146948 (Влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания), страница 2

2.1Влияние асфальтенов на работу ДВС.

Почти в каждой проблеме с двигателем качество топли­ва было одной из причин его неполадок. Образование отложе­ний может привести к отказу двига­теля. Как же цилиндровое масло может предотвратить образование отложений, поддерживать чистоту двигателя и предупредить возмож­ные неудачи?

Проблемы загрязнения и мето­ды обеспечения чистоты работы двигателя были исследованы Бо­бом Алленом, чартерным инженером, членом Института морских инжене­ров Великобритании, техническим ме­неджером "Castrol Marine". Он от­мечает, что чистота картеров четырех­тактного двигателя зависит от степени загрязненности цилиндрового масла продуктами неполного сгорания топли­ва и его протечек в топливных насосах. Термин "чистота картера" связан с об­разованием черных асфальтеновых от­ложений на стенках картера, накоплени­ем загрязнений в кулачковом приводе и липких отложений в сепараторе.

Совместимость остаточных приме­сей топлива и цилиндровой смазки, а также вероятность образования отложе­ний могут быть продемонстрированы при использовании метода испытаний при использовании метода испытания IP375. При взаимодействии оста­точных примесей топлива со сма­зочным маслом возможность выпаде­ния асфальтеновых отложений уве­личивается. Это связано с тем, что асфальтены содержатся в топливе в рас­творенном состоянии благодаря аро­матическим дистиллятным продук­там и любое снижение содержания ароматических соединений может привести к выпадению отложений. Что происходит при смешивании та­кого парафинсодержащего материа­ла, как смазочное масло, с топливом? Не все сорта топлива имеют одина­ковую способность к выпадению отло­жений, но в результате исследований ус­тановлено, что сорта топлива с низким коэффициентом вязкости, например, 180 сСт, требующие более высокого содер­жания дистиллятных продуктов для рас­творения остатков до необходимого уровня вязкости, скорее приводят к про­блемам.

На рис. 1 показаны результаты ис­следований по методу IP375 топлива с высоким и низким содержанием асфальтенов, согласно которым первое больше способствует отложениям в двигателе. Как известно, качество бункера в мире различно, и содержание асфальтенов мо­жет изменяться от 2 % до 11 %.

Рис. 2 показывает изменение содержания ас­фальтенов в топливе и его удельной плотности за период испытаний на судне в течение 18 месяцев, которые выявили близкую корреляцию этих двух характеристик топлива. Во время этих испытаний двигатель работал в течение 4500 час. на топ­ливе с низким содержанием асфаль­тенов, и в кулачковом приводе не было обнаружено отложений, но когда топливо сменили на другое, с очень высоким содержанием ас­фальтенов, то уже через 2000 час. В кулачковом приводе и картере были об­наружены большие отложения. В обоих случаях использовалось одно и то же смазочное масло.

Конечно, при этом вред наносится не только картерам. Топливные отложения образуются в канавках поршневых ко­лец и в подпоршневом пространстве. Отложения в зоне кольца могут привес­ти к их залипанию, а в результате нагарообразования на головке поршня сни­жается эффективность его охлаждения, что может привести к повышению тем­пературы и прогоранию поршня. Блоки­рование маслосъемных колец может вы­звать повышенный расход цилиндровой смазки.

Каким образом можно уменьшить эти отложения? Установлено, что ис­пользование смазочных материалов с высоким содержанием ароматических соединений не обеспечивает решения проблемы асфальтеновых отложений. Это связано с тем, что с течением вре­мени компоненты масла на базе аро­матических соединений будут окис­ляться, и, в конечном итоге, асфальтеновые отложения в двигателе будут образовываться, несмотря на выпол­нение эксплуатационных действий по очистке двигателя.

Реальное предотвращение асфальтеновых отложений должно обеспечить использование химических средств.

На рис. 3 показано количество высокотем­пературных отложений, которые возни­кают вследствие загрязнения смазочных материалов из-за применения низко­качественного топлива. Как следует из сравнения представленных гистограмм, использование химических добавок в смазочном масле обеспечивает резкое снижение асфальтеновых отложений.

За тот же период, что низкокачест­венные сорта топлива приобрели широ­кое распространение, качество легкого дизельного топлива MGO также ухуд­шилось. Исследования показали, что га­зойли с высокой степенью парообразо­вания вызывают отложения в двигателе и что высокоциклические углеводороды, в основном ди- или полициклического ароматического типа, будут произво­дить больше отложений вследствие кре­кинга и окисления, чем парафиносодержащие углеводороды.

Полимеризация несгоревших частиц топлива и конденсация на цилиндровой втулке приводят к образованию лакообразного нагара. Твердый смолообразный материал на втулке цилиндра и в полиро­ванных канавках вызывает прекращение действия смазки. Это обычно случается при работе на легком дизельном топливе

четырехтактных двигателей, однако зарегистрированы так­же подобные случаи и в двух­тактных крейцкопфных двига­телях.

Циклические углеводоро­ды не сгорают полностью во время такта сгорания (расши­рения), и небольшая часть образовавшихся отхо­дов прилипает к втулке, вызывая лакообразный нагар. При этом оценка по­тери эффективности смазки может произ­водиться по величине толщины лакообразующих отложений в канавках втулки после 1000 час. работы двигателя и расходу смазки, который не должен превышать 0,2 ррт сгоревшего топлива.

На рис. 4 показано влияние лакообразующего нагара на эффектив­ность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голланд­ского рыболовного судна, которые под­тверждаются данными по другим судам. На этих судах двигатели работали с большими перегрузками и использовали низкокачественное дизельное топливо MGO. При работе двигателей с меньшей мощностью вследствие снижения сопро­тивления трала расход масла возвраща­ется к нормальному уровню. Это оз­начает, что в случае уменьшения дейст­вия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.

Хотя применение высокоэффектив­ных смазок и легкого дизельного топли­ва с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное ре­шение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.

Более непосредственным способом

в оздействия на лакообразующие отло­жения является химическая очистка топ­лива, основанная на сильнодействую­щих моющих средствах (детергентах), которые могут обеспечивать чистоту высокотемпературных поверхностей в камерах сгорания. Были проведены ис­пытания комбинации химикатов для очистки топлива на двигателе с большим расходом смазки, обусловленном лакообразующими отложениями на втулке. Результаты экспериментов пока­зали, что для быстрого достижения по­ложительного эффекта минимальная до­за присадки должна равняться 1 литр/м³ топлива. Все случаи значительного сни­жения расхода лубрикаторной смазки были подтверждены эндоскопическим осмотром.

В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повы­шения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных мате­риалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроите­ли призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, кото­рые вместе с химической очисткой топли­ва должны обеспечить решение пробле­мы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.

2.2Влияние присадок на двигатель

При работе дизельного двигателя на фор­сунках и в камере сгорания образуются отло­жения, нарушающие подачу топлива и нормаль­ное протекание рабочего процесса. В результа­те снижается мощность и экономичность дви­гателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, пред­назначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизель­ного двигателя разлагаются.

За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе тер­мостабильных ПАВ. Анализ литературы и па­тентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нага­ра и небольшое количество катализаторов го­рения. В качестве модификаторов нагара ис­пользуются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горе­ния — соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элемен­тов). Катализатор горения берется в та­ких количествах, что концентрация ме­талла в топливе составляет не более 100 млн¹. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, об­разующиеся при сгорании присадок с то­пливом. Металлсодержащие присадки ис­пользуют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие темпе­ратуру выгорания сажи и препятствую­щие забивке сажевых фильтров. Так на­пример, фирмой Lubrizol разработана то­варная присадка, эффективная в концен­трации до 70 млн"¹ в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступно­го отечественного сырья разработан об­разец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодер­жащих соединений и катализатора горения — топливорастворимой соли меди.

Присадка антикокс характеризуется сле­дующими физико-химическими показателями:

кинематическая вязкость при 20°С, 40
мм²/с, не более

плотность при 20°С, кг/м³ ~880

температура вспышки, °С, не ниже 35

концентрация меди, % мае. ~15

Рекомендуемая концентрация присадки в топливе составляет 0,01-0.02^гс в зависимости от способа применения. При постоянном при­менении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосерви­се: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, дос­тигающие 0,1%.

На рис. 1-3 приведены результаты испы­таний присадки в количестве 0,1% мае. в со­ставе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой пред­варительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержа­щем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбира­ли и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на по­верхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины — до одного и более милли­метров.

Толщина основной массы нагара на го­ловке блока цилиндров и днище поршня дости­гала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представля­ется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После на­работки нагара двигатель собирали и проводи­ли нагароочистку в течение 5 ч, работая на стандартном дизельном топливе Л с присадкой.

При введении в топливо присадки в концентрации 0,02-0,05%, нагар удалялся на 25-65' (рис. 4).