС)

В процессах старения масла весьма значительна роль воды, попадающей в масло при конденсации ее паров из картерных газов или другими путями. В результате этого образуются эмульсии, которые впоследствии усиливают окислительную полимеризацию молекул масла. Взаимодействие оксикислот и других продуктов окисления масла с водомасляными эмульсиями вызывает усиленное образование осадков (шламов) в двигателе.

В свою очередь, образовавшиеся частички шлама, если они не будут нейтрализованы присадкой, служат центрами катализации и ускоряют разложение еще не окислившейся части масла. Если при этом не произвести своевременную замену моторного масла, процесс окисления будет происходить по типу цепной реакции с увеличивающейся скоростью, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Решающее влияние на образование нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей ДВС, контактирующих с моторным маслом, оказывает их тепловое состояние. В свою очередь, конструкционные особенности двигателей, условия их эксплуатации, режимы работы и т.д. определяют тепловое состояние двигателей и влияют, таким образом, на процессы образования отложений.

Не менее важное влияние на образование отложений в ДВС оказывают и характеристики применяемого моторного масла. Для каждого конкретного двигателя важно соответствие рекомендованного заводом-изготовителем масла температуре поверхностей деталей, контактирующих с ним.

В данной работе произведен анализ взаимосвязи температур поверхностей поршней двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 и процессов образования на них отложений нагаров и лаков, а также произведена оценка осадкообразования на поверхностях картера и клапанной крышки двигателей при использовании рекомендованного заводом изготовителем моторного масла М 63/12Г1.

Для исследования зависимостей количественных характеристик отложений в двигателях от их теплового состояния и условий работы можно использовать различные методики, например, Л-4 (Англия), 344-Т (США), ПЗВ (СССР) и др. . В частности, по методике 344-Т, являющейся нормативным документом США, состояние «чистого» неизношенного двигателя оценивается в 0 баллов; состояние предельно изношенного и загрязненного двигателя в 10 баллов. Аналогичной методикой оценки лакообразования на поверхностях поршней является отечественная методика ПЗВ (авторы - К.К. Папок, А.П. Зарубин, А.В. Виппер), цветовая шкала которой имеет баллы от 0 (отсутствие лаковых отложений) до 6 (максимальные отложения лака). Для пересчета баллов шкалы ПЗВ в баллы методики 344-Т показания первой необходимо увеличить в полтора раза. Указанная методика аналогична отечественной методике отрицательной оценки отложений ВНИИ НП (10 балльная шкала).

Для экспериментальных исследований использовались по 10 двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 . Эксперименты по исследованию процессов образования отложений проводились совместно с лабораториями испытаний легковых и грузовых автомобилей УКЭР ГАЗ на моторных стендах. В процессе испытаний, кроме прочего, контролировались расходы воздуха и топлива, давление и температура отработавших газов, температура масла и охлаждающей жидкости. При этом на стендах выдерживались режимы: частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности (100% нагрузки), и, поочередно, в течение 3,5 часов - 70% нагрузки, 50% нагрузки, 40% нагрузки, 25% нагрузки и без нагрузки (при закрытых дроссельных заслонках), т.е. эксперименты проведены по нагрузочным характеристикам двигателей. При этом температура охлаждающей жидкости выдерживалась в интервале 90…92С, температура масла в главной масляной магистрали - 90…95С. После этого двигатели разбирались и производились необходимые замеры.

Предварительно были проведены исследования по изменению физико-химических параметров моторных масел при испытаниях двигателей ЗМЗ-402.10 в составе автомобилей ГАЗ-3110 на автополигоне УКЭР ГАЗ. При этом выдержаны условия: средняя техническая скорость 30…32 км/ч, температура окружающего воздуха 18…26С, пробег до 5000 км. В результате испытаний получено - при увеличении пробегов автомобилей (времени работы двигателей) увеличивалось количество механических примесей и воды в моторных маслах, его коксовое число и зольность, происходили прочие изменения, что представлено в табл. 1

Нагарообразование на поверхностях днищ поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 характеризовалось данными, представленными на рис. 3 (для двигателей ЗМЗ-402.10 результаты подобны). Из анализа рисунка следует, что при повышении температур днищ поршней от 100 до 300С толщина (зона существования) нагара уменьшалась с 0,45…0,50 до 0,10…0,15 мм, что объясняется выжиганием нагара при повышении температуры поверхностей двигателей. Твердость же нагара повышалась с 0,5 до 4,0…4,5 баллов по причине спекания нагара при высоких температурах.

Рис. 3. Зависимости нагарообразования на поверхностях днищ поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 от их температур:
а - толщина нагара; б - твердость нагара;
символами нанесены усредненные экспериментальные значения

Оценка величин отложений лаков на боковых поверхностях поршней и их внутренних (нерабочих) поверхностях производилась также по десятибалльной шкале, согласно методике 344-Т, используемой во всех ведущих научно-исследовательских учреждениях страны.

Данные по лакообразованию на поверхностях поршней двигателей представлены на рис. 4 (результаты по исследуемым маркам двигателей совпадают). Режимы испытаний указаны ранее и соответствуют режимам при исследованиях нагарообразования на деталях.

Из анализа рисунка следует, что лакообразование на поверхностях поршней двигателей однозначно увеличивается с увеличением температур их поверхностей. На интенсивность лакообразования влияет не только повышение температур поверхностей деталей, но и длительность ее действия, т.е. продолжительность работы двигателей . При этом, однако, процессы лакообразования на рабочих (трущихся) поверхностях поршней существенно замедляются по сравнению с внутренними (нерабочими) поверхностями, вследствие стирания слоя лака в результате трения.

Рис. 4. Зависимости отложений лака на поверхностях поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 от их температур:
а - внутренние поверхности; б - боковые поверхности; символами нанесены усредненные экспериментальные значения

Нагаро- и лакообразование на поверхностях деталей существенно интенсифицируется при применении масел групп «Б» и «В», что подтверждено рядом исследований, проведенных авторами на подобных и других типах автомобильных двигателей.

Планомерное увеличение отложений лаков на внутренних (нерабочих) поверхностях поршней вызывает уменьшение теплоотвода в картерное масло при увеличении наработки двигателей. Это вызывает, например, постепенное увеличение уровня теплового состояния двигателей по мере приближения наработки к смене масла при очередном ТО-2 автомобиля.

Образование осадков (шламов) из моторных масел происходит в наибольшей степени на поверхностях картера и клапанной крышки. Результаты исследований осадкообразования в двигателях ЗМЗ-5234.10 представлены на рис. 5 (для двигателей ЗМЗ-402.10 результаты подобны). Осадкообразование на поверхностях указанных ранее деталей оценивалось в зависимости от их температур, для измерения которых были смонтированы термопары (приварены конденсаторной сваркой): на поверхностях картера по 5 штук у каждого двигателя, на поверхностях клапанных крышек - по 3 штуки.

Как следует из рис. 5, при повышении температур поверхностей деталей двигателей осадкообразование на них уменьшается вследствие уменьшения содержания воды в картерном масле, что не противоречит результатам ранее проведенных экспериментов другими исследователями. Во всех двигателях осадкообразование на поверхностях деталей картера оказались больше, чем на поверхностях клапанных крышек.

На моторных маслах групп форсирования «Б» и «В» осадкообразование на деталях ДВС, контактирующих с моторным маслом, происходит интенсивнее, чем на маслах групп форсирования «Г», что подтверждено рядом исследований .

В данной работе исследования отложений на зеркалах цилиндров при эксплуатации двигателей на самых современных маслах не проводилось, однако, можно уверенно предположить, что для исследуемых двигателей они будут не больше, чем при их работе на менее качественных маслах.

Полученные результаты по взаимосвязи изменения температур основных деталей двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 (поршней, цилиндров, клапанных крышек и масляных картеров) и количества отложений позволили выявить закономерности процессов образования нагаров, лаков и осадков на поверхностях указанных деталей. Для этого результаты аппроксимированы функциональными зависимостями методом наименьших квадратов и представлены на рис. 3-5. Полученные закономерности процессов образования отложений на поверхностях деталей автомобильных карбюраторных двигателей должны учитываться и использоваться конструкторами и инженерно-техническими работниками, занимающимися доводкой и эксплуатацией ДВС.

Двигатель автомобиля работает с наибольшей эффективностью лишь при определенных условиях. Оптимальный температурный режим теплонагруженных деталей является одним из таких условий и обеспечивает высокие технические характеристики двигателя с одновременным снижением износов, отложений и, следовательно, повышением показателей его надежности.

Оптимальное тепловое состояние ДВС характеризуется оптимальными температурами поверхностей их теплонагруженных деталей. Анализируя проведенные исследования процессов образования отложений на деталях исследуемых карбюраторных двигателей ЗМЗ и подобные исследования по бензиновым двигателям , можно с достаточной степенью точности определить интервалы оптимальных и опасных температур поверхностей деталей данного класса двигателей. Полученная информация представлена в табл. 2.

При температурах деталей двигателей в опасной низкотемпературной зоне увеличивается толщина нагара на поверхностях деталей, образующих КС, что приводит к возникновению детонационного сгорания топливовоздушных смесей, а также при низких температурах поверхностей деталей двигателей на них увеличивается количество осадков из моторных масел. Все это нарушает нормальную работу двигателей. В свою очередь отложения приводят к перераспределению тепловых потоков, проходящих через поршни, и повышению температур поршней в критических точках - в центре огневой поверхности днища поршня и в канавке ВКК. Температурное поле поршня двигателя ЗМЗ-5234.10 с учетом отложений нагаров и лаков на его поверхностях представлено на рис. 7.

Задача теплопроводности методом конечных элементов решалась с ГУ 1-рода, полученными при термометрировании поршня на режиме номинальной мощности при стендовых испытаниях двигателя. Термоэлектрические эксперименты проводились с тем же поршнем, для которого предварительно выполнены исследования температурного состояния без учета отложений. Эксперименты осуществлялись при идентичных условиях. Предварительно двигатель работал на стенде более 80 часов, после чего наступает стабилизация нагаров и лаков. В результате, температура в центре днища поршня повысилась на 24°С, в зоне канавки ВКК - на 26°С в сравнении с моделью поршня без учета отложений. Значение температуры поверхности поршня над ВКК 238°С входит в опасную высокотемпературную зону (табл. 2). Близко к опасной высокотемпературной зоне и значение температуры в центре днища поршня.

На этапе проектирования и доводки двигателей влияние отложений нагаров на тепловоспринимающих поверхностях поршней и лаков на их поверхностях, контактирующих с моторным маслом, учитывается крайне редко. Это обстоятельство в совокупности с эксплуатацией двигателей в составе АТС при повышенных тепловых нагрузках увеличивает вероятность отказов - прогары поршней, закоксовывание поршневых колец и т.д.

Н.А Кузьмин, В.В. Зеленцов, И.О. Донато

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Управление автомагистрали “Москва — Н.Новгород»

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в нём постоянно происходит , что приводит к их истиранию и износу двигателя. Каким бы масло не было и как часто вы его не меняете - износ будет. Для снижения трения в двигателях внутреннего сгорания применяются специальные меры - подача смазывающего материала к трущимся поверхностям или же его статическое нахождение в узлах трения (обычно это консистентная смазка в подшипниках качения). Смазывающим веществом в двигателе служит моторное масло, которое в большинстве случаев нефтяного происхождения. Масло подаётся в систему смазки под давлением, которое развивает шестерёнчатый (или другой тип насоса) насос. Масло поступает по каналам ко всем трущимся поверхностям снижая силу трения и охлаждая детали. Каналы в системе смазки имеют определённое сечение и производительность и чем выше эта производительность - лучше смазка и выше срок службы двигателя. Но чрезмерно большими каналы сделать нельзя, так-как это приведёт к снижению прочности, поэтому каналы имеют строгие геометрические параметры.

Если владелец автомобиля использовал некачественного моторное масло или нарушал интервалы его замены, то в двигателе ярче проявляется вредное явление - отложения грязи и нагара. Различного рода отложения сужают масляные каналы и снижают производительность системы смазки в целом, приводят к разбалансировки вращающихся деталей и масляному голоданию всех трущихся поверхностей, особенно тех, которые находятся на значительном удалении от масляного насоса (дальние коренные шейки и шатунные шейки, ГРМ) и к локальному перегреву деталей и узлов.

Отложения в канавках поршня вокруг колец препятствуют их движению и прижиманию к стенкам цилиндра (заклинивание, залипание, прихватывание колец). В результате заклинивания и затруднения движения колец, они не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах, мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер и расход масла. Прижимание колец отложениями к стенкам цилиндра приводит к чрезмерному износу цилиндров.

Полирование стенок цилиндров - отложения на верхней части поршней полируют внутренние стенки цилиндров. Полировка препятствует удержанию и сохраняемости масляной пленки на стенках и значительно ускоряет скорость износа.

Отложения в камере сгорания образуются из частиц углерода, в результате неполного сгорания топлива и солей металлов входящих в состав присадок в результате термического разложения остатков масла попадающих в камеру. Эти отложения накаляются и вызывают преждевременное возгорание рабочей смеси (до появления искры). Такое зажигание называется преждевременным или калильным зажиганием. Это создает дополнительные напряжения в двигателе (детонация), что приводит к ускоренному износу подшипников и коленчатого вала. Кроме того, перегреваются отдельные части двигателя, снижается мощность, повышается расход топлива.

В процессе эксплуатации двигателя автомобиля, на его клапанах, днище поршня, на стенках камер сгорания и других местах, постепенно идет образование нагара. Избежать этого процесса практически невозможно, но, при некоторых условиях, нагар образуется особенно интенсивно. Причиной этого может быть использование , неправильная регулировка карбюратора, плохая фильтрация воздуха, попадающего в карбюратор, неисправности двигателя и т.д.

Что представляет собой нагар и его последствия

Нагар представляет собой несгоревшие частицы топлива, пыли, или моторного масла, которое попало в камеры сгорания. Особую опасность представляет собой нагар, который откладывается в виде толстого слоя. Дело в том, что он имеет довольно низкую теплопроводность, и толстая корка нагара может значительно ухудшить процесс отвода лишнего тепла от деталей двигателя, тем самым нарушить нормальный тепловой режим его работы.

При этом детали мотора начинают изнашиваться значительно интенсивнее, что сокращает срок их службы. Также, нагар в камерах сгорания может вызвать такое опасное для двигателя явление, как калильное зажигание, когда топливно-воздушная смесь воспламеняется не от искры свечи зажигания в заданный момент, а в произвольном порядке, от перегретых частичек нагара, из-за чего возрастает риск поломки двигателя.

Как удалить нагар

Следует заметить, что в большинстве случаев, в условиях, что называется, приближенным к идеальным, нагар в двигателе удаляется самопроизвольно, для этого нужно периодически проезжать на автомобиле около 100 км на большой скорости, предварительно заправив его качественным бензином. При работе двигателя в таком интенсивном режиме, нагар будет удаляться. Конечно, удалить большие отложения нагара, особенно застарелого, таким способом не удастся, и, в таком случае, можно прибегнуть к другим методам, не предусматривающих разборку двигателя.

Раствор для удаления налета

Один из таких методов можно назвать химическим, и приурочить очистку от нагара этим методом желательно к очередной смене моторного масла. Нужно приготовить раствор, смешав две части ацетона, одну часть керосина и одну часть моторного масла. Этот раствор заливается во все цилиндры двигателя через свечные отверстия. Далее свечи зажигания устанавливаются на место, а коленвал мотора проворачивается несколько раз, например, с помощью пусковой рукоятки. Раствор остается в цилиндрах в течение суток, после чего свечи зажигания выкручиваются, а коленвал двигателя снова проворачивают около 10 раз, для того, чтобы «продуть» цилиндры. После этого свечи промывают бензином, просушивают и устанавливают на двигатель. Далее производят замену моторного масла в двигателе, а также масляный фильтр, в обычном порядке, в соответствии с указаниями инструкции по эксплуатации автомобиля. Автомобиль заправляют качественным топливом, и совершают поездку с большой скоростью по хорошей дороге. Обычно, после пробега первых 100 км, нагар из двигателя удаляется практически полностью. Нужно учесть, что при этом нагаром может сильно загрязнится моторное масло, и нужно будет еще раз произвести его замену после пробега 500 км. с момента удаления нагара.

Метод резиновой трубки

Есть и иные способы удаления нагара. Например, нужно в резиновую трубочку, которая проходит от вакуумного регулятора к карбюратору, ввести иглу от инъекционной системы, с надетой на нее трубочкой от той же системы. Другой конец этой трубочки опустите в небольшую емкость с водой. За счет разряжения, образующегося в вакуумном регуляторе, вода из емкости будет засасываться в карбюратор, и попадет вместе с топливной смесью в цилиндры двигателя. Проделывать эту операцию лучше на работающем двигателе, чтобы не возникло трудностей с его запуском. Водяной пар будет способствовать размягчению нагара и его быстрому удалению из двигателя, достаточно дать поработать двигателю около 10 минут «на воде».

Метод очистки высокоэффективными присадками

Если Вам некогда заниматься растворами и пользоваться различными трубками, Вы всегда можете вопользоваться автохимией из Германии, в полном спектре, представленной на витрине нашего магазина . Вы всегда найдете нужную присадку в топливо и раз и навсегда избавитесь от проблем, связанных с нагаром и отложениями в двигателе Вашего автомобиля. Присадки обладают очень высокой моющей способностью, без особых проблем могут справиться даже с самыми загрязнёнными участками для бензиновых систем .

» Нагар в двигателе — очистка нагара и отложений масла

Нагар в двигателе как и жировые отложения масла – это неизбежный процесс. Это касается бензиновых и дизельных силовых агрегатов. Образование нагара и кокса связано с использованием некачественного топлива и проходит в условиях высоких t 0 горения топливной и воздушной смеси в закрытой камере. Если в нескольких словах охарактеризовать нагар, можно сказать, что это слой несгоревших отложений, который оседает на стенках камеры сгорания мотора.

Длительная эксплуатация транспортного средства приводит к прогрессу коксования и нагара двигателя. В определённый момент нагарообразование может спровоцировать неисправности и «технические болезни» дизельных установок и бензиновых ДВС.

В статье вы узнаете о признаках загрязнения ДВС и последствиях. Поднимаются вопросы эффективной борьбы с этим явлением, признаки нагара в движке и возможные последствия закоксовки силовых установок. Традиционно, в конце статьи, подведём итоги .

Признаки загрязнения двигателя

Прежде чем выяснить, как очистить двигатель от нагара, давайте определимся какие основные признаки нестабильной работы силовой установки и первые симптомы болезни.

Обратите внимание !

Процесс нагарообразования ускоряет моторное масло, которое при некачественной герметичности деталей силового агрегата проникает в камеру сгорания. Масло сгорает вместе с топливом, ускоряя процесс отложений.

Неисправности, которые могут возникнуть в результате нагара:

1. Часто, это проблемы, связанные с запуском силовой установки «на холодную».
2. Когда заводится «движок», он дымит и нестабильно работает.
3. Возникают проблемы выхлопа газа с примесью гари.
4. Часто увеличивается расход масла.
5. Теряется мощность двигателя.
6. Происходит увеличение расхода топлива на 10-15%.
7. Возникает детонация, мотор быстро нагревается и перегревается, работая на повышенных оборотах.

Ознакомившись с признаками загрязнений в моторе, нужно остановиться на последствиях нагара.

Что может произойти, если в двигателе есть нагар

Важно, что отложения пагубно влияют на общую стабильную работу, что в итоге приводит к перерасходу топлива и технических жидкостей. А также, увеличивает риски поломки движка: как следствие вероятность серьёзного ремонта двигателя увеличивается в разы. Давайте перейдём к конкретным примерам негативных последствий. Это может быть:

• нагар на клапанах, которые раскрываются лишь частично;
• отложенный нагар на поршневых кольцах приводит к их залеганию;
• от процесса тления частиц нагара может произойти неконтролируемое возгорание горючей смеси.

Ситуации, которые описаны выше, могут в конечном итоге, привести в критической ситуации.

Из-за сильного коксования клапан не может полностью закрыться. Что приводит к залеганию колец. При этом в моторе снижается компрессия. Естественно, он плохо заводится, в его работе происходят сбои.

Как следствие, клапана прогорают, что приводит со временем к необходимости ремонтных работ, которые стоят не дёшево. Несанкционированное возгорание топливно-воздушной смеси провоцирует калийное зажигание из-за тлеющего нагара.

Дизельная и/или бензиновая установка быстро перегревается. Это, в свою очередь, приводит к преждевременному износу деталей мотора и пагубно влияет на системы топлива и выпуска.

Продлить эксплуатационный срок деталей мотора можно промывкой шлаков и отложений. Если появились первые признаки этого явления нужно очистить засорившийся двигатель от нагара. Об этом читайте ниже.

Об основных способах избавления от кокса и отложений

На практике, можно избавиться от проблемы загрязнения:

1. Путём полной разборки движка и удаления нагара механическим способом, с использованием абразивных инструментов.
2. Очистить мотор, применив специальные средства промывки.

Однако промывка может быть не столь эффективной как хотелось и лишь частично решить проблему. А разборка силовой установки дело хлопотное и ответственное. Справедливости ради нужно сказать, что разборка мотора позволяет полностью устранить нагар.

Но, есть ещё ряд способов очистки от ДВС от отложений, не прибегая к кардинальным методам, одним из которых можно считать полную разборку ДВС. Речь идёт об удалении нагара без разборки двигателя .

Порядок очистки мотора от нагара

В первую очередь нужно выкрутить свечи:

На авто, работающих на бензине – это свечи зажигания.

1. Через свечные колодцы в цилиндры нужно залить «раскоксовку» — это специальная жидкость.
2. Необходима пауза для того чтобы специальная жидкость сделала своё дело: размягчила отложения. Это займёт примерно 2-3 часа.
3. Далее, выкрутив свечи, завести движок. В процессе его работы отложения выгорят и удалятся из цилиндров двигателя.
4. Процедура предполагает на конечной стадии необходимую замену масла в силовой установке и масляного фильтра.

Существуют и другие способы удаления нагара проверенные на практике. Речь идёт о многокомпонентной смеси в основе которой ацетон. Для приготовления смеси понадобится:

1. 2 части ацетона, который можно заменить растворителем.
2. Одна часть керосина.
3. Одна часть моторного масла.

И ещё

Промывка двигателя соляркой перед очередной сменой технической жидкости – это старый и эффективный способ избавиться от накипи и кокса, а также способствует омоложению всей масляной системы. Это простой, доступный и безопасный способ избавиться от отложений и накипи.

Чем ещё можно промыть двигатель изнутри. Можно при помощи шприца ввести в резиновую трубку, проходящую между вакуумным регулятором и карбюратором, ввести иглу инъекционной системы. Один конец опустить в ёмкость с водой, которая за счёт разряжения поступает в карбюратор и попадает с воздушно-топливной смесью в цилиндры двигателя. Процедуру рекомендуют проводить на рабочей силовой установке. Исходящий пар размягчает отложения и способствует их выходу. Процесс занимает не более 10 минут.

Для удаления отложений можно использовать присадку в топливо. Данный способ решает проблему, эффект действительно существует. Наиболее популярной автомобильной химией считается продукция французских производителей. Присадки в топливо обладают высокой моющей способностью и справляются с грязью. Данный способ работает на дизельных установках и бензиновых агрегатах.

Говоря об обслуживании авто при замене фильтра важно использовать масла рекомендованные производителем. Обратите внимание на синтетическое всесезонное производства Франции. Оно снижает трение деталей мотора и позволяет без проблем провести запуск движка при t 0 до – 35 0 С.

Продукт производства Франции масло Total обеспечивает лёгкую работу движка, защищает его от грязи. Масло total можно смешивать с другими стандартными моторными маслами.

Подводя итоги можно сказать

Знание проблем поможет найти действенный способ устранения кокса и накипи. Но главное, это уход за мотором, своевременная замена масла и комплектующих при прохождении ТО .

Раскоксовываем двигатель своими силами Как проверить уровень масла в акпп — советы и рекомендации Почему после замены масла, оно черное Как заменить масло в акпп Al4 Пежо, Peugeot ? Маркировка моторного масла — расшифровка значений вязкости Автомасла и характеристики масел для автомобиля