Стабильность характеризует сохраняемость показателей качества топлива при хранении и транспортировании. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.
Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожароопасности.
Склонность к нагарообразованию. При сгорании топлива в дизелях на стенках камеры сгорания и выпускных клапанах образуется нагар. Нежелательные последствия отложения нагара в дизелях оцениваются несколько иначе, чем в карбюраторных двигателях. Теплоизолирующее действие нагара и его объемное влияние на степень сжатия для дизельного двигателя не имеют такого решающего значения, как для карбюраторного.
Отложение нагара на выпускных клапанах дизельного двигателя ведет к нарушению их посадки и потере герметичности. Обрастание нагаром продувочных окон ухудшает газообмен в двухтактных двигателях.
Основные же отрицательные последствия в дизельных двигателях связаны с образованием нагара и отложений на форсунках. Наличие нагара на распылителях вызывает искривление факела, ухудшение качества распыливания, появление дымного выпуска отработавших газов и снижает экономичность двигателя. Попадание частичек нагара под иглы распылителей форсунок приводит к их зависанию, т. е. такому положению, когда игла не плотно садится в свое гнездо и не перекрывает канал распылителя форсунки. В результате этого топливо подтекает, падает мощность и экономичность двигателя, появляется дымный выпуск отработавших газов. Характер отложений на различных деталях камер сгорания неодинаков. На днищах поршней и стенках головки цилиндров нагар более плотный, довольно твердый, темно-серого цвета, нерастворимый в различных растворителях.
На иглах форсунок нагар обычно более мягкий, смолистый, соломенного цвета. Иногда отложения на иглах форсунок по внешнему виду похожи на лак, такие же отложения появляются и на боковых поверхностях поршней.
Нагарообразование в дизельных двигателях протекает неравномерно по времени. В первые часы работы двигателя этот процесс идет интенсивно, затем несколько замедляется, достигая равновесного состояния (масса образующегося нагара примерно равна массе выгорающего нагара).
Нагарообразование, кроме конструктивных факторов и режима работы двигателя, зависит от качества применяемого топлива. Среди физико-химических свойств на образование отложений влияют такие характеристики, как фракционный состав, общее содержание сернистых соединений и содержание меркаптановой серы, природа и концентрация алкенов и ароматических углеводородов, содержание и характер смолистых веществ.
Более тяжелые виды дизельного топлива образуют больше нагара. Так, если облегченные виды дизельного топлива типа керосинов (пределы выкипания от 130 до 280 °C) в определенных условиях дают 100–140 мг нагара на 1 кг топлива, то в аналогичных условиях товарные виды дизельного топлива (пределы выкипания от 160 до 360 °C) – 245–265 мг/кг, нагара, а виды топлива утяжеленного фракционного состава (выкипающие до 400–420 °C) – около 360 мг/кг.
Чем выше содержание серы в топливе, тем больше нагара и лака получается при его сгорании. Сера, содержащаяся в топливе, влияет не только на массу образующегося нагара, но и на его свойства. Сернистые соединения, накапливаясь в нагаре, повышают его плотность.
Влияние серы на нагарообразование является одной из причин ограничения ее содержания в товарном дизельном топливе. При сгорании гидроочищенного топлива нагарообразование снижается в 1,5–2 раза.
Среди сернистых соединений, присутствующих в дизельных топливах, наибольшее влияние на нагарообразование оказывают меркаптаны. В присутствии меркаптанов ускоряется окисление нестабильных соединений дизельного топлива и тем самым увеличивается скорость образования отложений. Поэтому содержание меркаптановой серы в товарном дизельном топливе не должно превышать 0,01 %. Удаление меркаптанов из сернистого дизельного топлива приводит к тому, что в 2–5 раз уменьшается толщина лаковых пленок на иглах, а температура начала осмоления игл распылителей форсунок повышается на 25–30 °C.
Среди углеводородов, содержащихся в дизельном топливе, на процесс нагарообразования в большей степени влияют алкены и ароматические углеводороды. С увеличением содержания ароматических углеводородов склонность топлива к нагарообразованию возрастает.
Существенную роль в процессе нагарообразования играют алкены, в частности олефины. В топливе, полученном прямой перегонкой нефти, их содержание невелико. Добавление к топливу, полученному прямой перегонкой нефти, компонентов вторичной переработки нефти (от процессов термического и каталитического крекинга) повышает содержание олефинов в дизельном топливе. Испытания показали, что добавление к топливу, полученному прямой перегонкой нефти, даже 20 % дизельных фракций термического крекинга приводит к резкому ухудшению его эксплуатационных свойств, а именно снижается стабильность при хранении и повышается склонность к нагарообразованию. Такое топливо вызывает быстрое осмоление игл распылителей форсунок и их зависание. В связи с этим добавление продуктов термического крекинга в товарные виды топлива для быстроходных дизелей запрещено.
В продуктах каталитического крекинга меньше алкенов, поэтому в товарное дизельное топливо из сернистой нефти допускается добавлять до 20 % каталитического газойля.
С увеличением содержания смолистых веществ склонность дизельного топлива к нагарообразованию возрастает. Добавление к обессмоленному топливу всего лишь 0,25 % смолистых веществ приводит к образованию отложений и зависанию игл распылителей форсунок.
Содержание смолистых веществ в дизельном топливе оценивают так же, как в автомобильных бензинах – определением содержания фактических смол. С увеличением содержания фактических смол в дизельном топливе их склонность к нагарообразованию возрастает. Поэтому одно из требований к качеству дизельного топлива – содержание фактических смол не должно превышать 30–60 мг/100 мл.
Склонность дизельного топлива к нагарообразованию зависит также от его коксуемости и зольности.
Коксуемость — это способность топлива образовывать в условиях нагрева без доступа воздуха остаток в виде угля (кокса). Для дизельного топлива коксуемость зависит от их фракционного состава и содержания смолистых и нестабильных соединений. Чем быстроходней и термически напряженней двигатель, тем меньше должна быть коксуемость применяемого топлива. Коксуемость определяют либо для топлива в целом, либо для его 10 %-ного остатка после перегонки (коксуемость 10 %-ного остатка должна быть не более 0,5 %).
Зольность топлива характеризует содержание в нем несгораемых примесей: чем меньше зольность, тем меньше неорганических примесей попадает в нагар. Увеличение массы золы в нагаре ведет к повышению его абразивных свойств. Допустимое содержание золы в дизельном топливе лежит в пределах 0,01—0,02 %.
Товарное дизельное топливо, отвечающее указанным выше требованиям по фракционному составу, йодному числу, содержанию фактических смол, общей и меркаптановой серы, зольности и коксуемости, обеспечивает работу двигателей на всех режимах с незначительным образованием отложений.
5. Смазывающие вещества для автомобилей
За последние годы количество иномарок на наших дорогах резко увеличилось, однако статистика свидетельствует о том, что подавляющее большинство украинских автомобилистов продолжает владеть «Жигулями», «Москвичами», «Волгами», «Запорожцами», «Тавриями» и другими детищами родного автопрома. Многие из них выпущены так давно, что теперь трудно уже вспомнить, что тогда рекомендовали заводы-изготовители по поводу технического обслуживания машин. Так, например, для многих автомобилистов остается открытым вопрос о смазочных маслах и технических жидкостях, которые наилучшим образом подойдут к автомобильным двигателям и другим механизмам. Чтобы на него ответить, прежде всего, давайте вспомним, для чего вообще механизмы смазывают.
5.1. Трение и износ
Трение и износ твердых поверхностей имеют место всегда, когда эти поверхности соприкасаются друг с другом при некотором усилии. Трение представляет собой сопротивление движению одной поверхности по отношению к другой, в результате которого происходит выделение тепла. В зависимости от условия и характера работы между контактирующими поверхностями имеет место либо трение покоя, либо трение движения. В свою очередь, трение движения бывает двух разновидностей – трение скольжения и трение качения.
Каждый из перечисленных видов трения может осуществляться как без смазки (сухое трение), так и в присутствии смазки. В зависимости от толщины слоя смазки различают граничное и жидкостное (или гидродинамическое) трения.
Жидкостное, или гидродинамическое, трение характеризуется полным разделением контактирующих тел слоем смазочного материала. Эластогидродинамический – это такой режим смазывания, когда трение и толщина слоя смазывающего материала между трущимися поверхностями определяются свойствами материала поверхности трения и смазочным веществом. Данный процесс, как правило, реализуется на переходных режимах работы узлов трения.
Наиболее неблагоприятным и опасным режимом трения является граничный. Он характеризуется минимальной толщиной смазочной пленки, высокими значениями коэффициента и силы трения, а также повышенным износом пар трения.
Износ — это повреждение деталей, вызванное трением. В результате износа уменьшаются размеры деталей и изменяется их форма. Чем больше нагрузка и выше скорость движущихся поверхностей, тем сильнее сопротивление трения и, как следствие, износ. Как бы (на первый взгляд) хорошо не были обработаны трущиеся поверхности, на них всегда есть микрошероховатости, гребни которых задирают аналогичные неровности на сопрягаемых деталях, усиливая их износ. В результате повышенного износа происходят задир и заедание поверхностей трения. При этом затрудняется перемещение контактирующих тел вплоть до их полной остановки (в этом случае говорят о «заклинивании»), что в итоге может привести к полному разрушению узла трения.