Pagrindiniai veikiančio variklio savybių pokyčiai atsiranda dėl šių priežasčių:
aukšta temperatūra ir oksidacinis poveikis;
alyvos komponentų mechaninės cheminės transformacijos;
nuolatinis kaupimas:
naftos ir jos komponentų konversijos produktai;
kuro degimo produktai;
vanduo;
dėvėti gaminius
teršalai dulkių, smėlio ir purvo pavidalu.
Oksidacija.
Veikiančiame variklyje karšta alyva nuolat cirkuliuoja ir liečiasi su oru, visiško ir nepilno kuro degimo produktais. Oro deguonis pagreitina alyvos oksidaciją. Šis procesas yra greitesnis aliejuje, kuris linkęs putoti. Metaliniai dalių paviršiai veikia kaip alyvos oksidacijos proceso katalizatoriai. Alyva įkaista, kai liečiasi su įkaitusiomis dalimis (pirmiausia cilindrais, stūmokliais ir vožtuvais), o tai labai pagreitina alyvos oksidacijos procesą. Rezultatas gali būti kietų oksidacijos produktų (nuosėdų).
Veikiančio variklio alyvos keitimo pobūdžiui įtakos turi ne tik cheminiai alyvos molekulių virsmai, bet ir visiško bei nevisiško kuro degimo produktai tiek pačiame cilindre, tiek prasiskverbdami į karterį.
Temperatūros įtaka variklio alyvos oksidacijai.
Yra dviejų tipų variklio temperatūros sąlygos:
visiškai pašildyto variklio veikimas (pagrindinis režimas).
nešildomo variklio veikimas (dažni automobilio sustojimai).
Pirmuoju atveju yra aukštos temperatūros variklio alyvos savybių keitimo būdas, antrasis - žema temperatūra. Yra daug tarpinių darbo sąlygų. Nustatant alyvos kokybės lygį, variklio bandymai atliekami tiek aukštoje, tiek žemoje temperatūroje.
Oksidacijos produktai ir variklinės alyvos charakteristikų pokyčiai.
rūgštys (rūgštys). Svarbiausi aliejaus oksidacijos produktai yra rūgštys. Jie sukelia metalų koroziją, o susidariusioms rūgštims neutralizuoti sunaudojami šarminiai priedai, dėl to pablogėja dispersinės ir ploviklių savybės, sutrumpėja alyvos tarnavimo laikas. Pagrindinis rūgščių susidarymo rodiklis yra bendro rūgščių skaičiaus padidėjimas, TAN (bendras rūgščių skaičius).
Anglies nuosėdos variklyje (anglies nuosėdos). Ant karštų variklio dalių paviršių susidaro įvairios anglies nuosėdos, kurių sudėtis ir struktūra priklauso nuo metalo ir alyvos paviršių temperatūros. Yra trys indėlių tipai:
suodžiai,
lakas,
dumblas.
Būtina pabrėžti, kad nuosėdų susidarymas ir kaupimasis ant variklio dalių paviršiaus yra ne tik nepakankamo alyvos oksidacinio ir terminio stabilumo, bet ir nepakankamo detergenciškumo rezultatas. Todėl variklio susidėvėjimas ir sutrumpėjęs alyvos naudojimo laikas yra sudėtingas alyvos kokybės rodiklis.
Nagar (lakas, anglies nuosėdos) yra naftos ir kuro likučių terminio skilimo ir polimerizacijos (krekingo ir polimerizacijos) produktai. Susidaro ant labai karštų paviršių (450° - 950°C). Nagar turi būdingą juodą spalvą, nors kartais ji gali būti balta, ruda ar kitos spalvos. Nuosėdų sluoksnio storis periodiškai kinta – kai nuosėdų daug, pablogėja šilumos šalinimas, pakyla viršutinio nuosėdų sluoksnio temperatūra ir jos perdega. Mažiau nuosėdų susidaro šiltame variklyje, veikiančiame esant apkrovai. Pagal struktūrą nuosėdos yra monolitinės, tankios arba birios.
Nagar neigiamai veikia variklio veikimą ir būklę. Nuosėdos stūmoklio grioveliuose, aplink žiedus, neleidžia jiems judėti ir prispausti prie cilindro sienelių (užstrigti, klijuoti, klijuoti žiedus). Dėl užstrigimo ir žiedų judėjimo sunkumų jie nesispaudžia prie sienų ir nesuspaudžia cilindruose, sumažėja variklio galia, padidėja dujų prasiskverbimas į karterį ir padidėja alyvos sąnaudos. Žiedus su nuosėdomis prispaudus prie cilindro sienelių, cilindras pernelyg susidėvi (per didelis nusidėvėjimas).
Cilindro sienelių poliravimas (gręžtinis poliravimas) - nuosėdos ant stūmoklių viršaus (stūmoklinė dalis) poliruoja vidines cilindrų sieneles. Poliravimas neleidžia alyvos plėvelei išsilaikyti ir išsilaikyti ant sienų ir žymiai pagreitina nusidėvėjimą.
lakas (lakas). Plonas rudos iki juodos spalvos, kietos arba lipnios anglies medžiagos sluoksnis, susidarantis ant vidutiniškai įkaitintų paviršių dėl plono aliejaus sluoksnio polimerizacijos, esant deguoniui. Lakuotas stūmoklio gaubtas ir vidinis paviršius, švaistikliai ir stūmoklių kaiščiai, vožtuvų kotai ir apatinės cilindrų dalys. Lakas žymiai pablogina šilumos pašalinimą (ypač stūmoklio), sumažina alyvos plėvelės ant cilindro sienelių stiprumą ir išlikimą.
Nuosėdos degimo kameroje (degimo kameros nuosėdos) susidaro iš anglies dalelių (kokso), dėl nepilno kuro ir metalų druskų, įtrauktų į priedų sudėtį, degimo dėl terminio į kamerą patenkančių alyvos likučių skilimo. Šios nuosėdos įkaista ir sukelia priešlaikinį darbinio mišinio užsidegimą (prieš atsirandant kibirkštis). Toks uždegimas vadinamas išankstiniu uždegimu arba išankstiniu uždegimu. Dėl to variklyje susidaro papildomi įtempimai (detonacija), dėl ko greičiau susidėvi guoliai ir alkūninis velenas. Be to, perkaista atskiros variklio dalys, mažėja galia, didėja degalų sąnaudos.
Užsikimšusios uždegimo žvakės (užtepimas uždegimo žvakėmis). Aplink uždegimo žvakės elektrodą susikaupusios nuosėdos uždaro kibirkšties tarpą, kibirkštis tampa silpna, o uždegimas tampa nereguliarus. Dėl to sumažėja variklio galia ir padidėja degalų sąnaudos.
Dervos, dumblas, dervingos nuosėdos (dumblas) (dervos, dumblas, dumblo nuosėdos) variklyje, dumblas susidaro dėl:
naftos ir jos komponentų oksidacija ir kiti virsmai;
kuro arba skilimo produktų kaupimasis alyvoje ir nepilnas degimas;
vandens.
Dervingos medžiagos susidaro aliejuje dėl jos oksidacinių virsmų (oksiduotų molekulių kryžminio susiejimo) ir oksidacijos produktų polimerizacijos bei nepilno kuro degimo. Dervų susidarymas padidėja, kai variklis nėra pakankamai įšilęs. Nevisiško degalų degimo produktai įsiveržia į karterį ilgai veikiant tuščiąja eiga arba esant sustabdymo-užvedimo režimui. Esant aukštai temperatūrai ir intensyviai veikiant varikliui, kuras dega pilniau. Siekiant sumažinti dervų susidarymą ir variklio alyvą, įvedami disperguojantys priedai, neleidžiantys dervoms krešėti ir nusodinti. Dervos, anglies dalelės, vandens garai, sunkiojo kuro frakcijos, rūgštys ir kiti junginiai kondensuojasi, koaguliuoja į didesnes daleles ir aliejuje susidaro dumblas, vadinamasis. juodasis dumblas.
Dumblas (dumblas) yra netirpių kietųjų ir dervingų medžiagų nuo rudos iki juodos suspensija ir emulsija aliejuje. Karterio dumblo sudėtis:
aliejus 50-70%
vanduo 5-15%
alyvos oksidacijos ir nepilno kuro degimo produktai, kietosios dalelės – likusios.
Priklausomai nuo variklio ir alyvos temperatūros, dumblo susidarymo procesai kiek skiriasi. Atskirkite žemą ir aukštą temperatūrą
Žemos temperatūros dumblas (žemos temperatūros dumblas). Jis susidaro, kai proveržio dujos, kuriose yra kuro ir vandens likučių, sąveikauja su alyva karteryje. Šaltame variklyje vanduo ir degalai išgaruoja lėčiau, todėl susidaro emulsija, kuri vėliau virsta dumblu. Dumblo susidarymas karteryje (sludgeinthesomp) yra priežastis:
alyvos klampumo padidėjimas (sutirštėjimas) (klampumo padidėjimas);
tepimo sistemos kanalų užsikimšimas (slankų blokavimas);
alyvos tiekimo pažeidimas (naftos badas).
Dumblo susidarymas svirties dėžėje yra nepakankamo šios dėžės vėdinimo (nešvarumų ventiliacijos) priežastis. Susidaręs dumblas yra minkštas, purus, tačiau kaitinant (ilgos kelionės metu) tampa kietas ir trapus.
aukštos temperatūros dumblas (aukštos temperatūros dumblas). Jis susidaro dėl oksiduotų aliejaus molekulių derinio, veikiant aukštai temperatūrai. Padidėjus aliejaus molekulinei masei, padidėja klampumas.
Dyzeliniame variklyje dumblo susidarymą ir alyvos klampumo padidėjimą sukelia suodžių kaupimasis. Suodžių susidarymą palengvina variklio perkrova ir padidėjęs darbinio mišinio riebalų kiekis.
priedų suvartojimas. Vartojimas, priedų veikimas yra lemiamas naftos išteklių mažinimo procesas. Svarbiausi variklinės alyvos priedai – plovikliai, dispergentai ir neutralizatoriai – naudojami rūgščių junginių neutralizavimui, sulaikomi filtruose (kartu su oksidacijos produktais) ir suyra esant aukštai temperatūrai. Priedų sunaudojimą netiesiogiai galima spręsti iš bendro bazinio skaičiaus TBN sumažėjimo. Alyvos rūgštingumas didėja dėl to, kad susidaro pačios alyvos rūgštiniai oksidacijos produktai ir sieros turintys kuro degimo produktai. Jie reaguoja su priedais, palaipsniui mažėja aliejaus šarmingumas, dėl to pablogėja aliejaus plovimo ir dispergavimo savybės.
Galios didinimo ir variklio privertimo efektas. Alyvos antioksidacinės ir detergentinės savybės yra ypač svarbios stiprinant variklius. Benzininiai varikliai sustiprinami didinant suspaudimo laipsnį ir alkūninio veleno greitį, o dyzeliniai – padidinus efektyvų slėgį (daugiausia su turbokompresoriumi) ir alkūninio veleno greitį. Alkūninio veleno greitį padidinus 100 aps./min. arba padidėjus efektyviajam slėgiui 0,03 MPa, stūmoklio temperatūra pakyla 3°C. Formuojant variklius, jų masė paprastai sumažinama, todėl padidėja mechaninės ir šiluminės dalių apkrovos.
VARIKLIO PLAVIMAS.
Eksploatuojant automobilį, net ir naudojant aukštos kokybės variklines alyvas, ant vidinių variklio paviršių ir tepimo sistemos kanalų neišvengiamai susidaro kenksmingos anglies nuosėdos. Keičiant alyvą, vidinėse variklio ertmėse neišvengiamai lieka ir šiek tiek senos naudotos variklio alyvos. Todėl, jei šviežia variklio alyva išpilama iš karto po to, kai išpilamas variklis prieš tai neplovus, naujai užpildytos alyvos plovimo priedai iš karto pradės aktyviai tirpinti visas šias nuosėdas ir variklyje likusius teršalus, o tai savo ruožtu gali sukelti daugybę ypač neigiamų pasekmių: visų pirma, dalinis alyvos filtro užsikimšimas ir atitinkamai jo veikimo efektyvumo sumažėjimas, taip pat priešlaikinis priedų paketo veikimas ir šviežios variklio alyvos valymo savybių praradimas. Visa tai labiausiai neigiamai veikia variklio išteklius ir jo galios charakteristikas. Šiandien poreikis praplauti tepimo sistemą keičiant variklio alyvą yra gana akivaizdus, niekas neabejoja ir nereikia jokio papildomo pagrindimo. Benzininio variklio degimo kameroje, kur patenka kuro-oro mišinys, jis užsidega, visiškai arba iš dalies sudega, todėl susidaro anglies nuosėdos. Be to, nepilno kuro degimo produktai yra lako nuosėdų susidarymo ant vidinių variklio paviršių priežastis. Be to, dauguma degimo produktų išeina per išmetimo sistemą, tačiau nedidelė dalis dujų patenka į karterį ir atitinkamai liečiasi su variklio alyva. Šiuo atveju aliejus oksiduojamas ir skiedžiamas, susidaro sunkiai tirpūs oksidacijos produktai, kurie savo ruožtu papildomai prisideda prie dumblo ir kitų nuosėdų susidarymo. Be to, dyzeliniuose varikliuose siera kartu su kuru patenka į degimo kamerą. Dėl sieros oksidacinių reakcijų degant kuro-oro mišiniui susidaro kenksmingos nuosėdos, dėl kurių atsiranda korozija ir variklio susidėvėjimas. Anglies nuosėdos, susidarančios ant vidinių paviršių, tepimo sistemos kanalų ir variklio dalių, lemia ne tik šilumos pašalinimo pablogėjimą, bet ir pastebimą alyvos sukibimo su trinties paviršių sumažėjimą, o tai atitinkamai pablogina alyvos sulaikymą. alyvos plėvelė ant variklio dalių frikciniuose mazguose.
Nuosėdų ir suodžių susidarymo variklyje priežastys
Aukštos kokybės alyvų naudojimas nepašalina koksavimo problemos, nes variklyje gali susidaryti nuosėdos ir nuosėdos dėl priežasčių, nesusijusių su degalų ir tepalų kokybe:
1. Variklio perkaitimas . Dėl reguliaraus perkaitimo alyva greičiau sensta, praranda klampumą ir formuoja polimerų nuosėdas grioveliuose po stūmoklio žiedais, ant degimo kameros sienelių, tepimo sistemos ir kitose dalyse.
2. Veikimas žemoje temperatūroje . Kuro degimo metu susidarę vandens garai reaguoja su šalta alyva, todėl karteryje susidaro dumblas.
3. Miesto veikimo režimas . Trumpos kelionės ir kamščiai. Taip veikiant variklis nepasiekia normalaus veikimo ir dėl to prasideda cilindro-stūmoklio grupės karbonizacija.
4. Savalaikis tepalų keitimas sukelia staigų nuosėdų, susidarančių dėl jo senėjimo procesų, padidėjimą.
5. Turbokompresoriaus susidėvėjimas , dėl to į alyvą pradeda patekti karštos išmetamosios dujos, keičiasi alyvos savybės.
6. Antifrizas patenka į karterį kai aušinimo sistemoje sumažinamas slėgis, dėl to pakeičiamos alyvos savybės ir prasideda jo polimerizacijos procesai.
7. Prastos kokybės kuras . Nevisiškai sudegus kurui, dalis jų per žiedus patenka į karterį ir pagreitina alyvos senėjimo procesą.
8. Suodžių pertekliaus susidarymas dėl silpno suspaudimo arba vėlyvo degalų įpurškimo dyzeliniuose varikliuose.
Distiliuojant alyvą su mažu sieros junginių kiekiu, gaunamas didelio cheminio stabilumo dyzelinas. Toks kuras ilgą laiką išlaiko savo savybes (daugiau nei 5 saugojimo metus).
Panaudojus tokį kurą dyzeliniame variklyje susidaro anglies nuosėdos ir dervos nuosėdos. To priežastis yra nepilnas dyzelinio kuro išgaravimas ir prastas purškimas cilindrų viduje dėl didelio kuro klampumo su sunkia frakcijine sudėtimi. Be to, dyzeliniame kure esančios mechaninės priemaišos yra anglies susidarymo priežastis.
Vadinasi, sieros, faktinių dervų, pelenų (nedegių priemaišų) buvimas kure ir tokio kuro polinkis į anglies susidarymą lemia anglies nuosėdų kaupimosi dinamiką, kuriai būdingas kokso skaičius, t.y. kuro gebėjimas sudaryti anglies likučius aukštos temperatūros (daugiau nei 800 ... 900? C) degalų skilimo metu be oro prieigos.
Anglies likutis arba mineralinis likutis yra pelenai, t.y. nedegios priemaišos, didinančios anglies susidarymą. Be to, pelenai, patekę į variklio alyvą, pagreitina vidaus degimo variklio dalių susidėvėjimą. Todėl pelenų kiekis ribojamas iki ne daugiau kaip 0,01 % normos. Taigi anglies likučių susidarymo priežastis yra šie veiksniai:
1) nepakankamas kuro valymo iš dervos-asfalto junginių gylis;
2) padidintas dyzelinio kuro klampumas;
3) sunki dalinė kuro sudėtis.
Taip pat dyzelinio kuro polinkį suodyti apibūdina jame esančių faktinių dervų kiekis, t.y. priemaišų, likusių po pagrindinių distiliatorių valymo. Tikrosios dervos sukelia degalų lipnumą, nes jame yra nesočiųjų angliavandenilių, kurių kiekis nustatomas pagal jodo skaičių.
Jodo skaičius yra nesočiųjų angliavandenilių (olefinų) dyzeliniame kure rodiklis, skaitiniu būdu lygus jodo, pridėto prie nesočiųjų angliavandenilių, esančių 100 g degalų, skaičiui gramų.
Paprastai nesotieji angliavandeniliai (olefinai) reaguoja su jodu. Tai yra, kuo daugiau degaluose nesočiųjų angliavandenilių, tuo daugiau jodo reaguoja. Normalus yra toks nesočiųjų angliavandenilių kiekis, kuris reaguoja su jodu, ne didesnis kaip 6 g jodo 100 g žieminio ar vasarinio dyzelinio kuro.
Kuo daugiau dervų dyzeliniame kure, tuo didesnis jo polinkis į anglies susidarymą. Todėl faktinių dervų kiekis neturėtų viršyti:
žieminiam dyzelinui - 30 mg 100 ml;
Vasaros DT - 60 mg 100 ml.
Dyzelinio kuro polinkis lakuotis įvertinamas pagal lako kiekį mg 100 ml kuro. Norėdami tai padaryti, degalai išgarinami specialiu laku, kurio temperatūra yra 250?
Išvados:
1) Kai dyzelinis variklis dirba su rūgusiais degalais, susidaro sunkiai pašalinamos kietos nuosėdos ir lako nuosėdos, dėl kurių, dirbant žemoje temperatūroje, nusidėvi variklio dalys.
2) Degalų karbonizacija taip pat lemia anglies nuosėdų susidarymą ir lako susidarymą, dėl kurio gali užstrigti stūmoklio žiedas.
3) Dėl merkapto sieros dalelių degaluose oksiduojantis kurui susidaro dervos, kurios kartu su dervomis, susidarančiomis iš olefinų ir net tikrosiomis dervomis, kurios yra dyzeliniame kure, nusėda ant lako plėvelės. purkštukų adatos, dėl kurių galiausiai adatos užšąla purkštukų viduje.
4) Daugiafunkciniai priedai ir jų įtaka dyzelinio kuro savybėms.
Dyzelinio kuro savybės pagerinamos įdedant į jų sudėtį daugiafunkcinius priedus, tokius kaip:
Depresorius;
· Didėjantis cetaninis skaičius;
· Antioksidantas;
· Ploviklis-dispersinis;
Išmetamųjų dujų dūmų mažinimas ir kt.
MST-15, ADP-2056, EFAP-6 klasės priedai nuo dūmų, kurių koncentracija 0,2…0,3, leidžia sumažinti išmetamųjų dūmų kiekį 40…50% ir sumažinti suodžių kiekį.
Cinko naftenato klasės antikorozinis priedas, kurio koncentracija 0,25 ... 0,3%, dedama į variklio alyvą, efektyviai neutralizuoja ardomąjį rūgščių poveikį.
Dyzelinio kuro cetaniniam skaičiui padidinti, jo pradinėms savybėms pagerinti naudojami priedai: tionitratai RNSO; izopropilo nitratai; peroksidas RCH 2 ONO, kurio koncentracija 0,2 ... 0,25%.
Slėgiamieji priedai - stingimo temperatūrai mažinti naudojami etileno ir vinilo acetato kopolimerai, kurių koncentracija 0,001 ... 2,0%. Jie pasidengia monomolekuliniu kietėjančių parafinų mikrokristalų sluoksniu, neleidžia jiems padidėti ir iškristi.
0,001 ... 0,1% koncentracijos antioksidaciniai priedai padidina degalų atsparumą šiluminei oksidacijai.
Antikoroziniai priedai, kurių koncentracija 0,0008 ... 0,005 %, sumažina dyzelinio kuro korozinį agresyvumą.
0,005 ... 0,5% koncentracijos biocidiniai priedai, slopinantys kure esančių mikroorganizmų dauginimąsi.
Daugiafunkciniai priedai, susidedantys iš slopinančių, ploviklių ir antidūminių komponentų, kurie ne tik praplečia degalų savybes žemoje temperatūroje, bet ir mažina išmetamųjų dujų toksiškumą. Pavyzdžiui, į dyzelinį kurą įdėjus ADDP priedo 0,05...0,3 %, degalų stingimo temperatūra sumažėja 20...25 %, o filtravimo temperatūra sumažėja 10...12°C, dūmai - iki 20...55?C, o anglies susidarymas - 50 ... 60%.
Taigi, įvairių priedų ir priedų įvedimas į dyzelinį kurą žymiai pagerina jo eksploatacines savybes.
TEMPERATŪROS POVEIKIS VARIKLIO NUODOMS
Automobilių variklių nuosėdų tyrimas.
Vienas iš vidaus degimo variklių eksploatacinio patikimumo didinimo atsargų yra nuosėdų, lakų ir nuosėdų nuosėdų sumažinimas ant jų dalių paviršių, besiliečiančių su variklio alyva. Jų susidarymas pagrįstas aliejų senėjimo procesais (angliavandenilių, sudarančių naftos bazę, oksidacija). Lemiamą įtaką alyvos oksidacijos procesams varikliuose, nuosėdų susidarymui ir viso vidaus degimo variklio efektyvumui turi šiluma apkraunamų dalių terminis režimas.
Raktažodžiai: temperatūra, stūmoklis, cilindras, variklio alyva, nuosėdos, suodžiai, lakas, našumas, patikimumas.
Nuosėdos ant vidaus degimo variklio dalių paviršių skirstomos į tris pagrindinius tipus – nuosėdas, lakus ir nuosėdas (dumblas).
Nagar - kietos anglies medžiagos, nusėdusios variklio veikimo metu ant degimo kameros (CC) paviršių. Tuo pačiu metu anglies nuosėdos daugiausia priklauso nuo temperatūros sąlygų, net jei mišinio sudėtis yra tokia pati ir variklio dalių konstrukcija yra tokia pati. Nagar turi labai didelę įtaką oro ir kuro mišinio degimo procesui variklyje ir jo veikimo ilgaamžiškumui. Beveik visus nenormalaus degimo tipus (degimo degimas, uždegimas ir kt.) lydi vienoks ar kitoks suodžių poveikis degimo kamerą sudarančių dalių paviršiams.
Lakas yra plonų alyvos plėvelių pasikeitimo (oksidacijos) produktas, kuris, veikiant aukštai temperatūrai, pasklinda ir padengia variklio cilindrų-stūmoklių grupės (CPG) dalis. Didžiausią žalą vidaus degimo varikliams daro lako susidarymas stūmoklio žiedų srityje, sukeliantis jų koksavimo procesus (atsiranda praradus mobilumą). Lakai, nusėdę ant stūmoklio paviršių, besiliečiant su alyva, sutrikdo tinkamą šilumos perdavimą per stūmoklį, blogina šilumos pašalinimą iš jo.
Vidaus degimo variklyje susidarančių kritulių (dumblo) kiekiui lemiamos įtakos turi variklio alyvos kokybė, dalių temperatūros režimas, variklio konstrukcinės ypatybės ir eksploatavimo sąlygos. Tokio tipo nuosėdos labiausiai būdingos žiemos eksploatavimo sąlygoms, jos sustiprėja dažnai užvedus ir sustojus varikliui.
Vidaus degimo variklio šiluminė būsena turi lemiamos įtakos įvairių tipų nuosėdų susidarymo procesams, detalių medžiagų stiprumo charakteristikoms, variklių efektyvumo rodikliams ir paviršių susidėvėjimo procesams. dalys. Šiuo atžvilgiu būtina žinoti CPG dalių ribines temperatūras, bent jau būdinguose taškuose, kurių perteklius sukelia anksčiau nurodytas neigiamas pasekmes.
Patartina išanalizuoti ICE CPG dalių temperatūros būseną pagal temperatūros vertes būdinguose taškuose, kurių vieta parodyta Fig. 1 . Į temperatūras šiuose taškuose reikia atsižvelgti gaminant, bandant ir kuriant variklius, siekiant optimizuoti dalių konstrukciją, renkantis variklių alyvas, lyginant įvairių variklių šilumines būsenas ir sprendžiant daugybę kitų vidaus degimo variklių projektavimas ir eksploatavimas.
Ryžiai. 1 pav. Vidaus degimo variklio cilindro ir stūmoklio charakteristikos taškai analizuojant jų temperatūros būseną dyzeliniams (a) ir benzininiams (b) varikliams
Šios vertės turi kritinius lygius:
1. Maksimali temperatūros vertė 1 taške (dyzeliniuose varikliuose - CS krašte, benzininiuose - stūmoklio dugno centre) neturi viršyti 350C (trumpam, 380C) visiems aliuminio lydiniams komerciniais tikslais. naudojami automobilių variklių gamyboje, kitaip dyzelinių variklių CS kraštai ir dažnai benzininių variklių stūmoklių perdegimas. Be to, aukšta stūmoklio dugno šaudymo paviršiaus temperatūra sukelia didelio kietumo nuosėdų susidarymą ant šio paviršiaus. Variklių gamybos praktikoje šią kritinę temperatūros vertę galima padidinti į stūmoklio lydinį įdedant silicio, berilio, cirkonio, titano ir kitų elementų.
Kritinės temperatūros viršijimo prevencija šiuo metu, kaip ir vidaus degimo variklių dalių tūriuose, taip pat užtikrinama optimizuojant jų formas ir tinkamai organizuojant aušinimą. CPG variklio dalių temperatūros viršijimas priimtinomis vertėmis paprastai yra pagrindinis ribojantis veiksnys, verčiantis jas galios atžvilgiu. Temperatūros lygiams reikia išlaikyti tam tikrą ribą, atsižvelgiant į galimas ekstremalias darbo sąlygas.
2. Kritinės temperatūros reikšmė stūmoklio taške 2 - virš viršutinio suspaudimo žiedo (VKK) - 250 ... 260C (trumpalaikė, iki 290C). Viršijus šią vertę, visos masės variklinės alyvos koksuoja (atsiranda intensyvus lako susidarymas), o tai lemia stūmoklio žiedų „užsikimšimą“, tai yra, prarandamas jų mobilumas ir dėl to žymiai sumažėja suspaudimas, variklio alyvos sąnaudų padidėjimas ir kt.
3. Maksimali temperatūros riba stūmoklio taške 3 (taškas yra simetriškai išilgai stūmoklio galvutės skerspjūvio jo vidinėje pusėje) yra 220C. Esant aukštesnei temperatūrai, ant vidinio stūmoklio paviršiaus susidaro intensyvus lakas. Lako nuosėdos, savo ruožtu, yra galingas šiluminis barjeras, neleidžiantis šilumai pasišalinti per alyvą. Tai automatiškai padidina temperatūrą visame stūmoklio tūryje, taigi ir cilindro veidrodžio paviršiuje.
4. Didžiausia leistina temperatūros vertė 4 taške (esančiame ant cilindro paviršiaus, priešais VCC sustojimo tašką ties TDC) yra 200C. Jį viršijus variklio alyva suskystėja, todėl ant cilindro veidrodėlio susidaro alyvos plėvelė ir „sausa“ veidrodžio žiedų trintis prarandamas stabilumas. Dėl to sustiprėja CPG dalių molekulinis mechaninis susidėvėjimas. Kita vertus, žinoma, kad sumažėjusi cilindrų sienelių temperatūra (žemesnė nei išmetamųjų dujų rasos taškas) prisideda prie jų korozinio-mechaninio susidėvėjimo pagreitėjimo. Taip pat blogėja mišinio susidarymas, mažėja oro ir kuro mišinio degimo greitis, o tai mažina variklio efektyvumą ir ekonomiškumą, todėl padidėja išmetamųjų dujų toksiškumas. Taip pat reikia atkreipti dėmesį į tai, kad esant ženkliai žemesnei stūmoklio ir cilindro temperatūrai, į karterio alyvą prasiskverbę kondensuoti vandens garai sukelia intensyvų priemaišų koaguliaciją ir priedų hidrolizę, susidarant krituliams – „dumblui“. Šios nuosėdos, užterštos alyvos kanalai, alyvos karterio tinkleliai, alyvos filtrai labai sutrikdo normalų tepimo sistemos darbą.
Anglies nuosėdų, lakų ir nuosėdų susidarymo ant vidaus degimo variklių dalių paviršių procesų intensyvumui didelę įtaką daro variklinių alyvų senėjimas joms eksploatuojant. Alyvų senėjimą sudaro priemaišų (įskaitant vandenį) kaupimasis, jų fizinių ir cheminių savybių pokyčiai, angliavandenilių oksidacija.
Grynos užpildytos alyvos dalinės sudėties pasikeitimą varikliui veikiant daugiausia lemia priežastys, kurios keičia alyvos pagrindo sudėtį ir atskirų komponentų (parafino, aromatinių, nafteninių) priedų procentą.
Jie apima:
terminio alyvos skilimo procesai perkaitimo vietose (pavyzdžiui, vožtuvų įvorėse, viršutinių stūmoklio žiedų srityse, ant cilindro veidrodžio viršutinių stygų paviršių). Tokie procesai veda prie lengviausių aliejaus pagrindo frakcijų oksidacijos arba net jų dalinio išvirimo;
pridedant prie angliavandenilių neišgaravusio kuro pagrindo, kuris per stūmoklio sandariklio zoną patenka į karterio alyvos karterio zoną pradiniais užvedimų laikotarpiais (arba staigiai padidėjus degalų tiekimui į cilindrus, siekiant pagreitinti transporto priemonę);
vanduo, patenkantis į variklio alyvos indą arba alyvos karterį, kuris susidaro degant degalams cilindrų COP.
Jei karterio vėdinimo sistema veikia pakankamai efektyviai, o karterio sienelės įkaista iki 90-95°C, vanduo ant jų nesikondensuoja ir karterio vėdinimo sistema pašalinamas į atmosferą. Jei karterio sienelių temperatūra yra žymiai sumažinta, vanduo, patekęs į alyvą, dalyvaus jos oksidacijos procesuose. Kondensuoto vandens kiekis šiuo atveju gali būti gana didelis. Net jei darysime prielaidą, kad tik 2% dujų gali prasiskverbti per visus cilindro suspaudimo žiedus, tada per variklio, kurio darbinis tūris yra 2–2,5 litro, karterį bus pumpuojama 2 kg vandens kiekvienam 1000 km. . Tarkime, kad 95% vandens pašalina karterio ventiliacijos sistema, tada nuvažiavus 5000 km, ant 4,0 litrų variklio alyvos nukris apie 0,5 litro H2O. Šis vanduo, kai variklis veikia, variklio alyvoje esančio antioksidanto priedo dėka paverčiamas priemaišomis – koksu ir pelenais.
Dėl anksčiau nurodytų priežasčių būtina išlaikyti pakankamai aukštą karterio sienelių temperatūrą variklio veikimo metu, o esant reikalui naudoti sauso karterio tepimo sistemas su atskiru alyvos baku.
Reikėtų pažymėti, kad priemonės, lėtinančios alyvos bazės sudėties keitimo procesus, žymiai sulėtina anglies nuosėdų, lako ir nuosėdų susidarymą, taip pat sumažina pagrindinių automobilių variklių dalių susidėvėjimo intensyvumą.
Frakcinė ir cheminė alyvų sudėtis gali skirtis gana plačiame diapazone.
ribos, veikiamos įvairių veiksnių:
žaliavos pobūdis, priklausomai nuo lauko, naftos gręžinio savybės;
variklinių alyvų gamybos technologijos ypatybės;
alyvų transportavimo ypatybės ir laikymo trukmė.
Preliminariai naftos produktų savybėms įvertinti naudojami įvairūs laboratoriniai metodai: distiliacijos kreivės, pliūpsnio taškų, drumstumo ir kietėjimo nustatymas, oksiduojamumo įvertinimas skirtingo agresyvumo terpėse ir kt.
Automobilių variklių alyvos senėjimas grindžiamas angliavandenilių oksidacijos, skilimo ir polimerizacijos procesais, kuriuos lydi alyvos užteršimo įvairiomis priemaišomis (suodžiais, dulkėmis, metalo dalelėmis, vandeniu, degalais ir kt.) procesais. Senėjimo procesai labai pakeičia fizines ir chemines aliejaus savybes, jame atsiranda įvairių oksidacijos ir dilimo produktų, pablogėja jo veikimas. Varikliuose yra šios alyvos oksidacijos rūšys: storu sluoksniu - alyvos inde arba alyvos bake; plonu sluoksniu - ant įkaitusių metalinių dalių paviršių; rūko (lašėjimo) būsenoje - karteryje, vožtuvų dėžėje ir kt. Šiuo atveju alyvos oksidacija storu sluoksniu suteikia nuosėdų dumblo pavidalu, o plonu sluoksniu - lako pavidalu.
Angliavandenilių oksidacijai taikoma A.N. peroksidų teorija. Bachas ir K.O. Engleris, papildytas P.N. Černožukovas ir S.E. Kranas. Angliavandenilių oksidacija, ypač ICE variklinėse alyvose, gali vykti dviem pagrindinėmis kryptimis, kaip parodyta Fig. 2, kurių oksidacijos rezultatai yra skirtingi. Šiuo atveju oksidacijos pirma kryptimi rezultatas yra rūgštiniai produktai (rūgštys, hidroksi rūgštys, estolidai ir asfaltogeninės rūgštys), kurie žemoje temperatūroje sudaro nuosėdas; Antrosios krypties oksidacijos rezultatas yra neutralūs produktai (karbenai, karboidai, asfaltenai ir dervos), iš kurių aukštesnėje temperatūroje įvairiomis proporcijomis susidaro lakai arba nuosėdos.
Ryžiai. 2. Naftos produktuose esančių angliavandenilių oksidacijos būdai (pavyzdžiui, vidaus degimo variklių variklinėje alyvoje)
Alyvos senėjimo procesuose labai reikšmingas yra vandens, kuris patenka į alyvą kondensuojantis jos garams iš karterio dujų ar kitais būdais, vaidmuo. Dėl to susidaro emulsijos, kurios vėliau sustiprina oksidacinę alyvos molekulių polimerizaciją. Hidroksi rūgščių ir kitų alyvos oksidacijos produktų sąveika su alyvos vandenyje emulsijomis padidina nuosėdų (dumblo) susidarymą variklyje.
Savo ruožtu susidariusios dumblo dalelės, jei jos nėra neutralizuojamos priedu, tarnauja kaip katalizės centrai ir pagreitina dar neoksiduotos alyvos skilimą. Jei tuo pačiu metu variklio alyva nepakeičiama laiku, oksidacijos procesas vyks kaip grandininė reakcija didėjant greičiui su visomis iš to išplaukiančiomis pasekmėmis.
Lemiamą įtaką nuosėdų, lakų ir nuosėdų susidarymui ant vidaus degimo variklio dalių paviršių, besiliečiančių su variklio alyva, turi jų šiluminė būsena. Savo ruožtu variklių konstrukcijos ypatybės, jų veikimo sąlygos, darbo režimai ir kt. nustatyti variklių šiluminę būseną ir taip paveikti nuosėdų susidarymą.
Ne mažiau svarbią įtaką nuosėdų susidarymui vidaus degimo variklyje turi ir naudojamos variklio alyvos savybės. Kiekvienam konkrečiam varikliui svarbu, kad gamintojo rekomenduojama alyva atitiktų su juo besiliečiančių dalių paviršių temperatūrą.
Šiame darbe buvo išanalizuotas ryšys tarp variklių ZMZ-402.10 ir ZMZ-5234.10 stūmoklių paviršių temperatūrų ir anglies nuosėdų bei lakų susidarymo ant jų procesų, įvertintas nuosėdų susidarymas ant karterio paviršių. ir variklių vožtuvų gaubtas, kai naudojama gamintojo rekomenduojama variklio alyva M 63/12G1.
Norint ištirti varikliuose esančių nuosėdų kiekybinių charakteristikų priklausomybę nuo jų šiluminės būklės ir eksploatavimo sąlygų, gali būti naudojami įvairūs metodai, pavyzdžiui, L-4 (Anglija), 344-T (JAV), PZV (SSRS) ir kt. . Visų pirma, pagal 344-T metodą, kuris yra JAV norminis dokumentas, „švaraus“ nesusidėvėjusio variklio būklė vertinama 0 balų; itin susidėvėjusio ir užteršto variklio būklė - 10 balų. Panašus lako susidarymo ant stūmoklinių paviršių įvertinimo metodas yra buitinis ELV metodas (autoriai – K.K. Papok, A.P. Zarubin, A.V. Vipper), kurio spalvų skalė turi balus nuo 0 (be lako nuosėdų) iki 6 (maksimaliai nusėda lakas). Norint perskaičiuoti ELV skalės taškus į 344-T metodo taškus, pirmojo rodmenis reikia padidinti pusantro karto. Nurodytas metodas yra panašus į vietinį neigiamo visos Rusijos naftos ir dujų tyrimų instituto telkinių įvertinimo metodą (10 balų skalė).
Eksperimentiniams tyrimams buvo panaudota 10 ZMZ-402.10 ir ZMZ-5234.10 variklių. Eksperimentai tirti nuosėdų susidarymo procesus buvo atlikti kartu su lengvųjų ir sunkvežimių UKER GAZ bandymų laboratorijomis ant variklių stovų. Atliekant bandymus, be kita ko, buvo stebimi oro ir degalų srautai, išmetamųjų dujų slėgis ir temperatūra, alyvos ir aušinimo skysčio temperatūra. Tuo pačiu metu stovuose buvo palaikomi šie režimai: alkūninio veleno greitis, atitinkantis didžiausią galią (100% apkrovos), ir pakaitomis 3,5 valandos - 70% apkrovos, 50% apkrovos, 40% apkrovos, 25% apkrovos ir be apkrovos (su uždarytais droselio vožtuvais), t.y. buvo atlikti variklių apkrovos charakteristikų eksperimentai. Tuo pačiu metu aušinimo skysčio temperatūra buvo palaikoma 90...92C ribose, alyvos temperatūra pagrindinėje alyvos linijoje buvo 90...95C. Po to varikliai buvo išmontuoti ir atlikti reikiami matavimai.
Buvo atlikti preliminarūs variklinių alyvų fizikinių ir cheminių parametrų keitimo tyrimai UKER GAZ bandymų aikštelėje bandant ZMZ-402.10 variklius kaip GAZ-3110 transporto priemonių dalį. Kartu tenkinamos šios sąlygos: vidutinis techninis greitis 30...32 km/h, aplinkos temperatūra 18...26C, rida iki 5000 km. Bandymų metu nustatyta, kad didėjant transporto priemonės ridai (variklio veikimo laikui), variklinėse alyvose padidėjo mechaninių priemaišų ir vandens kiekis, padidėjo jos kokso kiekis ir pelenų kiekis bei atsirado kitų pokyčių, kurie pateikiami. lentelėje. 1
Anglies susidarymas ant ZMZ-5234.10 variklių stūmoklinių dugnų paviršių buvo apibūdintas pagal duomenis, pateiktus pav. 3 (varikliui ZMZ-402.10 rezultatai panašūs). Iš paveikslo analizės matyti, kad padidėjus stūmoklių dugnų temperatūrai nuo 100 iki 300С, anglies nuosėdų storis (egzistavimo zona) sumažėjo nuo 0,45 ... 0,50 iki 0,10 ... variklių. Dėl suodžių sukepinimo aukštoje temperatūroje suodžių kietumas padidėjo nuo 0,5 iki 4,0...4,5 balo.
Ryžiai. 3. Anglies susidarymo nuo ZMZ-5234.10 variklių stūmoklinių dugnų paviršių priklausomybės nuo jų temperatūrų:
a - suodžių storis; b - suodžių kietumas;
simboliai rodo vidutines eksperimentines vertes
Taip pat buvo atliktas lako nuosėdų ant stūmoklių šoninių paviršių ir jų vidinių (nedarbinių) paviršių įvertinimas dešimties balų skalėje, pagal 344-T metodą, taikomą visose pirmaujančiose šalies mokslo institucijose.
Duomenys apie lako susidarymą ant variklio stūmoklių paviršių pateikti fig. 4 (tiriamų markių variklių rezultatai vienodi). Bandymo režimai nurodyti anksčiau ir atitinka anglies susidarymo ant dalių tyrimų režimus.
Iš paveikslo analizės matyti, kad lako susidarymas ant variklio stūmoklių paviršių vienareikšmiškai didėja didėjant jų paviršių temperatūrai. Lako susidarymo intensyvumui įtakos turi ne tik dalių paviršių temperatūros padidėjimas, bet ir jo veikimo trukmė, t.y. variklių veikimo trukmė. Tačiau šiuo atveju lako susidarymo procesai ant darbinių (trinančių) stūmoklių paviršių žymiai sulėtėja, lyginant su vidiniais (nedarbiniais) paviršiais, nes dėl trinties nusitrina lako sluoksnis.
Ryžiai. 4. Lako nuosėdų ant ZMZ-5234.10 variklių stūmoklių paviršių priklausomybės nuo jų temperatūrų:
a - vidiniai paviršiai; b - šoniniai paviršiai; simboliai rodo vidutines eksperimentines vertes
Nagaro ir lako susidarymas ant detalių paviršių žymiai suintensyvėja, kai naudojamos „B“ ir „C“ grupių alyvos – tai patvirtina nemažai autorių atliktų tyrimų su panašiais ir kitų tipų automobilių varikliais.
Sistemingai padidėjus lako nuosėdoms ant vidinių (nedarbinių) stūmoklių paviršių, sumažėja šilumos pašalinimas į karterio alyvą ir pailgėja variklio veikimo laikas. Tai sukelia, pavyzdžiui, laipsnišką variklių šiluminės būklės padidėjimą, kai darbo laikas artėja prie alyvos keitimo kitame automobilio TO-2.
Nuosėdos (dumblas) iš variklinių alyvų daugiausia susidaro ant karterio ir vožtuvo dangčio paviršių. Sedimentacijos ZMZ-5234.10 varikliuose tyrimų rezultatai parodyti fig. 5 (varikliui ZMZ-402.10 rezultatai panašūs). Nuosėdų susidarymas ant anksčiau minėtų dalių paviršių buvo vertinamas priklausomai nuo jų temperatūrų, kurių matavimui buvo sumontuotos termoporos (suvirintos kondensatoriniu suvirinimu): ant karterio paviršių, po 5 vnt kiekvienam varikliui, ant vožtuvo paviršių. viršeliai, 3 vnt.
Kaip matyti iš Fig. 5, didėjant variklio dalių paviršių temperatūroms, nuosėdos ant jų mažėja dėl sumažėjusio vandens kiekio karterio alyvoje, o tai neprieštarauja ankstesnių kitų tyrėjų eksperimentų rezultatams. Visuose varikliuose nuosėdos ant karterio dalių paviršių buvo didesnės nei ant vožtuvų dangčių paviršių.
„B“ ir „C“ privertimo grupių variklinėse alyvose nuosėdos ant ICE dalių, besiliečiančių su variklio alyva, vyksta intensyviau nei „G“ priverčiamųjų grupių alyvose, tai patvirtina daugybė tyrimų.
Šiame darbe nuosėdos ant cilindrų veidrodėlių, kai varikliai veikia su moderniausiomis alyvomis, nebuvo tirti, tačiau galime drąsiai manyti, kad tiriamiems varikliams jų bus ne daugiau nei naudojant prastesnės kokybės alyvas.
Rezultatai, gauti dėl temperatūros pokyčių pagrindinėse variklių ZMZ-402.10 ir ZMZ-5234.10 dalyse (stūmokliai, cilindrai, vožtuvų dangteliai ir alyvos karteriai) ir nuosėdų kiekio, leido nustatyti variklio formavimosi procesų modelius. nuosėdos, lakai ir nuosėdos ant šių dalių paviršių. Norėdami tai padaryti, rezultatai buvo aproksimuoti funkcinėmis priklausomybėmis mažiausių kvadratų metodu ir pateikti Fig. 3-5. Į gautus nuosėdų susidarymo ant automobilių karbiuratorių variklių dalių paviršių procesų dėsningumus turėtų atsižvelgti ir jais naudotis dizaineriai bei inžinerijos ir technikos darbuotojai, susiję su vidaus degimo variklių derinimu ir eksploatavimu.
Automobilio variklis didžiausiu efektyvumu dirba tik tam tikromis sąlygomis. Optimalus šiluma apkraunamų dalių temperatūros režimas yra viena iš tokių sąlygų ir užtikrina aukštas variklio technines charakteristikas, tuo pačiu sumažinant susidėvėjimą ir nuosėdas, taigi ir padidinant jo patikimumą.
Optimali vidaus degimo variklio šiluminė būsena pasižymi optimaliomis jų šilumą apkraunamų dalių paviršių temperatūromis. Analizuojant nuosėdų susidarymo ant tiriamų ZMZ karbiuratorių variklių dalių procesų tyrimus ir panašius benzininių variklių tyrimus, galima pakankamai tiksliai nustatyti optimalių ir pavojingų temperatūrų intervalus dalių paviršiams. šios klasės variklių. Gauta informacija pateikta lentelėje. 2.
Esant variklio dalių temperatūrai pavojingoje žemos temperatūros zonoje, padidėja suodžių storis ant degimo kamerą sudarančių dalių paviršių, o tai sukelia detonacinį oro ir kuro mišinių degimą, taip pat esant žemai degimo kamerą sudarančių dalių paviršių temperatūrai. variklių dalių, ant jų padidėja variklinių alyvų kritulių kiekis. Visa tai sutrikdo normalų variklių darbą. Savo ruožtu nuosėdos lemia šilumos srautų, einančių per stūmoklius, perskirstymą ir stūmoklių temperatūros padidėjimą kritiniuose taškuose - stūmoklio dugno ugnies paviršiaus centre ir VKK griovelyje. Variklio stūmoklio ZMZ-5234.10 temperatūros laukas, atsižvelgiant į nuosėdų ir lako nuosėdas ant jo paviršių, parodytas fig. 7.
Šilumos laidumo baigtinių elementų metodu problema buvo išspręsta naudojant pirmos klasės GU, gautą termometruojant stūmoklį vardinės galios režimu atliekant variklio bandymus stende. Su tuo pačiu stūmokliu buvo atlikti termoelektriniai eksperimentai, kuriems atlikti preliminarūs temperatūros būklės tyrimai, neatsižvelgiant į nuosėdas. Eksperimentai buvo atlikti identiškomis sąlygomis. Anksčiau variklis ant stovo dirbo daugiau nei 80 valandų, po to prasideda nuosėdų ir lakų stabilizavimas. Dėl to temperatūra stūmoklio dugno centre pakilo 24°C, VPC griovelio zonoje - 26°C lyginant su stūmoklio modeliu be nuosėdų. Stūmoklio paviršiaus temperatūros vertė virš VCC 238°C yra įtraukta į pavojingos aukštos temperatūros zoną (2 lentelė). Arti pavojingos aukštos temperatūros zonos ir temperatūros vertės stūmoklio galvutės centre.
Variklių projektavimo ir tobulinimo etape labai retai atsižvelgiama į anglies nuosėdų poveikį stūmoklių šilumą priimantiems paviršiams ir lakams ant jų paviršių, kurie liečiasi su variklio alyva. Ši aplinkybė kartu su variklių, kaip transporto priemonės dalies, veikimu esant padidintoms šiluminėms apkrovoms, padidina gedimų tikimybę – stūmoklio perdegimą, stūmoklio žiedo koksavimą ir kt.
N.A. Kuzminas, V.V. Zelentsovas, I.O. Donato
Nižnij Novgorodo valstybinis technikos universitetas. R.E. Aleksejeva, greitkelio Maskva-Nižnij Novgorod administracija
