Отложения в двигателе. Изменение свойств масла в работающем двигателе.

Основные изменения свойств в работающем двигателе происходят по следующим причинам:

• высокотемпературные и окислительное воздействие;

• механохимические преобразования компонентов масла;

постоянное накопление:

• продуктов преобразования масла и его компонентов;

• продуктов сгорания топлива;

• воды;

• продуктов износа

• загрязнений, попадающих в виде пыли, песка и грязи.

Окисление.

В работающем двигателе горячее масло постоянно циркулирует и контактирует с воздухом, продуктами полного и неполного сгорания топлива. Кислород воздуха ускоряет окисление масла. Этот процесс происходит быстрее в маслах склонных к пенообразованию. Металлические поверхности деталей выступают в роли катализаторов процесса окисления масла. Масло нагревается, соприкасаясь с нагретыми деталями (в первую очередь, с цилиндрами, поршнями и клапанами), что значительно ускоряет процесс окисления масла. Результатом могут стать твёрдые продукты окисления (отложения).

На характер изменения масла в работающем двигателе оказывают влияние не только химические превращения молекул масла, но и продукты полного и неполного сгорания топлива, как в самом цилиндре, так и прорвавшиеся в картер.

Влияние температуры на окисление моторного масла.

Выделяются два вида температурного режима двигателя:

• работа полностью прогретого двигателя (магистральный режим).

• работа не прогретого двигателя (частые остановки автомобиля).

 

В первом случае наблюдается высокотемпературный режим изменения свойств масла в двигателе, во втором — низкотемпературный. Существует множество промежуточных условий работы. При определении уровня качества масла, моторные испытания проводятся как в высокотемпературном, так и в низкотемпературном режимах.

Продукты окисления и изменение характеристик моторного масла.

Кислоты (aсides). Наиболее существенными продуктами окисления масла являются кислоты. Они вызывают коррозию металлов, а на нейтрализацию образующихся кислот расходуются щелочные присадки, вследствие чего ухудшаются диспергирующие и моющие свойства и сокращается ресурс работы масла. Возрастание общего кислотною числа, TAN (totalacidnumber) является основным показателем образования кислот.

Углеродистые отложения в двигателе (carbondeposits). На горячих поверхностях деталей двигателя образуются разнообразные углеродистые отложения, состав и строение которых зависят от температуры поверхностей металла и масла. Различают три вида отложений:

• нагар,

• лак,

• шлам.

Необходимо подчеркнуть, что образование и накопление отложений на поверхности деталей двигателя является результатом не только недостаточной окислительной и термической стабильности масла, но и недостаточной его моющей способности. Поэтому износ двигателя и снижение ресурса масла является комплексным показателем качества масла.

Нагар (varnish, carbondeposits) это продукты термической деструкции и полимеризации (crackingandpolymerisation) масла и остатков топлива. Он образуется на сильно нагретых поверхностях (450° — 950°С). Нагар имеет характерный черный цвет, хотя иногда может быть белого, коричневого или другого цвета. Толщина слоя отложении периодически изменяется — когда отложений много, ухудшается отвод тепла, повышается температура верхнего слоя отложений и они сгорают. Меньшее количество отложений образуется в разогретом двигателе, работающем по нагрузкой. По структуре, отложения бывают монолитными,плотными или рыхлыми.

Нагар оказывает отрицательное влияние на работу и состояние двигателя. Отложения в канавках поршня, вокруг колец, препятствуют их движению и прижиманию к стенкам цилиндра (заклинивание, залипание, прихватывание колец (ringsticking)). В результате заклинивания и затруднения движения колец, они не прижимаются к стенкам и не обеспечивают компрессию в цилиндрах, мощность двигателя падает, возрастает прорыв газов в картер и расход масла. Прижимание колец отложениями к стенкам цилиндра приводит к чрезмерному износу цилиндров (excessivewear).

Полирование стенок цилиндров (borepolishing) — отложения на верхней части поршней (pistontopland) полируют внутренние стенки цилиндров. Полировка препятствует удержанию и сохраняемости масляной пленки на стенках и значительно ускоряет скорость износа.

Лак (lacquer). Тонкий слой твердого или клейкого углеродистого вещества от коричневого до черного цвета, который образуется на умеренно нагретых поверхностях вследствие полимеризации тонкого слоя масла в присутствии кислорода. Лаком покрываются юбка и внутренняя поверхность поршня, шатуны и поршневые пальцы, стержни клапанов и нижние части цилиндров. Лак значительно ухудшает отвод тепла (особенно поршня), снижает прочность и сохраняемость масляной пленки на стенках цилиндров.

Отложения в камере сгорания (combustionchamberdeposits) образуются из частиц углерода (кокса), в результате неполного сгорания топлива и солей металлов входящих в состав присадок в результате термического разложения остатков масла попадающих в камеру. Эти отложения накаляются и вызывают преждевременное возгорание рабочей смеси (до появления искры). Такое зажигание называется преждевременным или калильным зажиганием (preignition). Это создает дополнительные напряжения в двигателе (детонация), что приводит к ускоренному износу подшипников и коленчатого вала. Кроме того, перегреваются отдельные части двигателя, снижается мощность, повышается расход топлива.

Засорение свечей зажигания (sparkplugfouling). Отложения, скопившиеся вокруг электрода свечи, замыкают искровой промежуток, искра становится слабой, зажигание — нерегулярным. В результате этого снижается мощность двигателя и повышается расход топлива.

Смолы, шлам, смолистые отложения (осадки) (resins, sludge, sludgydeposits) в двигателе шлам образуется в результате:

• окисления и других превращений масла и его компонентов;

• накопления в масле топлива или продуктов разложения и неполного сгорания;

• воды.

Смолистые вещества образуются в масле в результате его окислительных превращений (сшивания окисленных молекул) и полимеризации продуктов окисления и неполного сгорания топлива. Образование смол усиливается при работе недостаточно прогретого двигателя. Продукты неполного сгорания топлива прорываются в картер двигателя при продолжительной работе на холостом ходу или в режиме стоп-старт. При высокой температуре и интенсивной работе двигателя, топливо сгорает полнее. Для уменьшения смолообразования и моторные масла вводятся диспергирующие присадки, которые предотвращают коагуляцию и осаждение смол. Смолы, углеродистые частицы, водяной пар, тяжелые фракции топлива, кислоты и другие соединения конденсируются, коагулируют в более крупные частицы и образуют в масле шлам, т.н. черный шлам (blacksludge).

Шлам (sludge) — это суспензия и эмульсия в масле из нерастворимых твердых и смолистых веществ от коричневого до черного цвета. Состав картерного шлама:

• масло 50-70%

• вода 5-15%

• продукты окисления масла и неполного сгорания горючего, твердые частицы — остальное.

В зависимости от температуры двигателя и масла, процессы шламообразования несколько различаются. Различают низкотемпературный и высокотемпературный

Низкотемпературныйшлам (low temperature sludge). Образуется при взаимодействии в картере прорывных газов, содержащих остатки топлива и воды, с маслом. В не прогретом двигателе вода и топливо испаряются медленнее что способствует образованию эмульсии, которая впоследствии превращается в шлам.Образование шлама в картере (sludgeinthesump)является причиной:

• возрастания вязкости (загустения) масла (viscosityincrease);

• закупоривания каналов системы смазки (blockingofoilways);

• нарушение подачи масла (oilstarvation).

Образование шлама в коробке распределительного механизма (rockerbox) является причиной недостаточной вентиляции этой коробки (foulairventing). Образовавшийся шлам является мягким, рыхлым, однако при нагреве (при продолжительной поездке)становится твердым и хрупким.

Высокотемпературный шлам (hightemperaturesludge). Образуется в результате соединения междусобой окисленных молекул масла под влиянием высокой температуры. Увеличение молекулярной массы масла приводит к повышению вязкости.

В дизельном двигателе образование шлама и увеличение вязкости масла вызывается накоплением сажи. Образованию сажи способствуют перегрузки двигателя и увеличение жирности рабочей смеси.

Расход присадок. Расход, срабатывание присадок является определяющим процессом снижения ресурса масла. Наиболее важные присадки моторного масла — моющие, диспергирующие и нейтрализующие, расходуются на нейтрализацию кислотных соединений, задерживаются в фильтрах (вместе с продуктами окисления) и разлагаются при высоких температурах. О расходе присадок косвенно можно судить по уменьшению общего щёлочного числа TBN. Кислотность масла повышается вследствие образования кислотных продуктов окисления самого масла и серосодержащих продуктов сгорания топлива. Они реагируют с присадками,щелочность масла постепенно уменьшается что приводит к ухудшению моющих и диспергирующих свойств масла.

Влияние увеличения мощности и форсирования двигателя. Противоокислительные и моющие свойства масла особенно важны при форсировании двигателей. Бензиновые двигатели форсируются путем увеличения степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала, а дизельные — увеличением эффективного давления (в основном при при помощи турбонаддува) и частоты вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала на 100 оборотов в минуту или при повышении эффективного давления на 0,03 Мпа, температура поршня увеличивается на 3°С. При форсировании двигателей обычно уменьшают их массу, что приводит к увеличению механических и тепловых нагрузок на детали.

ПРОМЫВКА ДВС.

В процессе эксплуатации автомобиля, даже при использовании высококачественных моторных масел, на внутренних поверхностях двигателя и каналах системы смазки неизбежно образуются вредные углеродистые отложения. При замене масла некоторое количество старого отработавшего моторного масла также неизбежно остается во внутренних полостях двигателя. Поэтому, если свежее моторное масло заливать непосредственно после слива отработанного без предварительной промывки двигателя, моющие присадки вновь залитого масла сразу начнут активно растворять все эти отложения и загрязнения, оставшиеся в двигателе, что в свою очередь может привести к целому ряду крайне негативных последствий: в частности, к частичному забиванию масляного фильтра и, соответственно, снижению эффективности его работы, а также к преждевременнойcработке пакета присадок и утрате моющих свойств свежего моторного масла. Все это самым пагубным образом сказывается на ресурсе двигателя и его мощностных характеристиках. На сегодняшний день необходимость промывки системы смазки при смене моторного масла вполне очевидна, ни у кого не вызывает сомнений и не нуждается в каких-либо дополнительных обоснованиях. В камере сгорания бензинового двигателя, куда поступает топливо-воздушная смесь, происходит ее воспламенение, полное или частичного сгорание, в результате чего образуется нагар. Помимо этого, продукты неполного сгорания топлива являются причиной образования лакового налета на внутренних поверхностях двигателя. Далее большинство продуктов сгорания уходят через выхлопную систему, однако небольшая часть газов прорывается в картер и, соответственно, приходит во взаимодействие с моторным маслом. При этом происходит окисление и разжижение масла, образуются трудно растворимые продукты окисления, которые со своей стороны дополнительно способствуют образованию шлама и иных отложений. В дизельных двигателях, кроме того, вместе с топливом в камеру сгорания попадает сера. В результате окислительных реакций серы, в процессе сгорания топливо-воздушной смеси, образуются вредные отложения, следствием которых становятся коррозия и износ двигателя. Углеродистые отложения, образующиеся на внутренних поверхностях, каналах системы смазки и деталях двигателя, ведут не только к ухудшению теплоотвода, но и к заметному снижению адгезии масла по отношению к трущимся поверхностям, что, соответственно, ухудшает удержание масляной пленки на деталях двигателя в узлах трения.

Причины образования в двигателе отложений и нагара

Использование качественных масел не устраняет проблему закоксованности, поскольку налёт и нагар могут образовываться в моторе по причинам, не связанным с качеством горюче-смазочных:

1. Перегрев двигателя. В результате регулярного перегрева масло стареет быстрее, теряет вязкость и образует полимерные отложения в канавках под поршневыми кольцами, на стенках камеры сгорания, системы смазки и других деталей.

2. Эксплуатация в условиях низких температур. Образующийся при сгорании горючего водяной пар вступает в реакцию с холодным маслом, что приводит к образованию шламов в картере.

3. Городской режим эксплуатации. Короткие поездки и стояние в пробках. При такой эксплуатации двигатель не выходит на нормальный режим работы, и как следствие начинается карбонизация цилиндро-поршневой группы.

4. Несвоевременная замена масла приводит к резкому увеличению отложений, возникающих в следствие процессов его старения.

5. Износ турбокомпрессора, в результате которого в масло начинают попадать горячие выхлопные газы, и свойства масла изменяются.

6. Попадание антифриза в картер при разгерметизации системы охлаждения, что изменяет свойства масла и инициирует процессы его полимеризации.

7. Некачественное топливо. При неполном сгорании топлива, часть его попадает через кольца в картер двигателя и ускоряет процесс старения масла.

8. Образование избыточного количества сажи из-за слабой компрессии или позднего впрыска горючего в дизельных моторах.