При образовании нагара в камере сгорания горючая смесь подогревается этим слоем отложений и поэтому уменьшается коэффициент наполнения, падает мощность, возникает детонация. Частички тлеющего в камере сгорания нагара часто служат причиной произвольного воспламенения рабочей смеси. Нагар на электродах и изоляторах свечей также нарушает их нормальную работу.
При сгорании бензинов, содержащих сернистые соединения, образуются коррозирующие окислы серы SO2, SO3. В условиях относительно низкой температуры (в случае конденсации водяных паров из продуктов сгорания) они образуют серную и сернистую кислоты, которые вызывают электрохимическую коррозию.
При значительных коррозионных воздействиях серы на двигатель в конечном итоге снижается его долговечность, мощность и топливная экономичность.
Необходимо также учитывать специфические требования к дизельным топливам, основное из которых – хорошее смесеобразование при впрыске топлива в камеру сгорания в различных атмосферно-климатических условиях и хорошая воспламеняемость. Смесеобразование зависит от вязкости, плотности, поверхностного натяжения, фракционного состава и давления насыщенных паров. Воспламеняемость, мягкость работы двигателя и полнота сгорания, оптимальным периодом задержки самовоспламенения, сгоранием без образования сажи и содержания токсичных веществ в отработавших газах, и коррозионно-агрессивных продуктов, минимальным нагарообразованием.
Жесткость работы двигателя связана с резким возрастанием скорости нарастания давления при повышенной испаряемости топлива (чрезмерном облегчении фракционного состава) к моменту самовоспламенения рабочей смеси. Поэтому для быстроходных автомобильных дизельных двигателей должны применяться топлива оптимального фракционного состава.
При жесткой работе появляются характерные стуки. Такая работа двигателя с большой длительностью периода задержки очень вредно влияет на техническое состояние: возникают ударные нагрузки на поршень, вследствие увеличения максимального давления на подшипники происходит их ускоренный износ, иногда и разрушение. Может происходить деформация и поломка колец, возрастает прорыв газов в картер.
По мере уменьшения длительности задержки воспламенения происходит более плавное изменение давления и двигатель начинает работать мягче.
Жёсткая работа двигателя также наблюдается в случаях применения топлива с цетановым числом менее 40 ед. При повышении цетанового числа выше 50 ед. несколько снижаются скорость нарастания давления и период задержки воспламенения, но вследствие уменьшения теплоты сгорания увеличивается удельный расход топлива (до 20%).
Использование легких топлив в холодное время года ухудшает пуск двигателя, тяжелые топлива с плохой испаряемостью вызывают увеличение расхода топлива, дымности отработанных газов, отложений на стенках камеры сгорания и иглах форсунок. Происходит смывание смазки со стенок цилиндров, в результате чего повышается износ цилиндропоршневой группы и загрязняется картерное масло.
При сгорании дизельных топлив образуются отложения нагара на стенках камеры сгорания, на выпускных клапанах, на распылителях и их иглах. Вследствие зависания игл ухудшается качество распыления, появляется дымный выпуск отработавших газов, снижается топливная экономичность.
Нагарообразование значительно зависит от содержания в топливе фактических смол, и особенно меркаптана, количество которых для дизельных автобусов не должно превышать 30 – 60 мг/100 мл. С увеличением общего содержания серы (элементарная сера, сероводород, меркаптаны) повышается коррозионная агрессивность дизельного топлива, особенно при наличии меркаптанов (они имеются во всех дизельных топливах, полученных из сернистых нефтей). Например, износ плунжерных пар при содержании в дизельном топливе 0,025% меркаптановой серы возрастает почти в два раза по сравнению с износом на топливе без меркаптанов. В топливе меркаптана должно быть не более 0,02%.
Для уменьшения коррозионных износов деталей двигателей все товарные масла содержат щелочные присадки.
При низких температурах может наступить помутнение и загущение дизельного топлива, в результате чего возникают нарушения в системе подачи и опасность забивки фильтров кристаллами парафиновых углеводородов.
Качество масел. Работоспособность двигателя зависит также от эксплуатационных качеств масел. Основное из этих качеств — вязкость определяет способность масел оказывать сопротивление относительному перемещению слоев. На вязкость масла влияют температура и давление. Так, с увеличением давления и понижением температуры вязкость масла во много раз возрастает, что в зимний период эксплуатации автобусов усложняет пуск двигателя.
В процессе работы масел в двигателе происходит их окисление и в результате образуются лаки и нагары. Нагары откладываются на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах, днищах поршней, форсунках и т. д. Лаки в виде пленок из продуктов окисления масла откладываются на стенках поршней, шатунах, стержнях клапанов, в зоне поршневых колец. Лаки вызывают пригорание поршневых колец и перегрев деталей. Отложение нагара и лака можно значительно уменьшить, применив специальные противоокислительные присадки.
Способность масел поддерживать необходимую чистоту работающих деталей двигателя обеспечивается их моющими свойствами. Применение специальных моющих присадок способствует удержанию во взвешенном состоянии продуктов окисления в работавшем масле, в случае их отсутствия в двигателе происходит закоксовывание колец и загрязнение всех деталей.
Способность масел препятствовать износу и задиру трущихся пар в двигателе обеспечивается противоизносным и противозадирным свойствами.
В сернистых маслах содержатся природные противоизносные компоненты в виде сернистых соединений, поэтому они по противоизносным свойствам лучше бессернистых масел.
В зависимости от условий эксплуатации, запыленности воздуха и режима работы двигателей противоизносные свойства масла изменяются. При установившемся режиме работы двигателя износ меньше, чем при неустановившемся. Значительное повышение частоты вращения коленчатого вала ухудшает условия смазки и износ увеличивается.
При работе масла накапливаются кислые продукты, которые вызывают коррозию. Коррозионная агрессивность снижается благодаря введению в масло многофункциональных, противоокислительных и других присадок. Для уменьшения пенообразования масел применяются противопенные присадки.
При смешивании различных масел возможна «несовместимость» присадок в маслах, в результате чего эксплуатационные качества смеси могут резко ухудшиться. В процессе работы масла наблюдается его старение, связанное с изменением физико-химических свойств. С учетом старения масла должны устанавливаться сроки его смены. Процесс старения контролируется по изменению вязкости масла, зольности, кислотности, щелочности и наличию механических примесей. С возрастанием срока работы масла на 10 – 15% увеличивается вязкость, уменьшается зольность за счет функционирования присадок, повышается кислотное число, сжижается показатель щелочности.
Синтетические масла успешно применяются в высокофорсированных теплонапряженных двигателях. Облегчается пуск двигателя при отрицательных температурах. Срок их службы превышает 20 тыс. км, на 30 – 40% уменьшается расход масел на угар. Синтетические масла можно смешивать с минеральными (до 30 – 40%). Они в два-три раза дороже минеральных масел.
Периодичность смены масла зависит от его качества, технического. состояния двигателя и условий эксплуатации. Поэтому очень важно своевременно контролировать качество масла и менять его. Например, в моторных маслах дизельных двигателей после 60 – 70 ч работы срабатывается примерно половина присадок, а через 120 – 150 ч присадка полностью срабатывается и устанавливается нейтральная среда, масло быстро стареет, повышаются износ и нагарообразование. Срок службы масла можно увеличить в несколько раз, если периодически добавлять в него беззольные щелочные присадки (например, медленно растворяющийся сухой каустик из расчета 4 г на 1 л масла) для нейтрализации кислых продуктов.
Одно из наиболее важных эксплуатационных свойств трансмиссионных масел – вязкость, которая определяет противоизносные характеристики масла, сопротивление проворачиванию потерю энергии при передаче мощности, нормальную работу сальников.
В современных трансмиссионных маслах высокие свойства обеспечиваются выбором необходимой основы и применением комплекса присадок (противоизносные и противозадирные, противокоррозионные и депрессорные).
Трансмиссионные масла чаще всего работают в режиме граничного трения и трения без смазки. Нормальный износ происходит только при гидродинамическом и граничном режимах смазки. Если смазка отсутствует, происходят задиры, заедания и схватывания трущихся поверхностей. В целях предотвращения задиров поверхностей в масло следует добавлять противозадирные присадки, которые образуют на поверхности металла плёнки пониженного сопротивления сдвига и этим препятствуют пластической деформации металла.
Гипоидные масла нельзя разбавлять дизельным топливом так как при этом уменьшается процентное содержание противоизносной присадки и происходит повышенный износ гипоидной передачи.
Специфические требования предъявляются к маслам для гидромеханических передач. Они должны иметь хорошие противоизносные свойства (удельные нагрузки на трущиеся детали достигают 0,6 – 0,8 ГПа) и фрикционные свойства для надежной работы фрикционных дисков в планетарной коробке. Оно не должно быть агрессивным к различным неметаллическим деталям (резиновые прокладки, специальная бумага рабочих поверхностей дисков), к алюминиевым и магниевым сплавам и другим металлам. Рабочая температура масла достигает 150°С, поэтому предъявляются требования к противоокислительным качествам и моющим свойствам масла.