K hlavním změnám vlastností u běžícího motoru dochází z následujících důvodů:
vysoká teplota a oxidační účinky;
mechanochemické přeměny ropných složek;
trvalá akumulace:
produkty konverze ropy a jejích složek;
produkty spalování paliva;
voda;
nosit výrobky
kontaminanty ve formě prachu, písku a nečistot.
Oxidace.
V běžícím motoru horký olej neustále cirkuluje a přichází do styku se vzduchem, produkty úplného a nedokonalého spalování paliva. Vzduchový kyslík urychluje oxidaci oleje. Tento proces je rychlejší u olejů náchylných k pěnění. Kovové povrchy dílů působí jako katalyzátory procesu oxidace oleje. Olej se při kontaktu s ohřátými částmi (především válce, písty a ventily) zahřívá, což značně urychluje proces oxidace oleje. Výsledkem mohou být pevné oxidační produkty (usazeniny).
Charakter výměny oleje v běžícím motoru je ovlivněn nejen chemickými přeměnami molekul oleje, ale také produkty úplného i nedokonalého spalování paliva, a to jak ve válci samotném, tak i proražením do klikové skříně.
Vliv teploty na oxidaci motorového oleje.
Existují dva typy teplotních podmínek motoru:
provoz plně zahřátého motoru (hlavní režim).
provoz nezahřátého motoru (časté zastavení vozu).
V prvním případě existuje vysoká teplota režim změny vlastností oleje v motoru, ve druhém - nízká teplota. Existuje mnoho středních pracovních podmínek. Při určování úrovně kvality oleje se provádějí motorové zkoušky při vysokých i nízkých teplotách.
Oxidační produkty a změny vlastností motorového oleje.
kyseliny (kyseliny). Nejvýznamnějšími produkty oxidace oleje jsou kyseliny. Způsobují korozi kovů, k neutralizaci vzniklých kyselin se spotřebovávají alkalické přísady, v důsledku čehož se zhoršují disperzní a detergentní vlastnosti a snižuje se životnost oleje. Zvýšení celkového čísla kyselosti, TAN (totalacidnumber) je hlavním indikátorem tvorby kyselin.
Usazeniny uhlíku v motoru (uhlíková ložiska). Na horkých površích částí motoru se tvoří různé karbonové usazeniny, jejichž složení a struktura závisí na teplotě povrchu kovu a oleje. Existují tři typy vkladů:
saze,
lak,
kal.
Je nutné zdůraznit, že tvorba a hromadění usazenin na povrchu částí motoru je důsledkem nejen nedostatečné oxidační a tepelné stability oleje, ale také jeho nedostatečné detergentnosti. Proto je opotřebení motoru a snížená životnost oleje komplexním ukazatelem kvality oleje.
Nagar (lak, uhlíkové úsady) jsou produkty tepelné degradace a polymerace (krakování a polymerace) zbytků ropy a paliva. Tvoří se na velmi horkých površích (450° - 950°C). Nagar má charakteristickou černou barvu, i když někdy může být bílá, hnědá nebo jiné barvy. Tloušťka vrstvy usazenin se periodicky mění - při velkém množství usazenin se zhoršuje odvod tepla, stoupá teplota horní vrstvy usazenin a dochází k jejich vyhoření. V zahřátém motoru běžícím pod zatížením se tvoří méně usazenin. Podle struktury jsou ložiska monolitické, husté nebo volné.
Nagar má negativní vliv na chod a stav motoru. Usazeniny v drážkách pístu, kolem kroužků, zabraňují jejich pohybu a přitlačení ke stěnám válce (zasekávání, přilepení, přilepení kroužků). V důsledku zasekávání a potíží s pohybem kroužků netlačí na stěny a nezabezpečují kompresi ve válcích, klesá výkon motoru, zvyšuje se průnik plynu do klikové skříně a spotřeba oleje. Přitlačování kroužků s usazeninami na stěny válce vede k nadměrnému opotřebení válce (nadměrnému opotřebení).
Leštění stěn válce (boreleštění) - usazeniny na vrchu pístů (pistontopland) leští vnitřní stěny válců. Leštění zabraňuje zadržování olejového filmu na stěnách a výrazně urychluje rychlost opotřebení.
lak (lak). Tenká vrstva hnědé až černé, tvrdé nebo lepkavé uhlíkaté látky, která vzniká na mírně zahřátých površích v důsledku polymerace tenké vrstvy oleje za přítomnosti kyslíku. Plášť a vnitřní plocha pístu, ojnice a pístní čepy, vřetena ventilů a spodní části válců jsou lakovány. Lak výrazně zhoršuje odvod tepla (zejména pístu), snižuje pevnost a perzistenci olejového filmu na stěnách válců.
Usazeniny ve spalovací komoře (depozita ve spalovací komoře) vznikají z uhlíkových částic (koks), jako výsledek nedokonalého spalování paliva a kovových solí obsažených ve složení aditiv v důsledku tepelného rozkladu olejových zbytků vstupujících do komory. Tyto usazeniny se zahřívají a způsobují předčasné vznícení pracovní směsi (než se objeví jiskra). Tento druh zážehu se nazývá předzápal nebo předzápal. Tím dochází k dalšímu pnutí v motoru (detonaci), což vede k urychlenému opotřebení ložisek a klikového hřídele. Navíc se jednotlivé části motoru přehřívají, výkon klesá a spotřeba paliva stoupá.
Ucpané zapalovací svíčky (znečištění svíčky). Usazeniny nahromaděné kolem elektrody zapalovací svíčky uzavírají jiskřiště, jiskra slábne a zapalování je nepravidelné. Výsledkem je snížení výkonu motoru a zvýšení spotřeby paliva.
Dehty, kaly, pryskyřičná ložiska (kal) (pryskyřice, kal, usazeniny kalu) v motoru se tvoří kal v důsledku:
oxidace a jiné přeměny ropy a jejích složek;
akumulace paliva nebo produktů rozkladu v oleji a nedokonalé spalování;
voda.
Pryskyřičné látky vznikají v oleji v důsledku jeho oxidačních přeměn (zesíťování oxidovaných molekul) a polymerace produktů oxidace a nedokonalého spalování paliva. Tvorba pryskyřic se zvyšuje, když motor není dostatečně zahřátý. Produkty neúplného spalování paliva pronikají do klikové skříně při delším volnoběhu nebo v režimu stop-start. Při vysokých teplotách a intenzivním provozu motoru dochází k úplnému spalování paliva. Pro snížení tvorby dehtu a motorových olejů se zavádějí disperzní přísady, které zabraňují koagulaci a vysrážení pryskyřic. Pryskyřice, částice uhlíku, vodní pára, frakce těžkých paliv, kyseliny a další sloučeniny kondenzují, srážejí se do větších částic a tvoří v oleji kal, tzv. černý kal.
Kal (kal) je suspenze a emulze v oleji nerozpustných pevných látek a pryskyřičných látek od hnědé po černou. Složení kalu z klikové skříně:
olej 50-70%
voda 5-15%
produkty oxidace oleje a nedokonalého spalování paliva, pevné částice - zbytek.
V závislosti na teplotě motoru a oleje se procesy tvorby kalu poněkud liší. Rozlišujte mezi nízkou teplotou a vysokou teplotou
Nízkoteplotní kal (nízkoteplotní kal). Vzniká při interakci průrazných plynů obsahujících zbytky paliva a vody s olejem v klikové skříni. Ve studeném motoru se voda a palivo odpařují pomaleji, což přispívá k tvorbě emulze, která se následně mění v kal.Vznik kalu v klikové skříni (kalu v jímce) je příčinou:
zvýšení viskozity (zahuštění) oleje (zvýšení viskozity);
ucpání kanálků mazacího systému (zablokování vedení);
narušení dodávek ropy (olejový hlad).
Tvorba kalu v rocker boxu je příčinou nedostatečného větrání tohoto boxu (foulairventing). Výsledný kal je měkký, drobivý, ale při zahřátí (během dlouhé cesty) ztvrdne a zkřehne.
vysokoteplotní kal (vysokoteplotní kal). Vzniká jako výsledek kombinace oxidovaných molekul oleje pod vlivem vysoké teploty. Zvýšení molekulové hmotnosti oleje vede ke zvýšení viskozity.
U vznětového motoru je tvorba kalu a zvýšení viskozity oleje způsobeno hromaděním sazí. Tvorba sazí je usnadněna přetížením motoru a zvýšením obsahu tuku v pracovní směsi.
spotřeba aditiv. Spotřeba, provoz aditiv je určujícím procesem snižování ropných zdrojů. Nejdůležitější přísady do motorového oleje - detergenty, dispergátory a neutralizátory - se používají k neutralizaci kyselých sloučenin, zadržují se ve filtrech (spolu s oxidačními produkty) a rozkládají se při vysokých teplotách. Spotřebu aditiv lze nepřímo posuzovat snížením celkového základního čísla TBN. Kyselost oleje se zvyšuje v důsledku tvorby kyselých oxidačních produktů samotného oleje a produktů spalování paliva obsahujících síru. Reagují s přísadami, zásaditost oleje postupně klesá, což vede ke zhoršení detergentních a dispergačních vlastností oleje.
Efekt zvýšení výkonu a nucení motoru. Antioxidační a detergentní vlastnosti oleje jsou zvláště důležité při posilování motorů. Benzínové motory jsou posíleny zvýšením kompresního poměru a otáček klikového hřídele, zatímco vznětové motory jsou posíleny zvýšením efektivního tlaku (hlavně s přeplňováním turbodmychadlem) a otáčkami klikového hřídele. Při zvýšení otáček klikového hřídele o 100 ot/min nebo při zvýšení efektivního tlaku o 0,03 MPa se teplota pístu zvýší o 3°C. Při vynucení motorů se obvykle snižuje jejich hmotnost, což vede ke zvýšení mechanického a tepelného zatížení dílů.
PROPLACHOVÁNÍ MOTORU.
Během provozu automobilu, i při použití vysoce kvalitních motorových olejů, se na vnitřních površích motoru a kanálech mazacího systému nevyhnutelně tvoří škodlivé uhlíkové usazeniny. Při výměně oleje také nevyhnutelně zůstává část starého použitého motorového oleje ve vnitřních dutinách motoru. Pokud tedy nalijete čerstvý motorový olej ihned po vypuštění použitého motoru bez předchozího propláchnutí, detergentní přísady nově naplněného oleje začnou okamžitě aktivně rozpouštět všechny tyto usazeniny a nečistoty zbývající v motoru, což může vést k řadě extrémně negativních důsledků: zejména k částečnému ucpání olejového filtru, a tedy ke snížení účinnosti jeho provozu, jakož i k předčasnému provozu aditivního balíčku a ztrátě čisticích vlastností čerstvého motorového oleje. To vše má nejškodlivější vliv na zdroj motoru a jeho výkonové charakteristiky. Dnes je nutnost propláchnutí mazacího systému při výměně motorového oleje zcela zřejmá, nikdo nepochybuje a nepotřebuje žádné dodatečné zdůvodnění. Ve spalovací komoře benzínového motoru, kam vstupuje směs paliva se vzduchem, dochází k jejímu vznícení, úplnému nebo částečnému shoření, čímž vznikají usazeniny uhlíku. Kromě toho jsou produkty nedokonalého spalování paliva příčinou tvorby usazenin laku na vnitřních plochách motoru. Dále většina produktů spalování odchází výfukovým systémem, avšak malá část plynů proniká do klikové skříně a v důsledku toho přichází do kontaktu s motorovým olejem. V tomto případě se olej oxiduje a ředí, tvoří se těžko rozpustné oxidační produkty, které zase navíc přispívají k tvorbě kalů a dalších usazenin. U dieselových motorů se navíc s palivem dostává síra do spalovacího prostoru. V důsledku oxidačních reakcí síry vznikají při spalování směsi paliva a vzduchu škodlivé usazeniny, které mají za následek korozi a opotřebení motoru. Uhlíkové usazeniny vytvořené na vnitřních površích, kanálech mazacího systému a částech motoru vedou nejen ke zhoršení odvodu tepla, ale také ke znatelnému snížení adheze oleje na třecích plochách, což v důsledku toho zhoršuje zadržování olejový film na částech motoru ve třecích jednotkách.
Důvody pro tvorbu usazenin a sazí v motoru
Použití vysoce kvalitních olejů neodstraňuje problém koksování, protože usazeniny a usazeniny se mohou tvořit v motoru z důvodů, které nesouvisejí s kvalitou paliv a maziv:
1. Přehřívání motoru . V důsledku pravidelného přehřívání olej rychleji stárne, ztrácí viskozitu a tvoří polymerové usazeniny v drážkách pod pístními kroužky, na stěnách spalovacího prostoru, mazacím systému a dalších dílech.
2. Provoz při nízkých teplotách . Vodní pára vznikající při spalování paliva reaguje se studeným olejem, což vede k tvorbě kalu v klikové skříni.
3. Městský režim provozu . Krátké cesty a dopravní zácpy. Při takovém provozu motor nedosáhne normálního provozu a v důsledku toho začíná karbonizace skupiny válec-píst.
4. Předčasná výměna oleje vede k prudkému nárůstu usazenin vznikajících v důsledku procesů jejího stárnutí.
5. Opotřebení turbodmychadla , v důsledku čehož se do oleje začnou dostávat horké výfukové plyny a mění se vlastnosti oleje.
6. Nemrznoucí kapalina se dostává do klikové skříně při odtlakování chladicího systému, čímž se změní vlastnosti oleje a zahájí se procesy jeho polymerace.
7. Nekvalitní palivo . Při neúplném spalování paliva se jeho část dostává přes kroužky do klikové skříně a urychluje proces stárnutí oleje.
8. Tvorba přebytečných sazí kvůli slabé kompresi nebo pozdnímu vstřikování paliva u dieselových motorů.
Při destilaci oleje s nízkým obsahem sirných sloučenin se získávají motorová nafta s vysokou chemickou stabilitou. Taková paliva si zachovávají své kvality po dlouhou dobu (více než 5 let skladování).
Po použití takového paliva ve vznětovém motoru se objevují karbonové a dehtové usazeniny. Důvodem je neúplné odpařování a špatné rozprášení motorové nafty uvnitř válců v důsledku vysoké viskozity paliva s těžkým frakčním složením. Přítomnost mechanických nečistot v motorové naftě je navíc příčinou tvorby uhlíku.
V důsledku toho přítomnost síry, skutečných dehtů, popela (nehořlavých nečistot) v palivu a tendence takového paliva k tvorbě uhlíku určují dynamiku akumulace uhlíkových usazenin, která je charakterizována číslem koksu, tzn. schopnost paliva tvořit uhlíkatý zbytek při vysokoteplotním (více než 800 ... 900? C) rozkladu paliva bez přístupu vzduchu.
Uhlíkatým zbytkem nebo minerálním zbytkem je popel, tzn. nehořlavá nečistota, která zvyšuje tvorbu uhlíku. Kromě toho popel vstupující do motorového oleje způsobuje zrychlené opotřebení částí spalovacího motoru. Proto je množství popela omezeno na normu ne více než 0,01 %. Příčinou tvorby uhlíkatého zbytku jsou tedy následující faktory:
1) nedostatečná hloubka čištění paliva od sloučenin dehtu a asfaltu;
2) zvýšená viskozita motorové nafty;
3) těžké frakční složení paliva.
Také sklon motorové nafty k sazím je charakterizován obsahem skutečných pryskyřic v ní, tzn. nečistoty zbývající po čištění základních destilátorů. Vlastní pryskyřice způsobují gumovitost paliva v důsledku přítomnosti nenasycených uhlovodíků v palivu, jejichž množství se posuzuje podle jodového čísla.
Jodové číslo je ukazatelem nenasycených uhlovodíků (olefinů) v motorové naftě, číselně se rovná počtu gramů jódu přidaného k nenasyceným uhlovodíkům obsaženým ve 100 g paliva.
Obvykle reagují nenasycené uhlovodíky (olefiny) s jódem. To znamená, že čím více nenasycených uhlovodíků je v palivu, tím více jódu reaguje. Normální je takové množství nenasycených uhlovodíků, které reagují s jódem, nepřesahující 6 g jódu na 100 g zimní nebo letní motorové nafty.
Čím více skutečných pryskyřic v motorové naftě je, tím vyšší je jeho sklon k tvorbě uhlíku. Proto by obsah skutečných pryskyřic neměl překročit:
pro zimní motorovou naftu - 30 mg na 100 ml;
Pro letní DT - 60 mg na 100 ml.
Tendence motorové nafty k tvorbě laku se odhaduje podle obsahu laku v mg na 100 ml paliva. K tomu se palivo odpařuje ve speciálním laku při teplotě 250?
Závěry:
1) Když dieselový motor běží na kyselé palivo, tvoří se tvrdé usazeniny a usazeniny laku, které se obtížně odstraňují, což způsobuje opotřebení dílů motoru při provozu za nízkých teplot.
2) Karbonizace paliva vede také k tvorbě karbonových usazenin a tvorbě laku, v důsledku čehož může docházet k zadření pístního kroužku.
3) Díky přítomnosti částic merkaptové síry v palivu se při oxidaci paliva tvoří pryskyřice, které se v kombinaci s pryskyřicemi tvořenými z olefinů a dokonce i vlastními pryskyřicemi, které jsou v motorové naftě, ukládají na jehly trysky, což nakonec způsobí, že jehly uvnitř trysek zamrznou.
4) Multifunkční aditiva a jejich vliv na vlastnosti motorové nafty.
Zlepšení vlastností motorové nafty je dosaženo zavedením multifunkčních přísad do jejich složení, jako jsou:
Depresor;
· Zvýšení cetanového čísla;
· Antioxidant;
· Dispergace detergentů;
Snížení kouřivosti výfukových plynů atd.
Aditiva proti kouři třídy MST-15, ADP-2056, EFAP-6 v koncentraci 0,2…0,3 umožňují snížit výfukový kouř o 40…50 % a snížit obsah sazí.
Antikorozní přísada naftenát zinku v koncentraci 0,25 ... 0,3 %, přidaná do motorového oleje, účinně neutralizuje destruktivní účinek kyselin.
Pro zvýšení cetanového čísla motorové nafty, zlepšení jeho výchozích vlastností se používají aditiva: thionitráty RNSO; isopropylnitráty; peroxid RCH 2 ONO v koncentraci 0,2 ... 0,25 %.
Pro snížení bodu tuhnutí se používají depresivní přísady - kopolymery etylenu a vinylacetátu o koncentraci 0,001 ... 2,0 %. Pokrývají monomolekulární vrstvou mikrokrystalů tvrdnoucích parafinů, zabraňují jejich zvětšování a vysrážení.
Antioxidační přísady v koncentraci 0,001 ... 0,1 % zvyšují tepelně-oxidační odolnost paliv.
Antikorozní přísady v koncentraci 0,0008 ... 0,005 % snižují korozivní agresivitu motorové nafty.
Biocidní přísady v koncentraci 0,005 ... 0,5 %, které potlačují množení mikroorganismů v palivu.
Multifunkční aditiva, skládající se z tlumivých, detergentních a protikouřových složek, které nejen rozšiřují nízkoteplotní vlastnosti paliv, ale také snižují toxicitu výfukových plynů. Například přidáním aditiva ADDP do motorové nafty v množství 0,05...0,3% se sníží bod tuhnutí paliva o 20...25%, přičemž teplota filtrovatelnosti se sníží o 10...12?C, kouř - o 20...55°C a tvorba uhlíku - o 50...60%.
Zavádění různých aditiv a přísad do motorové nafty tedy výrazně zlepšuje její výkonnostní vlastnosti.
VLIV TEPLOTY NA NÁKLADY V MOTORU
Studium usazenin v motorech automobilů.
Jednou z rezerv pro zvýšení provozní spolehlivosti spalovacích motorů je snížení úsad úsad, laků a usazenin na površích jejich částí ve styku s motorovým olejem. Jejich vznik je založen na procesech stárnutí olejů (oxidace uhlovodíků, které tvoří ropný základ). Rozhodující vliv na procesy oxidace oleje v motorech, tvorbu úsad a účinnost spalovacího motoru jako celku má tepelný režim tepelně zatěžovaných dílů.
Klíčová slova: teplota, píst, válec, motorový olej, usazeniny, saze, lak, výkon, spolehlivost.
Usazeniny na površích dílů spalovacích motorů se dělí na tři hlavní typy - usazeniny, laky a usazeniny (kal).
Nagar - tuhé uhlíkaté látky usazené při chodu motoru na povrchy spalovacího prostoru (CC). Karbonové usazeniny přitom závisí především na teplotních podmínkách, a to i při stejném složení směsi a stejném provedení motorových dílů. Nagar má velmi významný vliv na proces spalování směsi vzduchu a paliva v motoru a na životnost jeho provozu. Téměř všechny typy abnormálního spalování (klepání, doutnavé zapalování a další) jsou doprovázeny jedním nebo druhým účinkem sazí na povrchy částí, které tvoří spalovací komoru.
Lak je produktem změny (oxidace) tenkých olejových filmů, které se vlivem vysokých teplot šíří a pokrývají části skupiny válec-píst (CPG) motoru. Největší poškození spalovacích motorů je způsobeno tvorbou laku v oblasti pístních kroužků, což způsobuje procesy jejich koksování (výskyt se ztrátou pohyblivosti). Laky, usazené na plochách pístu ve styku s olejem, narušují správný přenos tepla pístem, zhoršují odvod tepla z pístu.
Množství srážek (kalu) vytvořených ve spalovacím motoru je rozhodujícím způsobem ovlivněno kvalitou motorového oleje, teplotním režimem dílů, konstrukčními vlastnostmi motoru a provozními podmínkami. Usazeniny tohoto typu jsou nejtypičtější pro podmínky zimního provozu, jsou zesíleny častými starty a zastaveními motoru.
Tepelný stav spalovacího motoru má rozhodující vliv na procesy tvorby různých typů úsad, pevnostní charakteristiky materiálů dílů, výstupní efektivní ukazatele motorů a procesy opotřebení povrchů motorů. díly. V tomto ohledu je nutné znát prahové teploty částí CPG alespoň v charakteristických bodech, jejichž překročení vede k dříve naznačeným negativním důsledkům.
Je vhodné analyzovat teplotní stav částí ICE CPG podle teplotních hodnot v charakteristických bodech, jejichž umístění je znázorněno na obr. 1. Teploty v těchto bodech by měly být brány v úvahu při výrobě, testování a vývoji motorů pro optimalizaci konstrukce dílů, při výběru motorových olejů, při porovnávání tepelných stavů různých motorů a při řešení řady dalších technických problémů motorů. konstrukce a provoz spalovacích motorů.
Rýže. 1. Charakteristické body válce a pístu spalovacího motoru při analýze jejich teplotního stavu pro dieselové (a) a benzínové (b) motory Obr.
Tyto hodnoty mají kritické úrovně:
1. Maximální hodnota teploty v bodě 1 (u dieselových motorů - na okraji CS, u benzínových motorů - ve středu dna pístu) by neměla překročit 350 C (krátkodobě 380 C) pro všechny komerčně dostupné hliníkové slitiny používá se při výrobě automobilových motorů, jinak hrany CS u dieselových motorů a často vyhoření pístů u benzínových motorů. Kromě toho vysoké teploty vypalovací plochy dna pístu způsobují tvorbu usazenin vysoké tvrdosti na tomto povrchu. Při výrobě motorů lze tuto kritickou hodnotu teploty zvýšit přidáním křemíku, berylia, zirkonia, titanu a dalších prvků do pístové slitiny.
Prevence překročení kritických teplot na tomto místě i v objemech dílů spalovacích motorů je zajištěna také optimalizací jejich tvarů a správnou organizací chlazení. Překročení teplot částí CPG motoru na přijatelné hodnoty je obvykle hlavním limitujícím faktorem pro jejich vynucení z hlediska výkonu. U teplotních úrovní by měla být zachována určitá rezerva s ohledem na možné extrémní provozní podmínky.
2. Kritická hodnota teploty v bodě 2 pístu - nad horním kompresním kroužkem (VKK) - 250 ... 260C (krátkodobě až 290C). Při překročení této hodnoty všechny masové motorové oleje koksují (dochází k intenzivní tvorbě laku), což vede k „okluzi“ pístních kroužků, tedy ztrátě jejich pohyblivosti, a v důsledku toho k výraznému snížení komprese, zvýšení spotřeby motorového oleje atd.
3. Maximální teplotní limit v bodě 3 pístu (bod je umístěn symetricky podél průřezu hlavy pístu na jeho vnitřní straně) je 220C. Při vyšších teplotách dochází k intenzivní tvorbě laku na vnitřním povrchu pístu. Usazeniny laku jsou zase silnou tepelnou bariérou, která brání odvodu tepla přes olej. To automaticky vede ke zvýšení teplot v celém objemu pístu a tím i na povrchu zrcadla válce.
4. Maximální přípustná hodnota teploty v bodě 4 (umístěném na povrchu válce, naproti bodu zastavení VCC na TDC) je 200C. Při jejím překročení dochází ke zkapalnění motorového oleje, což vede ke ztrátě stability při vytváření olejového filmu na zrcátku válce a „suchému“ tření kroužků na zrcátku. To způsobuje zesílení molekulárně mechanického opotřebení dílů CPG. Na druhou stranu je známo, že snížená teplota stěn válců (pod rosným bodem výfukových plynů) přispívá k urychlení jejich korozně-mechanického opotřebení. Zhoršuje se také tvorba směsi a snižuje se rychlost spalování směsi vzduch-palivo, což snižuje účinnost a hospodárnost motoru a způsobuje zvýšení toxicity výfukových plynů. Nutno také podotknout, že při výrazně nižších teplotách pístu a válce dochází ke zkondenzované vodní páře pronikající do oleje klikové skříně k intenzivnímu srážení nečistot a hydrolýze přísad za vzniku sraženiny – „kalu“. Tyto usazeniny, kontaminující olejové kanály, sítě olejové vany, olejové filtry, výrazně narušují normální činnost mazacího systému.
Intenzitu procesů tvorby karbonových usazenin, laků a usazenin na površích dílů spalovacích motorů významně ovlivňuje stárnutí motorových olejů při jejich provozu. Stárnutí olejů spočívá v hromadění nečistot (včetně vody), změnách jejich fyzikálních a chemických vlastností a oxidaci uhlovodíků.
Změna frakčního složení čistého plněného oleje za chodu motoru je způsobena především důvody, které mění složení jeho olejové báze a procento aditiv pro jednotlivé složky (parafinové, aromatické, naftenické).
Tyto zahrnují:
procesy tepelného rozkladu oleje v místech přehřátí (například ve ventilových pouzdrech, oblastech horních pístních kroužků, na plochách horních tětiv zrcadla válce). Takové procesy vedou k oxidaci nejlehčích frakcí olejové báze nebo dokonce k jejich částečnému vyvaření;
přidání k uhlovodíkům základ neodpařeného paliva, které vstupuje do olejové vany klikové skříně přes zónu těsnění pístu během počátečních období startů (nebo s prudkým zvýšením dodávky paliva do válců pro zrychlení vozidla);
voda vstupující do olejové vany nebo olejové vany motoru, která vzniká při spalování paliva v COP válců.
Pokud systém odvětrávání klikové skříně funguje dostatečně efektivně a stěny klikové skříně jsou zahřáté na 90-95°C, voda na nich nekondenzuje a je odváděna do atmosféry systémem odvětrávání klikové skříně. Pokud je teplota stěn klikové skříně výrazně snížena, pak se voda, která vstoupila do oleje, zúčastní jeho oxidačních procesů. Množství kondenzované vody v tomto případě může být poměrně významné. I když předpokládáme, že pouze 2% plynů může prorazit všechny kompresní kroužky válce, pak 2 kg vody budou čerpány přes klikovou skříň motoru o pracovním objemu 2-2,5 litru na každých 1000 km běhu. . Předpokládejme, že 95 % vody je odstraněno systémem odvětrávání klikové skříně, pak po nájezdu 5000 km připadne na 4,0 litru motorového oleje asi 0,5 litru H2O. Tato voda se za chodu motoru přeměňuje antioxidačním aditivem obsaženým v motorovém oleji na nečistoty - koks a popel.
Z výše uvedených důvodů je nutné při provozu motoru udržovat dostatečně vysokou teplotu stěn klikové skříně a případně používat systémy mazání suchou vanou s oddělenou olejovou nádrží.
Je třeba poznamenat, že opatření, která zpomalují procesy změny složení olejové báze, výrazně zpomalují tvorbu karbonových usazenin, laků a usazenin a také snižují intenzitu opotřebení hlavních částí automobilových motorů.
Frakční a chemické složení olejů se může lišit v poměrně širokém rozmezí.
limity pod vlivem různých faktorů:
povaha suroviny v závislosti na poli, vlastnosti ropného vrtu;
vlastnosti technologie výroby motorových olejů;
vlastnosti přepravy a doba skladování olejů.
Pro předběžné posouzení vlastností ropných produktů se používají různé laboratorní metody: stanovení destilační křivky, bodů vzplanutí, zákalu a tuhnutí, posouzení oxidovatelnosti v médiích s různou agresivitou atd.
Stárnutí automobilového motorového oleje je založeno na procesech oxidace, rozkladu a polymerace uhlovodíků, které jsou doprovázeny procesy kontaminace oleje různými nečistotami (saze, prach, kovové částice, voda, palivo atd.). Procesy stárnutí výrazně mění fyzikální a chemické vlastnosti oleje, vedou k tomu, že se v něm objevují různé produkty oxidace a opotřebení a zhoršují se jeho vlastnosti. V motorech existují následující typy oxidace oleje: v silné vrstvě - v olejové vaně nebo v olejové nádrži; v tenké vrstvě - na površích horkých kovových částí; v zamlženém (kapajícím) stavu - v klikové skříni, ventilové skříni atd. V tomto případě oxidace oleje v silné vrstvě poskytuje srážení ve formě kalu a v tenké vrstvě - ve formě laku.
Oxidace uhlovodíků podléhá teorii peroxidů A.N. Bach a K.O. Engler, doplněné P.N. Chernozhukov a S.E. Jeřáb. Oxidace uhlovodíků, zejména v motorových olejích ICE, může probíhat dvěma hlavními směry, jak je znázorněno na obr. 2, u nichž jsou výsledky oxidace různé. V tomto případě jsou výsledkem oxidace v prvním směru kyselé produkty (kyseliny, hydroxykyseliny, estolity a asfaltogenní kyseliny), které tvoří srážení při nízkých teplotách; výsledkem oxidace ve druhém směru jsou neutrální produkty (karbeny, karboidy, asfalteny a pryskyřice), ze kterých se za zvýšených teplot v různém poměru tvoří buď laky, nebo nánosy.
Rýže. 2. Cesty oxidace uhlovodíků v ropném produktu (například v motorovém oleji pro spalovací motory)
V procesech stárnutí oleje je velmi významná role vody, která se do oleje dostává při kondenzaci jeho par z plynů klikové skříně nebo jinými způsoby. V důsledku toho vznikají emulze, které následně zesilují oxidační polymeraci molekul oleje. Interakce hydroxykyselin a dalších produktů oxidace oleje s emulzemi oleje ve vodě způsobuje zvýšenou tvorbu usazenin (kalů) v motoru.
Výsledné částice kalu, pokud nejsou neutralizovány přísadou, zase slouží jako katalyzační centra a urychlují rozklad oleje, který ještě nebyl oxidován. Pokud zároveň nedojde k včasné výměně motorového oleje, bude proces oxidace probíhat jako řetězová reakce s rostoucí rychlostí se všemi z toho plynoucími důsledky.
Rozhodující vliv na tvorbu usazenin, laků a usazenin na površích částí spalovacího motoru ve styku s motorovým olejem má jejich tepelný stav. Na druhé straně konstrukční vlastnosti motorů, jejich provozní podmínky, provozní režimy atd. určují tepelný stav motorů a ovlivňují tak tvorbu usazenin.
Neméně významný vliv na tvorbu usazenin ve spalovacím motoru mají vlastnosti použitého motorového oleje. Pro každý konkrétní motor je důležité, aby olej doporučený výrobcem odpovídal teplotě povrchů dílů, které jsou s ním v kontaktu.
V tomto příspěvku byl analyzován vztah mezi teplotami povrchů pístů motorů ZMZ-402.10 a ZMZ-5234.10 a procesy tvorby karbonových usazenin a laků na nich a byla hodnocena sedimentace na površích klikové skříně. a ventilového víka motorů při použití motorového oleje M 63 / 12G1 doporučeného výrobcem .
Pro studium závislosti kvantitativních charakteristik usazenin v motorech na jejich tepelném stavu a provozních podmínkách lze použít různé metody, např. L-4 (Anglie), 344-T (USA), PZV (SSSR) atd. . Zejména podle metody 344-T, což je regulační dokument USA, je stav „čistého“ neopotřebeného motoru hodnocen 0 body; stav extrémně opotřebovaného a znečištěného motoru - 10 bodů. Obdobnou metodou pro posouzení tvorby laku na plochách pístů je domácí metoda ELV (autoři - K.K. Papok, A.P. Zarubin, A.V. Vipper), jejíž barevná škála má body od 0 (žádné nánosy laku) do 6 (maximální nánosy laku). Pro přepočet bodů stupnice ELV na body metody 344-T je třeba hodnoty prvního z nich zvýšit jedenapůlkrát. Uvedená metoda je podobná domácí metodě negativního hodnocení ložisek Všeruského výzkumného ústavu ropy a zemního plynu (10 bodová stupnice).
Pro experimentální studie bylo použito 10 motorů ZMZ-402.10 a ZMZ-5234.10. Ve spolupráci s laboratořemi pro testování osobních a nákladních automobilů UKER GAZ na motorových stojanech byly provedeny experimenty ke studiu procesů tvorby usazenin. Při testech byly mimo jiné sledovány průtoky vzduchu a paliva, tlak a teplota výfukových plynů, teplota oleje a chladicí kapaliny. Současně byly na stojanech zachovány následující režimy: otáčky klikového hřídele odpovídající maximálnímu výkonu (100% zatížení) a střídavě po dobu 3,5 hodiny - 70% zatížení, 50% zatížení, 40% zátěže, 25% zátěže a bez zátěže (při uzavřených škrticích ventilech), tzn. byly provedeny experimenty se zátěžovými charakteristikami motorů. Zároveň byla udržována teplota chladicí kapaliny v rozmezí 90...92C, teplota oleje v hlavním olejovém potrubí byla 90...95C. Poté byly motory rozebrány a provedena potřebná měření.
Byly provedeny předběžné studie změny fyzikálně-chemických parametrů motorových olejů při testování motorů ZMZ-402.10 v rámci vozidel GAZ-3110 na zkušebním polygonu UKER GAZ. Přitom jsou splněny tyto podmínky: průměrná technická rychlost je 30 ... 32 km/h, okolní teplota 18 ... 26C, nájezd do 5000 km. Výsledkem testů bylo zjištěno, že se zvýšením počtu najetých kilometrů vozidla (doby provozu motoru) se zvýšilo množství mechanických nečistot a vody v motorových olejích, jeho počet koksu a obsah popela a došlo k dalším změnám, které jsou uvedeny v tabulce. 1
Tvorba uhlíku na plochách dna pístů motorů ZMZ-5234.10 byla charakterizována údaji uvedenými na Obr. 3 (u motorů ZMZ-402.10 jsou výsledky podobné). Z rozboru obrázku vyplývá, že se zvýšením teploty dna pístů ze 100 na 300С se tloušťka (zóna existence) karbonových usazenin snížila z 0,45 ... 0,50 na 0,10 ... motorů. Tvrdost sazí se zvýšila z 0,5 na 4,0...4,5 bodů v důsledku slinování sazí při vysokých teplotách.
Rýže. 3. Závislosti tvorby uhlíku na plochách dna pístů motorů ZMZ-5234.10 na jejich teplotách:
a - tloušťka sazí; b - tvrdost sazí;
symboly ukazují průměrné experimentální hodnoty
Hodnocení nánosů laku na bočních plochách pístů a jejich vnitřních (nepracovních) plochách probíhalo také na desetibodové škále, podle metody 344-T používané ve všech předních výzkumných institucích v zemi.
Údaje o tvorbě laku na povrchu pístů motoru jsou uvedeny na Obr. 4 (výsledky pro studované značky motorů jsou stejné). Zkušební režimy jsou uvedeny dříve a odpovídají režimům ve studiích tvorby uhlíku na součástech.
Z rozboru obrázku vyplývá, že tvorba laku na površích pístů motoru jednoznačně roste s nárůstem teplot jejich povrchů. Intenzitu tvorby laku ovlivňuje nejen zvýšení teploty povrchů dílů, ale i doba jeho působení, tzn. dobu trvání motorů. V tomto případě se však procesy tvorby laku na pracovních (třecích) plochách pístů výrazně zpomalují ve srovnání s vnitřními (nepracovními) plochami v důsledku stírání lakové vrstvy v důsledku tření.
Rýže. 4. Závislosti nánosů laku na površích pístů motorů ZMZ-5234.10 na jejich teplotách:
a - vnitřní povrchy; b - boční plochy; symboly ukazují průměrné experimentální hodnoty
Tvorba nagaru a laku na povrchu dílů je výrazně zesílena při použití olejů skupiny "B" a "C", což potvrzuje řada studií provedených autory na podobných a jiných typech automobilových motorů.
Systematický nárůst usazenin laku na vnitřních (nepracovních) površích pístů způsobuje snížení odvodu tepla do oleje klikové skříně se zvýšením provozní doby motoru. To způsobuje například postupné zvyšování úrovně tepelného stavu motorů, jak se provozní doba blíží k výměně oleje na dalším TO-2 vozu.
K tvorbě usazenin (kalů) z motorových olejů dochází v největší míře na plochách klikové skříně a víka ventilů. Výsledky studií sedimentace v motorech ZMZ-5234.10 jsou uvedeny na Obr. 5 (u motorů ZMZ-402.10 jsou výsledky podobné). Tvorba usazenin na površích výše uvedených dílů byla hodnocena v závislosti na jejich teplotách, pro jejichž měření byly namontovány termočlánky (navařené kondenzátorovým svařováním): na povrchy klikové skříně, 5 kusů pro každý motor, na povrchy ventilu kryty, 3 kusy.
Jak vyplývá z Obr. 5, se zvýšením teplot povrchů částí motoru se sedimentace na nich snižuje v důsledku poklesu obsahu vody v oleji v klikové skříni, což není v rozporu s výsledky předchozích experimentů jiných výzkumníků. U všech motorů se ukázalo, že usazování na površích dílů klikové skříně je větší než na površích vík ventilů.
Na motorových olejích silových skupin „B“ a „C“ dochází k sedimentaci na částech ICE v kontaktu s motorovým olejem intenzivněji než na olejích silových skupin „G“, což potvrzuje řada studií.
V této práci nebyly studovány usazeniny na zrcátkách válců při provozu motorů s nejmodernějšími oleji, nicméně můžeme s jistotou předpokládat, že u studovaných motorů jich nebude více, než když budou provozovány s méně kvalitními oleji.
Výsledky získané o vztahu mezi teplotními změnami v hlavních částech motorů ZMZ-402.10 a ZMZ-5234.10 (písty, válce, víka ventilů a olejové klikové skříně) a množstvím usazenin umožnily identifikovat vzorce v procesech tvorby usazeniny, laky a usazeniny na površích těchto dílů. K tomu byly výsledky aproximovány funkčními závislostmi metodou nejmenších čtverců a jsou uvedeny na Obr. 3-5. Získané zákonitosti procesů tvorby usazenin na površích částí automobilových karburátorových motorů by měli vzít v úvahu a využít je konstruktéři a inženýrsko-techničtí pracovníci podílející se na jemném ladění a provozu spalovacích motorů.
Motor automobilu pracuje s největší účinností pouze za určitých podmínek. Optimální teplotní režim tepelně zatěžovaných dílů je jednou z takových podmínek a zajišťuje vysoké technické vlastnosti motoru při současném snížení opotřebení a usazenin a následně zvýšení jeho spolehlivosti.
Optimální tepelný stav spalovacího motoru je charakterizován optimálními teplotami povrchů jejich tepelně zatěžovaných částí. Analýzou studií procesů tvorby usazenin na částech studovaných karburátorových motorů ZMZ a podobných studií na benzínových motorech je možné s dostatečnou přesností určit intervaly optimálních a nebezpečných teplot pro povrchy částí motorů. této třídy motorů. Získané informace jsou uvedeny v tabulce. 2.
Při teplotách částí motoru v nebezpečné nízkoteplotní zóně se zvyšuje tloušťka sazí na površích částí tvořících spalovací komoru, což vede k detonačnímu spalování směsí vzduchu a paliva, a také při nízkých teplotách povrchů části motoru, zvyšuje se na nich množství srážek z motorových olejů. To vše narušuje normální provoz motorů. Usazeniny zase vedou k redistribuci tepelných toků procházejících písty a zvýšení teplot pístu v kritických bodech - ve středu ohnivé plochy dna pístu a v drážce VKK. Teplotní pole pístu motoru ZMZ-5234.10 s přihlédnutím k nánosům usazenin a laků na jeho površích je znázorněno na Obr. 7.
Problém vedení tepla metodou konečných prvků byl vyřešen u prvotřídního GU získaného teploměrem pístu v režimu jmenovitého výkonu při zkouškách motoru na stolici. Termoelektrické experimenty byly provedeny se stejným pístem, pro které byly provedeny předběžné studie teplotního stavu bez zohlednění usazenin. Experimenty byly prováděny za stejných podmínek. Dříve motor pracoval na stojanu více než 80 hodin, poté začíná stabilizace usazenin a laků. V důsledku toho se teplota ve středu dna pístu zvýšila o 24°C, v zóně drážky VPC - o 26°C ve srovnání s modelem pístu bez usazenin. Hodnota teploty povrchu pístu nad VCC 238°C je zahrnuta do nebezpečné vysokoteplotní zóny (tabulka 2). V blízkosti nebezpečné zóny vysoké teploty a hodnoty teploty ve středu koruny pístu.
Ve fázi návrhu a vývoje motorů je vliv uhlíkových usazenin na teplo přijímajících plochách pístů a laků na jejich plochách v kontaktu s motorovým olejem zohledňován velmi zřídka. Tato okolnost spolu s provozem motorů jako součásti vozidla při zvýšeném tepelném zatížení zvyšuje pravděpodobnost poruch - vyhoření pístu, koksování pístních kroužků atd.
N.A. Kuzmin, V.V. Zelencov, I.O. Donato
Státní technická univerzita Nižnij Novgorod. RE. Alekseeva, Správa dálnic Moskva-Nižnij Novgorod
