Silnik nowoczesnego samochodu jest niezawodny i wystarczająco trwały, aby „przejść” 300-400 tys. Km, a nawet więcej przy prawidłowej eksploatacji i terminowej konserwacji. Jednak bez względu na to, jak bardzo starają się projektanci i producenci, procesy starzenia i zużycia w silniku są nieuniknione. Jak również powstawanie różnych złóż.
Żywotność nowoczesnego samochodu jest dość długa i wynosi co najmniej 10-15 lat. Oczywiście w tym czasie awarie i awarie poszczególnych części i zespołów są bardzo prawdopodobne. nagłe, gwałtowne zmiany stanu silnika. Mimo to zdarza się to stosunkowo rzadko, ponieważ ma charakter probabilistyczny. Ale procesy zmiany wielkości, właściwości fizycznych i chemicznych części i komponentów zachodzą, aczkolwiek powoli, ale w sposób ciągły.
Dopóki takie zmiany nie wykraczają poza tolerancje określone przez projektantów, konsumenckie właściwości silnika pozostają stabilne. Ale tutaj jeden lub kilka parametrów okazało się poza dopuszczalnymi granicami.
Natychmiast pojawiają się zakłócenia w pracy silnika. Nie, nie ma jeszcze mowy o awariach czy awariach. Ale występuje zakłócenie w działaniu oddzielnego elementu, co jeszcze nie doprowadziło do jego utraty, a tym samym do utraty wydajności silnika.
W przeciwieństwie do awarii i awarii związanych ze zjawiskami probabilistycznymi, opisane procesy zachodzą, choć w różnym stopniu, ale przy absolutnie wszystkich silnikach. Co więcej, często znacznie trudniej jest ustalić, gdzie i w jakim miejscu powstały odchylenia, niż ustalić fakt i przyczynę oczywistej awarii.
Zużycie czy… osady?
Zacznijmy od najbardziej nieuniknionego - zużycia. Musisz się z tym pogodzić, ponieważ nie możesz tego całkowicie zatrzymać. Chociaż można zwolnić – osiągnięcia ostatnich lat w materiałach i technologii do produkcji silników, w rozwoju olejów silnikowych i filtrów w połączeniu ze ścisłym przestrzeganiem zasad eksploatacji i konserwacji silnika dają liczne przykłady opóźnienia w okresie remontu znacznie przekraczającego 300 tysięcy kilometrów.
Okazuje się, że na razie nie można nawet pamiętać o noszeniu. Dlatego przynajmniej podczas 100-200 tys. km przebiegu na pierwszy plan wysuwają się inne czynniki, które zmniejszają rzeczywistą żywotność silnika. A przede wszystkim jest to powstawanie różnego rodzaju złóż.
Pisaliśmy już o niebezpieczeństwie osadów w układzie smarowania i skrzyni korbowej silnika, związanym z niską jakością, niezgodnością gatunku oleju lub jego przedwczesną wymianą (patrz „ABS-auto” 3/2000). Jednocześnie osady gromadzące się w układzie paliwowym i kolektorze dolotowym, komorze spalania i układzie wydechowym nie zawsze mają znaczenie, uważając je za coś drugorzędnego. Praktyka pokazuje jednak, że ich wpływ na silnik jest bardzo znaczący, aw niektórych przypadkach nawet niebezpieczny. To zostanie omówione.
Przyjrzyjmy się punktom i elementom konstrukcji silnika, które są najbardziej podatne na odkładanie się osadów w okresie eksploatacji silnika. Niektóre z nich mają niewielki lub żaden wpływ na pracę silnika. Z drugiej strony inne powodują zauważalne awarie nawet przy stosunkowo niewielkich osadach. Te krytyczne elementy silnika obejmują korpus przepustnicy, grzybki zaworów dolotowych i oczywiście wtryskiwacze.
Skąd pochodzi osad?
Procesy osadzania i ich skład chemiczny są bardzo różne w różnych systemach i urządzeniach. Na przykład tworzenie osadów w części rozpylającej wtryskiwaczy następuje głównie w ciągu pierwszych 10-20 minut po zatrzymaniu gorącego silnika, kiedy wtryskiwacze znajdują się pod resztkowym ciśnieniem paliwa. Istota procesu jest następująca: film paliwowy, który nieuchronnie pozostaje w obszarze gniazda dyszy, zaczyna parować pod wpływem wysokiej temperatury. Lekkie frakcje benzyny ulatniają się, a cięższe tworzą warstwę osadów stałych. Ich głównym składnikiem jest węgiel.
Osady na grzybkach zaworów są bardziej złożone. Tak więc paliwo niskiej jakości jest przyczyną osadów smolistych. Przeciekanie oleju przez zużyte uszczelki trzonków zaworów i szczelinę między trzonkiem a tuleją zaworu prowadzi do osadzania się koksu: powstaje w wyniku utleniania oleju w wysokiej temperaturze na płycie grzejnej. Nawiasem mówiąc, najbardziej intensywny proces koksowania zaworów zachodzi na wolnych obrotach, podczas jazdy z małym obciążeniem oraz podczas hamowania silnikiem, kiedy w kolektorze dolotowym powstaje maksymalne podciśnienie.
Olej silnikowy przyczynia się również do zanieczyszczenia przepustnicy i kanałów sterowania prędkością biegu jałowego, ponieważ utlenianie i zanieczyszczenia oleju są przenoszone do kolektora dolotowego przez układ wentylacji skrzyni korbowej.
Kolejnym składnikiem osadów jest sadza. Powodem jego powstania jest spalanie zbyt bogatej mieszanki paliwowo-powietrznej w trybach zimnego rozruchu, rozgrzewania i przyspieszania. Sadza przedostająca się do układu wydechowego może stopniowo zatykać przewody EGR.
W przypadku silników, które od dawna działają w Rosji, przeważają niektóre rodzaje złóż. Wynika to ze stosowania złej jakości paliwa i oleju. Dlatego silnik, który potrafi doskonale „tam” przez wiele lat pracować, „tu” stosunkowo szybko zaczyna „kapryśny”.
Odporność na… depozyty?
Nie można powiedzieć, że projektanci silników zapomnieli o osadach i po prostu „umyli ręce”, zrzucając te problemy na konsumenta. Wręcz przeciwnie, w ostatnich latach zrobiono wiele, aby wypracować rodzaj „odporności” silników na osady. Innymi słowy, wiele elementów i układów najnowszych modeli silników stało się niewrażliwych na osady, m.in. skutki akumulacji osadów są zminimalizowane.
Na przykład systemy dozowania paliwa od dawna są adaptacyjne, tj. pozwalają dostosować się (choć w pewnych granicach) do warunków zewnętrznych. A jakie są te warunki zewnętrzne? Przede wszystkim gromadzenie się osadów w części natryskowej dysz. To samo podejście jest obecnie stosowane w większości bezczynnych podsystemów. Pojawiły się również elementy o specjalnej konstrukcji - wtryskiwacze odporne na osady oraz zawory dławiące pokryte teflonem.
„Odporność” na osady, zapewniana przez tak złożone i bardzo kosztowne środki, jest dziś potrzebna bardziej niż kiedykolwiek. Faktem jest, że stale rosnące wymagania dotyczące toksyczności spalin, sprawności i gęstości mocy prowadzą bezpośrednio do konieczności bardzo „dokładnego” dostrojenia silnika i wszystkich jego układów. I okazuje się, że im nowocześniejszy silnik, tym boleśniej reaguje nawet na niewielką ilość osadów.
Dlaczego depozyty są niebezpieczne?
Bez wyjątku wszystkie osady mają jedną wspólną cechę – negatywnie wpływają na pracę silnika. Niezadowalająca charakterystyka rozruchowa, niestabilna praca na biegu jałowym, przerwy w zapłonie mieszanki, „zapory” podczas przyspieszania, zwiększone zużycie paliwa i toksyczność spalin – to nie jest pełna lista oczywistych objawów spowodowanych pojawieniem się „nieprzyjaznych” nalotów w układzie dolotowym silnika. Ale co najgorsze, te osady mogą wielokrotnie przyspieszać zużycie silnika, a nawet prowadzić do awarii i awarii jego części i podzespołów.
Rzeczywiście, jaki może być związek między koksowymi wtryskiwaczami a zużyciem części, na przykład mechanizmu korbowego lub zespołu cylinder-tłok? Najbardziej bezpośrednia: w chłodne dni silnik nie uruchamia się za pierwszym razem, a im niższa temperatura, tym więcej trzeba podejmować prób jego uruchomienia. Cóż, każda taka próba to praca współpracujących części w trybie tarcia półsuchego lub nawet suchego, co odpowiada pod względem zużycia 20-40, a czasem nawet 100 km rzeczywistego przebiegu.
Jak wyczyścić części z osadów?
Uważamy, że taki przykład wystarczy, aby uświadomić sobie powagę problemu. Jak to rozwiązać? Pierwsze, co przychodzi mi do głowy, to po prostu usunięcie zanieczyszczonych elementów i oczyszczenie ich chemicznie lub mechanicznie. Rzeczywiście ta metoda daje najlepsze efekty, ale zajmuje zbyt dużo czasu. Zwłaszcza jeśli chodzi o skomplikowane silniki, w tym wielocylindrowe. Ponadto demontaż i późniejszy montaż zespołów i systemów w nowoczesnych samochodach często wymaga wymiany masy uszczelek i elementów uszczelniających, które nie zawsze są pod ręką.
Atrakcyjniejsza jest technologia CIP. Oparta jest na specjalnych związkach chemicznych - rozpuszczalnikach, ukierunkowanych na określone rodzaje osadów. A w celu usunięcia osadów w danym miejscu wymagana jest również określona metoda czyszczenia i specjalny sprzęt. O tym, jakich rozpuszczalników, metod czyszczenia i sprzętu należy użyć w tym czy innym przypadku, podpowiemy w kolejnych materiałach.
Główne miejsca akumulacji osadów w silnikach:
1 - korpus przepustnicy i regulator obrotów biegu jałowego;
2 - kolektor dolotowy;
3 - szyna paliwowa;
4 - górna część dyszy;
5 - natryskowa część dyszy;
6 - płyta zaworu wlotowego;
7 - komora spalania;
8 - spód tłoka;
9 - czujnik tlenu;
10 - katalizator;
11 - kanały układu recyrkulacji spalin.
WPŁYW TEMPERATURY NA OSAD SILNIKA
Badanie osadów w silnikach samochodowych.
Jedną z rezerw zwiększających niezawodność eksploatacyjną silnika spalinowego jest redukcja osadów nagaru, lakierów i osadów na powierzchniach ich części stykających się z olejem silnikowym. Ich powstawanie opiera się na procesach starzenia olejów (utlenianie węglowodorów tworzących bazę olejową). Decydujący wpływ na procesy utleniania oleju w silnikach, powstawanie osadów i sprawność całego silnika spalinowego ma reżim cieplny części obciążonych cieplnie.
Słowa kluczowe: temperatura, tłok, cylinder, olej silnikowy, osady, nagar, lakier, osiągi, niezawodność.
Osady na powierzchni części silników spalinowych dzielą się na trzy główne typy – osady węglowe, lakiery i osady (szlam).
Osady węgla to stałe substancje węglowe osadzające się podczas pracy silnika na powierzchniach komory spalania (CC). W tym przypadku osady węgla zależą głównie od warunków temperaturowych nawet przy podobnym składzie mieszanki i tej samej konstrukcji części silnika. Osady węgla mają bardzo istotny wpływ na przebieg spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku oraz trwałość jego pracy. Prawie wszystkim rodzajom nieprawidłowego spalania (spalanie detonacyjne, zapłon jarzeniowy itp.) towarzyszy taki lub inny efekt osadów węgla na powierzchniach części tworzących komorę spalania.
Lakier jest produktem przemiany (utleniania) cienkich filmów olejowych rozprowadzających się i pokrywających części grupy cylinder-tłok (CPG) silnika pod wpływem wysokich temperatur. Największą szkodę dla silnika spalinowego powoduje tworzenie się lakieru w okolicy pierścieni tłokowych, powodującego procesy ich koksowania (podsypka z utratą ruchomości). Lakiery osadzające się na powierzchniach tłoka w kontakcie z olejem zaburzają prawidłowy przepływ ciepła przez tłok, utrudniają odbieranie z niego ciepła.
Na ilość wytrącania (szlamu) powstającego w silniku spalinowym decydujący wpływ ma jakość oleju silnikowego, reżim temperaturowy części, cechy konstrukcyjne silnika i warunki pracy. Osady tego typu są najbardziej typowe dla zimowych warunków eksploatacji, nasilane częstymi rozruchami i postojami silnika.
Stan cieplny silnika spalinowego ma decydujący wpływ na procesy powstawania różnego rodzaju osadów, wskaźniki wytrzymałościowe materiałów części, efektywne wskaźniki wyjściowe silników, procesy zużycia powierzchni części. W związku z tym konieczne jest poznanie wartości progowych temperatur części CPG, przynajmniej w punktach charakterystycznych, których przekroczenie prowadzi do wcześniej wskazanych negatywnych konsekwencji.
Wskazane jest przeanalizowanie stanu temperaturowego części CPG silnika spalinowego przez wartości temperatur w punktach charakterystycznych, których położenie pokazano na rys. 1 . Wartości temperatur w tych punktach powinny być brane pod uwagę podczas produkcji, testowania i rozwoju silników w celu optymalizacji konstrukcji części, przy wyborze olejów silnikowych, przy porównywaniu stanów termicznych różnych silników, przy rozwiązywaniu szeregu innych technicznych problemy w konstrukcji i eksploatacji silników spalinowych.
Ryż. 1. Charakterystyczne punkty cylindra i tłoka silnika spalinowego podczas analizy ich stanu temperaturowego dla silników wysokoprężnych (a) i benzynowych (b)
Wartości te mają poziomy krytyczne:
1. Maksymalna wartość temperatury w punkcie 1 (w silnikach diesla - na krawędzi komory spalania, w silnikach benzynowych - w środku dna tłoka) nie powinna przekraczać 350С (przez krótki czas 380С) dla wszystkich stopy aluminium stosowane komercyjnie w budowie silników samochodowych, w przeciwnym razie krawędzie komory spalania topią się w silnikach wysokoprężnych i często wypalają się tłoki w silnikach benzynowych. Ponadto wysokie temperatury powierzchni styku denka tłoka powodują powstawanie na tej powierzchni osadów o dużej twardości. W praktyce budowy silników tę krytyczną wartość temperatury można zwiększyć, dodając do stopu tłoka krzem, beryl, cyrkon, tytan i inne pierwiastki.
Zapobieganie przekroczeniu temperatur krytycznych w tym miejscu, jak również w objętościach części silników spalinowych, zapewnia również optymalizacja ich kształtów oraz odpowiednia organizacja chłodzenia. Temperatury przekraczające dopuszczalne wartości części CPG silnika są zwykle głównym czynnikiem ograniczającym ich zwiększenie pod względem mocy. Należy zachować pewien margines na poziomy temperatur, biorąc pod uwagę możliwe ekstremalne warunki pracy.
2. Krytyczna wartość temperatury w punkcie 2 tłoka - nad górnym pierścieniem dociskowym (VKK) - 250...260C (krótkotrwale do 290C). Po przekroczeniu tej wartości wszystkie masowe oleje silnikowe ulegają zakoksowaniu (następuje intensywne lakierowanie), co prowadzi do „zaklejania” pierścieni tłokowych, czyli do utraty ich ruchliwości, a w efekcie do znacznego spadku kompresja, wzrost zużycia oleju silnikowego itp.
3. Graniczna maksymalna wartość temperatury w punkcie 3 tłoka (punkt ten znajduje się symetrycznie na przekroju głowicy tłoka po jego wewnętrznej stronie) wynosi 220C. W wyższych temperaturach następuje intensywne lakierowanie wewnętrznej powierzchni tłoka. Z kolei osady lakieru stanowią potężną barierę termiczną, która zapobiega przenoszeniu ciepła przez olej. Prowadzi to automatycznie do wzrostu temperatury w całej objętości tłoka, a tym samym na powierzchni otworu cylindra.
4. Maksymalna dopuszczalna temperatura w punkcie 4 (znajdującym się na powierzchni cylindra, naprzeciw miejsca zatrzymania VKK na GMP) wynosi 200C. Po jej przekroczeniu olej silnikowy ulega rozrzedzeniu, co prowadzi do utraty stabilności w tworzeniu filmu olejowego na lusterku cylindra i „suchego” tarcia pierścieni o lusterko. Powoduje to intensyfikację molekularno-mechanicznego zużycia części CPG. Z drugiej strony wiadomo, że niska temperatura ścianek cylindrów (poniżej punktu rosy spalin) przyspiesza ich zużycie korozyjno-mechaniczne. Pogarsza się również mieszanie i zmniejsza się szybkość spalania mieszanki paliwowo-powietrznej, co zmniejsza sprawność i ekonomiczność silnika, powodując wzrost toksyczności spalin. Należy również zauważyć, że przy znacznie niższych temperaturach tłoka i cylindra skroplona para wodna przedostająca się do oleju skrzyni korbowej powoduje intensywną koagulację zanieczyszczeń i hydrolizę dodatków z powstawaniem osadów – „szlamu”. Osady te, zanieczyszczając kanały olejowe, kratki miski olejowej, filtry oleju, znacząco zakłócają normalną pracę układu smarowania.
Na intensywność procesów powstawania osadów nagarów, lakierów i osadów na powierzchniach części silników spalinowych istotny wpływ ma starzenie się olejów silnikowych podczas ich eksploatacji. Starzenie olejów polega na gromadzeniu się zanieczyszczeń (w tym wody), zmianach ich właściwości fizykochemicznych oraz utlenianiu węglowodorów.
Zmiana składu frakcyjnego czystego oleju w trakcie pracy silnika spowodowana jest głównie przyczynami zmiany składu jego bazy olejowej oraz zawartości procentowej dodatków dla poszczególnych składników (parafinowych, aromatycznych, naftenowych).
Obejmują one:
procesy termicznego rozkładu oleju w strefach przegrzania (np. w tulejach zaworowych, strefach górnych pierścieni tłokowych, na powierzchniach górnych pasów otworu cylindra). Takie procesy prowadzą do utlenienia najlżejszych frakcji bazy olejowej lub nawet ich częściowego wygotowania;
dodanie do węglowodorów bazy nieodparowanego paliwa, które przedostaje się do miski olejowej skrzyni korbowej przez strefę uszczelnień tłoków w początkowych okresach rozruchu (lub przy gwałtownym wzroście dopływu paliwa do cylindrów w celu przyspieszenia pojazdu) ;
przedostanie się do miski olejowej lub miski olejowej silnika wody powstałej podczas spalania paliwa w komorze spalania cylindrów.
Jeśli system wentylacji skrzyni korbowej jest wystarczająco skuteczny, a ściany skrzyni korbowej są podgrzewane do 90-95 ° C, woda nie skrapla się na nich i jest usuwana do atmosfery przez system wentylacji skrzyni korbowej. Jeśli temperatura ścianek skrzyni korbowej zostanie znacznie obniżona, to woda, która dostanie się do oleju, weźmie udział w procesach jego utleniania. Ilość skondensowanej wody w tym przypadku może być bardzo znacząca. Nawet jeśli założymy, że tylko 2% gazów może przebić się przez wszystkie pierścienie kompresyjne cylindra, to 2 kg wody zostanie przepompowane przez skrzynię korbową o objętości roboczej 2-2,5 litra na każde 1000 km przebiegu. Załóżmy, że system wentylacji skrzyni korbowej usuwa 95% wody, a następnie po przejechaniu 5000 km 4,0 litry oleju silnikowego będą stanowić około 0,5 litra H2O. Podczas pracy silnika woda ta jest przekształcana przez zawarty w oleju silnikowym dodatek przeciwutleniający w zanieczyszczenia – koks i popiół.
Ze wskazanych wyżej powodów konieczne jest utrzymanie odpowiednio wysokiej temperatury ścianek skrzyni korbowej podczas pracy silnika oraz w razie potrzeby stosowanie układów smarowania z suchą miską olejową i oddzielnym zbiornikiem oleju.
Należy zauważyć, że środki spowalniające procesy zmiany składu bazy olejowej znacznie spowalniają powstawanie sadzy, lakieru i osadów, a także zmniejszają szybkość zużycia głównych części silników samochodowych.
Skład frakcyjny i chemiczny olejów może się różnić w dość szerokim zakresie
limity pod wpływem różnych czynników:
charakter surowców, w zależności od pola, właściwości szybu naftowego;
cechy technologii wytwarzania olejów silnikowych;
specyfika transportu i czas przechowywania olejów.
Do wstępnej oceny właściwości produktów naftowych stosuje się różne metody laboratoryjne: wyznaczanie krzywej destylacji, temperatur zapłonu, zmętnienia i krzepnięcia, ocena utlenialności w środowiskach o różnej agresywności itp.
Starzenie oleju do silników samochodowych opiera się na procesach utleniania, rozkładu i polimeryzacji węglowodorów, którym towarzyszą procesy zanieczyszczenia oleju różnymi zanieczyszczeniami (osady węgla, pył, cząstki metali, woda, paliwo itp.). Procesy starzenia znacząco zmieniają właściwości fizykochemiczne oleju, prowadzą do pojawienia się w nim różnych produktów utleniania i zużycia oraz pogarszają jego działanie. W silnikach występują następujące rodzaje utleniania oleju: w grubej warstwie - w misce olejowej lub w zbiorniku oleju; w cienkiej warstwie - na powierzchni gorących części metalowych; w stanie mglistym (kropli) - w skrzyni korbowej, skrzynce zaworowej itp. W tym przypadku utlenianie oleju w grubej warstwie powoduje wytrącanie w postaci szlamu, a w cienkiej warstwie - w postaci lakieru.
Utlenianie węglowodorów jest zgodne z teorią nadtlenków A.N. Bacha i K.O. Englera, uzupełnione przez P.N. Czernożukow i S.E. Dźwig. Utlenianie węglowodorów, w szczególności w olejach silnikowych silników spalinowych, może przebiegać w dwóch głównych kierunkach, pokazanych na ryc. 2, dla których wyniki utleniania są różne. W tym przypadku wynikiem utleniania w pierwszym kierunku są produkty kwaśne (kwasy, hydroksykwasy, estolidy i kwasy asfaltogenne), które w niskich temperaturach tworzą osady; wynikiem utleniania w drugim kierunku są produkty obojętne (karbeny, karboidy, asfalteny i żywice), z których w zmiennych proporcjach w podwyższonych temperaturach powstają albo lakiery, albo osady węglowe.
Ryż. 2. Sposoby utleniania węglowodorów w produkcie naftowym (np. w oleju silnikowym do silników spalinowych)
W procesie starzenia oleju bardzo istotna jest rola wody przedostającej się do oleju podczas kondensacji jego par z gazów ze skrzyni korbowej lub w inny sposób. W wyniku tego powstają emulsje, które następnie wzmagają polimeryzację oksydacyjną cząsteczek oleju. Oddziaływanie hydroksykwasów i innych produktów utleniania oleju z emulsjami wodno-olejowymi powoduje zwiększone tworzenie się osadów (szlamu) w silniku.
Z kolei powstałe cząstki szlamu, jeśli nie zostaną zneutralizowane przez dodatek, służą jako katalizatory i przyspieszają rozkład jeszcze nieutlenionej części oleju. Jeśli jednocześnie nie nastąpi terminowa wymiana oleju silnikowego, proces utleniania będzie przebiegał jako reakcja łańcuchowa z rosnącą prędkością, ze wszystkimi wynikającymi z tego konsekwencjami.
Decydujący wpływ na powstawanie osadów, lakierów i osadów na powierzchniach części silników spalinowych w kontakcie z olejem silnikowym ma ich stan termiczny. Z kolei cechy konstrukcyjne silników, ich warunki pracy, tryby pracy itp. określają stan cieplny silników, a tym samym wpływają na tworzenie się osadów.
Równie istotny wpływ na powstawanie osadów w silniku spalinowym mają również właściwości stosowanego oleju silnikowego. Dla każdego konkretnego silnika ważne jest, aby olej zalecany przez producenta odpowiadał temperaturze powierzchni stykających się z nim części.
W pracy przeprowadzono analizę zależności pomiędzy temperaturami powierzchni tłoków silników ZMZ-402.10 i ZMZ-5234.10 a procesami powstawania na nich osadów nagaru i lakierów, a także ocena tworzenia się osadów na powierzchniach skrzyni korbowej i pokrywie zaworów silników przy stosowaniu zalecanego przez producenta oleju silnikowego M 63/12G1...
Do badania zależności ilościowych charakterystyk osadów w silnikach od ich stanu cieplnego i warunków pracy można zastosować różne metody, na przykład L-4 (Anglia), 344-T (USA), PZV (ZSRR) itp. W szczególności, zgodnie z metodą 344-T, która jest amerykańskim dokumentem regulacyjnym, stan „czystego” niezużytego silnika ocenia się na 0 punktów; stan bardzo zużytego i zabrudzonego silnika wynosi 10 punktów. Podobną techniką oceny powstawania lakieru na powierzchniach tłoków jest krajowa technika PZV (autorzy - K.K.Papok, A.P. Zarubin, A.V. Vipper), której skala barw ma punkty od 0 (brak osadów lakieru) do 6 (maksymalne osady lakieru ). Aby przeliczyć punkty skali ELV na punkty metody 344-T, odczyty pierwszego z nich należy zwiększyć o półtora raza. Technika ta jest zbliżona do rosyjskiej techniki negatywnej oceny złóż VNII NP (skala 10 punktów).
Do badań eksperymentalnych wykorzystano 10 silników ZMZ-402.10 i ZMZ-5234.10. Eksperymenty dotyczące badania procesów powstawania osadów przeprowadzono we współpracy z laboratoriami do badania samochodów osobowych i ciężarowych UKER GAZ na stanowiskach samochodowych. Podczas testów monitorowano m.in. zużycie powietrza i paliwa, ciśnienie i temperaturę spalin, temperaturę oleju i płynu chłodzącego. Jednocześnie na stanowiskach utrzymywane były następujące tryby: prędkość obrotowa wału korbowego odpowiadająca mocy maksymalnej (100% obciążenia) oraz naprzemiennie przez 3,5 godziny - 70% obciążenia, 50% obciążenia, 40% obciążenia, 25% obciążenie i brak obciążenia (przy zamkniętych zaworach dławiących), tj. eksperymenty przeprowadzono na charakterystykach obciążeniowych silników. W tym przypadku temperatura płynu chłodzącego była utrzymywana w zakresie 90...92C, temperatura oleju w głównym przewodzie olejowym - 90...95C. Następnie zdemontowano silniki i dokonano niezbędnych pomiarów.
Wcześniej prowadzono badania nad zmianą parametrów fizykochemicznych olejów silnikowych podczas badań silników ZMZ-402.10 w pojazdach GAZ-3110 na gamie samochodów UKER GAZ. Jednocześnie spełnione zostały następujące warunki: średnia prędkość techniczna 30...32 km/h, temperatura otoczenia 18...26C, przebieg do 5000 km. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że wraz ze wzrostem przebiegu pojazdu (czasu pracy silnika), ilości zanieczyszczeń mechanicznych i wody w olejach silnikowych, jej zawartości koksu i zawartości popiołu następowały inne zmiany, które przedstawiono w Tabela. 1
Powstawanie węgla na powierzchni den tłoków silników ZMZ-5234.10 scharakteryzowano danymi przedstawionymi na rysunku. 3 (dla silników ZMZ-402.10 wyniki są podobne). Z analizy rysunku wynika, że wraz ze wzrostem temperatury den tłoków ze 100 do 300°C grubość (strefa istnienia) osadów węglowych zmniejszyła się z 0,45...0,50 do 0,10...0,15 mm , co tłumaczy się spalaniem osadów węgla wraz ze wzrostem temperatury powierzchni silników. Twardość nagarów wzrosła z 0,5 do 4,0...4,5 punktów ze względu na spiekanie nagarów w wysokich temperaturach.
Ryż. 3. Zależności tworzenia się węgla na powierzchni den tłoków silników ZMZ-5234.10 od ich temperatur:
a - grubość osadu węglowego; b - twardość węgla;
symbole pokazują uśrednione wartości eksperymentalne
Ocenę wielkości osadów lakieru na bocznych powierzchniach tłoków i ich wewnętrznych (niepracujących) powierzchniach przeprowadzono również w skali dziesięciostopniowej, według metody 344-T stosowanej we wszystkich wiodących instytucjach badawczych w kraj.
Dane dotyczące powstawania lakieru na powierzchniach tłoków silnika przedstawiono na rys. 4 (wyniki dla badanych marek silników są takie same). Tryby testowe są wskazane wcześniej i odpowiadają trybom w badaniach tworzenia węgla na częściach.
Z analizy rysunku wynika, że tworzenie się lakieru na powierzchniach tłoków silnika jednoznacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury ich powierzchni. Na intensywność powstawania lakieru wpływa nie tylko wzrost temperatury powierzchni części, ale także czas jego działania, tj. czas trwania silników. W tym przypadku jednak procesy powstawania lakieru na roboczych (ocierających się) powierzchniach tłoków ulegają znacznemu spowolnieniu w porównaniu z wewnętrznymi (niepracującymi) powierzchniami, ze względu na ścieranie warstwy lakieru w wyniku tarcia .
Ryż. 4. Zależności osadów lakieru na powierzchniach tłoków silników ZMZ-5234.10 od ich temperatury:
a - powierzchnie wewnętrzne; b - powierzchnie boczne; symbole pokazują uśrednione wartości eksperymentalne
Powstawanie nagaru i lakieru na powierzchniach części ulega znacznemu zintensyfikowaniu przy stosowaniu olejów z grup „B” i „C”, co potwierdzają liczne badania przeprowadzone przez autorów na podobnych i innych typach silników samochodowych.
Systematyczny wzrost osadów lakieru na wewnętrznych (niepracujących) powierzchniach tłoków powoduje zmniejszenie przenikania ciepła do oleju skrzyni korbowej wraz ze wzrostem czasu pracy silnika. Powoduje to np. stopniowy wzrost stanu cieplnego silników w miarę zbliżania się czasu pracy do wymiany oleju przy kolejnym TO-2 samochodu.
Tworzenie się osadów (szlamu) z olejów silnikowych występuje w największym stopniu na powierzchniach skrzyni korbowej i pokrywie zaworów. Wyniki badań tworzenia osadów w silnikach ZMZ-5234.10 przedstawiono na rys. 5 (dla silników ZMZ-402.10 wyniki są podobne). Oceniano tworzenie się osadów na powierzchniach wcześniej wymienionych części w zależności od ich temperatur, do pomiaru których zamontowano termopary (spawanie kondensatorowe): na powierzchniach skrzyni korbowej po 5 sztuk na każdy silnik, na powierzchniach pokrywy zaworów - po 3 sztuki.
Jak wynika z ryc. 5, wraz ze wzrostem temperatury powierzchni części silnika, tworzenie się na nich osadów zmniejsza się ze względu na zmniejszenie zawartości wody w oleju skrzyni korbowej, co nie jest sprzeczne z wynikami wcześniejszych eksperymentów innych badaczy. We wszystkich silnikach sedymentacja na powierzchniach części skrzyni korbowej okazała się większa niż na powierzchniach pokryw zaworów.
Na olejach silnikowych z grup przetłaczania „B” i „C” na częściach silników spalinowych w kontakcie z olejem silnikowym dochodzi do tworzenia szlamu intensywniej niż na olejach z grup przetłaczania „G”, co potwierdzają liczne badania.
W niniejszej pracy nie przeprowadzono badań osadów na lusterkach cylindrów podczas eksploatacji silników z najnowocześniejszymi olejami, jednak można śmiało założyć, że dla badanych silników będą one nie większe niż wtedy, gdy będą pracować na oleje gorszej jakości.
Uzyskane wyniki dotyczące zależności między zmianami temperatury głównych części silników ZMZ-402.10 i ZMZ-5234.10 (tłoki, cylindry, pokrywy zaworów i skrzynie olejowe) a ilością osadów pozwoliły zidentyfikować wzorce powstawania osady, lakiery i osady na powierzchni tych części. W tym celu wyniki aproksymowano zależnościami funkcjonalnymi metodą najmniejszych kwadratów i przedstawiono na rys. 3-5. Uzyskane prawidłowości procesów powstawania osadów na powierzchniach części samochodowych silników gaźnikowych powinny być brane pod uwagę i wykorzystywane przez projektantów oraz pracowników inżynieryjno-technicznych zajmujących się rozwojem i eksploatacją silnika spalinowego.
Silnik samochodu działa najlepiej tylko w określonych warunkach. Optymalny reżim temperaturowy części obciążonych cieplnie jest jednym z tych warunków i zapewnia wysokie parametry techniczne silnika przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia, osadów, a w konsekwencji wzrostowi jego wskaźników niezawodności.
Optymalny stan cieplny silnika spalinowego charakteryzuje się optymalnymi temperaturami powierzchni jego obciążonych cieplnie części. Analizując przeprowadzone badania procesów powstawania osadów na częściach badanych silników gaźnikowych ZMZ oraz podobnych badań na silnikach benzynowych, można z wystarczającą dokładnością określić przedziały optymalnych i niebezpiecznych temperatur powierzchni części tej klasy silników. Uzyskane informacje przedstawiono w tabeli. 2.
W temperaturach części silnika w niebezpiecznej strefie niskich temperatur zwiększa się miąższość nagaru na powierzchniach części tworzących komorę spalania, co prowadzi do spalania detonacyjnego mieszanin paliwowo-powietrznych, a przy niskich temperaturach powierzchni części silnika , zwiększa się na nich ilość opadów z olejów silnikowych. Wszystko to zakłóca normalną pracę silników. Z kolei osady prowadzą do redystrybucji strumieni ciepła przechodzących przez tłoki i wzrostu temperatury tłoków w krytycznych punktach - w środku powierzchni ogniowej dna tłoka oraz w rowku VCC. Pole temperatury tłoka silnika ZMZ-5234.10 z uwzględnieniem osadów nagaru i lakierów na jego powierzchniach pokazano na ryc. 7.
Problem przewodnictwa cieplnego metodą elementów skończonych rozwiązano za pomocą pierwszego typu PG, otrzymanego metodą termometrii tłoka w trybie mocy nominalnej podczas badań stanowiskowych silnika. Eksperymenty termoelektryczne przeprowadzono z tym samym tłokiem, dla którego wcześniej badano stan temperatury bez uwzględnienia osadów. Eksperymenty prowadzono w identycznych warunkach. Wcześniej silnik pracował na stoisku ponad 80 godzin, po czym nagar i lakiery stabilizują się. W efekcie temperatura w środku denka tłoka wzrosła o 24°С, w rejonie rowka VKK - o 26°С w porównaniu z modelem tłoka bez osadów. Wartość temperatury powierzchni tłoka powyżej VCC 238 °C zalicza się do niebezpiecznej strefy wysokiej temperatury (tabela 2). Blisko niebezpiecznej strefy wysokiej temperatury i wartości temperatury w środku denka tłoka.
Na etapie projektowania i rozwoju silników niezwykle rzadko bierze się pod uwagę wpływ osadów węglowych na powierzchniach pochłaniających ciepło tłoków i lakierów na ich powierzchni w kontakcie z olejem silnikowym. Ta okoliczność, wraz z pracą silników jako części pojazdu przy zwiększonych obciążeniach termicznych, zwiększa prawdopodobieństwo awarii - przepalenia tłoków, zapieczenia pierścieni tłokowych itp.
N.A. Kuzmin, V.V. Zelentsov, I.O. Donato
Państwowy Uniwersytet Techniczny w Niżnym Nowogrodzie ODNOŚNIE. Alekseeva, Wydział autostrady „Moskwa - Niżny Nowogród”
W powstawaniu na nich osadów mogą uczestniczyć wszelkie zanieczyszczenia, które dostaną się do silnika z powietrzem dostarczanym do spalania, które znajdują się w paliwie lub oleju, a także produkty zużycia części. Ilość i skład zanieczyszczeń zależy od konstrukcji, stanu technicznego, trybu pracy silnika, terminowości i staranności konserwacji. Szczególnie duży wpływ na intensywność powstawania osadów wysokotemperaturowych ma jakość spalanego paliwa i stosowanego oleju. Normy dotyczące zarówno benzyny, jak i oleju napędowego standaryzują wskaźniki, które wpływają na tworzenie się osadów wysokotemperaturowych. Zatrzymajmy się pokrótce nad ich rozważaniami.
Benzyna i olej napędowy w stanie rozpuszczonym prawie zawsze zawiera związki żywiczne i gumotwórcze, których ilość zależy od rodzaju i składu paliwa, technologii jego produkcji oraz metod oczyszczania. Podczas przechowywania, zwłaszcza w niesprzyjających warunkach (słabe uszczelnienie zbiorników, obecność w nich opadów i wody, przechowywanie w podwyższonych temperaturach) ilość żywic wzrasta, czasem znacznie, wtedy paliwo ciemnieje, a w niektórych przypadkach odkładają się w nim osady . Paliwo cięższe w składzie frakcyjnym, np. olej napędowy, zawiera większą ilość związków żywicznych, co prowadzi do niepełnego spalania i znacznego nagaru na częściach silnika.
Zawarte w opałowe żywice są deponowane w zbiornikach paliwa, na ścianach rurociągów, zatkane są dysze silników gaźnikowych. Związki żywiczne gromadzą się również na gorących ściankach kolektora dolotowego silników gaźnikowych, na dyszach wtryskiwaczy Diesla, na zaworach i denkach tłoków, w komorze spalania, w rowkach tłoka itp. Przy dużym nagromadzeniu nagaru, wzrasta zużycie silnika, pogarsza się proces spalania paliwa, wzrasta jego zużycie, a czasami silnik całkowicie zawodzi.
Rozróżnić żywice rzeczywiste, czyli znajdujące się w paliwie w momencie ich oznaczania w stanie rozpuszczonym, oraz substancje żywicotwórcze – różne niestabilne związki, np. węglowodory nienasycone, które pod wpływem czasu, podwyższonej temperatury, powietrza tlen i inne czynniki przechodzą do żywic (często nazywane są potencjalnymi żywicami).
Normy są znormalizowane rzeczywista zawartość żywicy... Istota ich definicji polega na odparowaniu pewnej ilości paliwa przez gorące powietrze w podwyższonej temperaturze (dla benzyny 150 ° C, oleju napędowego 250 ° C). Pozostałość uzyskana po odparowaniu wskazuje na obecność rzeczywistych gum, które szacuje się w miligramach na 100 ml paliwa. W przypadku benzyny różnych marek wynosi do 7-15 mg / 100 ml, a dla oleju napędowego - do 30-60 mg / 100 ml.
Jeżeli zawartość rzeczywistych żywic spełnia wymagania norm, silniki pracują przez długi czas bez zwiększonego tworzenia się gumy i węgla. Często podczas pracy urządzeń zawartość żywic w paliwie jest znacznie wyższa. Udowodniono, że jeśli jest dwa do trzech razy wyższy niż norma, żywotność silnika gaźnika zmniejsza się o 20-25%, a silnika wysokoprężnego - o 40%. Ponadto podczas pracy powstają różne awarie: zawieszają się zawory, wtryskiwacze koks itp.
Skłonność benzyny do gromadzenia się substancji żywicznych(stabilność) ocenia się na podstawie okresu indukcji, który charakteryzuje zdolność benzyny do utrzymania stałego składu we właściwych warunkach transportu, przechowywania i użytkowania. Wskaźnik ten jest określany w instalacji laboratoryjnej ze sztucznym utlenianiem benzyny (temperatura 100°C w atmosferze suchego i czystego tlenu pod ciśnieniem 0,7 MPa (7 kgf/cm2). Okres wprowadzający- jest to czas w minutach od początku utleniania benzyny do jej aktywnej absorpcji tlenu. Dla różnych marek wartość ta mieści się w zakresie 600-900 minut, a dla benzyn ze znakiem jakości wynosi 1200 minut. Okres indukcji większości nowoczesnych marek wynosi co najmniej 900 minut. Jak ustaliły badania, taką benzynę można przechowywać do 1,0-1,5 roku bez obawy o zauważalne pogorszenie jakości.
Do silniki gaźnikowe najbardziej charakterystyczne jest nagromadzenie osadów żywicznych, które znajdują się w osadnikach gazu, na częściach gaźnika. Gdy tworzy się mieszanina palna, związki żywiczne nie mogą odparować i osadzają się w przewodzie ssawnym i na zaworach. W rezultacie zawór przestaje się zamykać i zamarza. Te osady żywiczne powodują również różne awarie w działaniu urządzeń dostarczających paliwo i silnika.
Do diesle Szczególnie niepożądane jest osadzanie się lakierów i nagarów na dyszach dysz, które naruszają normalny rozprysk dostarczanego paliwa, a w konsekwencji jego spalanie. W normach dla oleju napędowego oprócz rzeczywistych żywic normalizuje się zawartość koksowania i popiołu, którego podwyższona zawartość powoduje intensywne tworzenie się nagarów.
Powoduje to wielką szkodę (nie tylko przyspieszone tworzenie się nagarów, ale także szybkie zużycie części urządzeń dostarczających paliwo i silnika jako całości) ścierne zanieczyszczenia mechaniczne wchodzenie do silnika z paliwem i powietrzem. Zgodnie z normą obecność zanieczyszczeń mechanicznych w benzynie i oleju napędowym jest niedopuszczalna. Jednak podczas operacji przechowywania, transportu, przyjęcia i wydania paliwo jest zwykle zanieczyszczone pyłem i piaskiem z otaczającego powietrza. Nawet czysto wyglądające paliwo prawie zawsze zawiera pewną ilość zanieczyszczeń. Wraz z substancjami żywicznymi i koksotwórczymi te obce wtrącenia prowadzą do wzrostu osadów wysokotemperaturowych. Ponadto cząsteczki kurzu, które dostają się do silnika, przyspieszają zużycie silnika.
Jeżeli paliwo zawiera ścierne zanieczyszczenia mechaniczne, to żywotność pompy wysokociśnieniowej, w zależności od zanieczyszczenia, zmniejsza się od pięciu do sześciu razy. Ścierniwo skraca żywotność nie tylko urządzeń zasilających paliwo... Gdy zanieczyszczone paliwo dostanie się do komory spalania, zanieczyszczenia mechaniczne wnikają w szczeliny między pierścieniami tłokowymi a tuleją cylindrową, co prowadzi do ich zwiększonego zużycia, a w efekcie do spadku mocy, pogorszenia sprawności i konieczności przedwczesnego remont.
Zmiana właściwości oleju w pracującym silniku
Główne zmiany właściwości w pracującym silniku występują z następujących powodów:
- działanie wysokiej temperatury i utleniania;
- transformacja mechanochemiczna składników olejowych;
- akumulacja stała:
- produkty konwersji oleju i jego składników;
- produkty spalania paliw;
- woda;
- nosić produkty
- wnikanie brudu w postaci kurzu, piasku i brudu.
Utlenianie
W pracującym silniku gorący olej stale krąży i wchodzi w kontakt z powietrzem, produktami całkowitego i niepełnego spalania paliwa. Tlen w powietrzu przyspiesza utlenianie oleju. Proces ten przebiega szybciej w olejach, które mają tendencję do pienienia. Metalowe powierzchnie części działają jak katalizatory procesu utleniania oleju. Olej nagrzewa się w kontakcie z rozgrzanymi częściami (przede wszystkim cylindrami, tłokami i zaworami), co znacznie przyspiesza proces utleniania oleju. Rezultatem mogą być stałe produkty utleniania (osady).
Na charakter wymiany oleju w pracującym silniku mają wpływ nie tylko przemiany chemiczne cząsteczek oleju, ale także produkty całkowitego i niepełnego spalania paliwa, zarówno w samym cylindrze, jak i te, które przedostały się do skrzyni korbowej.
Wpływ temperatury na utlenianie oleju silnikowego.
Istnieją dwa rodzaje warunków temperaturowych silnika:
- praca w pełni rozgrzanego silnika (tryb główny).
- praca nieogrzewanego silnika (częste postoje auta).
W pierwszym przypadku jest wysoka temperatura tryb zmiany właściwości oleju w silniku, w drugim - niska temperatura... Istnieje wiele pośrednich warunków pracy. Przy określaniu poziomu jakości oleju testy silnika są przeprowadzane zarówno w trybie wysokotemperaturowym, jak i niskotemperaturowym.
Produkty utleniania i zmiany właściwości olejów silnikowych.
Kwasy(na marginesie). Najważniejszymi produktami utleniania oleju są kwasy. Powodują korozję metali, a dodatki alkaliczne są zużywane w celu zneutralizowania powstających kwasów, w wyniku czego pogarszają się właściwości dyspergujące i detergencyjne, a żywotność oleju ulega skróceniu. Wzrost całkowitej liczby kwasowej TAN (całkowita liczba kwasowa) jest głównym wskaźnikiem powstawania kwasu.
Osady węgla w silniku(złoża węgla). Na gorących powierzchniach części silnika tworzą się różnorodne osady węglowe, których skład i struktura zależą od temperatury powierzchni metalu i oleju. Istnieją trzy rodzaje depozytów:
- złoża węgla,
- osad.
Należy podkreślić, że powstawanie i gromadzenie się osadów na powierzchni części silnika jest wynikiem nie tylko niewystarczającej stabilności oksydacyjnej i termicznej oleju, ale także jego niedostatecznej detergencji. Dlatego zużycie silnika i skrócona żywotność oleju to kompleksowy wskaźnik jakości oleju.
Nagar(lakier, nagar) są produktami degradacji termicznej oraz krakingu i polimeryzacji pozostałości olejowych i paliwowych. Tworzy się na bardzo gorących powierzchniach (450° - 950°C). Osady węgla mają charakterystyczną czarną barwę, choć czasami mogą być białe, brązowe lub inne. Miąższość warstwy osadów zmienia się okresowo – przy dużej ilości osadów pogarsza się odprowadzanie ciepła, podnosi się temperatura górnej warstwy osadów i ich wypalanie. Mniej osadów tworzy się w gorącym silniku pracującym pod obciążeniem. W strukturze złoża są monolityczne, gęste lub luźne.
Osady węgla mają negatywny wpływ na pracę i stan silnika. Osady w rowkach tłoka wokół pierścieni utrudniają ich ruch i docisk do ścianek cylindra (zakleszczanie, zaklejanie, zaklejanie pierścieni. W wyniku zakleszczenia i utrudnionego ruchu pierścieni nie dociskają do ścianek i nie zapewniają kompresja w cylindrach, spada moc silnika, przebicie gazu do skrzyni korbowej i wzrost zużycia oleju.
Polerowanie ścian cylindra(polerowanie otworu) - osady na górze tłoków (górna krawędź tłoka) polerują wewnętrzne ścianki cylindrów. Polerowanie zakłóca retencję i retencję filmu olejowego na ścianach oraz znacznie przyspiesza tempo zużycia.
Lakier(lakier). Cienka warstwa brązowej do czarnej stałej lub lepkiej substancji zawierającej węgiel, która tworzy się na umiarkowanie nagrzanych powierzchniach w wyniku polimeryzacji cienkiej warstwy oleju w obecności tlenu. Płaszcz i wewnętrzna powierzchnia tłoka, korbowody i sworznie tłokowe, trzonki zaworów i dolne części cylindrów są lakierowane. Lakier znacznie pogarsza odprowadzanie ciepła (zwłaszcza tłoka), zmniejsza wytrzymałość i zatrzymywanie filmu olejowego na ściankach cylindra.
Osady w komorze spalania(osady w komorze spalania) powstają z cząstek węgla (koksu) w wyniku niepełnego spalania paliwa oraz soli metali dodatków w wyniku termicznego rozkładu pozostałości olejowych dostających się do komory. Osady te nagrzewają się i powodują przedwczesne spalanie mieszaniny roboczej (zanim pojawi się iskra). Ten zapłon nazywa się przedzapłonem. Powoduje to dodatkowe naprężenia w silniku (stukanie), co prowadzi do przyspieszonego zużycia łożysk i wału korbowego. Ponadto przegrzewają się poszczególne części silnika, spada moc i wzrasta zużycie paliwa.
Zatkane świece zapłonowe(zabrudzenie świecy zapłonowej). Osady nagromadzone wokół elektrody świecy zapłonowej zamykają szczelinę iskrową, iskra słabnie, zapłon staje się nieregularny. Skutkuje to zmniejszoną mocą silnika i zwiększonym zużyciem paliwa.
Żywice, szlam, osady żywiczne(opady) (żywice, szlam, osady szlamu) w silniku, szlam powstaje w wyniku:
- utlenianie i inne przemiany oleju i jego składników;
- akumulacja paliwa lub produktów rozkładu w oleju i niepełne spalanie;
- woda.
Substancje żywiczne powstają w oleju w wyniku jego przemian oksydacyjnych (sieciowania utlenionych cząsteczek) oraz polimeryzacji produktów utleniania i niepełnego spalania paliwa. Tworzenie się smoły zwiększa się, gdy silnik nie jest wystarczająco rozgrzany. Produkty niepełnego spalania paliwa przedostają się do skrzyni korbowej podczas przedłużonej pracy na biegu jałowym lub w trybie start-stop. W wysokich temperaturach i intensywnej pracy silnika paliwo spala się pełniej. Aby ograniczyć tworzenie się gumy i olejów silnikowych, dodaje się dyspergatory zapobiegające koagulacji i osadzaniu się żywicy. Żywice, cząstki węglowe, para wodna, ciężkie frakcje paliwowe, kwasy i inne związki kondensują, koagulują w większe cząstki i tworzą w oleju szlam, tzw. czarny szlam.
Osad(szlam) to zawiesina i emulsja w oleju zawierająca nierozpuszczalne ciała stałe o barwie brązowej do czarnej i substancje żywiczne. Skład szlamu ze skrzyni korbowej:
- olej 50-70%
- woda 5-15%
- produkty utleniania oleju i niepełnego spalania paliwa, cząstki stałe - reszta.
W zależności od temperatury silnika i oleju procesy powstawania szlamu są nieco inne. Rozróżnij niską temperaturę i wysoką temperaturę
Osad o niskiej temperaturze(szlam o niskiej temperaturze). Powstaje w wyniku oddziaływania w skrzyni korbowej gazów przełomowych zawierających paliwo resztkowe i wodę z olejem. Gdy silnik jest zimny, woda i paliwo odparowują wolniej, co przyczynia się do powstania emulsji, która następnie zamienia się w szlam.
- wzrost lepkości (zagęszczenie) oleju (wzrost lepkości);
- blokowanie kanałów układu smarowania (blokowanie dróg olejowych);
- naruszenie dostaw ropy (głód ropy).
Nagromadzenie szlamu w komorze wahacza jest przyczyną niedostatecznej wentylacji komory wahacza (brudne odpowietrzanie). Powstały szlam jest miękki, luźny, ale po podgrzaniu (przy długiej podróży) staje się twardy i kruchy.
Osad o wysokiej temperaturze(szlam wysokotemperaturowy). Powstaje w wyniku połączenia między sobą utlenionych cząsteczek oleju pod wpływem wysokiej temperatury. Wzrost masy cząsteczkowej oleju prowadzi do wzrostu lepkości.
W silniku wysokoprężnym gromadzenie się szlamu i wzrost lepkości oleju są spowodowane gromadzeniem się sadzy. Powstawaniu sadzy sprzyja przeciążenie silnika oraz wzrost zawartości tłuszczu w mieszance roboczej.
Zużycie dodatków. Zużycie, reakcja dodatków jest decydującym procesem zmniejszania zasobów ropy naftowej. Najważniejsze dodatki w oleju silnikowym – detergenty, dyspergatory i neutralizatory – służą do neutralizacji związków kwasowych, zatrzymywane są w filtrach (wraz z produktami utleniania) i rozkładają się w wysokich temperaturach. Zużycie dodatków można pośrednio ocenić na podstawie spadku całkowitej liczby zasadowej TBN. Kwasowość oleju wzrasta z powodu tworzenia się kwaśnych produktów utleniania samego oleju oraz zawierających siarkę produktów spalania paliwa. Reagują z dodatkami, alkaliczność oleju stopniowo spada, co prowadzi do pogorszenia właściwości detergentowych i dyspergujących oleju.
Efekt zwiększenia mocy i doładowania silnika. Właściwości przeciwutleniające i detergentowe oleju są szczególnie ważne podczas doładowania silników. Silniki benzynowe doładowuje się poprzez zwiększenie stopnia sprężania i prędkości wału korbowego, natomiast silniki wysokoprężne przez zwiększenie ciśnienia efektywnego (głównie przez turbodoładowanie) i prędkości wału korbowego. Przy wzroście prędkości obrotowej wału korbowego o 100 obr/min lub przy wzroście ciśnienia efektywnego o 0,03 MPa temperatura tłoka wzrasta o 3°C. Podczas forsowania silników zwykle zmniejsza się ich masa, co prowadzi do wzrostu obciążeń mechanicznych i termicznych części.
Oleje silnikowe „Smary samochodowe i płyny specjalne” NPIKT, St. Petersburg. Baltenas, Safonow, Uszakow, Szergalis.
Podczas pracy silnika spalinowego występuje on stale, co prowadzi do ich ścierania i zużycia silnika. Jakikolwiek jest olej i jak często go wymieniasz, będzie się zużywał. W celu zmniejszenia tarcia w silnikach spalinowych stosuje się specjalne środki - doprowadzenie smaru do powierzchni trących lub jego statyczną obecność w zespołach tarcia (zazwyczaj jest to smar w łożyskach tocznych). Smarem w silniku jest olej silnikowy, który w większości przypadków pochodzi z ropy naftowej. Olej jest dostarczany do układu smarowania pod ciśnieniem, co powoduje powstanie pompy zębatej (lub innego typu pompy). Olej przepływa kanałami do wszystkich powierzchni trących, zmniejszając tarcie i chłodząc części. Kanały w układzie smarowania mają określony przekrój i wydajność, a im wyższa ta wydajność, tym lepsze smarowanie i dłuższa żywotność silnika. Ale niemożliwe jest, aby kanały były zbyt duże, ponieważ doprowadzi to do zmniejszenia wytrzymałości, dlatego kanały mają ścisłe parametry geometryczne.
Jeśli właściciel samochodu użył oleju silnikowego niskiej jakości lub naruszył terminy jego wymiany, wówczas w silniku wyraźniej pojawia się szkodliwe zjawisko - osady brudu i sadzy. Różnego rodzaju osady zwężają kanały olejowe i zmniejszają wydajność układu smarowania jako całości, prowadzą do nierównowagi części wirujących i głodu olejowego wszystkich powierzchni trących, zwłaszcza tych, które znajdują się w znacznej odległości od pompy olejowej (główna główna czopy i czopy korbowodów, rozrząd) oraz do miejscowego przegrzania części i zespołów.
Osady w rowkach tłoków wokół pierścieni utrudniają ich ruch i docisk do ścianek cylindra (zakleszczanie, sklejanie, sklejanie pierścieni). W wyniku zakleszczenia i utrudnienia ruchu pierścieni nie dociskają ścianek i nie zapewniają kompresji w cylindrach, spada moc silnika, przenikanie gazów do skrzyni korbowej i wzrasta zużycie oleju. Osady dociskające pierścienie do ścianek cylindra powodują nadmierne zużycie cylindra.
Polerowanie ścianek cylindra — Osady na górze tłoków polerują wewnętrzne ścianki cylindra. Polerowanie zakłóca retencję i retencję filmu olejowego na ścianach oraz znacznie przyspiesza tempo zużycia.
Osady w komorze spalania powstają z cząstek węgla w wyniku niepełnego spalania paliwa oraz soli metali zawartych w dodatkach w wyniku termicznego rozkładu pozostałości olejowych dostających się do komory. Osady te nagrzewają się i powodują przedwczesne spalanie mieszaniny roboczej (zanim pojawi się iskra). Ten rodzaj zapłonu nazywany jest zapłonem przed zapłonem lub zapłonem żarowym. Powoduje to dodatkowe naprężenia w silniku (stukanie), co prowadzi do przyspieszonego zużycia łożysk i wału korbowego. Ponadto przegrzewają się poszczególne części silnika, spada moc i wzrasta zużycie paliwa.