Отложения в двигателе

Как меняются свойства моторного масла во время работы двигателя

Основные изменения характеристик и свойств моторного масла, в процессе работы происходит в следствии:

1. Высокотемпературного и окислительного воздействия;
2. Механо-химического преобразования состава масла;
3. Регулярные накопления:

• продуктов переработки масла и его составляющих;
• продуктов сгорания топливного материала;
• жидкости;
• продуктов изнашивания;
• загрязняющих веществ (пыль, песок, грязь).

Процесс окисления

В двигателе в работающем состоянии происходит постоянная циркуляция горячего масла и его контакт с воздухом, с продуктами сгорания (полного и неполного) топлива. Кислород, входящий в состав воздуха ускоряет окислительный процесс. Чем больше моторное масло имеет склонность к пенообразованию, тем быстрее окисляется.

Металлическое покрытие деталей играет роль катализатора в его окислении. При соприкосновении с горячими деталями масло начинает нагреваться (от цилиндров, поршней и клапанов), из-за чего значительно ускоряется окисление . В результате могут образоваться твердые отложения - продукты этого процесса.

На характеристику изменений, происходящих с топливом в двигателе в работающем состоянии влияет не только химический процесс на молекулярном уровне, но и отложения, появившиеся после полного и неполного сгорания топлива, и в цилиндре, и в картере.

Влияние температурного режима на окислительные процессы

Выделяются два вида температурного режима двигателя:

• режим (магистральныйй) работы, когда двигатель полностью прогрет, это называется высокотемпературным режимом изменений характеристики масла в моторе.
• режим работы, когда двигатель не прогрет (из-за частых остановок транспортного средства). Это низкотемпературный режим двигателя.

Проводятся еще много промежуточных проверок работы. Для определения на каком уровне качество масла, испытания мотора проводят в обоих режимах одновременно.

Продукты окислительного процесса и изменение качества топлива

Кислоты (aсides). 

Одним из существенных продуктов окислительного процесса являются кислоты. От них образуется коррозия металла, а чтобы нейтрализовать образующиеся кислоты необходим значительный расход щелочных присадок, из-за чего следует ухудшение диспергирующих и моющих свойств, а затем происходит сокращение ресурсов качества моторного масла для работы. Повышение общего числа кислотности - основной показатель, что в результате образовались кислоты.

Углеродистые отложения. 

На внешних деталях двигателя оседают разного вида углеродистые продукты, их состав и строение меняются в зависимости температуры поврехности трения и самого масла. Выделяют такие отложения:

• нагар;
• лак;
• шлам.

Важный момент, что отложения образовываются и накапливаются на поверхности деталей двигателя из-за недостаточной:

• термической и окислительной стабильности моторного масла;
• моющей способности масла.

Продукт в виде нагара

- результат, получившийся в процессе:

• термической деструкции масла;
• полимеризации масла;
• сгорания топлива.

Условием, при котором, происходит образование нагара - это сильное нагревание поверхностей от 450°С до 950°С. По цвету нагар в основном черный, в исключительных случаях бывает белым, коричневым или в другом цвете. Слой отложений по толщине всегда разный. При большом количестве отложений, происходит ухудшение отвода тепла, из-за чего идет повышение температуры верхнего слоя и его сгорание. Отложения в меньшем количестве образуются на деталях разогретого двигателя, работающего под нагрузкой.

По структуре различают отложения:

• монолитные;
• плотные;
• рыхлые.

Нагар отрицательно влияет на двигатель, на его состояние и работоспособность. Отложения в местах вокруг колец поршня затрудняют их движение и заклинивают кольца. В результате чего происходит затруднение движения колец, которые перестают прижиматься к стенкам и тем самым не могут обеспечить компрессию в цилиндрах, начинает падать мощность двигателя, повышается прорывание газов в картер и увеличивается расходование масла. А когда кольца прижимаются отложениями к цилиндру, то значительно увеличивается его изнашивание.

Отложения в камере сгорания,

состоят из углеродных частиц (кокс), образуются при неполном сгорании топлива и солей металлов, из которых состоят присадки после термической переработки оставшегося масла, попавших в камеру. Эти отложения накаляясь могут вызвать раньше времени появления искры и возгорание топлива. Это преждевременное зажигание (калильное), вследствие такого процесса начинается процесс детонации двигателя (создание дополнительных напряжений), и ускоряется износ подшипников и коленвала. Кроме всего прочего, происходит перегрев отдельных частей двигателя, снижению мощности, повышение расходов топлива. 

Существуют два вида образования шлама по температуре двигателя:

• Низкотемпературный.
• Высокотемпературный.

Образование низкотемпературного шлама происходит от взаимодействия в картере газов с остатками топлива, воды и масла. Из-за шлама возрастает вязкость (загустение) масел; происходит закупорка в каналах системы смазок; нарушается подача масла. Если шлам образовался в распределительном механизме, то вследствие этого вентиляция коробки механизма становится недостаточной. По структуре он мягкий и рыхлый, но если нагревается - твердый и хрупкий.

Образование высокотемпературного шлама - результат соединения при высокой температуре масла на молекулярном уровне. Масса молекул увеличиваясь повышает вязкость.

Если шлам образовался в дизельном двигателе, то появляются накопления сажи. Это происходит, когда двигатель перегружен и увеличена жирность топливной смеси.

По расходу присадок и их срабатывания можно определить снижение качества масла. Важные присадки в нем с моющими, диспергирующими нейтрализующими свойствами используются для нейтрализации кислотности, затем задерживаются фильтрами и благодаря высоким температурам происходит их разложение.

Как происходит расход присадок отчасти видно по общему щелочному числу (TBN). Повышение кислотности масла происходит, когда начинают образоваться кислотные продукты переработки топлива. Появляется реакция между кислотными продуктами и присадками. Уменьшение щелочности ухудшает моющие и диспергирующие свойства моторного масла.

Влияние, оказываемое при увеличенной мощности и форсировании двигателя. Особенно важным моментом при форсировании двигателя выступают противоокислительные и моющие качества масла. В двигателях, работающих на бензине оно происходит от увеличения силы сжатия и скорости вращения коленвала, а в дизельных - при увеличении эффективности давления (турбонаддувом) и от того, как увеличивается частота вращения вала. Если частота вращения увеличивается до 100 оборотов/ минута или повышается эффективность давления на 0,03 Мпа, то температура поршня становится на 3°С выше. Когда начинается форсирование, уменьшают массу двигателя, что увеличивает механические и тепловые нагрузки на детали.