Почему ночь на холостом в мороз на сернистом топливе съедает гильзы и масло, а К5 без присадки губит ТНВД? Выбирай топливо, режим и интервал замены масла, добавляй воду и пыль и смотри на TBN, кислоту на стенке и износ плунжера.
Сера сгорает вместе с топливом в SO₂, малая часть доокисляется до SO₃. Вместе с водяным паром из продуктов сгорания получается серная кислота. Пока стенка цилиндра горячая, кислота остается паром и улетает в выпуск. Если стенка холоднее точки росы кислоты, она оседает каплями на гильзе и кольцах и съедает металл. Щелочь моторного масла (TBN) нейтрализует кислоту, но запас ее кончается, и масло приходится менять раньше. Малосернистое топливо К5 решает эту беду, зато после глубокой очистки от серы оно хуже смазывает, и ему нужна противоизносная присадка. Вода и твердые частицы бьют по топливной аппаратуре, где зазоры всего 1–3 мкм. Как устроены сами системы, смотри в темах «Топливная система Common Rail» и «Топливная система низкого давления», а откуда в топливе вода и грязь, в теме «Вода и грязь в топливе» этого раздела.
Три правила: на сколько часов хватит щелочи масла, где на гильзе выпадает кислота и во сколько раз ускоряют износ насоса плохая смазка, вода и пыль. Числа берутся из опыта.
На сколько часов хватит щелочи масла?
TBN тает почти равномерно: часть уходит на окисление и сажу при любом топливе (k₀), часть на кислоты от серы (kS · S). Масло считают исчерпанным, когда TBN упало вдвое от свежего.
Выпадет ли кислота на гильзу?
Точка росы растет с серой: SO₃ становится больше, и кислота конденсируется при более высокой температуре. Гильза сверху горячая, книзу холоднее. Та часть, что холоднее Tр, мокнет кислотой.
Во сколько раз быстрее изнашивается ТНВД?
Каждая беда умножает скорость износа. Множитель 1 у топлива К5 с присадкой, сухого и чистого. Беды складываются не сложением, а умножением, поэтому вода вместе с пылью особенно опасна.
Килограмм топлива с 2000 мг/кг серы несет 2 г серы. Почти вся она сгорает в SO₂, а 2–5 % доокисляются до SO₃. SO₃ с водяным паром дает пары серной кислоты, и они конденсируются при температуре намного выше, чем чистая вода. Поэтому кислота выпадает даже на стенку горячее 100 °C.
На нормальной нагрузке верх гильзы прогрет до 180–200 °C и сухой, кислота садится только на нижнюю, более холодную часть. На холостом в мороз гильза остывает до 70–120 °C и вся оказывается ниже точки росы. Капли смывают масляную пленку, разъедают металл под верхним кольцом, а продукты попадают в картер и съедают TBN. Отсюда правило: не гонять технику часами на холостом и держать двигатель прогретым. Как TBN меряют и по каким пределам меняют масло, разобрано в теме «Анализ масла», как работают щелочные присадки, в теме «Присадки: кто и для чего».
Производители давно связывают серу с маслом. Старое правило Caterpillar для двигателей с непосредственным впрыском: TBN свежего масла не меньше 10 × содержание серы в процентах, а масло меняют, когда TBN упало вдвое. Cummins для сернистого топлива (больше 350 мг/кг) требует строго держать интервалы, а браковочный TBN называет как половину от свежего или 2,5. Двигатели Tier 4 с сажевым фильтром и SCR рассчитаны только на топливо до 15 мг/кг серы.
Если на склад пришла партия с неизвестной серой, интервал замены не оставляют прежним: берут пробы масла и смотрят, как быстро падает TBN. Партия с паспортом К5 этого не требует.
Самосвалы на ночь часто оставляют работать на холостом, чтобы не мучиться с пуском. Это самый кислотный режим: гильза холодная, кислота оседает, а масло темнеет и теряет TBN быстрее, чем в рейсах.
Сера отравляет катализатор и добавляет сульфатную золу в сажевый фильтр. Двигателям Tier 4 нужно только К5, иначе нейтрализатор теряет силу, а фильтр забивается.
Глубокая очистка от серы убирает и природные смазывающие вещества. Нефтебаза добавляет к К5 противоизносную присадку, чтобы пятно HFRR не превышало 460 мкм. Без нее плунжеры и иглы задираются.
Воду сливают из отстойника каждую смену, фильтры тонкой очистки ставят на 2–4 мкм. Чистоту топлива при выдаче сверяют с кодом ISO 4406: Worldwide Fuel Charter рекомендует не грязнее 18/16/13.
По следам на распылителе видно причину: матовые борозды вдоль иглы дает абразив, рыжие пятна и раковины дает вода, оторванный кончик распылителя бывает после вскипания капли воды.
Пределы серы К3, К4, К5 взяты из ТР ТС 013/2011 (350, 50 и 10 мг/кг), предел пятна HFRR 460 мкм и воды 200 мг/кг из EN 590 и ГОСТ 32511. Точка росы серной кислоты считается по формуле Верхоффа и Банчеро при давлении 20 бар, 6 % водяного пара и переходе 3 % серы в SO₃. Это учебная оценка: в реальном цилиндре давление и состав газа меняются каждый градус поворота. Температуры гильзы для трех режимов заданы условно. Расход TBN линейный, коэффициенты подобраны так, чтобы масло с TBN 10 на топливе с 0,5 % серы теряло половину запаса примерно за 250 ч, а на К5 примерно за 800 ч. Коррозионный износ гильзы растет с серой, с долей стенки ниже точки росы и с исчерпанием TBN; его абсолютные значения ориентировочные. Множители износа ТНВД учебные, базовый ресурс насоса 20 000 ч задан условно для сравнения. Правила Caterpillar и Cummins приведены как пример; для конкретной машины действует ее руководство по эксплуатации.
Термины в словаре:Сульфатная зольностьTBN, щелочное числоСерная кислота из топливаХемосорбцияСера в топливеСмазывающая способностьОтравление катализатора