Качество топливо-смазочных материалов и их влияние на техническое состояние машин

Качество ТСМ влияет на такие важнейшие показатели двигателей внутреннего сгорания, как экономичность, долговечность, токсичность отработавших газов, металлоемкость и др. Например, путем использования высокоэффективных ТСМ ресурс двигателя можно увеличить в 1,5–2 раза, а токсичность отработавших газов уменьшить в несколько раз.

В настоящее время многие сельхозпроизводители в целях экономии финансовых средств часто приобретают ТСМ у не проверенных фирм и посредников. Проведенные нами анализы проб таких нефтепродуктов показали, что некоторые партии топлив и моторных масел использовать в двигателях машин нельзя.

Бензин. Мощность бензинового двигателя, надежность работы, его экономичность во многом зависят от качества применяемого топлива. Качество бензина зависит от его физико-химических свойств: фракционного состава, детонационной стойкости, теплоты сгорания и т. д.

Фракционный состав бензина – один из важнейших показателей, характеризующий его качество как для экономичной, так и надежной и долговечной работы двигателя. Так, от фракционного состава бензина зависит запуск двигателя и время, затрачиваемое на его прогрев; перебои в работе двигателя, вызываемые образованием паровых пробок или обледенением карбюратора; приемистость двигателя; расход топлива и масла; мощность двигателя; образование углеродистых отложений, а также в определенной степени износ трущихся деталей.

Для характеристики фракционного состава в стандарте указываются температуры, при которых перегоняется 10, 50 и 90% бензина, а также температуры начала и конца его перегонки.

По температуре начала перегонки (для летнего бензина не ниже 35°С) и перегонки 10% бензина (t 10%) судят о наличии в нем головных (пусковых) фракций, от которых зависит легкость пуска холодного двигателя. Повышенное содержание низкокипящих фракций в бензине не всегда является положительной особенностью. В этом случае увеличивается склонность бензинов к паровым пробкам в системе топливоподачи двигателя и значительно возрастают потери бензина на испарение при
хранении на нефтескладе.

После пуска двигателя интенсивность его прогрева, устойчивость работы на малой частоте вращения коленчатого вала и приемистость (интенсивность разгона автомобиля при полностью открытом дросселе) зависят главным образом от температуры перегонки 50% бензина (t 50%).

Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в непрогретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость. По температуре перегонки 90% (t 90%) и температуре конца перегонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых фракций, интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси и мощности, развиваемой двигателем. Для обеспечения испарения всего бензина, поступающего в цилиндры двигателя, эти температуры должны быть как можно более низкими.

Концевые фракции поступают в цилиндр не испарившись, они не участвуют в сгорании, и экономичность двигателя ухудшается. Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смывают масло и увеличивают износ. Несгоревшее топливо откладывается на поверхностях камеры сгорания и поршней в виде нагара, который инициирует детонацию и калильное зажигание, нарушающие работу двигателя. Чем меньше t 90% и t к.п. бензина, тем лучше.

Проведенные нами анализы проб бензинов из различных хозяйств области показывают, что иногда используют бензины с высокой температурой конца кипения. Это объясняется тем, что нередко бензины перевозят в тех же автомобильных цистернах, в которых транспортируют дизельное топливо. В емкости всегда остается 30–40 кг топлива, которое при последующем ее заполнении смешивается с новым нефтепродуктом. Установлено, что при температуре конца перегонки бензина t к.п. = 230...2400С износ цилиндропоршневой группы двигателя увеличивается в два раза, а расход топлива повышается на 10%.

Дизельное топливо. В настоящее время хозяйствами области закупается дизельное топливо ЕВРО по ГОСТ Р 52368–2005. Согласно этого ГОСТа выпускаются 11 сортов дизельного топлива: A, B, C, D, E, F, а также классы: 0, 1, 2, 3, 4. Применение дизельного топлива по предельной температуре фильтруемости приведено в таблице.

Применение дизельного топлива по предельной температуре фильтруемости

Все сорта выпускаются трех видов:

вид I – содержание серы, мг/кг, не более 350,0;
вид II– содержание серы, мг/кг, не более 50,0;
вид III – содержание серы, мг/кг, не более 10,0.

Пример записи дизельного топлива при заказе и в технической документации:
Топливо дизельное ЕВРО по ГОСТ Р 52368–2005 (ЕН 590:2009)
– сорт А (В, С, D, Е, F), вид I (вид II, вид III);
– класс 0 (1, 2, 3, 4), вид I (вид II, вид III).

Рекомендуемое сезонное применение дизельных топлив в Самарской области в соответствии с требованиями к предельной температуре фильтруемости:
– летний период (с 1 мая по 30 сентября (5 мес.) – сорт C;
– переходные весенний/осенний периоды (с 1 по 30 апреля (1 мес.) / с 1 по 31 октября (1 мес.) – сорт E;
– зимний период (с 1 ноября по 31 марта (5 мес.) – класс 1.

Дизельное топливо должно обладать хорошими распыливанием, смесеобразованием, испарением и прокачиваемостью, быстрым самовоспламенением; полностью сгорать, причем без дымления; не вызывать повышенного нагаро- и лакообразования на клапанах и поршнях, закоксовывания распылителя, зависания иглы распылителя, коррозии резервуаров, баков, деталей двигателя и т. д.

На качество смесеобразования наряду с конструкцией камеры сгорания двигателя влияют свойства применяемого топлива: плотность, вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, фракционный состав и др. 

Повышение плотности топлива сказывается на процессе смесеобразования так же, как и увеличение вязкости: возрастает длина струи, ухудшается экономичность двигателя и увеличивается дымность. При малой плотности топлива уменьшается длина струи, ухудшается процесс смесеобразования и увеличивается износ прецизионных пар насоса высокого давления, для которого топливо одновременно служит смазочным материалом. Поэтому плотность дизельного топлива должна
быть оптимальной с учетом сезонности эксплуатации и других факторов и находиться в пределах при 15°С для сортов А, В, С, D, Е, F – 820–845 кг/ м3, для классов 1, 2, 3, 4 – 800–845 кг/м3.

Причина повышенной коррозии и износов деталей двигателя – наличие в топливе сернистых соединений, органических кислот, водорастворимых кислот и щелочей. На коррозионную агрессивность дизельных топлив существенно влияют сернистые соединения. Установлено, что общий износ деталей двигателя приблизительно прямо пропорционален содержанию серы в дизельном топливе. При температуре охлаждающей жидкости в двигателе ниже 70°С возрастает степень коррозионного износа, поскольку увеличивается образование серной кислоты. Продукты сгорания топлива, содержащие сернистый и серный ангидриды, проникают через неплотности цилиндропоршневой группы в картер, где образуют с водой серную и сернистую кислоты. Смешиваясь с маслом, кислоты ухудшают его качество, в частности антикоррозионные свойства, вызывают быстрое старение. Химическому износу подвергаются вкладыши подшипников, шейки коленчатых валов и другие детали. Особенно сильной коррозии подвержены вкладыши из свинцовистой бронзы.

В результате действия сернистых продуктов на картерное масло получаются смолистые соединения, которые затем образуют нагар. При наличии сернистых соединений увеличивается нагаро- и лакообразование в цилиндропоршневой группе. Из-за содержания серы нагар становится твердым, что приводит к абразивному изнашиванию цилиндропоршневой группы. Отложение лака в зоне поршневых колец ведет к их закоксовыванию и заклиниванию. Активные сернистые соединения (элементная сера, меркаптаны, сероводород) обладают высокой коррозионной агрессивностью, поэтому товарные топлива для ДВС не должны их содержать.

Проведенные нами многочисленные анализы проб дизельного топлива, полученных из различных районов области, показали, что очень часто закупаются партии топлива с большим содержанием активной серы, а это недопустимо. Работа двигателя на таком топливе неизбежно приведет к преждевременному выходу его из строя. Такие пробы мы получали из многих районов области.

Наличие воды и механических примесей в дизельном топливе служит одной из главных причин отказов топливной аппаратуры. Вода и механические примеси могут попадать в топливо, начиная от пути следования его из нефтезавода до использования в двигателе. Большинство механических примесей имеют большую твердость и вызывают повышенный износ деталей двигателя. Особенно вредны примеси для топливных насосов высокого давления, насосов-форсунок, форсунок. В прецизионных парах зазор составляет 1,5–3 мкм, поэтому даже небольшое количество механических примесей, размер которых соизмерим с зазором плунжерных пар, вызывает их интенсивное изнашивание. При использовании засоренного топлива срок службы топливной аппаратуры сокращается в 5–6 раз.

Перед заправкой в бак машины топливо должно отстаиваться не менее 10 дней. Чистота различных слоев топлива при этом будет неодинаковой.

Даже при 10-дневном отстое в нижних слоях топлива остаются мельчайшие частички механических примесей, представляющие наибольшую опасность для топливной аппаратуры. Машины необходимо заправлять топливом верхних слоев. Содержание механических примесей в дизельном топливе не допускается.

Моторное масло. Моторное масло должно надежно и длительно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя. Основные функции моторного масла в двигателях – уменьшение трения между трущимися поверхностями деталей; снижение износа трущихся поверхностей и предотвращение их заедания; охлаждение деталей; дополнительное уплотнение поршневых колец, защита деталей от коррозии и загрязнения углеродистыми отложениями.

От вязкости моторного масла при рабочих температурах в двигателе зависят качество смазывания трущихся поверхностей деталей и их износ. Вязкость моторного масла, в свою очередь, зависит от температуры, с увеличением которой она понижается, а с уменьшением – повышается. Интенсивность изменения вязкости масла при изменении температуры у разных моторных масел различна. Крутизну вязкостнотемпературной кривой оценивают по индексу вязкости. Чем выше индекс вязкости, тем лучше технико-эксплуатационные свойства моторных масел.

Оценивая вязкость проб моторных масел, представленных нам из различных хозяйств области, мы установили, что в основном вязкость проверяемых масел соответствует требованиям ГОСТ 17479.1–85. Однако иногда вместо заявленного зимнего моторного масла проба соответствует летнему маслу и наоборот.

Очень важными эксплуатационными показателями моторного масла являются его антиокислительные и антикоррозионные свойства. Эти свойства моторных масел зависят главным образом от эффективности антикоррозионных и антиокислительных присадок, а также от состава базовых компонентов. В процессе работы масла в двигателе коррозионность значительно возрастает.

Антикоррозионные присадки защищают вкладыши подшипников и другие детали, выполненные из цветных металлов, образуя на их поверхности прочную защитную пленку.

Нейтрализующая способность – это важнейшее химическое свойство моторных масел, характеризуемое щелочным числом. Оно показывает, какое количество кислот, образующихся при окислении масла или попадающее в него из продуктов сгорания топлива, может нейтрализовать единица массы масла. Щелочное число масла обусловливается содержанием в них моющих и диспергирующих присадок, обладающих щелочными свойствами и препятствующих отложению смолисто-асфальтовых веществ на деталях кривошипно-шатунного механизма и особенно на деталях цилиндропоршневой группы двигателей в виде лаков и нагаров.

Чем выше концентрация присадки в масле (щелочное число), тем меньше нагарообразование в двигателе. Однако концентрация присадки в масле во время работы двигателя постепенно снижается (срабатывается) и защитные свойства масла ухудшаются. Это является одним из основных признаков необходимости замены масла в двигателе.

Анализы проб моторных масел показали, что очень часто по щелочному числу масла не соответствуют ГОСТ 17479.1–85. Так, например, у масла М-10Г2 щелочное число должно быть не менее 6,0 мг КОН/г, а оно часто составляет всего 3,5–4,0 мг КОН/г, у масла М-10Д2М вместо 8,2 мг КОН/г 5,5–6,5 мг КОН/г. Срок службы таких масел значительно меньше, и они должны заменяться в двигателе чаще. А это дополнительные затраты труда и денежных средств.

Таким образом, все вышеприведенное свидетельствует о том, что качество топливо-смазочных материалов значительно влияет на техническое состояние машин. Перед их приобретением и применением необходимо убедиться, что качество покупаемых материалов соответствует требованиям ГОСТов.