Как очистить топливную систему и клапаны от нагара и отложений

Почувствовали, что двигатель стал плохо «тянуть»? Из-под капота слышны необычные звуки? Если уровень масла при этом остается в норме, вероятнее всего, проблема в топливной системе. На отверстиях форсунок и других деталях топливной системы образовались отложения, которые препятствуют нормальной работе двигателя.

Почему так получается? Топливо – как бензин, так и дизель – делают из нефти. А нефть – это настоящая «солянка» из компонентов с труднопроизносимыми названиями. В ее составе, помимо горючих компонентов, есть тяжелые фракции. Полностью избавиться от битумов, смол, асфальтенов и прочего в процессе производства топлива невозможно. Даже если вы всегда заправляетесь на одной заправке дорогим качественным топливом, это не гарантирует чистоту топливной системы. У машин, которые заправляют топливом подешевле, с сомнительной заправки, все еще хуже.

Первое, что страдает от некачественного топлива, – инжекторы, они же форсунки. Из-за отложений на калиброванных отверстиях нарушается правильный распыл топлива. Особенно остро эта проблема проявляется в двигателях с непосредственным впрыском, где инжекторы расположены в камере сгорания и работают при значительно более высокой температуре.

Загрязнения мешают и системе газораспределения. На впускных клапанах образуются губчатые отложения, которые частично перекрывают впускной тракт и мешают топливовоздушной смеси проходить в цилиндр. Процесс сгорания нарушается, двигатель работает неровно, падает мощность.

Влияние загрязнений топливной системы на работу катализаторов бензинового мотора и сажевого фильтра дизеля – отдельная история. Выхлопные газы уходят из двигателя с большим трудом, двигателю становится «тяжело дышать» – машина, что называется, «не едет».

Последствий загрязнения топливной системы очень много. Прежде всего, это бьет по карману автовладельца из-за повышенного расхода топлива. Со временем потребуются немалые средства на замену инжекторов, катализатора и сажевого фильтра. Но, если заботиться о топливной системе, большинства распространенных неприятностей можно избежать.

Следить за чистотой системы питания сейчас довольно просто. На рынке давно существуют составы, которые нужно просто периодически, 2–3 раза в год, добавлять в бензин или дизель при заправке топливом. После такой добавки не нужно совершать каких-либо дополнительных действий, можно эксплуатировать автомобиль в обычном режиме.

Ниже, в качестве примера, приведено несколько эффективных препаратов, давно зарекомендовавших себя на российском рынке.

«Очиститель клапанов и системы питания» американской марки Hi-Gear HG3236 способен привести систему питания в идеальное состояние за одно применение. Специальная формула убирает губчатые отложения со впускных клапанов, предотвращает засорение фильтров, продлевает жизнь форсункам и топливному насосу.

«Синтетический очиститель топливной системы» Hi-Gear HG3234 наиболее эффективен среди препаратов подобного типа. Он также поможет выровнять холостой ход и убрать детонацию.

Особенно важна очистка топливной системы дизельных двигателей и двигателей с непосредственным впрыском топлива. Они оснащены сложными и дорогостоящими узлами – ТНВД и насос-форсунками. Ремонт их обходится в кругленькую сумму. Применение «Очистителя форсунок непосредственного впрыска и системы питания» Hi-Gear HG3218 поможет избавиться от отложений на сопловых отверстиях форсунок и продлить срок службы как дорогостоящей топливной аппаратуры, так и двигателя в целом.

Периодическое использование очистителей – хотя бы раз в год – обойдется гораздо дешевле ремонта мотора. Машина отблагодарит вас за заботу беспроблемной службой, уменьшением затрат на ремонт и хорошим расходом топлива!

Влияние свойств дизтоплива на образование нагара

При работе силового агрегата его детали омываются горючими газами. Это приводит к тому, что мощность двигательной установки снижается, а расход топлива увеличивается. В идеале функционирование мотора может происходить при равновесном режиме, когда форсунки и камеры сгорания остаются чистыми от нагара. При определенном режиме происходит выгорания нагара, который через некоторый промежуток времени появляется снова. И так может происходить в течение нескольких циклов.

Большее количество нагара образуется в том случае, если агрегат работает в неоптимальном режиме и когда применяется некачественное топливо.

Свойства топлива, влияющие на интенсивность появления нагара

Параметры, характерные для дизтоплива – это вязкость, плотность, степень чистоты, процент содержания воды, воспламеняемость, содержание примесей, температура застывания. В составе дизельного топлива есть примеси, такие, как серные соединения, смолы, парафиновые углероды, нафтеновые кислоты, коксующиеся вещества. Скорость, с которой появляется нагар, зависит качественных параметров топлива и других факторов.

Степень вязкости дизельного топлива. Кинематическая вязкость должна быть в нормальных кондициях в зимнее (1,9-5 квадратных миллиметров на секунду), летнее время (4-6 миллиметров квадратных на секунду). При уменьшении степени вязкости снижается напор подачи топлива, образуются подтеки в форсунках, насосах, и как следствие появляется нагар из-за продуктов неполного сгорания. При значениях вязкости, превышающих верхние пределы, распыляются большие топливные капли, что приводит к тому, что топливо сгорает не полностью, и образуется нагар.
Плотность дизтоплива характеризует топливную энергоемкость и находится в прямо пропорциональной зависимости от вязкости, поэтому причины появления нагара такие же, как и для кинематической вязкости, а именно низкий или высокий уровень по отношению к предельно допустимому.
Воспламеняемость оценивается по цетановому числу (ЦЧ). Этот параметр определяет режимы сгорания смеси, мягкость или жесткость функционирования дизеля, уровень использования образовавшейся теплоты. Его характеризует период задержки самовоспламенения (ПЗВ). При повышенном ПЗВ топливо сгорает в неоптимальном режиме, что способствует образованию нагара. Если ПЗВ ниже нормального уровня, то ухудшается процесс смесеобразования, снижается полнота сгорания, появляется нагар. Величина длительности периода задержки зависит от физико-химического состава дизтоплива, поэтому использование чистого, беспримесного топлива является гарантией безупречной работы дизельного мотора, без интенсивного появления нагара на элементах топливной системы.
Присутствие примесей. При горении серных соединений вызывается окислительная полимеризация входящих в состав углеродов. Они и являются причиной появления нагара. Так же в качестве нагара могут быть и частички не полностью сгоревшей серы. Нагар активно образуется при наличии смол, поскольку возникает такое явление, как закоксованность поршневых колец. Присутствие смол регламентируется требованиями, предъявляемыми к качеству топлива. По стандарту допустимое содержание смолы составляет величину 50 миллиграмм на 100 миллилитров дизтоплива. Если такая пропорция выполняется, это приводит к минимальному нагарообразованию.
Коксующиеся вещества – показатель коксуемости топлива. Он зависит от факторов:
- объема углеродов, у которых низкий уровень термической окислительной стабильности;
- наличия в дизельном топливе элементов полимеризации окисления;
- группового химико-физического состава дизельного топлива.

Максимальный уровень коксуемости дизтоплива ограничен тремя процентами, но есть качественные сорта, когда этот показатель находится на уровне 0,053 процента. Использование такого топлива гарантирует высокую эффективность функционирования двигателя, его высокую мощность, большой КПД и низкий уровень нагарообразования.

Таким образом, при применении топлива для дизелей необходимо контролировать его чистоту и состав. Ведь появление нагара в значительной степени снижает эффективность функционирования мотора, коэффициент полезного действия, уменьшает уровень полезной мощности, резко повышает расход топлива. Это приводит к преждевременному износу элементов и механизмов силовых дизельных установок, быстрой выработке рабочего ресурса и снижению эксплуатационного срока всей двигательной установки. Особенно опасно присутствие серных, смольных, коксующих примесей, которые обязательно имеются в низкокачественном дизельном топливе.

Автомобили с комбинированными энергетическими установками

Влияние нагарообразования в камере сгорания и накипи в системе охлаждения на интенсивность детонации

Нагаром называют твердые, пропитанные смолами и маслом, углеродистые отложения на внутренних поверхностях, образующих камеру сгорания. Нагар образуют топливо и масло с поверхности гильзы цилиндра, а также попадающее в цилиндр в результате насосного действия поршневых колец.

Обильное нагарообразоваяие наблюдается при длительной работе двигателя на режимах малых нагрузок и холостого хода, что характерно для городских условий эксплуатации.

Из теплофизических свойств нагара наибольшее значение имеет теплопроводность, которая в 50 раз меньше, чем теплопроводность чугуна или стали. При наличии большого количества нагара внутренний объем камеры сгорания оказывается в тепловой изоляции. Из-за низкой теплопроводности наружный слой нагара, контактирующий с горячими газами, имеет высокую температуру. Свежий заряд в процессах впуска и сжатия длительное время находится в контакте с горячими поверхностями, поэтому сильно подогревается.

Нагар занимает часть объема камеры сгорания, увеличивая фактическую степень сжатия, в результате чего увеличиваются давление и температура свежего заряда в конце такта сжатия. Наконец, нагар оказывает каталитическое воздействие на образование органических пере-кисных соединений, склонных к сильной детонации.

Таким образом, нагар существенно увеличивает склонность двигателя к детонации и калильному зажиганию. По опытным данным. значительное нагарообразование увеличивает требуемое октановое число топлива на 10-15 единиц.

Нагар, образованный из топлива, содержащего металлоорганические антидетонаторы (например, ТЭС), обладает хорошей электропроводностью, вследствие чего нарушается нормальная работа свечей зажигания. Нагар, образующийся при использовании этилированного бензина, обладает большой устойчивостью и плотностью.

На количество образующегося нагара оказывают влияние групповой и фракционный составы топлива, содержание сернистых соединений, смолистых веществ и механических примесей в топливе. Более тяжелые фракции топлива при сгорании образуют большее количество нагара. При эксплуатации двигателя с большим количеством нагара для снижения вероятности детонационного сгорания обычно уменьшают угол опережения зажигания. В результате этого двигатель будет вырабатывать меньшую мощность и работать менее экономично, однако детонация не возникает.

В процессе работы двигателя на стенках внутренних полостей жидкостной системы охлаждения накапливаются твердые и плотные отложения — карбонатная, силикатная или смешанная накипь. Любой вид накипи имеет очень низкую теплопроводность. Откладьшаясь на теплонапряженных наружных поверхностях гильз и полостях охлаждения головки цилиндров, накипь нарушает процессы теплопередачи от горячих деталей камеры сгорания в систему охлаждения, благодаря чему наблюдается их перегрев. При перегреве внутренних поверхностей камеры сгорания увеличивается температура свежего заряда в процессах впуска и сжатия, в силу чего склонность двигателя к детонации значительно увеличивается.

Накипь в системе охлаждения двигателя удаляют химическими растворами.

Влияние детонации на работу двигателя и её устранение

Нормальный процесс сгорания топливного заряда в цилиндре происходит следующим образом. Поршень приближается к верхней мертвой точке, рабочая смесь (пары бензина, воздух и какое-то количество остаточных продуктов горения) сжата. В нужный момент между электродами свечи проскакивает искра, и здесь образуется первичный очаг воспламенения объемом несколько кубических миллиметров, энергия которого складывается из энергии искры и энергии сгоревшего в этой зоне топлива. Скорость нормального горения рабочей смеси в цилиндре двигателя имеет определенную скорость — 30-40 м/с. Скорость ударных волн во время детонации может достигать 1500 м/с.

Детонация происходит, когда топливно-воздушная смесь в цилиндре вместо прогрессивного управляемого горения самопроизвольно взрывается. Это вызывает резкое увеличение давления и температуры в цилиндре, которое может повредить поршни, кольца и даже головку. Детонацию иногда можно услышать как посторонний металлический стук, исходящий от двигателя. Иногда детонация не выдаёт себя посторонними звуками, но проявляется в уменьшении мощности двигателя.

На рисунках представлены поврежденные под действием детонации поршень и головка.

Некоторое влияние на возникновение детонации оказывает нагар в камере сгорания. Дело в том, что отложения на стенках, во-первых, ухудшают теплообмен, а во-вторых — увеличивают фактическую степень сжатия. Иными словами, они создают условия для срыва нормального процесса горения. Более того, нагар может оказывать известное каталитическое действие и вызывать самовоспламенение рабочей смеси. И еще. При переходных режимах работы двигателя нагар иногда начинает разрыхляться и расслаиваться; тогда частицы, потерявшие плотный контакт со стенкой, легко перегреваются и могут провоцировать калильное зажигание. Бывает и так, что чешуйки нагара отрываются, но какое-то время не выносятся из камеры сгорания, а остаются в ней. Они легко нагреваются и поджигают рабочую смесь в самый неопределенный момент даже на впуске. Так порождаются; «дикие» стуки, не поддающиеся никакой логике и классификации.

Энергия, выделяющаяся при детонации, препятствует движению поршня в верхнюю мертвую точку, выполняя тем самым ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ РАБОТУ. В момент долгожданной искры от настоящей свечи компрессии в цилиндре уже нет: часть топлива, не воспламенившись, ушла в выхлоп через неплотности посадки клапанов в седлах, основная часть топлива УЖЕ сгорела, воспламенившись от окалины. Достигнув верхней точки поршень получает слабый импульс и движется вниз, вращая, коленвал (полезная работа) и преодолевая сопротивление других поршней, тормозящихся «калильным зажиганием» («сизифов труд»). Таким образом, только 40% топлива выполняют в двигателе полезную работу. Безрадостная картинка, не правда ли?

Процесс сгорания с детонацией.

Влияние конструкции мотора на детонацию

Можно выделить следующие основныеконструкционные факторы:

форма камеры сгорания и ее охлаждение;
размеры цилиндра;
число и расположение свечей;
конструкция выпускного клапана;
степень сжатия.

Влияние степени сжатия и давления наддува на датонациюСтепень сжатия является основныф фактором, влияющим на детонацию. Характерная зависимость порога появления детонации от степени сжатия и давления наддува показана на картинке.

Форма камеры сгорания и ее охлаждение

Чем больше время, в течении которого фронт пламени от свечи может достигнуть до наиболее отдаленных точек камеры сгорания и чем хуже охлаждаются эти точки, тем вероятнее возникновение детонации. Отсюда следует, что наиболее рацональной формой камеры сгорания является полисферическая и шатровая.

Здесь же можно отметить, что определенные дивиденды может принести механическая обработка камеры сгорания. Как то — скругление различных очагов детонации в виде кромок и углов, полировка.

Размеры цилиндра

При увеличении размеров цилиндра возрастает длина пути, проходимого фронтом пламени и, следовательно, вероятность возникновения детонации.

Влияние диаметра цилиндра на детонациюНа рисунке приведены значения наивысшей полезной степени сжатия в зависимости от диаметра цилиндра, полученные Рикардо. Верхняя кривая получена на двигателе с золотниковым распределением и свечей, расположенной в центре головки, а нижняя на двигателе с нормальным клапанным распределением. Меньшие значения степени сжатия во втором случае объясняются влиянием на детонацию горячего выхлопного клапана.

Число и расположение свечей

Увеличение числа свечей сокращает расстояние, проходимое фронтом пламени и тем самым уменьшает вероятность возникновения детонации. При существующих размерах цилиндров увеличение числа свечей свыше двух нерационально. Свечи располагают обычно так, чтобы обеспечить возможно малое расстояние до наиболее удаленной от них точки камеры сгорания.

На рисунке представлено влияние числа свечей на детонацию. Опыты производились при регулировке состава смеси на максимальную мощность (сплошные линии) и максимальную экономичность (пунктир). Нижние кривые в обоих случаях соответствуют работе на одной свече, расположенной со стороны выхлопа, а верхние — на двух диаметрально противоположных свечах. Двигатель доводился наддувом до начала детонации. Как видно, в обоих случаях среднее индикаторное давление, соответствующее началу детонации, получалось при двух свечах, примерно, на 15% выше. Сами свечи, точнее, их электроды, часто служат источником возникновения детонации и преждевременного воспламенения. Поэтому при конструировании свечей для сильно форсированных двигателей обращают особое внимание на возможность надежного их охлаждения.

Выпускной клапан

Наиболее горячей деталью в головке блока цилиндров является выпускной клапан, температура которого может достигать 750-800 градусов. Влияние выпускного клапана на образование перекисей, а следовательно, и детонацию, весьма значительно.

Большой эффект в смысле снижения температуры клапана и возможности соответствующего повышения степени сжатия или наддува дало применение выпускных клапанов, охлаждаемых изнутри металлическим натрием.

Влияние режима работы двигателя на детонацию

Из величин, определяющих режим работы двигателя, влияют на детонацию главным образом следующие:

температура смеси и стенок цилиндра;
давление наддува;
угол опережения зажигания;
обороты двигателя;
атмосферные условия и состав смеси.

Состав смеси

Изменение состава смеси влияет на скорость распространения пламени и величину максимальных давлений и температур в цилиндре. Изменение этих величин, а также соотношения между кислородом и топливом в смеси сказывается и на образовании перекисей. Опытом установлено, что при условии отсутствия перегрева двигателя максимальная детонация получается при составе смеси, лежащем в пределах между составами, соответствующими регулировке на максимальную мощность и максимальную экономичность.

Влияние состава смеси на детонациюНа рисунке представлена зависимость среднего индикаторного давления (эквивалентно мощности), соответствующего началу детонации, от коэффициента избытка воздуха. Опыты проводились на двигателе воздушного охлаждения. Как видно, обогащение смеси от а = 0,9 до a = 0,65 (AFR 13.3 — 9.6) позволило повысить среднее индикаторное давление (наддувом) от 10,5 до

17 кг/см2. Обогащение смеси до значений а =0,65 — 0,70 (AFR 9,6 — 10,4) является в настоящее время общепринятым методом устранения детонации при форсировании двигателей.Изменение состава смеси влияет на скорость распространения пламени и величину максимальных давлений и температур в цилиндре.

Температура смеси и стенок цилиндра

Увеличение температуры стенок цилиндра или смеси точно так же способствует образованию перекисей и, следовательно, детонации смеси.

Влияние температуры на детонациюНа рисунке представлены опыты, проведенные на одноцилиндровом двигателе Вокеша с переменной степенью сжатия. Опыты были проведены на четырех различных топливах при двух температурах охлаждающей жидкости — 100 и 145°, так что линейная зависимость степени сжатия от температуры является условной. Как видно, увеличение температуры охлаждающей жидкости на 45° снижает степень сжатия, соответствующую определенной интенсивности детонации, приблизительно на 12-16%.

Влияние температуры поступающего воздуха на детонацию представлено на фиг. 10. При повышении температуры от 310 до 410°К (37-137°С) среднее индикаторное давление, соответствующее началу детонации, понизилось от 15,3 до 9,5 кг/см2 при а =0,9(AFR =13,3) и от 13,5 до 11,5 кг/см» при а = 0,67(AFR =9,9 ). Следует отметить сильное отличие в характере падения среднего давления при различных значениях коэффициента избытка воздуха. Опыты были проведены на двигателе авиационного типа воздушного охлаждения.

Угол опережения зажигания

Изменение момента зажигания смещает сгорание рабочей смеси по отношению к положению поршня в цилиндре двигателя, вследствие чего изменяются давления и температуры процесса. Опыт показывает, что уменьшение опережения зажигания уменьшает детонацию рабочей смеси. Максимальная интенсивность детонации получается обычно при опережении зажигания несколько большем, чем соответствующее регулировке на максимальную мощность двигателя.

На рисунке приведены опыты автора(А. А. Добрынина) по влиянию угла опережения зажигания на максимальную мощность двигателя при работе на данном топливе. Опыт был проведен на авиадвигателе воздушного охлаждения. При постоянном составе смеси и различных углах опережения зажигания, определяли мощность двигателя, соответствующую началу детонации.

Водная инжекция может препятствовать появлению детонации и работает в трех направлениях. Во-первых, когда вода впрыснута в систему впускного коллектора до крышки цилиндра, небольшие капельки поглощают тепло из воздуха. Охлаждённый воздух имеет большую плотность, тем самым увеличивая количество кислорода, которое попадает в цилиндр. Вода имеет ту высокую теплоёмкость (может поглотить много энергии при незначительном повышении температуры). Затем, небольшие капли испаряются в цилиндре и охлаждают его, при этом, полученный пар увеличивает давление в цилиндре. Это действует как анти-детонант и также очищает полости камеры сгорания от нагара, таким образом устраняются нежелательные «горячие» точки.

Читать еще: Шкода октавия нормальная работа двигателя