Основные неисправности двигателей внутреннего сгорания. Зоны прослушивания.

Общее загрязнение автомобиля, его узлов и деталей включает в себя наружные отложения, остатки смазочных материалов, углеродистые отложения, продукты коррозии, накипь и остатки старых лакокрасочных покрытий.

Эти загрязнения различны по своей природе, а поэтому различны и возможности удаления их с поверхностей. Они обладают высокой адгезией (прилипаемостью) и прочно удерживаются на поверхности деталей.

Наружные отложения можно подразделить на пылегрязевые и маслянисто-грязевые.

В атмосферном воздухе всегда содержится определенное количество пыли. Вблизи движущихся транспортных средств концентрация пыли возрастает до 0,05—0,50 г/м3 при дисперсности 5—30 мкм. При увеличении концентрации пылевых частиц возрастает их коагуляция и оседание на металлические поверхности. Во влажном воздухе коагуляция частиц ускоряется, так как адсорбированная пленка влаги увеличивает силы сцепления между частицами. Прочность удержания частиц на поверхности зависит от чистоты поверхности, их размера и влажности воздуха. Так, пылинки диаметром 1—2 мкм, осевшие на поверхность, имеют настолько прочную адгезию, что их невозможно сдуть струей сжатого воздуха, истекающего со скоростью 200 м/с. После высыхания поверхности автомобиля, вымытой водяной струей высокого давления, на ней остается осадок из малейших пылинок. Удалить их возможно лишь после механического протирания поверхности (щеткой, ветошью).

Маслянисто-грязевые отложения возникают при попадании дорожной грязи и пыли на поверхности деталей, загрязненных маслом. Возможно обратное явление — попадание масла на поверхности, загрязненные дорожной грязью. При этом грязь пропитывается маслом. В среднем величина адгезии наружных отложений к поверхности составляет 0,05—0,20 кгс/см2.

Остатки смазочных материалов являются наиболее распространенным загрязнением двигателей. При эксплуатации автомобилей смазочные материалы претерпевают значительные изменения, вызываемые процессами «старения» — окисления и полимеризации. Удаление остатков масел с поверхности деталей, длительное время проработавших в масляной среде, связано с определенными трудностями.

Углеродистые отложения, возникающие на деталях двигателей, подразделяют на нагары, лакоподобные отложения и осадки. Нагары-твердые углеродистые вещества, откладывающиеся на деталях двигателей (стенки камеры сгорания, клапаны, свечи, днище поршня и др.). Лакоподобные отложения-пленки, образующиеся в зоне поршневых колец, а также на юбке и внутренних стенках поршней. Осадки — мазеподобные сгустки, откладывающиеся на стенках картеров, щеках коленчатых валов, распределительных шестернях, масляных насосах, фильтрах и в маслопроводах.

Химический состав углеродистых отложений изучается методом группового анализа, заключающегося в выделении группы веществ, характеризующихся растворимостью в избранных растворителях. При анализе выделяются следующие группы веществ: масла и нейтральные смолы, оксикислоты, асфальтены, карбены и карбоиды, а также несгораемый остаток — зола.

Нейтральные смолы — вещества, входящие в состав смолистой части нефтей и продуктов их разложения. Нейтральные смолы представляют собой соединения, обладающие жидкой или полужидкой консистенцией, полностью растворимые в петролейном эфире и нефтяных фракциях.

Оксикислоты — органические кислоты, содержащие гидроксильную и карбоксильную группы. Оксикислоты способны диссоциировать, образовывать соли (реакции омыления), окисляться.

Асфальтены — продукты уплотнения нейтральных смол, представляют собой темно-коричневые или черные вещества, твердые, хрупкие, неплавкие и разлагающиеся при температуре более 300°С с образованием кокса и газов. Асфальтенынерастворимы в петролейном эфире, однако легко растворимы в бензоле, хлороформе и сероуглероде; омылению не подвергаются, но являются эмульгаторами, способствуя образованию обратных эмульсий.

Карбены и карбоиды— это нерастворимые в бензоле продукты уплотнения и полимеризации углеводородов, возникающие при термическом разложении масел и топлив. Карбенырастворимы в сероуглероде, пиридине; карбоиды нерастворимы ни в каких растворителях.

Основной причиной образования углеродистых отложений в двигателях следует считать термоокисление углеводородов. С увеличением глубины окисления масел и топлив происходит количественный рост оксикислот, асфальтенов, карбенов и карбоидов в продуктах их окисления.

Образование нагара в основном сводится к следующему. В зоне высоких температур топливо и масла сгорают, образуя твердые нелипкие углистые частицы. В зоне более низких температур масло подвергается менее глубоким изменениям — окислению и уплотнению с образованием липких высокомолекулярных соединений. Эти соединения отлагаются на деталях в виде тонкой лакообразной пленки, которая обладает способностью удерживать на своей поверхности углеродистые частицы сгоревшего топлива и масла. В результате постепенного спекания этих частиц образуется слой углеродистого отложения — нагар.

В зависимости от конструкции двигателей, условий их эксплуатации, качества применяемого топлива и масла нагар может иметь различный химический состав. Основу нагара в автотракторных двигателях составляют карбены и карбоиды — 30—70%, масла и смолы — 8— 30%, остальное — оксикислоты, асфальтены и зола. Таким образом, нагары содержат большое количество нерастворимых или плохо растворимых компонентов, что затрудняет их удаление.

В образовании лакоподобной пленки большую роль играет тонкослойное окисление масла. Другим важным физико-химическим процессом в образовании лаковых пленок является коагуляция высокодисперсных углеродистых частиц, содержащихся в масле. Так, масло, содержащее углеродистые частицы (1 мкм), попадая на нагретые металлические поверхности, практически мгновенно выделяет эти частицы, и при высокой температуре происходит быстрое их коагулирование. Образовавшиеся при этом коагулянты, осаждаясь на поверхности деталей, служат основным исходным материалом для образования лаковых пленок. Применительно к автотракторным двигателям лакообразные пленки не играют большой роли как загрязнения, так как они откладываются лишь на малой группе деталей (юбка поршня, часть шатуна). Кроме того, их прочность низка и они удаляются аналогично осадкам из картера двигателя.

Осадки состоят из продуктов сгорания и физико-химического изменения топлива и масла, механических примесей, засасываемых вместе с воздухом, продуктов износа деталей и воды. В осадки переходят те вещества, которые не растворяются в масле и обладают большей по сравнению с ними плотностью. На 40—80% осадки состоят из масел и смол; карбены, карбоиды и зола составляют 10—30%.

Осадками загрязнено 50—70% поверхности деталей двигателей. Это наиболее распространенные загрязнения двигателей. Образование осадков происходит в двух зонах: высокотемпературной (на деталях цилиндро-поршневой группы) и низкотемпературной (в картере). Наибольшее влияние на старение масла в системе смазки дизельного двигателя оказывают условия работы масла на участке гильзы цилиндра. Здесь масло, находясь в тонкой пленке 3—25 мкм, подвергается воздействию продуктов сгорания, нагретых до 1200—1500 °С. При этом, поверхность масляной пленки на гильзе цилиндра обновляется с каждым ходом поршня, что обеспечивает поверхность контакта пленки с рабочими газами, составляющую для некоторых двигателей тысячи квадратных метров в час. Мгновенные физико-химические процессы, протекающие в масляной пленке, оказывают решающее влияние на общий ход процессов старения масла во всей системе двигателя.

Наиболее интенсивное изменение состава масла происходит в первый период его работы в двигателе. Содержание продуктов окисления в масле дизельного двигателя возрастает в первые 150—200 ч работы. В дальнейшем образовавшиеся продукты окисления, в большей части нерастворимые в масле, образуют прочные асфальто-смолистые отложения (АСО) на фильтрах, стенках картеров и других деталях.

Продукты коррозии образуются в результате химического или электрохимического разрешения металлов и сплавов. На поверхности стальных и чугунных деталей образуется пленка красновато-бурого цвета— гидрат окиси железа (ржавчина). Гидрат окиси железа растворяется в кислотах и лишь незначительно в щелочах и воде. Алюминиевые детали также подвержены коррозии, продукты которой имеют вид серовато-белого налета и представляют собой окислы или гидраты окислов алюминия.

Накипь образуется в системах водяного охлаждения двигателей при их эксплуатации. Откладываясь на стенках рубашки охлаждения двигателя и радиатора, накипь затрудняет теплообменные процессы и нарушает нормальную работу двигателя. Образование накипи обусловлено содержанием в воде в растворенном состоянии солей кальция и магния, т. е. жесткостью воды. Различают жесткость временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Временная жесткость вызвана растворением в воде бикарбонатов кальция Са<(НС03) и магния Mg(HG03)2, сульфата кальция CaS04, силиката магния MgSi03 и др.

При нагревании воды до 70—80 °С или кипячении из нее выпадают соли — продукты термического разложения бикарбонатов — СаС03 и MgC03, а также силикаты и сульфаты магния и кальция, которые, отлагаясь на стенках, образуют накипь. Постоянная жесткость обусловлена солями, сохраняющими растворимость в воде при повышенных температурах. Различают накипи: карбонатную (СаС03 и MgC03), сульфатную (CaS04), силикатную (MgSi03 и CaSi03) и смешанную, содержащую все вышеназванные соли.

Кроме накипи, в системах охлаждения двигателей образуются илистые отложения вследствие попадания в систему механических примесей (песок, глина), органических веществ (микроорганизмы, растения) и образования продуктов коррозии.