Напомним, что на исправном автомобиле масло вдруг превращалось в густую черную жижу, после чего моторы отправляли на «капиталку» или замену - безвременную и крайне недешевую.Количество ссылок по всей Сети на упомянутую публикацию - многозначное, десятки сайтов перепечатали ее - причем, как водится, даже не спросив нашего разрешения. Ну, это нормально…

Краткое содержание предыдущей статьи - по фирменным автосервисам (и не только) прокатилась волна внезапных отказов двигателей, связанных с непонятным и непредсказуемым поведением моторного масла. Безо всякого предупреждения, масло вдруг превращалось в мазутообразную субстанцию, начинало очень быстро угорать. Итог - капремонт или смерть моторов.

Эпидемия поражала машины независимо от их марок и производителей. Случаи заболевания регистрировались и в Москве, и в Питере, и в Магнитогорске, и в Мурманске - то есть практически по всей стране. И еще было замечено - «болели» в основном машины, обслуживаемые на серьезных автосервисах, в которых заливалось бочковое фирменное масло. Ситуация усугублялась тем, что случаи эти были нерегулярными, встречались нечасто, но с завидной постоянностью. А, как известно любому диагносту, именно «плавающий» дефект ловить сложнее всего.

Причина этой болезни была непонятна, были лишь гипотезы, но на них исковое дело в суде (а чаще всего именно до суда доходило дело в разбирательствах) не построишь. И тогда мы обещали попытаться разобраться с ситуацией и познакомить с результатами наших читателей.

Полгода работы нашей испытательной лаборатории не прошли даром. Нам удалось в лабораторных условиях смоделировать ряд ситуаций и, наконец, получить явные проявления этой «смертельной болезни». Симптомы, которые будем ловить - резкий рост вязкости, падение щелочного и рост кислотного числа, осаждение на стенках двигателя густых гудроноподобных отложений, препятствующих прокачке масла через каналы системы смазывания.

МАСЛО В КАНИСТРЕ РАССЛОИЛОСЬ? ЕСТЬ ОСАДОК? НА ПОМОЙКУ!

ЛОЖНЫЙ СЛЕД

Начнем с типичных «отмазок» дилерских СТО, на базе которых они пытаются отбиться от гарантийного ремонта. Пытливая мысль специалистов по гарантии обычно блуждает по трем направлениям - использование некачественного топлива; попадание антифриза или воды в масло; отсутствие контроля за уровнем масла в двигателе во время эксплуатации.

Сразу уберем третий вариант - очевидно, что даже при очень малом количестве масла в поддоне, оно не должно менять свои свойства так, как это мы видим при случаях запущенного «заболевания». При использовании «здорового» масла, на его малое количество мотор отреагирует загоранием контрольных ламп на приборной панели и звуковой сигнализацией. Сначала - при кренах и резких разгонах-торможениях, когда приемный грибок оголяется. Любой нормальный водитель отреагирует на это незамедлительно. И после долива масла никаких отрицательных последствий в дальнейшем не почувствует.

Самая частая якобы «причина», на основании которой пытаются лишить гарантии - это использование некондиционного топлива. Некондиция в понимании механиков СТО - это либо низкое октановое число, либо высокое содержание серы в топливе, либо наличие в нем большого количества смол. Сразу скажем, что кроме серы, все остальное по нынешнему Техническому Регламенту, нормирующему качество топлива, не подлежит контролю, поэтому - неподсудно. Но, коль такие попытки отмазок имеются, проверим.

ТОПЛИВО - ОПРАВДАТЬ!

На заклание обрекли несколько стендовых двигателей, изначально полностью исправных. Жалко их, но это всего лишь железки, а страдают от проблемы живые люди. Потому - пусть эти моторы послужат на благо людей.

Специально для эксперимента, не без труда, раздобыли 100 литров топлива, больше похожего на бодягу. Вместо заявленного 92-го октанового числа намеряли всего 89.5, содержание серы зашкалило за 800 ррм, смол было более 3.5 мг/дм3. Производитель - неизвестен, но по уровню качества это что-то от какого-то «самовара» - самодеятельного миниНПЗ, перегоняющего в якобы топливо газовый конденсат. Хуже - некуда! Надо очень сильно не любить свою машину, чтобы кормить ее таким добром.

Мы скормили мотору всю раздобытую бодягу. А, чтобы совсем усугубить ситуацию и обеспечить маслу максимально возможный контакт с отвратным топливом, отломали боковой электрод на одной из свечей. Теперь топливо, попадающее в неработающий цилиндр, в большом количестве полетит в картер мотора.

Система самодиагностики мотора возмутилась, «чек-энджин» горел ярко и непрестанно все время пытки. Мотор трясся и вибрировал, но... выдержал! Его вскрытие не выявило никаких проблем - все было чистенько и никаких черных отложений нигде не наблюдалось. Давление масла, конечно, немного упало - сказалось разжижение масла топливом. При этом, как только испорченную свечу заменили на нормальную, буквально через полчаса, стрелка указателя давления масла вернулась на прежнюю позицию. Оно и понятно, бензин - жидкость летучая, и при рабочих температурах масла, в которое он попал, долго жить там не будет.

Замеры физико-химических параметров масла не выявили ничего неожиданного! Вязкость масла немного упала - все-таки какие-то топливные фракции так называемого бензина в нем остались. Щелочное число незначительно снизилось - с 7.8 до 7.4 мг КОН/г. Кислотное число увеличилось на 0.3 мг КОН/г. Температура вспышки снизилась заметно - с 224°С до 203°С. Это четко говорит о том, что бензин в масле был! Но убить его он оказался не в состоянии...

Более того, в реальной ситуации, на некачественную кормежку мотора в первую очередь возмутится его система диагностики. И это возмущение обязательно оставит неизгладимый след в логах компьютера. Но практически во всех случаях, когда гарантийные службы отказывались от ремонта, мотивируя свое решение использованием некачественного топлива, система диагностики ничего подобного не подтверждала.

Вердикт: бензин признать невиновным!

ПОДОЗРЕВАЕТСЯ ВОДА

Вода в масло в некоторых количествах попадает всегда! Она конденсируется из влажного воздуха, поступающего в цилиндры и вместе с картерными газами смешивается с маслом. Охлаждающая жидкость может попасть в масло только при негерметичности системы охлаждения - причем лишь при остановленном двигателе. При его работе давление масла выше, чем давление в системе охлаждения, и потому путь антифризу в масло закрыт.

Ну что же, попробуем смоделировать и эту ситуацию. В многострадальный двигатель залили 3 литра свежего масла, а потом бухнули туда целый литр воды! И что? Да ничего! Конечно, в поддоне образовалась эмульсия, давление масла заметно упало. Но мотор работал, ничего критического не было ни слышно, ни видно. А потом - постепенно давление масла стало расти и скоро вернулась на начальный уровень. Что произошло? Вода просто испарилась, масло вернулось к своему начальному состоянию. Вскрытие мотора не показало никаких проблем - снова было все чисто. Изменения физико-химических параметров масла после попадания и последующего испарения воды оказались в пределах погрешности измерения! И этой причине снятия с гарантии - отказать за несостоятельностью!

После этого разобрались с аналогичной ситуацией, заменив воду на антифриз. Результат - тот же, двигатель выжил. Но вязкость масла подросла - оно и понятно, вода испарилась, а этиленгликоль в масле остался. Щелочное число немного снизилось, кислотное - увеличилось. Да, конечно, если очень долго ездить на двигателе с пробитой прокладкой головки цилиндра, постоянно доливая антифриз в бачок и не пытаясь разобраться с ситуацией, то в итоге, наверное, можно добиться смерти масла, а вместе с ним и гибели мотора! Но это - просто крайний случай наплевательского отношения к двигателю. Да и тут уже будет ситуация - не «этиленгликоль в масле», а «масло в этиленгликоле».

Вывод - такая причина может рассматриваться только тогда, когда ей предшествовала длительная и постоянная потеря охлаждающей жидкости в моторе. И при полном отсутствии контроля состояния масла при этом. Это - тоже не наш случай.

Вердикт: охлаждающая жидкость не виновата!

ПОПАЛСЯ!!!

Мы проверили еще две версии. И, забегая вперед, скажем - ОНИ СРАБОТАЛИ!

Первую подсказали специалисты-масленщики, с которыми мы постоянно общаемся. По их мнению, картина, которую мы наблюдаем, то есть резкое повышение вязкости масла, может быть связана с неожиданной полимеризацией некоторых компонентов пакета присадок. Причиной такого безобразия является объемный перегрев моторного масла. И вспомнили они, что на своих семинарах некоторые фирмы-производители масел и автомобилей, начиная с недавнего времени стали давать четкую рекомендацию - если вдруг масло было перегрето, то срочно-срочно надо бежать в ближайший сервис-центр и менять его!

Мы попробовали перегреть масло на стендовом моторе. Нам это сделать было несложно - надо было отключить внешний обдув двигателя и подобрать соответствующий режим работы. В отличие от большинства автомобилей, у нас температура масла в поддоне постоянно выводится на панель управления. Действительно, она поднялась градусов на 20...25. Много часов продолжалась подобная пытка. Два масла отработали нормально, выдержав такое издевательство. А вот третье повело себя странно - оно стало заметно густеть. А потом, в емкости для слива, где оставили его остатки на пару суток, обнаружились следы расслоения масла. В ней нарисовался тот самый «гудрон», который мы наблюдали на стенках убитых маслом моторов. И на внутренней поверхности блока цилиндров, и на боковых поверхностях поршней загрязнений было значительно больше, чем обычно.

Так, один вариант смерти масла мы вскрыли. Но особой радости от этого не испытали - ведь непонятно, как можно отследить реальную температуру масла в поддоне в живом автомобиле? Ведь в новых автомобилях даже указатель температуры охлаждающей жидкости убрали! Получается, эта информация - совсем даже не избыточная!

Пойдем дальше... Мы вспомнили, с чего вообще все началось. А началось все с письма нашего читателя, который, купив для доливки канистру масла очень известной фирмы, вдруг обнаружил в ней... непонятный осадок! И с ответа технического специалиста российского представительства этой фирмы, который на наш запрос с просьбой объяснить ситуацию изрек буквально следующее: «Настоящим сообщаю, что в моторных и трансмиссионных маслах допускается присутствие незначительного количества осадка. Он может быть вызван ассоциацией мелкодисперсных частиц катализатора, имеющих размер меньше, чем поры заводского фильтрующего элемента. Эти осадки... могут иметь цвет вплоть до черного. Встречаются редко и, как правило, только в тех партиях масла, которые были изготовлены сразу после перезагрузки свежего катализатора в аппарате. На эксплуатационные характеристики товарного масла влияния не оказывают и, впоследствии, в процессе работы вновь переходят в мелкодисперсное состояние».

В свое время наших специалистов-масленщиков этот ответ поверг в шок! То есть одна из главных мировых фирм-производителей масла честно признается в возможности грубейшего нарушения технологии производства масла!

А мы сопоставили то, что написано, и то, что видели своими глазами. Ведь досрочная смерть масла очень похожа на картину, которую бы мы могли увидеть вследствие резкого ускорения темпа окисления масла. Именно этот процесс сопровождается ростом его вязкости и кислотного числа, падением щелочного числа. А что может поспособствовать неконтролируемому ускорению химической реакции, которой, по сути, является окисление масла? Именно наличие катализатора!

Да, конечно, при хранении такого «грязного» масла катализатор будет молчать - ведь для активизации его работы ему требуются специальные условия, температура и давление. Но ведь они как раз и есть в активной зоне работы узлов трения. Итак, это тоже надо проверить!

Главная проблема, которая возникла перед нами, где взять этот катализатор? На наши обращения с просьбой помочь в этом вопросе откликнулось только российское представительство фирмы «MOTUL». Похоже, только им, кстати, никогда не засвеченным в случаях досрочной гибели масла, оказалось необходимым установление истины! За это их искренне благодарим, и пусть не сочтут наше спасибо рекламой этой фирмы.

Итак, два варианта катализатора, применяющегося при производстве гидрокрекингового базового масла, у нас. Крупные гранулы катализаторов мы превратили в мелкозернистый порошок нужного фракционного состава - такого, чтобы и через поры масляного фильтра летел. Эти порошки смешали с маслом, и через полчаса увидели - вот он, зловредный осадок!

Это масло залили в очередной двигатель, предназначенный на заклание, и начали цикл его длительной накатки. Сначала все шло хорошо, но уже через двадцать часов испытаний стали замечать - давление масла падает. А масло на щупе стало заметно гуще - тем более, изначально использовали очень хорошую «синтетику» 5W-30, на ее фоне увеличение вязкости было особенно заметно! Странно - вязкость явно растет, а давление падает... Может, износы появились? Но уж как-то слишком быстро прогрессировал этот процесс. Мотор выдержал всего 40 моточасов испытаний, после чего давление совсем пропало. Далее - все, как обычно, вскрытие, обмер, осмотр.

Первое, что бросилось в глаза - это то, что от четырех литров масла, залитых исходно в двигатель, слилось с него по итогу испытаний всего литра полтора! И это - всего за 40 моточасов очень умеренных режимов, по эквиваленту - меньше 3000 километров! И масло было жутковато черного цвета. Обмеры деталей двигателя серьезного износа не выявили, хотя было заметно - вкладыши подшипников и шейки коленчатого вала как-то очень хорошо отполировались. Тоже понятно - порошок катализатора сработал, как абразив. Так почему же так упало давление масла? Сразу бросилось в глаза наличие каких-то твердых агломератов в поддоне, которые прочно сидели на стенках. Это, видимо, и были те самые «безвредные» по мнению авторов злополучного письма «ассоциации мелкодисперсных частиц». Но их было явно меньше объема начального осадка в масле, залитого в двигателе. В фильтре тоже частиц мы не заметили. Значит, основная часть порошка, введенного нами в масло, осела в каналах! Вот и причина потери давления в системе смазывания.

А что показал анализ физико-химических параметров масла, поработавшего с этим «безвредным» порошком? Вязкость масла, изначально составлявшая 11.2 сСт при 100° С, увеличилась до 17.9 сСт! То есть масло, изначально пребывавшее в классе SAE-30, за 40 моточасов перескочило в класс вязкости SAE-50! Кислотное число увеличилось более чем на 2.5 мг КОН/г. Напомним, что в последней ресурсной экспертизе за 180 моточасов масла увеличивали свою кислотность всего на 0,75...1,0 мг КОН/г! Щелочное число снизилось меньше, да и отложения на стенках картера двигателя были хоть и больше обычного. Причем масло при комнатной температуре было таким густым, что стекать со стенок никак не хотело - такого мы еще не видели. Кстати, картина, которую мы наблюдали на нашем эксперименте, подозрительно напоминала ту, которую выдало одно из масел в ходе нашей предыдущей экспертизы «полусинтетик».

Итак, «безвредный» по мнению некоторых масленщиков, порошок катализатора за сравнительно короткое время угробил масло и добил мотор. Причем в этом случае, увы, даже «капиталка» ему не поможет - ведь убрать пробки, закупорившие масляные каналы, судя по структуре отложений в поддоне, будет крайне проблематично. Кстати, некоторые сознательные дилеры крупных автопроизводителей, столкнувшиеся с подобной проблемой, без разговоров меняли либо блоки цилиндров, либо весь двигатель в сборе.

Полученные результаты уже сейчас четко свидетельствуют, что, ни автопроизводители, ни автовладельцы не виноваты в случившихся бедах. Ведь и термическая нестабильность некоторых видов масла, приводящая его к полимеризации при объемном перегреве, и допускаемое некоторыми производителями масла возможное наличие агрессивного осадка катализатора в нем - это серьезнейшие «проколы» этих фирм.

Подводим итог, пока промежуточный. Конечно, кому-то хотелось бы услышать громкий призыв: мол, не покупайте масло фирм А, В и С! И раскупайте масло фирмы D: оно никогда не болеет! Но мы не искали виноватого стрелочника, а исследовали проблему. К тому же, десять тысяч машин могут счастливо ездить на масле фирмы А, а вот десять тысяч первая попадет в неприятную ситуацию. Зато мы технически грамотно обосновали несостоятельность дежурных нападок на лопуха-водителя. Более того, нам удалось найти некоторые возможные причины массовых случаев ускоренной смерти масла и двигателя в целом.

Искренне хотим верить, что фирмы-производители масел и бензинов внимательно изучат наши выводы: этого ждут все автомобилисты. А пока мы рекомендуем воспользоваться нашими рекомендациями по «Методам самообороны», следуя которым можно в критической ситуации спасти мотор.

КАПЕЛЬНАЯ ПРОБА

На любую пористую бумагу (оптимально - кусочек фильтра для кофеварки или хотя бы кусочек газеты) с масляного щупа холодного двигателя капните капельку масла. Если она быстро расплывется по бумаге, образовав несколько концентрических кругов, то масло живое. А вот если оно не захочет растекаться и останется черной каплей в месте падения - срочно заменять!

НЕ УМЕЕТЕ ПРОВЕРЯТЬ МАСЛО? НАЙДИТЕ КУСОЧЕК ГАЗЕТЫ!

P.S. Само собой, что в ходе одной из ближайших экспертиз масел мы отдельно проанализируем их устойчивость к вскрытым нами злодействам. Одно направление поисков уже ясно: новая волна отказов замечена после того, как заработал после модернизации один из известных НПЗ - ведь в производстве высокооктанового бензина используется аналогичный катализатор!!! А не приходит ли он в масло с этим, внешне вполне кондиционным, топливом? А из другого региона пришла информация о якобы случайном совпадении гибели моторов по описанной нами схеме с использованием топлива, содержащем запредельную дозу строго запрещенного у нас метанола. С этим тоже предстоит разобраться.

ЖАРКО? ПРОБКИ? ПРОВЕРЬ-КА МАСЛО!

МЕТОДЫ САМООБОРОНЫ

Чтобы обезопасить себя от возможной беды, еще раз повторяем наши рекомендации:

1. Пользуйтесь только маслами, купленными в проверенных магазинах. На плановое ТО лучше приезжать со своей канистрой масла. После ее покупки дайте ей постоять некоторое время, и, если есть возможность, проследите, нет ли осадка в канистре. Обычно осадок можно заметить по прозрачной мерной полоске на канистре.

2. Возьмите за правило, даже если ваш мотор не замечен в повышенном масляном аппетите, хотя бы раз в неделю залезать под капот и следить за уровнем и состоянием масла по щупу. Вас сразу должно насторожить резкое увеличение расхода масла, либо его внезапное разжижение, либо, наоборот, загустевание.

3. Особо будьте внимательны к маслу летом, при долгих стояниях в пробках, либо при дальних скоростных перегонах. Именно тогда возможны объемные перегревы масла.

4. Возьмите на вооружение т.н. «капельную пробу» масла. Суть и процедура ее чрезвычайно просты. На любую пористую бумагу (оптимально - кусочек фильтра для кофеварки, или хотя бы - кусочек газеты) с масляного щупа холодного двигателя капните капельку масла. Если она быстро расплывется по бумаге, образовав несколько концентрических кругов, то масло живое. А, если оно растекаться не захочет, оставшись черной каплей в месте падения - срочно на СТО для его замены!

Одной из самых больших является накопление в них углеродистых отложений, что ухудшает их работу и даже приводит к серьезным неисправностям. Чаще всего нагар образуется в современных моторах с прямым впрыском бензина. Вот почему это происходит и как это предотвратить.

Откуда нагар?

Образование отложений углерода вызвано многими факторами и характерно для всех типов двигателей внутреннего сгорания - бензиновых и дизельных, безнаддувных и турбированных, с косвенным и прямым впрыском топлива.

Отложения в двигателе возникают в результате неидеального сгорания топливовоздушной смеси. Например, в двигателях с прямым впрыском бензина одной из причин углеродных отложений является сам способ подачи топлива - бензин в этом случае не моет клапана, а идет непосредственно в камеру сгорания . Это вызывает накопление отложений на клапанах и, следовательно, ограничивает со временем доступ кислорода в камеру сгорания, что в свою очередь приводит к неправильному сгоранию топливной смеси.

Если посмотреть на проблему более широко, нетрудно обнаружить и другие косвенные причины появления нагара в двигателях автомобилей. Они связаны с тем, что за последние годы большинство автолюбителей изменили способ использования автомобиля. Сегодня все больше людей эксплуатируют автомобиль как велосипед, общественный транспорт или для короткой прогулки/поездки в магазин.

Чаще всего крупные накапливаются в двигателях транспортных средств, эксплуатируемых в городском режиме, на небольших расстояниях. И неважно, о какой марке и модели идет речь. Важен способ использования автомобиля: низкая скорость, низкие рабочие температуры, использование авто без прогрева двигателя - вот главная формула, гарантирующая быстрое появление нагара в двигателе, - объясняет эксперт «Профмоторсервиса» Владимир Дроздовский.

Плюс добавьте к этому факт, что многие современные бензиновые двигатели сегодня часто оснащены турбонаддувом, а это означает, что турбированный автомобиль в городском режиме чаще всего используется на низких оборотах двигателя. В верхнем же диапазоне оборотов турбомоторы сегодня редко используются в условиях города. Но даже безнаддувные современные моторы с непосредственным прямым впрыском бензина также не стимулируют владельцев ездить на высоких оборотах. Дело в том, что сегодняшние атмосферные двигатели неплохо генерируют высокий крутящий момент на низких оборотах . Соответственно, у автовладельца отпадает необходимость часто ездить на высоких оборотах. Это существенное отличие бестурбинных современных моторов от двигателей 20-летней давности.

К сожалению, из-за более низких оборотов прогреваются дольше (плюс не забывайте, что многие двигатели сегодня алюминиевые, быстро теряющие свою температуру нагрева, в отличие от старых чугунных), а низкие обороты не позволяют естественным образом удалить из двигателя углеродистые отложения. В итоге в силовом агрегате на различных деталях начинают скапливаться отложения.

В прошлом, до 2000 об/мин, было невозможно ездить даже с постоянной скоростью. Сегодня во время ускорения вам не нужно их превышать. Отсюда большое накопление отложений в двигателе.

Еще одна причина образования нагара - это неправильная замена масла и несвоевременное обслуживание двигателя . Например, главным врагом любого двигателя внутреннего сгорания является увеличение интервалов замены моторного масла. Ведь известно, что чем дольше не меняется масло в двигателе, тем больше в нем образуется побочных продуктов. К сожалению, сегодня многие производители намеренно увеличили свои межсервисные интервалы по замене масла. Например, многие автопроизводители увеличили интервалы замены масла с 10 тыс. км до 15 тыс. км (в России).

По их мнению, современная конструкция двигателя, электроника и качество синтетических масел позволяют без вреда двигателю использовать моторное масло в течение 15 тыс. км. Некоторые производители пошли еще дальше, расширив межсервисный интервал до 20 тыс. км. А посмотрите на рекомендации производителей в Европе и вы будете удивлены. Там по сравнению с Россией межсервисные интервалы по замене масла увеличены еще больше - до 25 тыс. км и даже 30 тыс. км!

Но мы уже рассказывали вам, почему не нужно слушать дилера и завод, строго соблюдая рекомендации по замене масла. В большинстве случаев нужно понять, что рекомендации производителей касаются общих легких условий эксплуатации автомобиля. Если же вы используете машину преимущественно в городе, то сразу можете смело снижать рекомендованный максимальный пробег автомобиля до замены масла на 20-30 процентов. Если используете авто на короткие расстояния на недогретом моторе, без колебаний делите рекомендации производителя на два.

Но масло - это полбеды. Сегодня в сложных экономических условиях, когда доходы населения оставляют желать лучшего, а стоимость топлива уже приближается к стоимости 1 литра молока, многие водители стараются сэкономить на техническом обслуживании своих автомобилей, посещая не только неавторизованные неофициальные технические сервисы, но и не очень профессиональных мастеров, работающих в так называемых гаражных автосервисах. Да, это дает возможность автовладельцам неплохо сэкономить на обслуживании и сберечь время. Но есть одна проблема. В таких дешевых гаражных автосервисах у многих автослесарей нет возможности подключить транспортное средство к компьютеру для обновления программного обеспечения автомобиля и для диагностики возможных проблем .

А знаете ли вы, что самой частой причиной образования излишнего нагара в двигателе является необновленное программное обеспечение блока управления двигателем? Ведь из-за этого двигатель машины может работать неправильно, в результате чего происходит неправильное сгорание топливной смеси. А производители часто обновляют программное обеспечение своим автомобилям.

Еще одной из непосредственных причин накопления углеродистых отложений является неправильная синхронизация работы двигателя, за которую отвечает ремень ГРМ/цепь ГРМ. К сожалению, в бензиновых моторах ремень и даже цепь имеют тенденцию растягиваться. Это проблема многих современных двигателей (хорошим примером являются популярные в мире двигатели TSI/TFSI). Если натяжка цепи или ремня ослабевает, происходит рассинхронизация системы газораспределения, что в свою очередь приводит к неправильному сгоранию топливной смеси.

Отсюда делаем вывод: все, что оказывает косвенное или прямое влияние на ход процесса сгорания, является причиной накопления углеродистых отложений в двигателе. Это также относится к некачественному топливу или работе системы зажигания (катушки, и т. д.).

Как предотвратить накопление в двигателе углеродистых отложений?

Вышесказанное позволяет сделать простой общий вывод: вам нужно позаботиться о двигателе вашего автомобиля. Как? Все очень просто. Вам нужно регулярно посещать технический центр. И не только когда пришло время менять масло в двигателе. Желательно заезжать в сервис чаще, проводя компьютерную диагностику. Вы должны рассматривать двигатель вашего автомобиля как целостный механизм, не разделяя его на области, обслуживая каждую по очереди . Таким образом, проверка двигателя не должна ограничиваться заменой масла и фильтра, а должна включать полную диагностику мотора, в том числе обновление программного обеспечения.

Кроме того, чем чаще вы будете подключать машину к компьютеру, тем больше вероятности, что вовремя обнаружите проблемы. Ведь механик не всегда может своевременно понять, что, например, какая-то катушка зажигания начала работать неправильно. Но подключив диагностическое оборудование, он может узнать об этом, прежде чем машина начнет показывать признаки неисправности.

Все примеси, которые попадают в двигатель с посту­пающим для сгорания воздухом, находящиеся в топливе или в масле, а также продукты износа деталей могут участвовать в образовании на них отложений. Количест­во и состав загрязнений зависят от конструкции, техни­ческого состояния, режима работы двигателя, своевре­менности и тщательности проведения технического обслуживания. Но особенно большое влияние на интенсивность образования высокотемпературных отложений оказывает качество сжигаемого топлива и применяемого масла. В стандартах, как на бензин, так и на дизельное топливо нормируются показатели, которые влияют на образование высокотемпературных отложений . Остано­вимся кратко на их рассмотрении.

В бензине и дизельном топливе в растворенном со­стоянии практически всегда содержатся смолистые и смолообразующие соединения, количество которых зависит от вида и состава топлива, технологии его получения и способов очистки. При хранении, особенно в неблагопри­ятных условиях (плохая герметизация резервуаров, на­личие в них осадков и воды, хранение при повышенной температуре), количество смол увеличивается, иногда значительно, тогда топливо темнеет, а в некоторых слу­чаях в нем накапливаются отложения. Более тяжелое по фракционному составу топливо, например дизельное, содержит большее количество смолистых соединений, что приводит к его неполному сгоранию и значительному накоплению нагаров на деталях двигателей.

Содержащиеся в топливе смолы откладываются в топливных баках, на стенках трубопроводов, забивают жиклеры карбюраторных двигателей. Смолистые соеди­нения накапливаются также на горячих стенках впускного коллектора карбюраторных двигателей, на соплах форсунок дизелей, на клапанах и днище поршня, в камере сгорания, в поршневых канавках и др. При большом на­коплении нагаров повышается износ двигателя, ухуд­шается процесс сгорания топлива, увеличивается его расход, а иногда двигатель полностью выходит из строя.

Различают смолы фактические, т. е. находящиеся в топливе в момент их определения в растворенном состо­янии, и смолообразующие вещества - различные нестой­кие соединения, например непредельные углеводороды, которые под действием времени, повышенной температу­ры, кислорода воздуха и других факторов переходят в смолы (их часто называют потенциальными смолами).

Стандартами нормируется содержание фактических смол . Сущность их определения заключается в испарении горячим воздухом определенного количества топлива при повышенной температуре (для бензина 150°С, дизельного топлива 250°С). Остаток, полученный после испарения, указывает на наличие фактических смол, ко­торое оценивают в миллиграммах на 100 мл топлива. Для бензина различных марок оно составляет до 7- 15 мг/100 мл, а для дизельного топлива - до 30-60 мг/100 мл.

Если содержание фактических смол отвечает требова­ниям стандартов, двигатели длительное время работают без повышенного смоло- и нагарообразования. Нередко при эксплуатации техники содержание смол в топливе значительно больше. Доказано, что если оно в два-три раза выше нормы, то моторный ресурс карбюраторного двига­теля снижается на 20-25%, а дизельного - на 40%. Кроме того, при эксплуатации возникают различные не­поладки: зависают клапаны, закоксовываются форсун­ки и т. д.

Склонность бензина к накоплению смолистых веществ (стабильность) оценивают индукционным пери­одом, который характеризует способность бензина со­хранять неизменный состав при правильных условиях перевозки, хранения и использования. Определяют этот показатель в лабораторной установке при искусствен­ном окислении бензина (температура 100°С в атмо­сфере сухого и чистого кислорода при давлении 0,7 МПа (7 кгс/см2). Индукционный период - это время в мину­тах от начала окисления бензина до активного поглоще­ния им кислорода. Для различных марок это значение находится в пределах 600-900 мин, а для бензинов со знаком качества оно составляет 1200 мин. Индукционный период большинства современных марок - не менее 900 мин. Как установлено исследованиями, такой бензин можно хранить до 1,0-1,5 лет, не опасаясь заметного ухудшения качества.

Для карбюраторных двигателей наиболее характер­но накопление смолистых отложений, которые обнару­живаются в бензоотстойниках, на деталях карбюратора. При образовании горючей смеси смолистые соединения не могут испаряться и откладываются во всасывающем трубопроводе и на клапанах. В результате клапан пере­стает закрываться и зависает. Эти смолистые отложения и вызывают различные неполадки в работе топливоподающей аппаратуры и двигателя.

Для дизелей особенно нежелательно отложение ла­ков и нагаров на соплах форсунок, нарушающих, нор­мальный распыл подаваемого топлива, а следовательно, и его сгорание. В стандартах на дизельное топливо кроме фактических смол нормируют коксуемость и золь­ность, повышенное содержание которых вызывает ин­тенсивное образование нагаров.

Большой вред (не только ускоренное образование на­гара, но и быстрый износ деталей топливоподающей ап­паратуры и двигателя в целом) наносят абразивные ме­ханические примеси , попадающие в двигатель с топливом и воздухом. По стандарту в бензине и дизельном топливе наличие механических примесей не допускается. Одна­ко при хранении, транспортировке, приемо-отпускных операциях топливо обычно загрязняется пылью и песком из окружающего воздуха. Даже в чистом по внешнему виду топливе почти всегда содержится какое-то количест­во примесей. Вместе со смолистыми и коксообразующими веществами эти посторонние включения приводят к увеличению высокотемпературных отложений. Кроме то­го, проникающие в двигатель пылинки ускоряют его из­нос.

Если в топливе содержатся абразивные механические примеси, то срок службы насоса высокого давления в за­висимости от загрязненности сокращается в пять-шесть раз. Абразив сокращает срок службы не только топли­воподающей аппаратуры . Когда в камеру сгорания поступает загрязненное топливо, механические примеси проникают в зазоры между поршневыми кольцами и гильзой цилиндра, что ведет к их повышенному износу, и как следствие - к падению мощности, ухудшению эко­номичности, необходимости преждевременного ремонта.

Двигатель современного автомобиля достаточно надежен и долговечен, чтобы при грамотной эксплуатации и своевременном техобслуживании "ходить" по 300-400 тыс. км и даже больше. Но как бы ни старались конструкторы и производители, а процессы старения и износа в двигателе неизбежны. Как и образование различных отложений.

Срок эксплуатации современного автомобиля достаточно продолжителен и составляет не менее 10-15 лет. Конечно, за это время весьма вероятны поломки и отказы отдельных деталей и узлов, т.е. резкие, скачкообразные изменения состояния двигателя. Но все же такое случается относительно редко, поскольку носит вероятностный характер. А вот процессы изменения размеров, физических и химических свойств деталей и компонентов происходят пусть медленно, но непрерывно.

Пока такие изменения не вышли за рамки допусков, заложенных конструкторами, потребительские качества двигателя остаются стабильными. Но вот один или несколько параметров оказались за допустимыми пределами.

В работе двигателя сразу возникают нарушения. Нет, об отказах или поломках пока речи нет. Но налицо нарушение работы отдельного компонента, пока еще не приводящее к потере им и, соответственно, двигателем работоспособности.

В отличие от отказов и поломок, относящихся к вероятностным явлениям, описываемые процессы происходят пусть в разной степени, но с абсолютно всеми двигателями. Причем определить, где и в каком месте возникли отклонения, часто намного сложнее, чем установить факт и причину очевидной поломки.

Износ или... отложения?

Начнем с самого неизбежного - износа. С ним приходится мириться, поскольку совсем остановить его нельзя. Хотя замедлить можно - достижения последних лет в материалах и технологии производства двигателей, в разработке моторных масел и фильтров в сочетании с неукоснительным соблюдением правил эксплуатации и обслуживания двигателя дают многочисленные примеры отдаления срока капитального ремонта далеко за 300 тысяч километров.

Получается, что об износе до поры до времени можно и не вспоминать. Поэтому, по крайней мере в течение 100-200 тыс. км пробега, на первый план выходят другие факторы, снижающие реальный срок службы двигателя. И прежде всего это образование различного рода отложений.

Об опасности отложений в системе смазки и картере двигателя, связанных с низким качеством, несоответствием сорта масла или несвоевременной его заменой, мы уже писали (см. "АБС-авто" 3/2000). В то же время отложениям, накапливающимся в топливной системе и впускном коллекторе, камере сгорания, выхлопной системе, не всегда придают значение, считая их чем-то второстепенным. Однако практика показывает, что их влияние на двигатель весьма существенно, а в некоторых случаях - и опасно. Именно об этом и пойдет речь.

Посмотрим на точки и компоненты в конструкции двигателя, в наибольшей степени подверженные накоплению отложений в течение всего срока эксплуатации. Одни из них на работу двигателя практически не влияют либо влияют незначительно. Другие, напротив, вызывают заметные отклонения в работе даже при относительно небольших отложениях. К таким критичным с точки зрения воздействия на двигатель компонентам относятся корпус дроссельной заслонки, тарелки впускных клапанов и, конечно же, форсунки.

Откуда берутся отложения?

Процессы образования отложений и их химический состав весьма различны в разных системах и устройствах. Например, образование отложений в распылительной части форсунок происходит в основном в течение первых 10-20 минут после остановки горячего двигателя, когда форсунки находятся под остаточным давлением топлива. Суть процесса заключается в следующем: пленка топлива, неизбежно остающаяся в зоне седла распылителя, начинает испаряться под действием высокой температуры. Легкие фракции бензина улетучиваются, а более тяжелые образуют слой твердых отложений. Их основным компонентом является углерод.

Отложения на тарелках впускных клапанов имеют более сложный состав. Так, низкокачественное топливо - причина смолистых отложений. Масло, проникающее через изношенные маслосъемные колпачки и зазор между стержнем и втулкой клапана, приводит к отложениям кокса: он образуется в результате высокотемпературного окисления масла, попадающего на горячую тарелку. Кстати, наиболее интенсивно процесс коксования клапанов идет на холостом ходу, движении с малой нагрузкой и при торможении двигателем, когда во впускном коллекторе создается максимальное разрежение.

Моторное масло способствует также загрязнению дроссельной заслонки и каналов регулятора холостого хода, поскольку продукты окисления и загрязнения масла выносятся во впускной коллектор через систему вентиляции картера.

Еще один компонент отложений - сажа. Причина ее образования - сгорание чрезмерно богатой топливовоздушной смеси на режимах холодного пуска, прогрева и ускорения. Попадание сажи в выхлопную систему может постепенно привести к забиванию каналов системы рециркуляции отработавших газов.

У двигателей, длительное время эксплуатирующихся в России, некоторые виды отложений превалируют. Это связано с использованием топлива и масла низкого качества. Именно поэтому двигатель, способный "там" прекрасно работать многие годы, "здесь" сравнительно быстро начинает "капризничать".

Иммунитет к... отложениям?

Нельзя сказать, что конструкторы двигателей забыли об отложениях и просто "умыли руки", переложив эти проблемы на потребителя. Напротив, за последние годы очень многое сделано для выработки двигателями своеобразного "иммунитета" к отложениям. Другими словами, многие узлы и системы у последних моделей двигателей стали малочувствительны к отложениям, т.е. последствия накопления отложений у них сведены к минимуму.

Например, системы топливодозирования уже давно являются адаптивными, т.е. позволяют подстраиваться (правда, в определенных пределах) под внешние условия. А что это за внешние условия? В первую очередь - накопление отложений в распылительной части форсунок. Такой же подход используется теперь в большинстве подсистем холостого хода. Появились и компоненты специальных конструкций - стойкие к отложениям форсунки и дроссельные заслонки с тефлоновым покрытием.

"Иммунитет" к отложениям, обеспечиваемый подобными непростыми и весьма дорогостоящими мероприятиями, сегодня необходим более чем когда-либо. Дело в том, что непрерывно ужесточающиеся требования к токсичности выхлопа, экономичности и удельной мощности прямо ведут к необходимости очень «тонкойЛ настройки двигателя и всех его систем. И получается, что чем современнее двигатель, тем более болезненно он реагирует даже на незначительное количество отложений.

Чем опасны отложения?

Все без исключения отложения объединяет одно - они негативно влияют на работу двигателя. Неудовлетворительные пусковые характеристики, неустойчивая работа на холостом ходу, пропуски воспламенения смеси, «провалыЛ при ускорении, повышенные расход топлива и токсичность выхлопных газов - вот далеко не полный перечень явных симптомов, вызванных появлением «недружественныхЛ образований во впускном тракте двигателя. Но хуже всего то, что эти отложения могут многократно ускорить износ двигателя и даже привести к отказам и поломкам его деталей и компонентов.

В самом деле, какая может быть связь между закоксовыванием форсунок и износом деталей, например, кривошипно-шатунного механизма или цилиндропоршневой группы? Самая прямая: в холодную погоду двигатель пускается не с первого раза, и чем ниже температура, тем больше приходится делать попыток запуска. Ну а каждая такая попытка - это работа сопрягаемых деталей в режиме полусухого или даже сухого трения, эквивалентная с точки зрения износа 20-40, а иногда и 100 км реального пробега.

Как очистить детали от отложений?

Думаем, что подобного примера вполне достаточно, чтобы осознать серьезность проблемы. Как ее можно решить? Первое, что приходит в голову, - просто снять загрязненные компоненты и их очистить химическим или механическим путем. Действительно, такой способ дает наилучшие результаты, но требует слишком много времени. Особенно, когда речь идет о сложных двигателях, в том числе многоцилиндровых. Кроме того, разборка и последующая сборка узлов и систем на современных автомобилях часто требует замены массы прокладок и уплотнительных элементов, которые не всегда лежат под рукой.

Более привлекательна технология безразборной очистки двигателя. Ее основу составляют специальные химические соединения - сольвенты, направленно действующие на конкретные виды отложений. А чтобы удалить отложения в заданной точке, требуется также определенная методика очистки и специальное оборудование. О том, какие сольвенты, методы очистки и оборудование применять в том или другом случае, мы расскажем в наших следующих материалах.

Основные места накопления отложений в двигателях:
1 - корпус дроссельной заслонки и регулятор холостого хода;
2 - впускной коллектор;
3 - топливная рейка;
4 - верхняя часть форсунки;
5 - распылительная часть форсунки;
6 - тарелка впускного клапана;
7 - камера сгорания;
8 - днище поршня;
9 - кислородный датчик;
10 - катализатор;
11 - каналы системы рециркуляций ОГ.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОТЛОЖЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ

Исследование отложений в автомобильных двигателях.

Одним из резервов повышения показателей эксплуатационной надежности ДВС является снижение отложений нагаров, лаков и осадков на поверхностях их деталей, контактирующих с моторным маслом. В основе их образования лежат процессы старения масел (окисление углеводородов, входящих в состав масляной основы). Определяющее влияние на процессы окисления масла в двигателях, на образование отложений и эффективность работы ДВС в целом оказывает тепловой режим теплонагруженных деталей.

Ключевые слова: температура, поршень, цилиндр, моторное масло, отложения, нагар, лак, работоспособность, надежность.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида - нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар - твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время работы двигателя на поверхностях камеры сгорания (КС). При этом отложения нагаров, главным образом, зависят от температурных условий даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей двигателей. Нагар оказывает весьма существенное влияние на протекание процесса сгорания топливовоздушной смеси в двигателе и на долговечность его работы. Почти все виды ненормального сгорания (детонационное сгорание, калильное воспламенение и прочие) сопровождаются тем или иным влиянием нагара на поверхностях деталей, образующих КС.

Лак - продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, растекающихся и покрывающих детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя под действием высоких температур. Наибольший вред для ДВС наносит лакообразование в зоне поршневых колец, вызывая процессы их закоксовывания (залегания с потерей подвижности). Лаки, откладываясь на поверхностях поршня, контактирующих с маслом, нарушают должную теплопередачу через поршень, ухудшают теплоотвод от него.

На количество осадков (шламов), образующихся в ДВС, решающее влияние оказывает качество моторного масла, температурный режим деталей, конструкционные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, интенсифицируются при частых пусках и остановках двигателя.

Тепловое состояние ДВС оказывает определяющее влияние на процессы образования различных видов отложений, прочностные показатели материалов деталей, выходные эффективные показатели двигателей, процессы изнашивания поверхностей деталей. В этой связи необходимо знать пороговые значения температур деталей ЦПГ, по крайней мере, в характерных точках, превышение которых приводит к указанным ранее негативным по следствиям.

Температурное состояние деталей ЦПГ ДВС целесообразно анализировать по значениям температур в характерных точках, расположение которых показано на рис. 1 . Значения температур в данных точках следует учитывать при производстве, испытаниях и доводке двигателей для оптимизации конструкций деталей, при выборе моторных масел, при сравнении тепловых состояний различных двигателей, при решении целого ряда других технических проблем конструирования и эксплуатации ДВС.

Рис. 1. Характерные точки цилиндра и поршня ДВС при анализе их температурного состояния для дизельных (а) и бензиновых (б) двигателей

Эти значения имеют критические уровни:

1. Максимальное значение температур в точке 1 (в дизельных двигателях - на кромке КС, в бензиновых - в центре донышка поршня) не должно превышать 350С (кратковременно, 380С) для всех серийно применяемых в автомобильном двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок КС в дизелях и, нередко, прогар поршней в бензиновых двигателях. Ко всему прочему высокие температуры огневой поверхности днища поршня вызывают образование нагаров высокой твердости на этой поверхности. В практике двигателестроения это критическое значение температуры удается повышать путем добавления в поршневой сплав кремния, бериллия, циркония, титана и других элементов.

Недопущение превышения критических значений температур в этой точке, равно как и в объемах деталей ДВС, обеспечивается также путем оптимизации их форм и правильной организацией охлаждения. Превышение температурами деталей ЦПГ двигателей допустимых значений обычно является основным сдерживающим фактором для форсирования их по мощности. По температурным уровням следует иметь определенный запас с учетом возможных экстремальных условий эксплуатации.

2. Критическое значение температур в точке 2 поршня - над верхним компрессионным кольцом (ВКК) - 250…260С (кратковременно, до 290С). При превышении этой величины все массовые моторные масла коксуются (происходит интенсивное лакообразование), что приводит к “залеганию” поршневых колец, то есть потере их подвижности, и в результате - к существенному уменьшению компрессии, увеличению расхода моторного масла и др.

3. Предельное максимальное значение температур в точке 3 поршня (точка расположена симметрично по сечению головки поршня на внутренней его стороне) - 220С. При более высоких температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит, и на поверхности зеркала цилиндра.

4. Максимально допустимое значение температур в точке 4 (расположена на поверхности цилиндра, напротив места остановки ВКК в ВМТ) - 200С. При его превышении моторное масло разжижается, что приводит к потере стабильности образования масляной пленки на зеркале цилиндра и «сухому» трению колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей ЦПГ. С другой стороны, известно, что пониженная температура стенок цилиндра (ниже точки росы отработавших газов) способствует ускорению их коррозионно-механического изнашивания . Ухудшается также смесеобразование и уменьшается скорость сгорания топливовоздушной смеси, что снижает эффективность и экономичность работы двигателя, вызывая повышение токсичности отработавших газов. Также следует отметить, что при существенно заниженных температурах поршня и цилиндра сконденсированные водяные пары, проникающие в картерное масло, вызывают интенсивную коагуляцию примесей и гидролиз присадок с образованием осадков - «шламов». Эти осадки, загрязняя масляные каналы, сетки маслоотстойников, масляные фильтры, существенно нарушают нормальную работу смазочной системы.

На интенсивность протекания процессов образования отложений нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей ДВС существенно влияет старение моторных масел при их работе. Старение масел состоит в накоплении примесей (в том числе воды), изменении их физико-химических свойств и окислении углеводородов.

Изменение фракционного состава чистого залитого масла по мере работы двигателя вызывается в основном причинами, изменяющими состав его масляной основы и процентное соотношение присадок по отдельным составляющим (парафиновым, ароматическим, нафтеновым).

К ним относятся:

процессы термического разложения масла в зонах перегрева (например, в клапанных втулках, зонах верхних поршневых колец, на поверхностях верхних поясов зеркала цилиндров). Такие процессы приводят к окислению наиболее легких фракций масляной основы или даже их частичному выкипанию;

добавление к углеводородам основы неиспарившегося топлива, попадающего в начальные периоды пусков (или при резком увеличении подачи топлива в цилиндры для осуществления ускорения автомобиля) в маслосборник картера через зону поршневых уплотнений;

попадание в поддон картера или маслосборник двигателя воды, образующейся при сго-рании топлива в КС цилиндров.

Если система вентиляции картера действует достаточно эффективно, а стенки картера находятся в подогретом состоянии до 90-95°С, вода не конденсируется на них и удаляется в атмосферу системой вентиляции картера. Если температура стенок картера существенно понижена, то попавшая в масло вода будет принимать участие в процессах его окисления. Количество сконденсировавшейся воды при этом может быть весьма значительным . Даже если считать, что только 2% газов могут прорваться через все компрессионные кольца цилиндра, то через картер двигателя с рабочим объемом 2-2,5 л за каждые 1000 км пробега будет прокачиваться по 2 кг воды. Допустим, что 95% воды удаляется системой вентиляции картера, то все равно после пробега в 5000 км на 4,0 л моторного масла будет приходиться около 0,5 л Н2О. Эта вода при работе двигателя преобразуется антиокислительной присадкой, содержащейся в моторном масле, в примеси - кокс и золу.

По указанным ранее причинам необходимо поддерживать при работе двигателя температуру стенок картера достаточно высокой, а в случае необходимости - применять системы смазки с сухим картером и отдельным масляным баком.

Следует отметить, что мероприятия, замедляющие процессы изменения состава масляной основы, существенно замедляют образование нагара, лака и осадков, а также снижают интенсивность изнашивания основных деталей автомобильных двигателей.

Фракционный и химический состав масел может изменяться в достаточно широких
пределах под влиянием различных факторов:

характера сырья, зависящего от месторождения, свойств нефтяной скважины;

особенностей технологии изготовления моторных масел;

особенностей транспортировки и длительности хранения масел.

Для предварительной оценки свойств нефтепродуктов применяют различные лабораторные методы: определение кривой разгонки, температур вспышки, помутнения и застывания, оценку окисляемости в средах с различной агрессивностью и т.п.

В основе старения автомобильного моторного масла лежат процессы окисления, разложения и полимеризации углеводородов, которые сопровождаются процессами загрязнения масла различными примесями (нагаром, пылью, металлическими частичками, водой, топливом и пр.). Процессы старения существенно изменяют физико-химические свойства масла, приводят к появлению в нѐм разнообразных продуктов окисления и износа, ухудшают его эксплуатационные качества. Различают следующие виды окисления масла в двигателях: в толстом слое - в поддоне картера или в масляном баке; в тонком слое -на поверхностях горячих металлических деталей; в туманообразном (капельном) состоянии - в картере, клапанной коробке и т.п. При этом окисление масла в толстом слое даѐт осадки в виде шлама, а в тонком слое - в виде лака.

Окисление углеводородов подчиняется теории перекисей А.Н. Баха и К.О. Энглера, дополненной П.Н. Черножуковым и С.Э. Крейном. Окисление углеводородов, в частности, в моторных маслах ДВС, может идти по двум основным направлениям, представленным на рис. 2, результаты окисления по которым различны. При этом результатом окисления по первому направлению являются кислые продукты (кислоты, оксикислоты, эстолиды и асфальтогенные кислоты), образующие осадки при пониженных температурах; результатом окисления по второму направлению являются нейтральные продукты (карбены, карбоиды, асфальтены и смолы), из которых образуются в различных пропорциях при повышенных температурах или лаки, или нагары.

Рис. 2. Пути окисления углеводородов в нефтяном продукте (например, в моторном масле для ДВС)

В процессах старения масла весьма значительна роль воды, попадающей в масло при конденсации ее паров из картерных газов или другими путями. В результате этого образуются эмульсии, которые впоследствии усиливают окислительную полимеризацию молекул масла. Взаимодействие оксикислот и других продуктов окисления масла с водомасляными эмульсиями вызывает усиленное образование осадков (шламов) в двигателе.

В свою очередь, образовавшиеся частички шлама, если они не будут нейтрализованы присадкой, служат центрами катализации и ускоряют разложение еще не окислившейся части масла. Если при этом не произвести своевременную замену моторного масла, процесс окисления будет происходить по типу цепной реакции с увеличивающейся скоростью, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Решающее влияние на образование нагаров, лаков и осадков на поверхностях деталей ДВС, контактирующих с моторным маслом, оказывает их тепловое состояние. В свою очередь, конструкционные особенности двигателей, условия их эксплуатации, режимы работы и т.д. определяют тепловое состояние двигателей и влияют, таким образом, на процессы образования отложений.

Не менее важное влияние на образование отложений в ДВС оказывают и характеристики применяемого моторного масла. Для каждого конкретного двигателя важно соответствие рекомендованного заводом-изготовителем масла температуре поверхностей деталей, контактирующих с ним.

В данной работе произведен анализ взаимосвязи температур поверхностей поршней двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 и процессов образования на них отложений нагаров и лаков, а также произведена оценка осадкообразования на поверхностях картера и клапанной крышки двигателей при использовании рекомендованного заводом изготовителем моторного масла М 63/12Г1.

Для исследования зависимостей количественных характеристик отложений в двигателях от их теплового состояния и условий работы можно использовать различные методики, например, Л-4 (Англия), 344-Т (США), ПЗВ (СССР) и др. . В частности, по методике 344-Т, являющейся нормативным документом США, состояние «чистого» неизношенного двигателя оценивается в 0 баллов; состояние предельно изношенного и загрязненного двигателя в 10 баллов. Аналогичной методикой оценки лакообразования на поверхностях поршней является отечественная методика ПЗВ (авторы - К.К. Папок, А.П. Зарубин, А.В. Виппер), цветовая шкала которой имеет баллы от 0 (отсутствие лаковых отложений) до 6 (максимальные отложения лака). Для пересчета баллов шкалы ПЗВ в баллы методики 344-Т показания первой необходимо увеличить в полтора раза. Указанная методика аналогична отечественной методике отрицательной оценки отложений ВНИИ НП (10 балльная шкала).

Для экспериментальных исследований использовались по 10 двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 . Эксперименты по исследованию процессов образования отложений проводились совместно с лабораториями испытаний легковых и грузовых автомобилей УКЭР ГАЗ на моторных стендах. В процессе испытаний, кроме прочего, контролировались расходы воздуха и топлива, давление и температура отработавших газов, температура масла и охлаждающей жидкости. При этом на стендах выдерживались режимы: частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности (100% нагрузки), и, поочередно, в течение 3,5 часов - 70% нагрузки, 50% нагрузки, 40% нагрузки, 25% нагрузки и без нагрузки (при закрытых дроссельных заслонках), т.е. эксперименты проведены по нагрузочным характеристикам двигателей. При этом температура охлаждающей жидкости выдерживалась в интервале 90…92С, температура масла в главной масляной магистрали - 90…95С. После этого двигатели разбирались и производились необходимые замеры.

Предварительно были проведены исследования по изменению физико-химических параметров моторных масел при испытаниях двигателей ЗМЗ-402.10 в составе автомобилей ГАЗ-3110 на автополигоне УКЭР ГАЗ. При этом выдержаны условия: средняя техническая скорость 30…32 км/ч, температура окружающего воздуха 18…26С, пробег до 5000 км. В результате испытаний получено - при увеличении пробегов автомобилей (времени работы двигателей) увеличивалось количество механических примесей и воды в моторных маслах, его коксовое число и зольность, происходили прочие изменения, что представлено в табл. 1

Нагарообразование на поверхностях днищ поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 характеризовалось данными, представленными на рис. 3 (для двигателей ЗМЗ-402.10 результаты подобны). Из анализа рисунка следует, что при повышении температур днищ поршней от 100 до 300С толщина (зона существования) нагара уменьшалась с 0,45…0,50 до 0,10…0,15 мм, что объясняется выжиганием нагара при повышении температуры поверхностей двигателей. Твердость же нагара повышалась с 0,5 до 4,0…4,5 баллов по причине спекания нагара при высоких температурах.

Рис. 3. Зависимости нагарообразования на поверхностях днищ поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 от их температур:
а - толщина нагара; б - твердость нагара;
символами нанесены усредненные экспериментальные значения

Оценка величин отложений лаков на боковых поверхностях поршней и их внутренних (нерабочих) поверхностях производилась также по десятибалльной шкале, согласно методике 344-Т, используемой во всех ведущих научно-исследовательских учреждениях страны.

Данные по лакообразованию на поверхностях поршней двигателей представлены на рис. 4 (результаты по исследуемым маркам двигателей совпадают). Режимы испытаний указаны ранее и соответствуют режимам при исследованиях нагарообразования на деталях.

Из анализа рисунка следует, что лакообразование на поверхностях поршней двигателей однозначно увеличивается с увеличением температур их поверхностей. На интенсивность лакообразования влияет не только повышение температур поверхностей деталей, но и длительность ее действия, т.е. продолжительность работы двигателей . При этом, однако, процессы лакообразования на рабочих (трущихся) поверхностях поршней существенно замедляются по сравнению с внутренними (нерабочими) поверхностями, вследствие стирания слоя лака в результате трения.

Рис. 4. Зависимости отложений лака на поверхностях поршней двигателей ЗМЗ-5234.10 от их температур:
а - внутренние поверхности; б - боковые поверхности; символами нанесены усредненные экспериментальные значения

Нагаро- и лакообразование на поверхностях деталей существенно интенсифицируется при применении масел групп «Б» и «В», что подтверждено рядом исследований, проведенных авторами на подобных и других типах автомобильных двигателей.

Планомерное увеличение отложений лаков на внутренних (нерабочих) поверхностях поршней вызывает уменьшение теплоотвода в картерное масло при увеличении наработки двигателей. Это вызывает, например, постепенное увеличение уровня теплового состояния двигателей по мере приближения наработки к смене масла при очередном ТО-2 автомобиля.

Образование осадков (шламов) из моторных масел происходит в наибольшей степени на поверхностях картера и клапанной крышки. Результаты исследований осадкообразования в двигателях ЗМЗ-5234.10 представлены на рис. 5 (для двигателей ЗМЗ-402.10 результаты подобны). Осадкообразование на поверхностях указанных ранее деталей оценивалось в зависимости от их температур, для измерения которых были смонтированы термопары (приварены конденсаторной сваркой): на поверхностях картера по 5 штук у каждого двигателя, на поверхностях клапанных крышек - по 3 штуки.

Как следует из рис. 5, при повышении температур поверхностей деталей двигателей осадкообразование на них уменьшается вследствие уменьшения содержания воды в картерном масле, что не противоречит результатам ранее проведенных экспериментов другими исследователями. Во всех двигателях осадкообразование на поверхностях деталей картера оказались больше, чем на поверхностях клапанных крышек.

На моторных маслах групп форсирования «Б» и «В» осадкообразование на деталях ДВС, контактирующих с моторным маслом, происходит интенсивнее, чем на маслах групп форсирования «Г», что подтверждено рядом исследований .

В данной работе исследования отложений на зеркалах цилиндров при эксплуатации двигателей на самых современных маслах не проводилось, однако, можно уверенно предположить, что для исследуемых двигателей они будут не больше, чем при их работе на менее качественных маслах.

Полученные результаты по взаимосвязи изменения температур основных деталей двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-5234.10 (поршней, цилиндров, клапанных крышек и масляных картеров) и количества отложений позволили выявить закономерности процессов образования нагаров, лаков и осадков на поверхностях указанных деталей. Для этого результаты аппроксимированы функциональными зависимостями методом наименьших квадратов и представлены на рис. 3-5. Полученные закономерности процессов образования отложений на поверхностях деталей автомобильных карбюраторных двигателей должны учитываться и использоваться конструкторами и инженерно-техническими работниками, занимающимися доводкой и эксплуатацией ДВС.

Двигатель автомобиля работает с наибольшей эффективностью лишь при определенных условиях. Оптимальный температурный режим теплонагруженных деталей является одним из таких условий и обеспечивает высокие технические характеристики двигателя с одновременным снижением износов, отложений и, следовательно, повышением показателей его надежности.

Оптимальное тепловое состояние ДВС характеризуется оптимальными температурами поверхностей их теплонагруженных деталей. Анализируя проведенные исследования процессов образования отложений на деталях исследуемых карбюраторных двигателей ЗМЗ и подобные исследования по бензиновым двигателям , можно с достаточной степенью точности определить интервалы оптимальных и опасных температур поверхностей деталей данного класса двигателей. Полученная информация представлена в табл. 2.

При температурах деталей двигателей в опасной низкотемпературной зоне увеличивается толщина нагара на поверхностях деталей, образующих КС, что приводит к возникновению детонационного сгорания топливовоздушных смесей, а также при низких температурах поверхностей деталей двигателей на них увеличивается количество осадков из моторных масел. Все это нарушает нормальную работу двигателей. В свою очередь отложения приводят к перераспределению тепловых потоков, проходящих через поршни, и повышению температур поршней в критических точках - в центре огневой поверхности днища поршня и в канавке ВКК. Температурное поле поршня двигателя ЗМЗ-5234.10 с учетом отложений нагаров и лаков на его поверхностях представлено на рис. 7.

Задача теплопроводности методом конечных элементов решалась с ГУ 1-рода, полученными при термометрировании поршня на режиме номинальной мощности при стендовых испытаниях двигателя. Термоэлектрические эксперименты проводились с тем же поршнем, для которого предварительно выполнены исследования температурного состояния без учета отложений. Эксперименты осуществлялись при идентичных условиях. Предварительно двигатель работал на стенде более 80 часов, после чего наступает стабилизация нагаров и лаков. В результате, температура в центре днища поршня повысилась на 24°С, в зоне канавки ВКК - на 26°С в сравнении с моделью поршня без учета отложений. Значение температуры поверхности поршня над ВКК 238°С входит в опасную высокотемпературную зону (табл. 2). Близко к опасной высокотемпературной зоне и значение температуры в центре днища поршня.

На этапе проектирования и доводки двигателей влияние отложений нагаров на тепловоспринимающих поверхностях поршней и лаков на их поверхностях, контактирующих с моторным маслом, учитывается крайне редко. Это обстоятельство в совокупности с эксплуатацией двигателей в составе АТС при повышенных тепловых нагрузках увеличивает вероятность отказов - прогары поршней, закоксовывание поршневых колец и т.д.

Н.А Кузьмин, В.В. Зеленцов, И.О. Донато

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Управление автомагистрали “Москва — Н.Новгород»