Полимеризация несгоревших частиц топлива и конденсация на цилиндровой втулке приводят к образованию лакообразного нагара. Твердый смолообразный материал на втулке цилиндра и в полиро-ванных канавках вызывает прекращение действия смазки. Это обычно случается при работе на легком дизельном топливе
четырехтактных двигателей, однако зарегистрированы так-же подобные случаи и в двух-тактных крейцкопфных двига-телях.
Циклические углеводоро-ды не сгорают полностью во время такта сгорания (расши-рения), и небольшая часть образовавшихся отхо-дов прилипает к втулке, вызывая лакообразный нагар. При этом оценка по-тери эффективности смазки может произ-водиться 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 эффектив-ность смазывания и расход смазки по результатам экспериментальных исследований на двигателе голланд-ского рыболовного судна, которые под-тверждаются 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 сопро-тивления трала расход масла возвраща-ется к нормальному уровню. Это оз-начает, что в случае уменьшения дейст-вия этих факторов образование нагара на втулках сокращается.
Хотя применение высокоэффектив-ных смазок и легкого дизельного топли-ва с содержанием серы на уровне 1 % снижает лакообразующие отложения, еще не найдено удовлетворительное ре-шение проблемы создания смазки, уменьшающей и предотвращающей нагарообразование.
Более непосредственным способом
воздействия на лакообразующие отло-жения является химическая очистка топ-лива, основанная на сильнодействую-щих моющих средствах (детергентах), которые могут обеспечивать чистоту высокотемпературных поверхностей в камерах сгорания. Были проведены ис-пытания комбинации химикатов для очистки топлива на двигателе с большим расходом смазки, обусловленном лакообразующими отложениями на втулке. Результаты экспериментов пока-зали, что для быстрого достижения по-ложительного эффекта минимальная до-за присадки должна равняться 1 литр/м3 топлива. Все случаи значительного сни-жения расхода лубрикаторной смазки были подтверждены эндоскопическим осмотром.
В ближайшем будущем ожидается ухудшение качества топлива из-за повы-шения содержания в нем асфальтенов. Поэтому поставщики смазочных мате-риалов предложили новые улучшенные продукты. Крупнейшие машиностроите-ли призывают судовладельцев перейти на использование новых сортов масел, кото-рые вместе с химической очисткой топли-ва должны обеспечить решение пробле-мы загрязнения двигателей черными асфальтеновыми отложениями.
2.2Влияние присадок на двигатель
При работе дизельного двигателя на фор-сунках и в камере сгорания образуются отло-жения, нарушающие подачу топлива и нормаль-ное протекание рабочего процесса. В результа-те снижается мощность и экономичность дви-гателя, увеличиваются дымность и токсичность отработавших газов. Моющие присадки, пред-назначенные для автомобильных бензинов, в данном случае оказываются бесполезны, так как обладают недостаточно высокой термической стабильностью и в жестких условиях дизель-ного двигателя разлагаются.
За рубежом часто используют специальные присадки к дизельным топливам на основе тер-мостабильных ПАВ. Анализ литературы и па-тентов показывает, что в общем случае в присадку кроме ПАВ входят модификаторы нага-ра и небольшое количество катализаторов го-рения. В качестве модификаторов нагара ис-пользуются кислородсодержащие соединения, например, оксиалкилированные алкилфенолы, а в качестве катализаторов горе-ния -- соединения переходных металлов (железа, меди, редкоземельных элемен-тов). Катализатор горения берется в та-ких количествах, что концентрация ме-талла в топливе составляет не более 100 млн1. Собственно, каталитическое влияние оказывают оксиды металлов, об-разующиеся при сгорании присадок с то-пливом. Металлсодержащие присадки ис-пользуют не только как антинагарные, но и как антисажевые, снижающие темпе-ратуру выгорания сажи и препятствую-щие забивке сажевых фильтров. Так на-пример, фирмой Lubrizol разработана то-варная присадка, эффективная в концен-трации до 70 млн"1 в расчете на медь [1]. Авторами статьи на основе доступно-го отечественного сырья разработан об-разец антинагарной присадки антикокс, представляющий собой композицию термостабильного ПАВ, фракции кислородсодер-жащих соединений и катализатора горения -- топливорастворимой соли меди.
Присадка антикокс характеризуется сле-дующими физико-химическими показателями:
кинематическая вязкость при 20°С, 40мм2/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 0,01-0.02гс в зависимости от способа применения. При постоянном при-менении достаточно 0,01-0,02%. Возможно также использование присадки в автосерви-се: для безразборной очистки двигателя, раскоксовывания поршневых колец и т.д. При этом временно можно использовать дозы, дос-тигающие 0,1%.
На рис. 1-3 приведены результаты испы-таний присадки в количестве 0,1% мае. в со-ставе дизельного топлива Л на двигателе 2ч8,5/11. Испытания проведены в АООТ "ЭлИНП" по методике, согласно которой пред-варительно нарабатывался нагар в течение 50-100 ч на специальном топливе, содержа-щем большое количество тяжелых фракций. После наработки нагара двигатель разбира-ли и оценивали количество и распределение образовавшегося нагара в камере сгорания (на головке блока цилиндров), на днище поршня и распылителе форсунки. Нагар отлагался на по-верхностях в виде очень плотного слоя неравномерной толщины -- до одного и более милли-метров.
Толщина основной массы нагара на го-ловке блока цилиндров и днище поршня дости-гала 0,5 мм. Что касается форсунки, то около двух третей массы нагара имело толщину от 0,5 до 1,3 мм. Это обстоятельство представля-ется весьма существенным, так как отложения на форсунке в наибольшей степени влияют на токсичность отработавших газов [2]. После на-работки нагара двигатель собирали и проводи-ли 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).
Часть нагара, которая не была удален в процессе испытаний, изменила свою природ; Нагар стал рыхлым и легко снимался притиранием поверхности без соскабливания и кипячения. Наибольший эффект наблюдался на распылителе форсунки, где при концентрации пру садки 0,02% в условиях испытаний нагар удалялся наполовину. Интересно отметить, что степень удаления нагара с форсунки и поршня достигала максимума при 0,05% присадки, а из камеры сгорания почти линейно зависела от е концентрации.
Несмотря на то, что медьсодер-жащие соединения за рубежом ус-пешно используют в качестве ан-тисажевых присадок к дизельно-му топливу, остается открытым во-прос о влиянии меди на топливо и о токсичности продуктов сгорания присадки, выбрасываемых с отра-ботавшими газами.
Известно, что соединения ме-ди являются сильными промото-рами окисления углеводородов. По-этому было проверено влияние присадки на термостабильность дизельного топлива методом ква-лификационной оценки Установле-но, что после нагрева в течение 16 ч образцов топлива при 100°С их цвет не изменился, а количест-во осадка и кислотность возросли незначительно (см. таблицу).
Следует, однако, заметить, что при оценке термостабильности данным методом топливо контактирует со специ-ально вводимой в него медной пластин-кой. Таким образом, введение дополните-льного количества меди в топливо может просто не быть замечено. Поэтому, веро-ятно, стабильность топлив с медьсодер-жащими присадками подлежит более подробному изучению. Кроме того, при-садки этого типа должны вводиться в топливо непосредственно на месте при-менения, а топлива с присадками не по-длежат длительному хранению. С другой стороны, в состав присадки может быть добавлено некоторое количество деактиватора металла, связывающего медь в неактивный комплекс
Что касается токсичности продуктов сгорания топлива с присадкой, то мож-но привести приблизительный расчет. При максимальной рекомендуемой концентрации присадки в топливе, равной 0,05%, содержание меди в топливе составит около 70 млн"1. Можно допустить, что при сгорании 1 кг дизельного топлива при а = 2 образуется 25-30 л отработавших газов; содержание меди в них составит около 2-3 мг/м3. В России нет норм на содержание меди в отработавших га-зах, но можно привести норму Агентства охра-ны окружающей среды США, составляющую 100 мг/м3 [3]. Обычно принимают, что отрабо-тавшие газы разбавляются воздухом в тысяче-кратном соотношении. Продукты сгорания ме-ди выбрасываются из двигателя в виде аэрозо-лей оксидов, сульфатов и карбонатов. Их ПДК
в воздухе рабочей зоны, принятая в России, со-ставляет 0,5 мг/м3. Среднее содержание меди в земной коре составляет около 0,005% мае. Та-ким образом, можно полагать, что при исполь-зовании медьсодержащей антинагарной присад-ки опасных для здоровья концентраций меди не возникнет.
Присадка антикокс может представлять практический интерес не только как препарат для удаления нагара с деталей двигателя, но и в качестве антисажевого агента в связи с планируемой установкой сажевых фильтров.
2.3Противоизносные свойства дизельных топлив.
Дизельные топлива являются смазочным ма-териалом для движущихся деталей топливной аппаратуры быстроходных дизелей, трущихся пар плунжерных топливных насосов, запорных игл, штифтов и др. На поверхностях трущихся пар при контакте с топливом образуется гра-ничный слой, обладающий специфическими свойствами. Этот очень тонкий граничный слой (толщина меньше 1 мкм) выполняет функцию смазочной пленки. Он предотвращает непосред-ственный контакт поверхностей трения, при этом уменьшаются сила трения и износ тру-щихся деталей.
Присутствующие в топливах молекулы гетероатомных соединений серы, кислорода или азота, имея постоянный дипольный момент, при-тягиваются поверхностью металла, строго ори-ентируются в слоях и создают смазочную плен-ку, которая уменьшает трение и износ.
Смазывающие свойства топлив значитель-но хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание ПАВ в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противоизносные свой-ства топлив улучшаются с увеличением содер-жания ПАВ, вязкости и температуры выкипа-ния [1].
В связи с ужесточением требований к каче-ству дизельных топлив по содержанию серы и переходом на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких условиях. При этом из дизельных топлив уда-ляются соединения, содержащие серу, кисло-род и азот, что негативно влияет на их смазы-вающую способность. Опыт использования ди-зельного топлива с содержанием серы 0,005% в Швеции, наряду с положительными момента-ми -- снижением содержания вредных веществ в выхлопных газах, выявил негативные послед-ствия -- преждевременный выход из строя то-пливных насосов из-за снижения смазывающей способности дизельного топлива. Высокий уро-вень износа отмечен уже после 5000 км пробе-га, кроме того, имела место тенденция к увели-чению заедания деталей насоса. Исследования, проведенные в США и Германии, также пока-зали низкую смазывающую способность и пло-хие противоизносные характеристики малосер-нистых дизельных топлив, в результате чего возникали поломки инжекторных насосов [2,3]. Компания Shell провела исследования по изучению вопроса о соответствии характери-стик топлив условиям их применения, при этом, исходя из имеющегося опыта использования авиационного керосина, основное внимание бы-ло уделено смазывающей способности топлива. Программа исследований наряду с дорожными и стендовыми испытаниями на долговечность топливного оборудования включала фундамен-тальные лабораторные исследования смазываю-щей способности топлив.
Страницы: 1, 2, 3, 4
