§ 3. Влияние топлива на техническое состояние двигателей

Износ двигателя в значительной степени зависит от состава горючей смеси и от протекания процессов сгорания. При работе на низкосортном топливе износ двигателя возрастает в 1,5 - 2 раза. Это объясняется тем, что трудно испаряющиеся фракции поступают в цилиндры двигателя в жидком состоянии и смывают масляную пленку со стенок. При содержании в топливе смол и серы резко повышается нагарообразование и возрастает коррозия деталей двигателя. При недостатке воздуха (работа на переобогащенной смеси) излишнее топливо конденсируется в цилиндрах двигателя и смывает смазку. При избытке воздуха (работа на бедной смеси) излишний кислород воздуха окисляет смазку цилиндров. В результате работы двигателя на богатой и бедной смесях возникает перегрев двигателя, образуется нагар и возрастает износ двигателя.

При низком качестве топлива, раннем зажигании и обедненной горючей смеси, при перегреве двигателя и нагарообразовании возникает детонационное сгорание, которое начинается в несгоревших слоях смеси, волне горения при этом предшествует волна давления, процессы окисления интенсифицируются и происходит детонационный взрыв, который сопровождается мгновенным выделением большого количества энергии в малом объеме, что вызывает резкое местное повышение давления и возникновение детонационной упругой волны, распространяющейся со скоростью в 1500-2500 м/сек. Детонационная волна, воздействуя на стенки цилиндра и днище поршня, вызывает вибрацию деталей (детонационные стуки). Она смывает слой смазки на стенках цилиндра, вследствие чего увеличивается их износ, а возникающие при детонации активные продукты окисления резко повышают коррозию.

Работа двигателя с детонацией вызывает пригорание поршневых колец, прогар клапанов и разрушение днищ поршней, вкла-дышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

Основным топливом (для карбюраторных двигателей) являются автомобильные бензины. По ГОСТ 2084 - 67 предусмотрен выпуск автомобильных бензинов: А - 66, А - 72, А - 76, АИ - 93 и АИ - 98. Качество бензинов в основном определяется их октановым числом, фракционным составом, склонностью к образованию отложений и коррозионными свойствами.

Для повышения детонационной стойкости автомобильных топ-лив, обладающих низким октановым числом, к ним добавляются этиловые жидкости марок 1-ТС и Р-9. Основным компонентом этиловой жидкости является татраэтилсвинец (ТЭС), который в жидкостях соответственно составляет 58 и 54%.

В этиловых жидкостях имеются выносители, предназначенные для образования со свинцом летучих соединений, выходящих из двигателя вместе с отработавшими газами, что уменьшает свинцовые отложения в нагаре на стенках камер сгорания, клапанах и электродах свечей.

Тетраэтилсвинец чрезвычайно ядовит, поэтому этиловая жидкость добавляется в бензин только в заводских условиях и в небольших количествах.

Этилированные бензины нельзя применять для мытья рук и деталей, для заправки паяльных и осветительных ламп, в качестве растворителя для красок и как средство для чистки одежды. При длительном хранении этилированного бензина в осадках, отлагающихся в бензобаках, топливопроводах и приборах питания, содержится до 15% окислившегося тетраэтилсвинца, а при работе на этих бензинах тетраэтилсвинец попадает в нагар и масло. Поэтому при промывке систем питания автомобиля и смазки двигателя, а также при очистке нагара и замене двигателя необходимо соблюдать меры предосторожности.

С увеличением степени сжатия в двигателе необходимо повышать октановое число топлива.

Для нормальной работы новых двухрядных 8-ми цилиндровых двигателей типов ЗМЗ - 66 и ЗИЛ - 130 необходимо применять бензины с октановым числом (по моторному методу) не ниже 76.

Бензин АИ - 93 предназначен для двигателей со степенью сжатия 7,0 - 7,5, АИ - 98 со степенью сжатия 8,0 - 9,5.

По фракционному составу бензина можно определить его влияние на работу двигателя.

По температуре перегонки (испарения) 10% бензина можно определить "пусковые" его качества и склонность к образованию паровых пробок. Обычно для запуска двигателя при температуре воздуха минус 15 - 20° С необходимо применять бензины с температурой перегонки 10% - не более 75 - 79° С. В случае значительного понижения этой температуры возникают перебои в подаче топлива, и обедняется смесь из-за образования паровых пробок, при ее повышении затрудняется запуск двигателя и увеличивается пусковой износ.

Температура перегонки 50% бензина (испаряются рабочие фракции) характеризует его способность обеспечивать устойчивую работу на малых оборотах, быстрый прогрев и приемистость двигателя.

Температуры перегонки 90% бензина и конца его разгонки характеризуют наличие в нем тяжелых фракций и определяют влияние бензина на мощность, экономичность и износ двигателя. Зависимость износа двигателя от температуры конца перегонки бензина, характеризующей его фракционный состав, показана на рис. 3.

Одной из причин утяжеления фракционного состава является наличие в нем смолистых веществ.

Смолы, содержащиеся в топливе, отлагаются на стенках бензобаков, бензопроводов, в топливном фильтре, бензонасосе и карбюраторе в виде липкого осадка, нарушая подачу топлива. Попадая с топливом во впускной трубопровод и цилиндры, смолы оседают на горячих стенках трубопровода, стержнях, тарелках и седлах клапанов, в камере сгорания, на днище поршня, свечах и под действием высоких температур образуют нагар.

Отложения смол и нагара на стержнях и тарелках клапанов нарушают их посадку и вызывают зависание клапанов. Отложения смол в цилиндрах способствуют возникновению детонации и самовоспламенения смеси. Отложение смол во впускном трубопроводе затрудняет подачу горючей смеси.

Содержание фактических смол в топливе допускается в пределах 2 - 20 мг на 100 мл бензина. Склонность топлива к смолообразованию зависит от его химической стабильности. Чем больше индукционный период окисления, тем более стоек бензин и тем дольше он может храниться без смолообразования. Интенсивность смолоотложения в топливе увеличивается в процессе его хранения при повышенных температурах, в грязной, влажной, ржавой, полностью незаполненной и незакупоренной таре.

Рис. 3. Зависимость износа двигателя от фракционного состава бензина

Коррозионные свойства топлива определяются наличием в нем серы и сернистых соединений, кислот, щелочей и воды. С понижением теплового состояния двигателя, работа на сернистых бензинах сопровождается значительным износом. Наличие серы в топливе увеличивает нагарообразование и снижает антидетонационные качества топлива.

Для транспортных и быстроходных дизелей выпускается высококачественное топливо марок ДА, ДЗ и ДЛ (ГОСТ 4749 - 49) и марок А, 3 и Л (ГОСТ 305 - 62).

Качество дизельного топлива в основном определяется его цетановым числом, фракционным составом, вязкостью, температурой застывания, склонностью к нагарообразованию и коррозионностью.

Цетановое число характеризует самовоспламеняемость топлива. Время от начала подачи топлива в. цилиндр до момента воспламенения смеси называется периодом задержки воспламенения. Чем больше этот период, тем более жестко работает двигатель. С повышением цетанового числа уменьшается жесткость работы двигателя, в то же время увеличивается склонность топлива к застыванию. Поэтому у арктического (А) и зимнего (3) дизельных топлив цетановое число разно 40, а у летнего (Л) оно повышено до 45.

Фракционный состав топлива характеризует его общую испаряемость, а температура выкипания 50% - его пусковые качества. При чрезмерном облегчении фракционного состава ухудшается самовоспламеняемость топлива. При работе на топливе, имеющем тяжелый фракционный состав и содержащем смолы, увеличивается нагарообразование в двигателе.

Вязкость дизельного топлива характеризует его текучесть и смазывающие качества.

Коррозионные свойства дизельного топлива определяют по наличию в нем сернистых соединений, кислот и щелочей. В целях снижения коррозионного износа двигателей, работающих на сернистом топливе по ГОСТ 305 - 62, нужно применять специальные дизельные масла.