Механизм формирования отложений на впускных клапанах

[torcon 79 998]

Механизм формирования отложений на впускных клапанах

Авторы: Yasuo Esaki, Tomoji Ishiguro, Naritomo Suzuki из Toyota Research & Development Labs. 

Masahiko Nakada из Toyota Motor Corporation.

 

Часть первая. Характеристика отложений. 

Целью этой серии исследований является изучение характеристик отложений впускных клапанов и выяснение механизма формирования. В данной статье обсуждаются химический состав и физическое состояние отложений на основе результатов, полученных в результате химического анализа. Результаты показывают, что отложения в основном происходят из моторного масла, и указывают на то, что основной путь реакции образования отложений - карбонизация окисленного моторного масла. Более того, легкие фракции с низкой точкой кипения в моторном масле легко испаряются с поверхности клапана. С другой стороны, оставшиеся тяжелые фракции подвергаются реакциям выщелачивания. Эти конечные состояния представляют собой аморфные и углеродистые накопления. Образование отложений имеет тенденцию в интервале температур примерно от 230С до 350С. Расположение накапливающегося осадка зависит от температуры поверхности клапана. Впрыск топлива на впускной клапан снижает накопление осадка и подавляет реакции осаждения отложений, благодаря охлаждению клапана и растворению отложения.

 

Введение.

Хорошо известно, что отложения, накапливающиеся на впускном клапане, влияют на ходовые качества, выбросы выхлопных газов и расход топлива в бензиновых двигателях. Соответственно, накопление осадка является одной из серьезных проблем, которые необходимо устранить при создании бензиновых двигателей. Ранее описывалось, что отложения образуются из моторного масла, топлива и сажеобразных частиц. Кроме того, многочисленные эксперименты показали, что различные параметры двигателя, такие как утечка масла с направляющих клапанов, вентиляция картерных газов, температура клапанов, EGR, оказывают влияние на формирование отложений.

 

Кроме того, были предложены некоторые способы уменьшения отложений, например, смывание отложений моющими присадками содержащимися в топливе. К сожалению, удовлетворяющих методов найдено не было. Хотя был проведен ряд исследований для количественной оценки отложений в лабораторных экспериментах и моторных тестах, некоторые усилия были направлены либо на выяснение состава отложений, либо на подтверждение механизма формирования отложений.

 

Конечными целями этой серии исследований, являются разъяснение механизма формирования отложений и предотвращение накопления отложений на практике в будущем. Целью исследования, представленного в данной статье (Часть 1), является изучение механизма формирования отложений на основе физического и химического анализа отложений и введение этого механизма для интерпретации результатов, полученных в эксперименте симуляции отложений (Часть 2). Соответственно, в этом документе представлен ряд технических приемов для анализа депозитов. Таким образом, отложения, подготовленные в различных условиях эксплуатации бензиновых и дизельных двигателей, были подвергнуты тщательному анализу методом элементарного анализа (EA), электронно-зондовому микроанализу (EPMA), атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES), анализу методом термогравиметрии (TGA), дифференциального термического анализа (DTA), гель-проникающей хроматографией (GPC), инфракрасной спектроскопией (IR) и трансмиссионная электронная микроскопия (TEM).

 

Эти аналитические методы используются для исследования механизма, согласно которому процессы образования и накопления отложений в значительной степени определяются возможными реакциями, коррелирующими с температурой поверхности впускного клапана. Также обсуждается влияние впрыска топлива, и самого топлива, на образование отложений.

 

Экспериментально

Подготовка образцов: Спецификации двигателей и условия их эксплуатации, используемые для подготовки перечислены в Таблице 1. В ходе испытаний I, II и IV на динамометре с маховиком был установлен двигатель. В третьем испытании автомобиль был установлен на шасси динамометра. Во всех бензиновых двигателях с системой впрыска топлива (испытания I, II и III) в Японии использовался неэтилированный бензин Regular (без добавления моющих средств), а в дизельном двигателе (испытание IV), коммерческое дизельное топливо (JIS: № 2). Моторные масла были API SE 10W-30 для бензиновых двигателей и API CD 10W-30 для дизельного двигателя.

 

Отложения для опытов были созданы путем изменения параметров двигателя, таких как скорость, нагрузка, режимы работы двигателя и время испытания, показанные в таблице 1. В некоторых экспериментах утечка масла на направляющих клапанов также менялась. На рис. 1 показаны отложения накопленные на впускном клапане после испытаний I и III. Эти образцы отложений аккуратно удалялись с впускного клапана и отправлялись на анализ органических и не органических веществ, температурных свойств, микроструктуру соединений.

 

 

 

 

Анализ отложений

Аналитические методы заключаются в следующем. Содержание углерода - С, водорода - Н, азота - N, кислорода - O в отложениях, определяли элементным анализом. Неорганические элементы (в основном возникающие из присадок к моторным маслам) определяли электро-зондовым микроанализом (EPMA) и атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). Термометрические методы, включая термогравиметрический анализ (TGA) и дифференциальный термический анализ (DTA), использовались для различных аналитических целей. То есть, депозиты были исследованы для определения разницы массового состава в различном диапазоне температур. Потеря веса в процессе TGA была классифицирована на пять фракций. Состав каждой фракции систематически обсуждался с точки зрения условий эксплуатации двигателя и температуры впускного клапана. Тепловые свойства базового масла и присадок в моторном масле также были исследованы. Температуры применяемые в анализах TCA и DTA, изменялись от комнатной температуры до +700C со скоростью 10C в минуту, в программируемом режиме.

 

Некоторые из образцов отложений растворяли в хлороформе. Для идентификации групп, фракции растворимые в хлороформе, и нерастворимые в хлороформе диагностировали с помощью инфракрасной спектроскопии (ИК). В добавок, растворимые в хлороформе фракции использовалась для определения низкомолекулярных компонентов, из моторного масла и топлива, методом гель-проникающей хроматографии (GPC). Нерастворимую в хлороформе фракцию, использовали для наблюдения накоплений отложений или мироструктур отложений с помощью электронной микроскопии (TEM).

 

Хим-состав отложений

Основной элементарный состав отложений и состав используемого моторного масла, полученные в ходе испытаний бензинового двигателя (испытания I, II и III), приведены в Таблице 2. Вес отложений, накопленных на впускном клапане, также показан в верхней части Таблицы 2. Несмотря на то, что значения элементного состава варьируются в зависимости от условий испытаний, основным компонентом в отложениях является углерод (С). В таблице 2, следует отметить увеличение содержания кислорода (O) и неорганических элементов (Zn, Ca и P), а так же уменьшение содержания углерода (С) и водорода (H) по сравнению с содержанием в используемом моторном масле. Если представить, что большая часть кислорода относится к органическим соединениям, основными компонентами отложений становятся «сильно окисленные» скопления органических веществ. Эти данные прямо показывают, что главные процессы образования отложений дегидрогенизация (отщепление водорода), частичное окисление и другие реакции.

 

С другой стороны, содержание цинка Zn, кальция Ca и фосфора P (см. Таблицу 2), которые возникают в основном из присадок к моторному маслу, было было увеличено в 10 - 30 раз по сравнению с исходным моторным маслом. Эта особенность прямо указывает на то, что присадки содержащиеся в моторных масла концентрируются в отложениях, во время процессов образования отложений.

 

 

На основании этих экспериментальных данных было обнаружено, что отложения могут состоять из "сильно окисленных" органических веществ, полученных из концентрированного базового масла и/или присадок. Термин "сильно окисленные" является обобщенным. Отложения содержат различные виды веществ, от слегка окисленных или термически разложившихся, до почти твердых углеродистых состояний.

 

Термический анализ, инфракрасная спектроскопия, гель-проникающая хроматография. 

Типичный пример результатов TGA и DTA суммирован на рисунке 2. Образец осадка был получен с помощью теста I. Кривые TGA и DTA были удобно разделены на пять частей, как доли потери веса в данных температурных диапазонах. Состав отложения во фракциях потери веса делится на пять категорий, которые коррелируют с определенными признаками их физико-химической природы. График приведенный на рис. 2, показывает весовое соотношение каждой фракции.

 

 

Потеря веса фракций до 350°С может коррелировать с веществами растворимыми в хлороформе. То есть, ИК-спектр (рисунок 3: верхняя часть) для хлороформного осадка имеет пики поглощения гидро-окиси и карбонильных групп. Кроме того, несколько пиков поглощения, обозначенных черным кружком, показывают наличие присадок моторного масла. Следовательно, растворимые в хлороформе вещества, по-видимому, состоят из концентрированного моторного масла и слегка окисленных продуктов, в то время как следы тяжелых фракций топлива были обнаружены в растворимой в хлороформе с помощью анализа GPC.

 

Потеря веса фракций в интервале температур от 350С до 700С соотносится с нерастворимыми в хлороформе веществами. Другими словами, ИК спектре (рисунок 3: нижняя часть) представлены вещества содержащие кислород, гидрооксиды, карбонильные группы и сульфацию. Эти функциональные группы демонстрируют, что базовое масло и присадки претерпели больше тепловых изменений в окислительной среде. (в этих абзацах конечно мыло мыльное - извиняюсь, тут изначально на русском не всем понятно будет, а перевести еще труднее.)

 

 

Из полученных результатов (см. Рисунок 2) можно вывести следующие фракции:

1. 200°C - легко летучие компоненты, такие как топливо, легкие фракции базового масла, вода.

2. 200-350°C - концентрированное и слегка деградированное моторное масло.

3. 350-500°C - продукты окисления моторного масла.

4. 500-700°C - продукты пред-карбонизации. (пред-твердое состояние).

5. 700°C - зола, такая как оксиды, поступающие из присадок к моторным маслам.

 

Продукты предварительной карбонизации коррелируют с экзотермическим пиком, появившимся на кривой DTA cвыше 500°C, как показано на рис. 2.

 

Электронная микроскопия TEM (G.Lepperhoff) показала, что отложения состоят из сажеобразных частиц которые образованных в процессе сгорания. Затем с помощью электронной микроскопии обнаружили частицы сажи в нерастворимой в хлороформе фракции. На Рисунке 4. показана разница между отложениями (нерастворимыми в хлороформе) и нормальной сажей, образующейся в процессе сгорания. Плоская и аморфная структура отложений серьезно отличается от структуры обычной сажи, состоящей из концентрированных и связанных микро-кристаллов. Исходя из этой морфологии, отложение, по-видимому, не соотносятся с обычной сажей. Однако небольшое количество сажи наблюдалось в отложениях бензиновых и дизельных двигателей. 

 

 

Распределение в толще отложений. Чтобы проследить историю наслаивания отложений, на анализ было отобрано шесть образцов, взятых с различных слоев отложений (тест I). Также были исследованы пред-карбонизированные (пред-твердые) отложения методом TGA и содержание в них цинка (Zn) методом EPMA. Отобранные образцы показаны на Рисунке 5 (левая часть). 

 

Результаты термогравиметрии (TGA) показаны в виде гистограмм на рисунке 5. Из рисунка 5 видно, что продукты пред-карбонизации, коррелирующие с потерей массы фракций в интервале температур от 500 до 700°С, увеличиваются по направлению к внутренней стороне отложения, в то время как осадок золы показывает обратную тенденцию (чем глубже, тем меньше).

 

Эти данные указывают на то, что 1) реакция карбонизации легко происходит во внутренних частях отложения из-за отсутствия кислорода, нежели во внешних. 2) эта реакция легче протекает в нижних частях, где температура выше. 3) разложение присадок происходит в большей степени во внешних частях отложений. Эти оценки могут меняться в зависимости от температуры впускного клапана во время работы двигателя.

 

Используя образцы для анализа продуктов карбонизации, упомянутые выше, методом EPMA определяли содержание цинка Zn. Эти результаты показаны в верхней части рисунка 5. Содержание цинка примерно пропорционально количеству золы и увеличивается от внутренних частей к внешним частям отложений. Подтверждено, что как цинк, так и зола, полученные из присадок, были сосредоточены во внешних частях отложений. Проще говоря, такое поведение в растущем осадке может рассматриваться как явление адсорбции и/или просеивание частиц присадок в матрице отложений.

 

 

Связь между формой и составом. Как показано на рисунке 1 ранее, видимые формы отложений зависят от типов двигателей, а так же условий их эксплуатации и времени испытаний. В экспериментах черные отложения чаще накапливаются, при температуре впускного клапана около 230-350°C.

 

В ходе наших экспериментов, типичные формы отложений можно разделить на четыре типа, как показано на рисунке 6. Типы A, B и C обычно встречаются в бензиновых двигателях, а уникальный тип D встречается только дизельных двигателях. Возможно, уникальная форма D обусловлена различием в температурах впускного клапана: температура впускного клапана дизельного двигателя была выше, чем у бензиновых двигателей.

 

 

Следующее наблюдение, это различие в форме и цвете отложений между типом B и типом D. Здесь были проанализированы три образца, отобранные из черного отложения типа B, полученного в ходе теста II, и черного и серого отложений типа D полученного в ходе теста IV . Образцы и температуры впускных клапанов вблизи участков отбора проб показаны на рисунке 7 (левая часть). В настоящем опыте контролировались температуры в головке впускного клапана и конце штока, а другие температуры вдоль значения оценивались путем интерполяции контролируемых температур. Аналитические результаты были показаны на графике Рис. 7 (правая часть). Обнаружено, что, несмотря на те же самые черные образцы, тип D имеет меньшее количество концентрированного моторного масла и большее количество продуктов окисления, чем продукты типа B. Большую часть серых отложений составляла главным образом зола, которую в основном содержат сульфонаты кальция. Отложения сформированные в результате реакции между продуктами разложения моющих присадок на основе сульфоната кальция и серной кислоты S0x, присутствующих в прорыве газов.  

 

Эти результаты ясно показывают, что черные отложения накапливаются при вышеупомянутых температурах впускного клапана (от 230 до 350°C). Если температура впускного клапана выше 350°C, компоненты моторного масла на поверхности впускного клапана или отложений превращаются в пепел, поскольку они легко сгорают в атмосфере, богатой кислородом. Если температура ниже 230°C, хотя легкие фракции двигателя и впрыскиваемое топливо могут быть частично окислены на поверхности или внутри отложений, основные части испаряются или сливаются. Следовательно, вполне возможно, что только в диапазоне температур примерно от 230 до 350°C отложения могут накапливаться в видах, возникающих в результате неполного сгорания моторного масла.

 

Содержание Zn и Ca в черном осадке типа D, было определено точечным и линейным анализом с помощью EPMA. Участки образца с вертикально вырезанной поверхностью отложения показаны на рис. 8 (правая часть).  Представленные значения, полученные из большого количества данных, показаны в левой части рисунка 8. Содержание Zn больше, чем содержание Са в части А образца (верхняя часть: более низкая температура).  С другой стороны, содержание Са больше, чем содержание Zn в части В образца (нижняя часть: более высокая температура). Эту обратную связь между Zn и Ca можно объяснить разницей в термостабильности соответствующих добавок.

 

Термическая стабильность базового масла и чистых присадок была исследована с помощью TGA, и результаты приведены в таблице 3. Очевидно, что ZDTP (диалкилдитиофосфат цинка) термически менее стабилен, чем сульфонат кальция. Учитывая, что ZDTP легче испаряется и/или разлагается при более низких температурах (около 210 ° C) и сульфонат кальция разлагается при более высоких температурах (от 300 до 550 C), вышеуказанное обратное соотношение вполне понятно. 

 

В черных отложениях типа B, которые обычно наблюдаются, степень такой сегрегации, как правило, была небольшой. Вероятно, это связано с тем, что уклон клапана и градиент температуры клапана в месте накопления осадка мягче, чем у типа D.

 

Влияние впрыска топлива: В экспериментах с двигателями, оснащенными системой впрыска топлива, сообщалось, что эффект промывки чистым топливом, впрыскиваемым на отложения, предотвращает накопление отложений. Однако влияние впрыска топлива на составы отложений еще не выяснено. 

 

В этом эксперименте, использовалась специальная система впрыска топлива используемая в тесте III. Части отбора проб показаны на рис. 9 (левая часть). Композиции из двух частей, сторона которая омывается впрыском топлива (A) и противоположная сторона (B), были исследованы методом TGA. Анализ проводился для двух отложений впускных клапанов, полученных в ходе одного и того же испытания двигателя. Количество отложений на стороне впрыска топлива уменьшилось примерно на треть по сравнению с противоположной стороной. Это явное различие в основном обусловлено влиянием количества отложений на впрыск топлива, как и ожидалось. Кроме того, в стороне с впрыском топлива, предварительной карбонизации на продуктах было очень мало.

 

 

Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что уменьшение количества отложений и степени карбонизации внутри отложений было в значительной степени вызвано охлаждающими и растворяющими действиями самого впрыскиваемого топлива.

 

Влияние топлива: Исследования (2, 4) показали, что превращение топлива в отложения возможно. Некоторые из бензинов, в частности неэтилированный бензин класса Premium, названный Топливом A, дал большое количество отложений по сравнению с неэтилированным обычным бензином Regular, называемым Топливом B. Различия между Топливом A и B были оценены с точки зрения степени утечки масла (или соотношения топливо / масло) на направляющей клапана и композиции депозитов полученных из теста III. Результаты суммированы в таблице 4.

 

Из таблицы 4 видно, что топливо A увеличивает количество отложений примерно вдвое больше, чем топливо B, и что содержание неорганических элементов, таких как Mo, P, S и Ca, в отложениях из топлива A, очевидно, меньше, чем таких же из топлива В. Также важно, чтобы скорость утечки масла незначительно влияла на содержание неорганических элементов. Если отложения образуются непосредственно из некоторых компонентов топлива, изменения в утечке масла приводят к некоторым расхождениям в их содержании. Это ожидание не реализовано в наших экспериментах. Можно сказать, что, несмотря на различные свойства топлива, любые компоненты топлива практически не превращаются в отложения.

 

Формирование продуктов прекарбонизации (коксование):

Реакции карбонизации углеводородов, такие как дегидрирование и поликонденсация, обычно инициируются при температуре выше 450°C (7, 8). В наших экспериментах температура впускных клапанов в бензиновых двигателях составляет не выше 350°C. Тем не менее, большое количество продуктов предварительной карбонизации всегда наблюдалось в отложениях в наших экспериментах, как упоминалось выше. Причины, по которой продукты предварительной карбонизации образуются при более низких температурах, будут изучены в этом разделе.

 

В целом, электроотрицательность атомов кислорода выше, чем у атомов углерода. Следовательно, если атом кислорода связан с атомом углерода, электронная плотность углерода у него будет снижена, и прочность связи между атомом углерода и другими, такими как C-H и C-C, станет слабее. С другой стороны, связь C-0 имеет тенденцию разрываться легче, чем связь C-C из-за низкой энергии связи. Исходя из этих фактов, виды, содержащие много связанных атомов кислорода, могут быть более легко карбонизированы при относительно более низких температурах, чем простые углеводороды.

 

С вышеуказанной точки зрения присадки к моторному маслу, имеющие в своей структуре атомы O, N и S, разлагаются легче, чем базовое масло и топливо. Кроме того, предполагая, что окисленная среда окружает отложения (фактически, отложения содержат большое количество кислорода), продукты предварительной карбонизации должны образовываться в результате последовательных реакций исходных материалов (или добавок и тяжелых фракций базового масла). То есть карбонизация протекает через промежуточные продукты частично окисленных продуктов, поступающих из исходных материалов, а не через процессы прямой карбонизации исходных материалов.

 

С другой стороны, обычно наблюдается, что продуктов коксования в более толстых отложениях больше, чем в более тонких отложениях. Из этого важного наблюдения можно сделать вывод, что матрица отложений должна быть разделена на две фазы: больше внутренних и больше внешних частей, поскольку сосуществуют существенно разные пути реакции для образования отложений. Другими словами, образование продуктов предкарбонизации избирательно усиливается во внутренней части отложений, а окисление происходит в обратном направлении во внешней части отложений. Эти явления напрямую зависят от концентрации кислорода в соответствующих порциях.

 

Исходя из этих соображений, можно сделать следующий вывод: 1) процессы карбонизации во внутренней части отложений более эффективны, чем процессы в их внешней части, и наоборот 2) процессы окисления происходят легче за пределами отложений. Однако вклад обоих процессов в образование отложений зависит от температуры клапана, а также от глубины нарастания отложений. Анализ этих конкурентных процессов не так легко провести, потому что вовлечен ряд факторов, и вклад каждого фактора в формирование отложений, не может быть существенно отделен друг от друга в экспериментальной схеме. Анализ этих конкурентных процессов не так легко решить, потому что вовлечен целый ряд факторов, и вклад каждого фактора в формирование отложений не может быть существенно отделен друг от друга в экспериментальном проекте.

 

Механизм формирования отложений.

Хотя процессы образования отложений на впускном клапане очень сложны, они будут впоследствии обсуждаться на основе экспериментов с бензиновым двигателем с системой впрыска топлива. Сначала рассматриваются роли впрыска топлива в образовании отложений. Эффекты впрыска топлива подразделяются на два вида. Одно из них физическое: растворяющие и охлаждающие действия. А именно, впрыскиваемое топливо растворяет как моторное масло, так и топливо, прилипшее к впускному клапану или отложениям, и одновременно снижает температуру клапана или отложения. Следовательно, эффект от впрыскиваемого топлива заключается в эффективном предотвращении образования отложений. Другой является более химическим: при данных обстоятельствах важно, как топливо реагирует с кислородом и какие виды продуктов реакции образуются.

 

Более того, следует учитывать косвенное влияние топлива. А именно, свойство моторного масла постоянно изменятся во время работы двигателя. Топливо попадает в картер и растворяется в масле. Эти моторные масла также показывают различные значения. Что касается тенденций формирования отложений. Есть разница между свежим маслом и отработанным, с одинаковыми характеристиками. Отработанное масло дает большее отложений, несмотря на то же топливо и те же условия работы двигателя [см. Часть 2). Этот феномен объясняется в первом случае - это растворение топлива в двигателе, как упомянуто выше, а в другом - уменьшение количества антиоксидантов в моторном масле за время его работы в двигателе.

 

Прежде чем обсуждать механизм образования отложений, кратко рассмотрим важные результаты, полученные в наших экспериментах.

1) Отложения состоят из углерода (от 60 до 75 мас.%), Кислорода (от 10 до 16 мас.%), Водорода (от 6 до 10 мас.%) И неорганических элементов из присадок моторного масла (от 4 до 7 мас.%).

2) Присадки в моторном масле чрезвычайно сконцентрированы в отложениях и становятся исходными материалами для образования отложений.

3) Основной путь реакции для образования отложений - карбонизация окисленного моторного масла.

4) Впрыск топлива подавляет реакции образования отложений из-за охлаждающего эффекта топлива.

5) Образование черных отложений происходит в интервале температур от 230 до 350 С.

6) Только несколько тяжелых фракций топлива обнаружены в отложениях.

7) Сажа, образующаяся в камере сгорания, не найдена в отложениях, за исключением особых случаев.

 

 

Исходя из экспериментальных фактов и соображений, диаграмма процесса образования отложений выводится, как показано на рис. 10. В этом потоке изменения состава примерно соответствуют температуре клапана. Поскольку исходным материалом для получения отложений в основном является моторное масло, топливо и сажа не учитываются. Это не лишает нас существенных особенностей формирования месторождения.

Тем не менее, заметно, что содержание каждого вида, такого как присадки, тяжелые фракции базового масла, продукты окисления или продукты предварительной карбонизации, показанные на фиг.10, могут изменяться в зависимости от различных и неопределенных условий. А именно, количество и состав отложений определяются не только температурой клапана и периодом испытания, но также и химическими реакциями, меняющимися в зависимости от порции.

Далее кратко описаны динамические аспекты формирования месторождения. Процессы выращивания залежей можно разделить на три этапа: 1) начальный этап, 2) этап выращивания и этапы: 3) конечный этап.

 

1) Начальная стадия: на впускном клапане нет отложений при низкой температуре. Большие части моторного масла и впрыскиваемого топлива испаряются из клапана и сливаются вдоль поверхности клапана. Их второстепенные части сосредоточены на впускном клапане, становятся более вязкими из-за термических или окисленных реакций и, наконец, со временем прилипают к клапану.

2) Стадия роста: после возникновения агглютинации отложения могут непрерывно накапливаться на поверхности клапана, если двигатель продолжает работать. В этом состоянии скорости окислительных реакций, таких как дегидрирование, частичное окисление и гидроокисление, конкурентно возрастают с повышением температуры клапана во внешней части отложений. Поскольку концентрация кислорода вокруг частично окисленных продуктов становится ниже, следовательно, во внутренней части отложений может происходить карбонизация. Следовательно, во внутренней части количество продуктов предварительной карбонизации, поступающих из исходных материалов, увеличивается.

3) Заключительная стадия: отложения становятся аморфными и углеродистыми скоплениями. Предположительно, количество депозитов не держится постоянным, потому что депозиты повторяют рост и обрыв. Дальнейшее обсуждение на этом этапе опущено в этой статье из-за отсутствия данных.

 

Заключение

Из наших обширных экспериментов и дискуссий, причинные связи между составами отложений и температурой клапанов были получены, как показано на рис. 10. Эта схема приводит нас к следующим выводам:

1) Отложения в основном образуются от моторного масла.
2) Температура клапана влияет на состав и место скопления отложений.
3) Впрыск топлива на поверхность клапана подавляет реакции образования отложений из-за охлаждающего эффекта топлива.

Эти выводы позволят получить более полезную информацию о формировании месторождения, объединяющую результаты имитационного теста.

 

Благодарность
Авторы хотели бы поблагодарить М. Томита и М. Окада из Toyota Motor Corporation и М. Хоригучи из Toyota Central Research and Development Laboratories за многочисленные полезные обсуждения и техническую помощь. Мы благодарны доктору М. Кавамуре и доктору Я. Фуджитани из Центральной научно-исследовательской лаборатории Toyota за полезные предложения и замечания, а также критическое прочтение документа.

[torcon 79 998]

Сказ о том, откуда берутся стойкие отложения на впускных клапанах (собственно и в двигателе, форсунки, турбины, камера сгорания - процессы немного другие, но суть остается.).

Извиняюсь за кривой перевод, я не силен в английском, но суть думаю будет понятна. 

[Dimmy 12 015]

Суть предельно проста: меняйте масло чаще.

Ну, и стоит ли лить масла на сульфонатах кальция, если свободно можно купить аналоги на салицилатах?

[Палтус 5 202]

torcon это получается с простым впрыском? Непосредственный не испытывали?

[torcon 79 998]

Да это еще простой впрыск, где клапана охлаждаются и омываются топливом. А при прямом впрыске топливо не омывает клапана, почему непосредственный впрыск боится метал-содержащих присадок в маслах, которые повышают зольность сульфатную. Тут как раз механизм формирования этих отложений расписан. И положительное влияние топлива, тормозящее формирование отложений.

 

И когда вам кто нибудь лепит историю о том, что "пофиг какое масло лить", "полнозольники не страшны", "куда больше сажи от топлива". Знайте что это не так. Сажа это сажа. Зола это зола. Как раз стойкие абразивные отложения на клапанах, форсунках при прямом впрыске, подшипники турбин, кроне поршня формируются из присадок для масел.

[torcon 79 998]

Ну и там еще сказано, что старое масло дает больше отложений, чем свежее масло, из-за истощения пакета антиоксидантов. Ничего нового короче  Лишнее подтверждение тому, что мы правильным путем шли и верные теории двигали, не смотря на насмешки со стороны...

[avignon 2 514]

Тут-то так понимаю, системы EGR на тестируемых агрегатах нет, вот и сами меньше. Если она будет - очевидно что сажи будет больше. 

22 минуты назад, torcon сказал:

И когда вам кто нибудь лепит историю о том, что "пофиг какое масло лить", "полнозольники не страшны", "куда больше сажи от топлива". Знайте что это не так. Сажа это сажа. Зола это зола. Как раз стойкие абразивные отложения на клапанах, форсунках при прямом впрыске, подшипники турбин, кроне поршня формируются из присадок для масел.

Ну, вроде на форуме лить во всё подряд грузовые полнозольники с золой 2%(они, к слову, шли как раз в моторы с непосредственным впрыском) никто не рекомендует. А большинство остальных современных масел имеет вполне умеренную золу 1-1.3%, т.е. больших поводов для паники нет. Если есть расход масла через колпачки, то да, можно быть более осторожным в этом моменте... 

А так, зола при перекатах и самом моторе может набираться, не раз такое наблюдал. И не раз наблюдал как даже после чисток в доступных местах грязного от перекатов масла мотора масляный фильтр при небольших пробегах забивается "песком" - золой от моторного масла...

[Glory 1 694]

Еще обратите внимание на режимы работы двигателей в таблице 1 и отношение количества отложений в таблице 2. Меньшее количество отложений при движении с ускорениями.

Изменено 16 мая 2020 пользователем Glory

[Spielhur 341]

Очень интиресно, очевидно, что есть смысл менять почаще и  регулярно использовать химию для чистки топливной и клапанов.

[Kostya_p 1 013]

замечательная статья!

Некоторые производители начали отказываться от полноценного непосредственного впрыска, в пользу, так сказать гибридного, когда в моторе используется как непосредственный впрыск, так и распределительный. Так хоть немного, но омываются клапана. А ещё, так же тойота рекомендует каждые 10 тыс км использовать очиститель форсунок, который в свою очередь и омывает впускные клапана.

[Pavel_NSK 9 457]

Да, действительно, впуск и впускные клапана могут засираться и на обычном моторе с распределенным впрыском.

В этом я убедился когда разбирал впуск мотора 1MZ-FE (Lexus RX300, 3 литра, V6) с пробегом 280000км (по одометру).

Грязный впуск это очень мягко сказано. Он обильно покрыт затвердевшими карбоновыми отложениями, чистого места не было совсем, при этом клапана не сильно грязные.

Мы с механиком пришли к версии, что значительно добавляет отложений вентиляция картерных газов.

Эта система присутствует на любом автомобиле и вся система идёт во впуск (на дожигание).

Картерные газы не идеально чистые, присутствуют пары масла. Больше/меньше зависит от состояния ДВС.

Почему вентиляция картерных газов?

Все просто - мотор V6, два полублока, две головки блока, два впуска, два выпуска. Вентиляция картерных газов на этом моторе устроена так, из одного полублока выходит и через клапан отправляется на впуск второго полублока. Тот полублок (впуск), в который приходила вентиляция картерных газов был существенно грязнее своего собрата где вентиляции карьерных газов не было. При этом клапан PCV был исправен, а шланги вентиляции не стерильные, но достаточно чистые. Время и большой пробег, накопилось!

Полный отчёт здесь

https://www.oil-club.ru/forum/topic/17795-pro-tec-avtohimiya/?do=findComment&comment=1189148

[Lerych 200]

Я один вижу в таблице, что при разложении минералки sae 30 и полимерки - 0.0 % депозитов, в отличие от распространенной и усиленно продвигаемой здесь точки зрения?

[Лыжник 844]

2 минуты назад, Lerych сказал:

Я один вижу в таблице, что при разложении минералки sae 30 и полимерки - 0.0 % депозитов, в отличие от распространенной и усиленно продвигаемой здесь точки зрения?

В статье вы можете видеть ноли, а я, разбирая дважды за полгода один и тот-же мотор, при профилактике головок блоков цилиндров (V8) лично соскабливал тот нагар с впускных клапанов. Оба раза. И, что странно - кол-во нагара накопившееся за эти полгода, было практически таким-же, как за два с лишним года от предыдущего ремонта. Не знаю почему так.

Масло круглогодично льётся 10W-30 вот уже много-много лет.

[Lerych 200]

1 минуту назад, Лыжник сказал:

  лично соскабливал тот нагар с впускных клапанов. Оба раза. 

И? Выводы? Статья лабораторная хрень?

[Лыжник 844]

Статья - хрень, только от того, что эти многабукаф америку ни кому не открыли. Все что в ней описано - вполне элементарно и для автообывателя вполне-себе закономерно.

Изменено 16 мая 2020 пользователем Лыжник