Вред, причиняемый накипью в системе охлаждения двигателя

Накипь, находящаяся в системе охлаждения, причиняет двигателю значительный вред, ухудшая его работу и техническое состояние. Главной причиной этого является то, что накипь обладает очень низкой теплопроводностью (табл. 2). Для сравнения в табл. 2 приведена теплопроводность некоторых металлов.

Таблица 2. Теплопроводность металлов и различных видов накипи

¹ (Коэффициент теплопроводности А. имеет размерность в системе СИ ^вт/_м*град (1 ^вт/_м*град = 0,86 ^ккал/_{м*ч*град}).)

Очень низкая теплопроводность накипи, даже при незначительном ее слое, резко изменяет тепловой режим работы двигателя. При слое накипи толщиной 1 мм температура стенок цилиндра двигателя выше, чем при отсутствии накипи, на 100-200° С. Влияние теплопроводности накипи и ее толщины на тепловой режим работы двигателя изучен еще недостаточно. Для того чтобы составить некоторое представление об этом влиянии, можно воспользоваться данными, имеющимися для паровых котлов. На рис. 2 кривая 1 дана для накипи с самой низкой теплопроводностью, которую имеет силикатная накипь и карбонатная, пропитанная маслом.

Рис. 2. Температура стенки котла в зависимости от толщины слоя накипи с разной теплопроводностью λ (ккал/м*ч*град): 1-λ = 0,1; 2-λ = 0,2; 3-λ = 0,5; 4-λ = 1,0; 5-λ = 2,0

Кривая 5 дана для накипи с наибольшей теплопроводностью. Не трудно видеть, что температура стенки котла в зависимости от вида накипи при одинаковой толщине слоя ее может отличаться на 400-500° С. Таким образом, на тепловой режим работы двигателя влияет как вид накипи, так и толщина слоя ее. Поэтому каждое автотранспортное предприятие, получающее воду из того или иного источника, должно знать состав воды и вид накипи, который она дает в системе охлаждения двигателей. Для этого необходимо из блока цилиндров и радиаторов отобрать пробы накипи и провести ее анализ. В этой пробе следует определить содержание кальция, магния, полуторных окислов (алюминия и железа), а также анионов серной, соляной, угольной и кремниевой кислот. Полный анализ воды всегда можно получить в лаборатории водопроводной станции.

Если в систему охлаждения двигателя попадает масло, то оно впитывается в поры накипи, которая в результате этого уменьшает свою теплопроводность в 2-8 раз. Если поры будут заполнены маслом, то циркуляция воды в них прекращается, что и приводит к понижению теплопроводности накипи. Исходя из этого не следует заправлять систему охлаждения двигателя ведром, в котором находилось масло.

Повышение теплового режима работы двигателя благодаря ухудшению отвода тепла при наличии накипи приводит к повышенному расходу топлива и вместе с тем к снижению .мощности двигателя. При слое накипи толщиной 0,5-0,6 мм в системе охлаждения тракторного двигателя СТЗНАТИ перерасход топлива, как показали исследования К. Швецова [11], превышает 9% при снижении мощности двигателя до 7%. В том же двигателе при слое накипи толщиной 1,2 мм троисходит перерасход топлива до 18-19%, а снижение мощности при этом достигает 12-13%.

При исследовании В. Егорушкиным [6] на стенде двигателя ГАЗ-51 установлено, что слой накипи толщиной 1 мм дает перерасход топлива на 5%. При толщине накипи 1,15 мм снижение мощности превышает 6%. Влияние толщины слоя накипи на перерасход топлива в двигателе, по данным С. Ш. Дворкина [11], показано на рис. 3.

Рис. 3. Влияние толщины слоя накипи на перерасход топлива в тракторном двигателе

Вред, причиняемый работе автомобильного двигателя, не ограничивается только перерасходом топлива и снижением мощности двигателя. Первичная накипь, образовавшаяся в виде шлама, циркулирует вместе с водой в системе охлаждения весьма интенсивно. Шлам накапливается в тех местах, где скорость движения воды наименьшая.

Систематические ежедневные колебания температуры воды в двигателе днем и ночью значительны и достигают 80° С и более. Колебания температуры воды приводят к периодическому повышению и понижению растворимости накипеобразователей. При постепенном повышении температуры растворимость их понижается и при отсутствии циркуляции воды происходит кристаллизация, благодаря которой шлам цементируется, превращаясь в плотный слой вторичной накипи. Это явление и приводит к тому, что накипь в системе охлаждения двигателя оседает неравномерно, о чем было сказано ранее.

Неравномерное отложение накипи в системе охлаждения двигателя приводит к ухудшению его работы, причем это ухудшение неодинаково проявляется на разных участках системы. Последний цилиндр двигателя работает в наиболее повышенном температурном режиме. Чем больше образуется слой вторичной накипи, тем медленнее протекает вода, тем более благоприятные условия создаются для образования вторичной накипи. В конечном итоге возле последнего цилиндра слой накипи достигает такой толщины, что система охлаждения в этом месте практически не работает.

Тепловой режим автомобильного двигателя характеризуется непрерывным изменением температуры стенок цилиндров в соответствии с порядком их работы.

Вместе с интенсивным тепловыделением блок и головка цилиндров претерпевают непрерывные механические напряжения. Неравномерное отложение накипи в системе охлаждения приводит к увеличению неравенства температуры в отдельных участках блока цилиндров и вместе с этим к дополнительным механическим напряжениям. В конечном счете это приводит к появлению трещин в блоке цилиндров. В результате блок цилиндров отбраковывают. Такие блоки, как показывают наблюдения, не дорабатывают своего расчетного срока службы до 35%.

Накипь резко уменьшает коэффициент теплопередачи, что приводит к значительному повышению температуры в камере сгорания. Это увеличивает испарение и. угар масла, а следовательно, и его расход. Более высокая температура способствует более интенсивному окислению масла, что уменьшает срок его годности и вместе с этим сокращает срок его смены. Повышенный температурный режим в камере сгорания и в цилиндрах вызывает разрушение моющих и антикоррозионных присадок к маслу. Масло с комплексной присадкой, проработавшее в повышенном температурном режиме, постепенно превращается в масло без присадки. Систематические доливы масла не могут компенсировать убыль присадки. Это в конечном счете приводит к уменьшению срока службы масла до 2 раз. Преждевременное срабатывание моющего и антикоррозионного компонентов присадки масла приводит к увеличению износа двигателя, повышенным среднетемпературным отложениям в кольцевых канавках поршня. К этому следует добавить, что повышенный температурный режим работы двигателя способствует появлению детонации.

Накипь, осевшая в радиаторе, значительно снижает эффективность охлаждения воды, благодаря чему температура воды повышается. Ухудшение работы системы охлаждения двигателя наступает по двум причинам. Во-первых, в результате плохой теплопроводности накипи ухудшается отвод тепла от стенок цилиндров и камеры сгорания и, во-вторых, в результате снижения эффективности работы радиатора. В конечном счете радиаторы приходится снимать, промывать и очищать от накипи. При очистке трубок шомполами часто нарушаются места пайки, в связи с чем возникает необходимость их перепайки. Эти расходы по демонтажу и монтажу радиатора, очистке и промывке его, перепайке трубок являются неоправданными и при отсутствии накипи в системе охлаждения должны практически отсутствовать.

При длительной работе двигателя и при большой жесткости воды радиаторы забиваются накипью настолько, что очистить их механическим или химическим путем невозможно. В этих случаях радиаторы снимают и заменяют новыми. Однако при отсутствии накипи радиаторы могли бы служить еще неограниченное время. Следовательно, стоимость радиаторов и затраты на снятие и установку их ложатся также непроизводительным расходом на автотранспортное предприятие. Как правило, там, где вода жесткая и за качеством ее не наблюдают, и происходит повышенный расход радиаторов.

Таким образом, наличие накипи в системе охлаждения двигателя вызывает значительные дополнительные расходы. По наблюдениям автоуправления Минтяжстроя (Донецк) эти расходы, связанные с накипью, представляются в следующем виде. Исходя из общего количества автомобилей в автотранспортных предприятиях одного автоуправления в среднем дополнительные непроизводительные расходы выражаются суммой до 50 руб. в год на каждый автомобиль. В этой сумме перерасход топлива составляет около 67%, сверхплановые ремонты деталей - 17%, а стоимость промываний систем охлаждения - 12%.

В то же время отсутствие накипи по предварительным ориентировочным подсчетам должно дать дополнительную экономию по тресту на радиаторах не менее 3 000-4 000 руб. в год. Кроме того, операции, связанные с удалением накипи, требуют времени (замена блоков цилиндров, очистка их и радиаторов от накипи). В течение этого времени автомобили простаивают, благодаря чему заметно снижается коэффициент технической готовности автомобильного парка. Объем перевозок сокращается, в результате чего автотранспортное предприятие недополучает часть денег. Поэтому истинная сумма убытков и расходов, связанных с накипью, должна быть еще больше. Помимо всего вышесказанного, в сумму непроизводительных расходов, косвенно зависящих от накипи в двигателе, не вошли расходы, связанные с повышенным расходом масла и его более частой сменой.