Что плохое топливо делает внутри цилиндра за тысячи часов? Выбирай топливо и режим работы и смотри, как растет нагар на форсунке, клапанах и кольцах, как портится факел и падает компрессия.
Отложения растут годами, по долям микрона за час. На кончике распылителя кокс сужает сопла: топлива впрыскивается меньше, факел кривой, капли крупнее, растет черный дым. Внутри форсунки соли натрия и окисленные смолы дают лаковый слой (его называют IDID): игла и клапан управления начинают залипать. На клапанах и седлах нагар мешает клапану сесть плотно: уходит компрессия, раскаленные газы прожигают кромку. В канавках поршневых колец кокс зажимает кольцо, оно перестает прижиматься к цилиндру: газы прорываются в картер, масло уходит в камеру сгорания. Твердый нагар на поршне полирует зеркало цилиндра, и хон перестает держать масло. Сажа уходит в масло, нагар и зола в турбину, клапан EGR и сажевый фильтр. Хуже всего долгий холостой ход и малая нагрузка: в холодной камере топливо догорает плохо. Как устроены форсунка и ГРМ, разобрано в темах «Топливная система Common Rail» и «Газораспределительный механизм и тепловой зазор».
Расход через сопло зависит от квадрата диаметра, нагар на клапане съедает тепловой зазор, а залегшие кольца видно по расходу масла. Числа берутся из опыта.
Сколько топлива теряет закоксованное сопло?
Через отверстие при том же давлении проходит расход, пропорциональный площади, то есть квадрату диаметра. Кокс толщиной δ по стенке уменьшает диаметр на 2δ. Сопла Common Rail тонкие, около 0,1–0,2 мм, поэтому каждый микрон заметен.
Сколько осталось теплового зазора?
Нагар на фаске клапана и седле работает как прокладка: закрытый клапан стоит выше на толщину нагара, и зазор в приводе уменьшается. Когда Δs доходит до нуля, клапан приоткрыт всегда: компрессия уходит, кромка прогорает.
Едят ли кольца масло?
Угар масла сравнивают с расходом топлива за то же время. У исправного дизеля доли процента, около 0,1 %. Залегшие кольца и полированное зеркало поднимают его в разы: масло горит в камере, синий дым, сажа и зола в выпуске.
Нагар рождается из того, что не сгорело. Тяжелые молекулы и смолы не успевают испариться и сгореть, садятся на стенку и под действием температуры теряют водород, превращаясь в кокс. Больше всего его там, где температура 200–350 °C: кончик распылителя, верхняя канавка кольца, фаска клапана. Горячее, около 600 °C и выше, нагар выгорает, холоднее, на малой нагрузке, его смывает несгоревшим топливом в масло в виде сажи.
Зола получается из металлов: натрий, кальций, цинк, медь. Она не горит и копится в отложениях, в масле и в сажевом фильтре. Натрий, попавший с водой или из присадок нефтепереработки, дает мыла, которые садятся внутри форсунки. Поэтому моторные испытания CEC DW10B проверяют закоксовку распылителей на топливе с 1 мг/кг цинка, а DW10C внутренние отложения на топливе с натрием.
Моющая присадка состоит из молекул с полярной головой и длинным углеводородным хвостом. Голова садится на металл или на частичку смолы, хвост держит ее в топливе, и смола уносится в камеру и сгорает, не прилипнув. Так присадка и предупреждает рост слоя, и понемногу отмывает уже наросший. Подробно о них в теме «Присадки к топливу» этого раздела, а о присадках к маслу в теме «Присадки к маслу».
Блок управления видит коррекции подачи по цилиндрам. Когда форсунка закоксована или залипает, ее коррекция уходит к пределу: это повод снять и проверить ее на стенде.
Замер компрессии по цилиндрам показывает, где клапан не садится или кольца залегли. Через отверстие форсунки бороскопом видно нагар на поршне, клапанах и зеркале цилиндра.
Сажа, топливо в масле, натрий и цинк в пробе масла рассказывают о плохом сгорании и о топливе. Подробно в теме «Анализ масла».
Самосвал на холостом в очереди под экскаватор и ночной прогрев зимой дают больше нагара на клапанах и кольцах, чем работа под нагрузкой. Помогают автоматическая остановка и подогреватели.
Чистое стандартное топливо с моющей присадкой держит распылители чистыми. Печное, окисленное и сернистое топливо дешевле на литр, но обходится дороже: форсунками, клапанами и кольцами.
Залегшие кольца иногда освобождают раскоксовкой, а прогоревший клапан и седло меняют, проверив зазоры. Форсунки чистят ультразвуком и проверяют на стенде по подаче.
Рост отложений задан учебной формулой с насыщением: толщина стремится к пределу, скорость зависит от свойств топлива (смолы и коксуемость, сера и зола, цетановое число, металлы, окисленный биодизель), доли холостого хода и моющей присадки. Коэффициенты подобраны так, чтобы порядок величин был правдоподобным: несколько микрон кокса в соплах за тысячи часов, десятые доли миллиметра нагара на клапанах. Диаметр сопла 0,14 мм, тепловой зазор выпускного клапана 0,5 мм и нормальный угар масла 0,1 % от топлива взяты как типичные значения, у конкретного двигателя свои. Потеря мощности, рост расхода топлива и масла считаются из толщин простыми зависимостями и не учитывают коррекции ЭБУ, который часть потерь компенсирует. Реальная картина зависит от двигателя, масла, режимов и качества ремонта. Температуры деталей в разделе 03 приблизительные.
Термины в словаре:ЛакНагар и коксFAME, биодизельСмолы в топливеСажа