ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Углеродистые отложения в двигателях внутреннего сгорания из "Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания" Образование углеродистых отложений в процессе использования смазочных масел вызывает снижение эксплуатационной надежности и долговечности двигателей. [c.49] Углеродистые отложения в двигателе можно с некоторой условностью разделить на три вида нагары, или высокотемпературные отложения, лаки — среднетемпературные отложения, осадки — низкотемпературные отложения. По другой классификации, углеродистые отложения можно разделить на легко- и трудноудаляемые с деталей. К первым относятся сажа (копоть) и осадки, ко вторым — лак, кокс и нагар [5]. Рассмотрим каждый из этих видов отложений в отдельности. [c.49] Теория нагарообразования была разработана К. К. Папок [5]. Согласно этой теории, следует различать две фазы фазу роста нагара и фазу равновесного состояния. В первой, начальной фазе, протекающей на еще чистой поверхности, происходит постепенное наращивание слоев каждый последующий слой образуется при все более высокой температуре, что связано с возрастающим термическим сопротивлением подложки, т. е. нижележащих слоев. Это обстоятельство отражается на химическом составе нагара. Нижние слои расположены на относительно холодной поверхности поршня. Они богаты первичными продуктами окислительной полимеризации — смолами, ас-фальтенами и обладают некоторой маслянистостью. Последующие слои, образующиеся при более высокой температуре, состоят из продуктов полимеризации асфальтенов, карбенов и карбоидов. Эти конечные продукты характеризуются относительно высокой сухостью. На какой-то стадии процесса дальнейшее наращивание слоев прекращается, так как порции масла, поступающие на поверхность образовавшегося нагара, превращаются лишь в конечные продукты полимеризации и поэтому не задерживаются на поверхности поршня, а выбрасываются со сгоревшими газами. Таким образом осуществляется переход к последующей, равновесной фазе нагара. Естественно, что толщина нагара в его равновесной фазе зависит от антиокислитель-ной стабильности масла и от температурного режима. [c.50] Из приведенного краткого изложения теории нагарообразования следует, что толщина нагара не зависит от продолжительности работы двигателя. Чтобы убедиться в этом, нужно снять головку цилиндра двигателя, который проработал достаточно долго, и убрать слой нагара на каком-либо участке. После сборки двигателя и его дальнейшей работы нагаром покрывается только та часть поршня или камеры сгорания, с которой он был ранее удален. При постоянном режиме работы двигателя высота вновь образовавшегося слоя нагара будет не выше его высоты на нетронутых участках. [c.50] Как следует из изложенной теории, с ростом термической напряженности рабочего процесса двигателя толщина слоя нагара уменьшается. Снижение температур рабочего процесса способствует увеличению толщины слоя нагара. [c.50] Кокс — это продукты коксования топлива и лака, образующиеся на поверхностях деталей цилиндропоршневой группы, не контактирующих с зоной горения. В состав кокса входят в основном углерод и высокомолекулярные углеводороды. Кокс образует наросты толщиной до 200 мкм и более. По внешнему виду и химическому составу он близок к нагарам. [c.50] Как уже было указано, среднетемпературные отложения, или лаки образуются в канавках поршневых колец, на боковой поверхности поршня и на гильзах цилиндров. В этой области температуры ниже, чем на поверхностях камеры сгорания и колеблются от 673 К в верхней части поршня (в области канавки верхнего кольца) до 423 К в нижней части юбки поршня. Масло на этих поверхностях располагается в виде тонких пленок. Температуры поверхностей еще не полностью характеризуют термические условия, в которых находится масло, поскольку на него, кроме того, воздействуют высокотемпературные газовые потоки, прорывающиеся через неплотности из камеры сгорания в картерную часть двигателя. В этих условиях возможен термический крекинг углеводородов, а также окисление масла с образованием различных продуктов, состав и свойства которых определяются температурой, толщиной масляной пленки и другими факторами. [c.51] Наиболее благоприятные условия для образования лака создаются в застойных зонах поверхностей [6], в частности в канавках для колец и на участках боковой поверхности поршня, имеющих углубления для этих мест наличие высокой температуры не является обязательным. Наблюдалось образование лака в углублениях, выполненных специально на антифрикционном слое вкладышей коленчатого вала. [c.51] Большое влияние на интенсивность лакообразования оказывает степень дисперсности в масле механических примесей органического происхождения. На поверхностях деталей оседают только относительно крупные частицы мелкие частицы остаются во взвешенном состоянии и лаковых отложений не образуют. На этой особенности поведения дисперсных частиц основано действие собственно диспергирующих присадок и метод оценки диспергирующе-стабилизирующей способности работавших масел (ДСС). [c.51] Состав лаковых пленок колеблется в широких пределах. В них содержится до 40% продуктов, обладающих кислотными свойствами и представляющих собой в основном оксикислоты. Остальная часть — остаток, который получается в результате дальнейших изменений тех же продуктов, главным образом вследствие их карбонизации и дегидрогенизации. Лаковые отложения, расположенные ближе к верхней части поршня, состоят в основном из карбенов и карбоидов. [c.51] Описанный термический эффект оказывает крайне вредное влияние и на материал поршня на участке расположения канавок для поршневых колец. На этих участках происходит перегрев, материал размягчается, и его прочность и износостойкость снижаются. Кроме того, на размягченных поверхностях задерживаются различные зольные отложения, а также кремниевые частицы, проникающие сверху вместе с рабочим зарядом. Такие частицы царапают поверхности канавок, что вызывает их повышенный износ. Это явление наблюдается и при нормально-работающих кольцах, но в меньшей степени. Износ канавки верхнего поршневого кольца в большинстве случаев ограничивает долговечность работы поршней. В некоторых двухтактны дизелях отложения лака значительно снижают сечение выхлопных окон, что непосредственно влияет на мощность и экономичность двигателя. [c.52] При использовании высокосернистых топлив лакообразова-ние значительно интенсифицируется, и структура нагаров к лаков становится несколько иной они прочнее связаны с поверхностью, и их отрицательное влияние на работу двигателя становится более значительным. Кроме того, заметное возрастание в этих условиях твердости частиц нагаров приводит к абразивному износу поршневой группы. Усиливается также пригорание поршневых колец, что связано с образованием при сгорании сернистых топлив серных и сернистых кислот, которые взаимодействуют с маслом в цилиндропоршневой группе. Интенсивно протекает коррозия стенок гильз, что вызывает повышенный их износ. Продукты износа и сульфаты железа, появляющиеся в результате образования кислот, задерживаются в канавках поршневых колец, входят в состав лаковых пленок, что также уменьшает подвижность колец. [c.52] Было установлено, что при наличии на поршне маслосборной канавки интенсивность загрязнений снижается. Это объясняется тем, что накапливающееся в канавке масло смывает отложения в процессе их образования. Опыты, в которых с целью образования такой канавки было снято второе компрессионное кольцо, полностью подтвердили этот эффект. [c.53] В связи с отложениями в закольцевом пространстве компрессионные кольца выступают над поверхностью уплотнительной части поршня, что приводит к натиру и к задирам [3]. [c.53] Применение высокоэффективных моющих и антиокислитель-ных присадок изменило роль масла в лакообразовании. В присутствии присадок масло не только не образует лаковых отложений, но даже в какой-то степени защищает детали цилиндропоршневой группы от образования углеродистых отложений пз продуктов неполного сгорания топлива. [c.53] Результаты ряда исследований свидетельствуют о том, что при определенных условиях топливо может явиться источником лаковых отложений в большей степени, чем масло [5]. Интенсивное лакообразование, сопровождающееся заклиниванием поршневых колец, наиболее часто наблюдается в форсированных дизелях. [c.53] Низкотемпературные отложения могут забивать маслопроводы и сетку маслоприемника, что приводит к выходу двигателя из строя. Подобные явления наблюдались неоднократно, особенно при эксплуатации автомобильных карбюраторных двигателей в холодную погоду, при частых остановках двигателя в процессе эксплуатации, работе его длительное время на режимах пониженных температур, на холостых оборотах и т. д. [c.54] Интенсивность осадкообразования зависит от степени изношенности двигателя и, следовательно, от объема прорывающегося газа. Неполнота сгорания топлива, в частности при работе карбюраторного двигателя на богатых смесях в течение продолжительного времени или на частичных нагрузках, как правило, сопровождается интенсивным осадкообразованием. Пониженная антиокислительная стабильность масла также вызывает осадкообразование. Предотвратить или уменьшить осадкообразование можно путем использования соответствующих присадок. Однако это возможно не всегда, поскольку некоторые присадки, обладающие хорошим моющим действием (например, сульфонаты бария и кальция), усиливают склонность масла к образованию низкотемпературных осадков. Наиболее перспективный путь борьбы с осадкообразованием—-совершенствование конструкции двигателя, т. е. разработка мероприятий, способствующих повышению температурного режима при работе двигателя на холостых оборотах или на малых нагрузках, а также применение эффективной вентиляции картера и тщательной фильтрации масла. [c.54] По данным работы [2], 34% автомобильных двигателей поступают на ремонт в связи с резким загрязнением деталей, особенно сеток маслоприемников, и наличием низкотемпературных отложений. [c.54] Интенсивность загрязнения поршней на высокотемпературном режиме в 3,5 раза выше, чем на низкотемпературном. Отложений в центрифугах на низкотемпературном режиме в 28 раз больше, чем на высокотемпературном. [c.54] Вернуться к основной статье