Смола и нагар в двигателях
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.