Текст
Оги WHS
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МОТОРА И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВА
НА ВЫНОС СВИНЦА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ
-----------------—---------*—---------------------
^36
pWoi,
\ у 36 Л
Труды ЦИAM
№ 130
А- Л. ФЕЙГИН и Ю. Г- БЕХЛИ
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МОТОРА
и ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВА
НА ВЫНОС СВИНЦА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ
О БОР ОНГИЗ
1 947
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МОТОРА И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВА
НА ВЫНОС СВИНЦА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, в случаях применения больших
концентраций этиловой жидкости в бензине (4 мл
и выше продукта Р-9) появляются отложения свин-
ца на свечах, клапанах, седлах клапанов и .доууих»
деталях. Эти отложения нарушают работу зйчрЙь-Л
ных свечей, вызывают перегрев и прогорание кла-
'панов, т. е. выводят мотор из строя.
Количество и характер отложений свинца зави-
сят от режима работы двигателя, концентрации
этиловой жидкости в бензине и ряда других фак-
торов.
Однако этот вопрос, несмотря на всю его важ-
ность, не получил должного освещения. Немного-
численные работы по исследованию нагарообразо-
вания и отложений свинца, встречающиеся в оте-
чественной и иностранной литературе, касаются
главным образам автомобильных двигателей и ма-
ло применимы к работе авиационного двигателя.
Так, например, в статье Colwell А. Т. [1] рас-
сматриваются вопросы нагарообразования на кла-
панах в автомобильных и авиационных двигателях.
В работе описаны меры борьбы с нагаром в авто-
мобильных двигателях и лишь в приложении даны
результаты анализа нагара, снятого с клапанов
двух авиационных двигателей; однако типы дви-
гателей, режимы их работы и применявшееся топ-
ливо неизвестны.
Некоторые материалы по влиянию режима и
продолжительности работы двигателя приведены в
статье Н. В. Пульманова «Влияние этиловой
жидкости на работу автомобильного двигателя»
[2]. В этой статье указано, например, что количе-
ство отложений свинцовистых соединений в ка-
->>мере сгорания пропорционально количеству при-
Лсадки этиловой жидкости и что количество свин-
цовистых отложений зависит от продолжительно-
сти работы двигателя. Но каких-либо конкретных
данных о количестве отложений и их составе в
статье не указано.
Для нахождения эффективных мер борьбы с от-
ложениями свинца в камере двигателя необходимо
установить степень влияния условий работы дви-
гателя на эти отложения.
В последние годы помимо бензинов прямой гон-
ки стали применять топлива, содержащие различ-
ные количества других компонентов — ароматиче-
ских углеводородов и аминов. Поведение этих топ-
лив с этиловой жидкостью в отношении отложений
свинца и нагарообразования совершенно не было
обследовано. Поэтому большой интерес представ-
ляет исследование влияния режима мотора, в ча-
стности, давления наддува, состава смеси, степени
сжатия, а также химического состава топлива на
вынос соединений свинца из камеры сгорания.
В данной статье приведены результаты исследо-
ваний, проведенных в ЦИАМ по вопросу вынесе-
ния свинца из камеры сгорания двигателя [3].
В экспериментальной части этой работы прини-
мали участие инж. Тарасова М. Г., Кутикова Б. Г.
и Дерябин А. А.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования были применены следующие
продукты: 1) стандартный бензин Б-78, 2) техни-
ческий изооктан, 3) кюмен, 4) анилин, 5) техниче-
ский тетраэтилсвинец (ТЭС), 6) дихлорэтан.
Бензин Б-78 имел следующие свойства
удельный вес прн 20°........................ 0,728
начало кипения ............................. 53°С
10% выкипает до............................. 74°С
50% „ „ .......................... 110°С
90% , „........................... 144°С
конец кипения .............................. 170°С
Химический состав бензина в процентах
парафинов................................... 65,0
нафтенов . 26,6
ароматнков ................................ 8,4
И МЕТОДИКА АНАЛИЗА
Свойства технического изооктана
удельный вес при 20°С.................. 0,708
начало кипения ........................ 57°С
10% выкипает до......................... 84°С
50% .............................. 105 е С
90% . . ....................... 129°С
конец кипения „ ...................... 170°С
Свойства кюмена
удельный вес при 20°С.................... 0,840
начало кипения ......................... 95°С
10% выкипает до.......................... 132°С
50% . »......................... 149°С
90% , „......................... 155°С
конец кипения ......................... 170е С
1
Свойства анилина
удельный вес при 20"С.............. 1,022
начало кипения...................... 183°С
конец кипения...................... 185°С
Свойства технического ТЭС
удельный вес при 20°С.............. 1,58
содержание химически чистого ТЭС по весу . 98,06%
, „ по объему 93,88%
Свойства дихлорэтана
удельный вес при 20°С.............. 1,254
начало кипения . . . . 83°С
конец кипения' ..................... 85®С
количество хлора...................... 72%
Этиловая жидкость готовилась путем смешива-
ния тетраэтилового свинца ТЭС и дихлорэтана,
взятых в молярных отношениях (1 граммоль Ди-
хлорэтана на 1 граммоль ТЭС).
Так как технический ТЭС содержал 93,88°/о хи-
мически чистого ТЭС, то процентный состав ком-
понентов в этой жидкости был следующий:
ТЭС по объему .................65,9%
, по весу....................68,7%
дихлорэтана по объему.........24,8%
„ по весу.................32,5%
примеси по объему............... 9,3%
Содержание свинца в бензинах, техническом ТЭС
и нагарах определялось стандартным молибдатным
методом. Содержание в нагаре галоидного, окис-
ного и металлического свинца определялось по
методике, разработанной в Военно-воздушной ака-
демии имени Жуковского.
АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ
Исследование влияния наддува, продолжитель-
ности работы мотора и содержания этиловой
жидкости в топливе на вынос свинца проводилось
на одноцилиндровом двигателе, состоящем из уни-
версального картера ЭУ-3 и цилиндровой группы
Э-54 (типа М-103).
Двигатель имел следующие данные:
диаметр цилиндра..................148 мм
ход порш-ня.................170 „
степень сжатия .. .........6,0
Система смазки — циркуляционная под давле-
нием. Давление масла в главной магистрали —
6 кг]см2, охлаждение — водяное. Система питания
двигателя (топливом, маслом, воздухом), система
охлаждения, а также аппаратура для контроля
режима работы двигателя были обычными для
установок подобного типа.
Исследование влияния степени сжатия, состава
смеси и химического состава топлива проводилось
на одноцилиндровой установке фирмы Вокеша,-
предназначенной для определения октановых чисел
топлива по армейскому методу. ,
Двигатель имел следующие данные:
диаметр цилиндра............. 66,0 мм
ход поршня................... 112,6 „
опережение зажигания , . • . 30°
до верхней
мертвой точки
СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ
Режим работы двигателя во время исследования
влияния наддува, продолжительности работы мо-
тора и содержания этиловой жидкости в топливе
определялся следующими параметрами:
число оборотов п................ 2300 об/мин.
степень сжатия е............. . 6,0
состав смеси а.................. 0,75
температура воздуха, поступающего
в карбюратор ................... 80±3°С
температура масла, входящего в дви-
гатель" •.......................60±5°С
температура воды, входящей в ру-
башку цилиндра..................60+5°С
Во время исследования наддув двигателя изме-
нялся от 700 до 1000 мм рт. ст. (720, 850 и
1000 мм рт. ст.). В качестве смазки применялось
стандартное масло МС.
Для определения зависимости выноса свинца от
времени работы двигателя проводились длитель-
ные испытания топлива 4Б-78 продолжительностью
2,5; 5; 10 и 20 час.
Для исследования влияния количества этиловой
жидкости в топливе на вынос свинца проводились
испытания на топливе 4Б-78, 6Б-78 и 8Б-78.
Одноцилиндровый двигатель фирмы Вокеша ра-
ботал при следующем постоянном режиме:
число оборотов п.............., . 1200 об/мин.
охлаждающая жидкость....... вода
температура рабочей смеси .... 50°С
температура рубашки двигателя . . 100°С
температура масла.......... 75°С
Степень сжатия исследовалась в пределах от
5,5 до 7,5 (5,5; 6,5 и 7,5)
Состав смеси изменялся в пределах а=0,6—1,0
(а=0,6; 0,8 и 1,0)
Исследование влияния химического состава топ-
лива на вынос свинца проводилось при составе
смеси а=0,9 и е =6,0.
Количество топлива, расходуемого на каждый
опыт, составляло 10 кг и оно непрерывно в тече-
ние 7—8 час. сжигалось на установке Вокеша.
Во время испытания применялось масло, состоя-
щее из 62% любрикейтинг с 38% трансформатор-
ного масла, имеющего вязкость при 50° С 6,5° по
Энглеру. В топливо добавлялась этиловая жидкость,
содержащая в качестве выносителя ТЭС дихлор-
этан.’ На каждый килограмм топлива добавлялось
2
5 мл ТЭС, что соответствовало 10 мл стандартной
ЭТИЛОВОЙ ЖИДКОСТ'.! (Р-9).
После каждого испытания двигатель разбирался
и с каждой детали камеры сгорания снимался на-
гар, взвешивался и исследовался на содержание
общего, галоидного, окисного и металлического
свинца.
На основании этих данных подсчитывалось ко-
личество нагара, отложившегося в камере сгора-
ния двигателя, и процент свинца в нем.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Влияние продолжительности работы двигателя
на вынос из него свинца
На фиг. 1 и 2 даны сводные графики зависи-
мости отложений нагара и содержания в нем свин-
ца от продолжительности работы двигателя на ре-
жимах с давлениями наддува 720 и 850 мм рт. ст.
Фиг. 1. Отложение нагара в зависимости от продолжитель-
ности работы мотора; цилиндр Э-54 (е=6).
Режим: п=23ОО об/мин.; /гс=80°С; а=0,75; топливо—4Б-78.
Как видно из фиг. 1 и 2, количество отложив-
шегося нагара и содержание в нем свинца возрас-
тают с увеличением продолжительности работы
двигателя. При давлении наддува 850 мм рт. ст.
количество нагара, вес содержащегося в нем’ свин-
ца и скорость их возрастания по продолжитель-
ности работы ниже, чем при давлении наддува
720 мм рт. ст. Так, например, при рк =720 мм
рт. ст. увеличению продолжительности работы с
2,5 до 10 час. соответствует увеличение веса на-
гара с 3,9 до 6,9 г и увеличение содержания свин-
ца с 1,4 до 3,4 г. При дк=850 мм рт. ст. соответ-
ствующему увеличению продолжительности работы
с 2,5 до 10 час. соответствует увеличение веса на-
гара с 2,1 до 4,6 г и увеличение содержания свин-
ца с 0,9 до 2,1 г.
В пределах продолжительности работы 2,5—
20 час. между количеством нагара, весом содер-
жащегося в нем свинца и продолжительностью, ра-
боты существует линейная зависимость. Из фиг. 1
видно, что в первые часы работы мотора до 2,5 час.
нагар отлагается наиболее интенсивно.
Процентное содержание свинца в нагаре, как
видно из фиг. 2, возрастает с увеличением про-
должительности работы. Это может быть след-
Фиг. 2. Влияние продолжительности работы мотора на
вынос свинца при разных наддувах; цилиндр Э-54(е=6).
Режим: рж= 720 жж рт. ст.; /ю=80°С; «=2300 об/мин.; а=0,75;
топливо—4Б-78.
Влияние содержания этиловой жидкости в топливе
на вынос свинца из двигателя
Результаты 10-часовых испытаний бензина с раз-
личным содержанием этиловой жидкости: 4Б-78,
6Б-78 и 8Б-78 приведены на фиг. 3 и 4.
Как видно из фиг. 3 и 4, количество отложивше-
гося нагара и свинца, возрастает с увеличением
: содержания этиловой жидкости в топливе.
Это возрастание в большей части вызвано, по-
видимому, цементирующим действием свинца на
нагар, т. е. увеличение отложений свинца вызы-
3
вает увеличение отложений других компонентов
нагара. Такое предположение подтверждается- так-
же тем, что процентное содержание свинца в на-
гаре в исследованных пределах практически по-
стоянно. '
Содержание этиловой Жидкости
Р-9 в f кг топлива, см3
Фиг. 3. Отложение нагара в цилиндре в зависимости
от содержания продукта Р-9; цилиндр Э-54 (е==6).
Режим: рК—720 мм рт. ст.; /к=80°С; я=2300 об/мин.;
длительность—10 час.
Из показанных' на фиг. 4 зависимостей количе-
ства свинца в нагаре и количества свинца, введен-
ного с топливом, от содержания этиловой жидкости
Фиг. 4. Влияние содержания в топливе продукта Р-9
на вынос свинца из цилиндра; цилиндр Э-54 (е=6).
Режим: рк=72 мм рт. ст.; ZK=80°C; г=2300 об/мин.;
а«=0,75; длительность — 10 час,
в топливе видно, что количество свинца в нагаре
увеличивается значительно медленнее, чем коли-
чество свинца, введенного с топливом. Например,
при повышении содержания этиловой жидкости в
топливе с 4 до 8 мл на 1 кг топлива количество
свинца, введённого с топливом, увеличивается с
360 до 640 г, т. е. на ЮО®/о, а количество свинца
в нагаре с 3.4 до 4,0 г, т. е. примерно т,а 18°/о. Это
явление свидетельствует об улучшении относитель-
ного вынсса свинца и, невидимому, является ре-
зультатом улучшения реакций между галоидными
соединениями, содержащимися в этиловой жидко-
сти, и свинцом и, следовательно, большего обра-
зования летучих соединений свинца.
Влияние давления наддува на вынос свинца
из двигателя
Влияние давления наддува на отложение нагара
и свинца было исследовано в пределах изменения
pv от 720 до 1000 мм рт. ст.
Фиг. 5. Отложение нагара в цилиндре в зависимости от
давления наддува; цилиндр Э-54 (е=6).
Режим: п=2300 об/мин.; ^к=80°С; а=О,75; топливо—4Б-78;
длительность — 10 час.
Результаты этого исследования приведены на
фиг. 5 и 6.
На фиг. 7 приведены некоторые данные из пре-
дыдущих разделов, также иллюстрирующие зави-
симость отложений нагара и свинца от давления
наддува. С увеличением давления наддува коли-
чество отложившегося нагара и содержащегося в
нем свинца, как это видно из фиг. 5, 6 и 7, резко
сокращаются, повидимому, вследствие повышения
температурного состояния цилиндра. Например,
при увеличении давления наддува от 720 до 850 мм
рт. ст. при работе в течение 10 час. на топливе
8Б-78 количество нагара и количество содержаще-
гося в нем свинца сократилось соответственно с
8,9 до- 5,9 г и с 3,9 д' 2,7 г. При работе в течение
10 час. на топливе 4Б-78 и том же изменении рк
количество нагара сократилось с 6,8 до 4,4 г, а
количество свинца с 3,3 до 2,0 г.
4
Фиг. 6. Влияние давления наддува на вынос свинца
из двигателя; цилиндр Э-54 (е=6).
Режим: п=2300 об/мин.;
/,;=80°С; а=0,75; топливо—8Б-78;
длительность — 10 час.
Фиг. 7. Влияние давления наддува на вынос свинца из
цилиндра; цилиндр Э-54 (е=6).
При работе в течение 5 час. на топливе 4Б-78
и том же изменении давления наддува это сокра-
щение составляет: по нагару — с 5 до 2,8 г, по
свинцу — с 2,1 до 1 г.
Эти данные позволяют считать, что происходя-
щее с увеличением давления наддува уменьшение
отложений нагара и количества свинца в нем, в
исследованных, пределах, практически не зависит
от содержания этиловой жидкости в топливе и от
продолжительности работы.
Влияние степени сжатия и состава смеси на вынос
свинца из двигателя
В табл. 1 и 2 и на фиг. 8 и 9 приведены ре-
зультаты этих опытов. Из табл. 1 видно, что с из-
менением состава смеси изменяется и количество
отложившегося свинца в камере сгорания.
Например, при е =5,5 и а=0,6 процент отложив-
шегося свинца равен 10,65; при а=0,8 он равен
8,6 (по средним данным), а при а=1,0 этот про-
цент уменьшается до 7,55.
Такое же снижение процента отложившегося
свинца в зависимости от а наблюдается и при сте-
пенях сжатия 6,5 и 7,5. Например при е =6,5 и
а=0,6 процент отложившегося свинца равен 10,1,
при а = 0,8 он понижается до 8,1 и при а=1,0 этот
процент достигает 6,8.
Фиг. 8. Влияние состава смеси при постоянной степени
сжатия на отложение свинца в камере сгорания дви-
гателя Вокеша. Топливо 10Б-78.
Из графика фиг. 9 видно, что с повышением сте-
пени сжатия процент свинца, отложившегося в ка-
мере сгорания, также понижается. Так, при работе
двигателя на различных степенях сжатия, но при
5
Таблица 1
Сравнительные данные по выносу свинца и нагарообразованпю -в зависимости от состава смеси и степени сжатия
двигателя Вокеша
№ по пор.
ГО -S! — Нагар в камере сгоранир , г ГО Ё со г<> S к ’ '-.° S °
3 Е ю 8s- s
Е О И выхлопной клапан Е ГО О. Ss CQ ГО Е Ч го s 5 5 ° 3 “ “2.
S = ГО а" ГО Е о го 5 ГО £Q ГО Ф ЙЯ ф _ - о ГО ф
Условия опыта §g к S и S сЗ Е ф Е со . Е ГО Е =Е С- п Е S ф Оч Ф к S к « - “ о и £ свииц IH0M свинц мере Фч ГО Ф £Q Е о 5 g. и * п д Ф Ж ~ S ~ CQ ф Ф
ГО £ о ф 5 * и ГО § X ьной лапа 3 ч ш и га д £ ч X? Й ГО о ° S 3 га :тво бен si я, г О Е CQ Ь- И ф И О н ° к О ф О ГО и И
у 03 гч со СХ К CD — Й Ф а сх ~ Ф И W ©‘‘-О Ч И ГО h ? н-i ~ о Её 3 га а CQ И О г-« л и Ф .. 122 Е ° ~ § С £ Ф К СТ Ф- S О Е * aS® ей с )ЭЬИ
Кол изр. Сод топ. о Е Е К Оч О О О Е си О о ч и х СО И - Ч О все1 НИЯ О 0) О Оч s о Е И Я о о ° а S.S и с Е и £ к
в = 5,5; а = 0,6; = 50°С 10 5,34 1,27 0,96 1,20 2,16 0,21 4,26 7,90 71,93 53,4 5,68 10,65 89,35
е = 5,5; а = 0,8; г4=50°С 10 5,25 1,02 1,20 0,83 2,03 0,17 2,45 5,83 75,49 52,5 4,44 8,36 91,64
в = 5,5: а = 0,8; tk = 50°С 10 5,20 1,34 1,14 0,64 1,78 0,15 3,00 6,47 70,60 52,0 4,58 8,80 91, .0
в = 5,5; а = 1,0; tk = 50°С 10 5,20 1,07 0,90 0,53 1,43 0,23 2,86 5,59 70,06 52,0 3,92 7,55 92,45
в = 6,5; а = 0,6; = 50°С 10 5,36 2,01 0,66 0,96 1,62 0,37 3,31 7,31 74,99 53,6 5,48 10,20 89,80
в = 6,5: а = 0,6; 4 = 50°С 10 5,34 1,62 0,98 1,11 2,09 0,15 3,51 7,37 72,79 53,4 5,35. 10,02 89,98
е=6,5; а = 0,8; tk = 50сС 10 5,36 1,33 1,12 0,88 2,0 0,07 2,33 5,37 76,06 53,6 4,35 8,11 91,89
в =6,5; а= 1,0; tk = 50°С 10 5,34 1,12 1,05 0,63 1,68 0,15 2,64 4,85 74,86 53,4 3,69 6,77 93,25
е = 7,5; а — 0,6; th — 50сС 10 5,34 1,40 1,00 1,03 2,03 0,15 2,92 6,52 76,0 53,4 4,95 9,30 90,70
в = 7,5, а = 0,8; tk — 50°С 10 5,25 0,40 1,17 0,85 2,02 0,05 2,10 4,57 81,10 52,5 3,71 7,08 92,92
е = 7,5: а = 1,0; 1к = 50°С 10 5,20 0,41 0,92 0,96 1,88 0,12 1,52 3,93 76,05 52,0 2,99 5,75 91,25
е = 7,5; а = 1,0; /Л = 50сС 10 5,25 0,50 0,94 0,85 1,79 0,10 1,50 3,89 76,20] 52,5 2,96 5,65 91,35
Таблица 2
Изменение химического состава свинцовых соединений в нагаре
в зависимости от состава смеси и степени сжатия двигателя Вокёша
№ по пор. Условия опыта Общее содержание свинца в нагаре % Процентное содержание соединений свинца к общему количеству нагара
галоидный свинец ОКИСНЫЙ свинец металлИ' ческнй свинец прочих примесей
1 в = 5,5; а = 0,6; tk = 50°С 71,93 42,86 42,89 10,31 3,94
2 е = 5,5; а = 0,8; /* = 50°С 74,35 31,67 44,57 7,9 12,86
3 ,е = 5,5; а = 0,8; tk = 50°С 75,5 41,35 39,70 8,05 10,89
4 г = 5 5; а = 1,0; fk = 50°С 70,06 45,34 34,86 4,06 15,74
5 е=6,5; а = 0,6; 7Л = 50°С 73,89 3'1,55 42,83 8,52 14,10
6 е = 6,5; а = 0,8; /А.= 50°С 76,06 33,60 50,97 3,81 11,62
7 е = 6,5; а — 1,0; tk = 50°С 76,90 41,85 40,60 8,05 9,50
8 в = 7,5; а = 0,6; 7Д. = 5О°С 76,00 36,02 45,15 7,28 11,5
9 в = 7,5; а = 0,8; (к — 50°С 81,10 28,40 54,5 9,38 7,72
10 в = 7,5; « = 1,0; tk = 50°С 76,20 32,80 52,0 3,52 11,68
6
Фиг. 9. Влияние степени сжатия при постоянном составе
смеси на отложение свинца в камере сгорания двигателя
Вокеша. Топливо 10Б-78.
одном составе смеси (а—1,0) количество свинца,
отложившегося в камере сгорания, соответственно
равно (в процентах):
при е=5,5 ... . ..........7,55
, е=6,5......................6,77
„ s=7,5......................5,7
В табл. 2 и на фиг. 10 приведено изменение хи-
мического состава нагара в зависимости от степени
сжатия и состава смеси. Из этих данных видно,
что с повышением степени сжатия окись свинца
накапливается в камере сгорания. Так, при а=1,0
и нескольких значений степени сжатия количество
окисного и галоидного свинца в нагаре равно:
Окись свинца Галоидный свинец
% %
прие=5,5 34,9 45,3
, е=6,5 40,6 41,8
„ е==7,5 52,0 32,8
Фиг. 10. Влияние степени сжатия при постоянном составе
смеси з--1,0 на содержание галоидного и окисного свинца
в нагаре камеры сгорания двигателя Вокеша. Топливо
10Б-78.
Металлического свинца образуется мало и со-
держание его колеблется в пределах от 3,5 до
10,3%.
В табл. 3 приведены данные о распределении
свинцовых соединений на различных деталях ка-
меры сгорания при работе установки на степени
сжатия е=6,5, составе смеси а=0,6 и температуре
рабочей смеси, равной 50'° G.
Таблица 3
Распределение свинцовых соединений по деталям камеры сгорания при работе установки
на режиме е = 6,5, а = 0,6, tK = 50°С
по пор Наименование детали Общее содержание свинца в нагаре °/о Соединения свинца в процентах к общему количеству нагара
галоидный свинец ОКИСНЫЙ свинец металли- ческий свинец прочих примесей
1 Нагар с поршня 60,22 45,26 14,89 12,76 27,09
2 Нагар с поверхности грибка выхлопного клапана 85,60 4,20 88,4 0,0 7,80
3 Нагар с остальной части выхлопного клапана 84,80 6,32 72,22 13,09 8,37
4 Нагар с головки цилиндра 69,30 60,20 16,66 9,01 14,13
5 Нагар со свечи 81,50 38,20 51,10 5,62 5,08
7
Йз таблицы видно, что содержание общего свин-
ца в нагаре с выхлопного клапана значительно
превышает содержание свинца в нагаре с поршня
или головки цилиндра. Например, содержание
свинца в нагаре с выхлопного клапана равно 85%,
тогда как содержание свинца в нагаре с поршня
и головки цилиндра двигателя соответственно рав-
ны 60 и 70%. По своему химическому составу
нагар с выхлопного клапана отличается от нагара
с поршня или головки цилиндра. На поверхности
грибка выхлопного клапана свинец осаждается
главным образом в виде окиси свинца.
Содержание окисного свинца в нагаре с поверх-
ности грибка выхлопного клапана доходит до
88,4%, галоидного свинца содержится в нем весь-
ма мало — 4,2%, а металлический свинец от-
сутствуег. 1
В то же время на поршне и головке цилиндра
свинец осаждается главным образом в виде гало-
идного свинца. Окисного свинца на этих деталях
значительно меньше, чем на выхлопном клапане. -
Химический состав нагара, снятого со свечи, за-
нимает промежуточное положение между химиче-
ским составом нагара с выхлопного клапана, порш-
ня и головки цилиндра.
По распределению свинцовых соединений в ка-
мере сгорания можно видеть, что в наиболее го-
рячих местах камеры сгорания (выхлопной клапан
и свеча) свинец отлагается главным образом в ви-
де окиси свинца. Галоидный свинец, как более ле-
тучая часть свинцовых соединений, уносится вме-
сте с выхлопными газами. В более холодных ча-
стях двигателя (поршень и головка цилиндра)
и
галоидный свинец может конденсироваться и в
этих местах камеры сгорания накапливается в
больших количествах.
Влияние химического состава топлива на вынос
свинца из двигателя
В табл. 4 и на фигурах 11, I? и 13 приведены
сравнительные данные по выносу свинца и нагаро-
образованию в зависимости от химического состава
топлива. 1
Фиг. 11. Изменение отложения свинца в камере сгорания
в зависимости от содержания кюмена в изооктане. Двигатель
Вокеша: а—0,9; е=6.
Таблица 4
Сравнительные данные по выносу свинца и нагарообразованию в зависимости от химического состава топлива
№ по пор. А Состав топлива о топлива, ванного кг Содержание свинца в 1 кг топлива, г Отложение свинца в камере сгорания, г Вес нагара в камере сгорания, г Содержание свинца в нагаре камеры сго- рания, % Количество свинца, введенного в камеру сгорания, г Количество свинца, обнаруженного в ка- мере сгорания, г Количество свинца, отложившегося в ка- мере сгорания, % Количество свинца, вынесенного из каме- ры сгорания, °/о
поршень ВЫХЛОПНОЙ клапан всасывающий клапан головка цилиндра свеча
Количеств израсходо, на опыт, ,
1 Изооктан 8 5,20 0,83 1,26 0,13 2,13 0,20 4,43 72,82 41,6 3,23 7,76 92,26
2 Бензин Б-78 8 5,25 0,73 1,29 0,11 2,13 0,17 4,43 74,25 42,0 3,29 7,83 92,17
3 85% изооктана 15% кюмена 8 5,15 1,42 1,15 0,15 2,55 0,28 5,55 66,25 41,2’ 3,68 8,95 91/5
4 75% изооктана -|- 25% кюмена 8 5,20 1,79 1,27 0,18 2,00 0,25 5,51 71,65 41,6 3,95 9,50 89,50
5 50% изооктана + 50% кюмена 8 5,26 1,60 1,29 0,58 3,48 0,23 7,18 68,30 42,1 4,90 11,4 88,6
6 99,5% изооктана 4- 0,5% ани- лина 8 5,25 0,87 1,48 0,34 1,81 0,25 4,75 73,6 42,0 3,50 8,33 91,67
7 98,5% нзооктава + 1,5% ани- лина 8 5,25 0,95 1,49 0,27 2,73 0,30 5,74 69,5 42,0 4,00 9,50 90,50
8 97% изооктава + З0/? анилина 8 5,25 1,54 1,50 j 0,52 3,57 0,33 7,46 66,4 42,0 4,93 11,08 88,92
8
Из табл. 4 видно, что технический изооктан, со-
стоящий целиком из парафиновых углеводородов,
и бензин Б-78, содержащий в отличие от изооктана
около 30% нафтеновых углеводородов, обладают
практически одинаковой склонностью к нагарооб-
разованию и отложению свинца (3,23 и 3,29 г) в
камере сгорания двигателя.
Ароматические углеводороды увеличивают склон-
ность топлива к нагарообразованию и отложению
свинца.
При добавлении 15% кюмена в изооктан содер-
жание нагара увеличивается с 4,43 до 5,55 г, а^
отложение свинца — с 3,23 до 3,68 г.
Дальнейшее увеличение содержания кюмена в
изооктане еще больше увеличивает склонность
топлива к нагарообразованию и отложению свин-
ца. С такой же закономерностью изменяется нага-
рообразование и отложение свинца при различном
содержании анилина в изооктане. Например
при 0,5% анилина в изооктане отложилось . . 3,5 г свинца
» 1,5% „ » . . . 4,0 „ ,
. 3% „ . „ 4,93 „ ,
Следует отметить, чго накопленный свинец и на-
гар при работе на топливах, содержащих арома-
тические углеводороды и амины, больше всего
скапливаются в более холодной части камеры сго-
рания, т. е. в головке цилиндра. На наиболее го-
рячих места.х камеры сгорания — выхлопном кла-
пане и свечах — отложение нагара почти одинако-
во как на ароматическом топливе, так и на изо-
октане, хотя отложений нагара на свечах на аро-
матической топливе будет несколько больше, чем
на изооктане.
Ароматические амины в сравнении с изооктаном
имеют еще большую тенденцию к повышенному от-
ложению нагара не только на головке цилиндра,
но и на выхлопном клапане и свече. Например,
при содержании 3% анилина в изооктане снято со
свечи 0,33 г нагара, в то время как на изооктане
и бензине Б-78 получено всего 0,17—0,20 г нагара.
Содержание анилина, °/о
Фиг. 12. Изменение отложения свинца в камере сгорания
в зависимости от содержания анилина в изооктане.
Двигатель Вокеша: п=0,9, е=6.
Следовательно, работа свечей при применении ами-
нов может несколько ухудшиться в сравнении с
изооктаном и бензином Б-78. Конечно, эти сооб-
ражения относятся только к работе одноцилиндро-
вой установки при определенно выбранном режиме
в не могут быть распространены на работу авиа-
ционного мотора. **
Из табл. 5 видно, что величины общего содер-
жания свинца в нагаре во всех топливах близки
между собой и лежат в пределах 66—72% неза-
висимо от химического состава топлива.
Таблица 5
Изменение химического состава свинцовых соединений нагаров в зависимости
от химического состава топлива
№ по пор. Состав топлива Общее содержание свинца в нагаре % Соединения свинца в % к общему количеству нагара
свинец хлористый РЬС12 свинец окисленный РЬО свинец металличе- ский прочих примесей
1 Изооктан 72,82 59,0 23,38 7,67 9,95
-2 -85*Уо изооктана + 15% кюмена 66,25 54,76 20,85 6,25 18,20
3 75% изооктана +25% кюмена 71,65 53,08 23,45 10,35 13,12
4 50% изооктана +50% кюмена 68,30 46,28 25.30 10,34 18,08
5 99,5% изооктана Ц- 0,5% анилина 73,6 57,98 29,05 3,32 9,70 г
6 98,5% изооктана 4- 1,5% анилина 69,5 62,16 23,42 1,5 12,94
7 97% изооктана + 3% ани- лина 66,4 63,83 20,17 0,11 15,89
2 Труды ЦИАМ № 130.
9
Химический состав свинцовых соединений также
весьма близок один к другому независимо от хи-
мического состава топлива. Следовательно, меха-
Фиг. 13. Изменение отложения свинца в камере сгорания
в зависимости от и?менения состава смеси а.
Двигатель Вокеша: е = 6; топливо—50% изооктана +50%
кюмена.
низм действия тетра^илсвинцового антидетонатора
остается неизменным, независимо от процентного
содержания в топливе парафиновых, нафтеновых и
ароматических углеводородов, а также аминов (до
3'%). При работе на топливах, содержащих аро-
матические углеводороды и амины, имеет место
только общее увеличение нагара и свинпа, невиди-
мому, вследствие значительно более высокой тем-
пературы кипения этих компонентов и несколько
худшего смесеобразования в сравнении с изоокта-
ном.
Нами была замечена неодинаковая структура
нагара при работе мотора на топливах различного
состава. '
На ароматических и аминовых топливах нагар
был рыхлый и легко отлетал с деталей, в то время
как на бензине Б-78 и изооктане нагар был более
плотный и труднее счищался с деталей.
, Так как нами было установлено, что ароматиче-
ские топлива более склонны к нагарообразоваиию,
то представило интерес выяснить влияние состава
смеси на вынос нагара и свинца из двигателя при
применении подобных топлив. Имелось в виду, что
рыхлый нагар ароматического топлива при измене-
нии состава смеси и соответственного повышения
температурного состояния камеры сгорания будет
быстрее выгорать и удаляться вместе с выхлопны-
ми газами, что и подтвердилось.
В табл. 6 и на фиг. 13 приведены данные по
отложению нагара и свинца в зависимости от со-
става смеси (<z=0,6; 0,8 и 1,0) при работе на
. смеси из 50% изооктана и 50% кюмена.,
Из этих данных видно, что по мере обеднения
состава смеси общее количество нагара и свинца
е камере сгорания уменьшается.
Так, при а=0,6 получено . . . 5,5 г свинца
„ а= 0,8 „ ............4,5 „
„ а=1,0 „ . . . . . 3,6 „
Эти данные говорят о том, что ароматические
топлива в условиях взлетного режима авиамотора
(богатые смеси) более склонны к отложению на-
гара и свинца, чем на эксплоатационном режиме
(бедные смеси), что, очевидно, связано с неодина-
ковым температурным состоянием мотора на этих
режимах.
Таблица 6
Сравнительные данные по выносу свинца и нагарообразоваиию в зависимости от состава смеси а при работе
двигателя на ароматическом топливе
№ по пор. Состав смеси а Количество топлива, израсходованного ! на опыт Содержание свинца в 1 кг топлива, г Отложение нагара в камере сгорания, г Вес нагара в камере сгорания, г Содержание свинца в нагаре из камеры сгорания, % L Количество свинца, введенного с топливом в камеру сгорания, г Количество свинца, обнаруженного в ка- мере сгорания, г Количество свинца, отложившегося в ка- мере сгорания, % Количество свинца, вынесенного из камеры сгорания, %
поршень выхлопной клапан всасывающий клапан головка цилиндра свеча
1 50% изооктана+ 50% а = 0,6 кюмена: 8 5,15 1,40 1,28 0,63 3,86 0,31 7,48 73,5 41,2 5,5 13,34 86,66
2 50% изооктана+ 50% а = 0,8 кюмена: 8 5,26 1,20 1,33 0,20 3,06 0 31 6,10 72,5 42,1 4,42 10,5 89,40
3 50% изооктана + 50% а = 1,0 кюмена: 8 5,15 1,18 1,12 0,12 2,63 0,16 5,05 72,4 41,6 3,66 8,78 91,22
10
выводы
1. Увеличение продолжительности работы двига-
теля на топливе 4Б-78 вызывает увеличение отло-
жений нагара и свинца. В пределах продолжи-
тельности работы от 2,5 до 20 час. указанные ве-
личины связаны линейной зависимостью. Наиболее
интенсивно нагар отлагается в первые часы рабо-
ты двигателя.
2. Увеличение содержания этиловой жидкости в
топливе вызывает увеличение отложений нагара и
свинца. При этом процентное содержание свинца
в нагаре остается неизменным. Количество свинца,
отложившегося в камере сгорания, растет с уве-
личением содержания этиловой жидкости в топли-
ве значительно медленнее, чем количество свинца,
введенного с топливом.
3. Увеличение давления наддува, повышение
степени сжатия и обеднение смеси приводят к то-
му, что количество отложившегося нагара и свин-
ца в камере сгорания при постоянной продолжи-
тельности работы мотора резко уменьшаются.
4. В наиболее горячих местах камеры сгорания
(выхлопной клапан и свечи) свинец отлагается
главным образом в виде окиси свинца. В более
холодных частях двигателя (поршень и головка
цилиндра) отлагается главным образом галоидный
свинец.
5. Химический состав топлив влияет на отложе-
ние нагара и свинца. Изопарафиновые углеводо-
роды (изооктан) и стандартный бензин Б-78 в этом
отношении ведут себя одинаково.
6. Топлива, содержащие ароматические углево-
дороды и амины, более склонны к отложению на-
гара и свинца, причем отложение увеличивается
по мере повышения процентного содержания аро-
матики и аминов.
7. Топлива, содержащие ароматики и амины,
дают рыхлый и легко отделяющийся от деталей
камеры сгорания нагар, в то время как бензин
Б-78 и изоокган дают более плотный и труднее
счищаемый нагар.
8. Установлено, что механизм действия тетра-
этил свинцового антидетонатора, в исследованных
пределах процентного содержания в топливе раз-
личных классов углеводородов и аминов, остается
неизменным, так как общий процент свинца и рас-
пределение галоидного и окисного свинца во всех
нагарах оказался весьма близким один к другому.
БИБЛИОГРАФ И Я
1. Col well А. Т., The problem of valve-stem and valve-head
deposits. SAE J., 1940, vol. 47, №3, p. 358.
Проблема предотвращения образования нагара на штоках
и головках клапанов.
2. Пульманов Н. В., Влияние этиловой жидкости на ра-
боту автомобильного двигателя. Вестник машиностроения
1945 г., № 5, стр. 17.
3. Фейгин А. Л. и Алексеева М. П., Эксперимен-
тальное исследование выносителел свинца нз двигателя.
Труды ЦИАМ № 112, Оборонгиз, 1946 Г.
2*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение . . . . • . ................1
Объекты исследования и методика анализа . . . . 1
Аппаратура для испытания . . ................2
Содержание и методика испытаний ............... . 2
Результаты экспериментов ........................... 3
Влияние продолжительности работы двигателя иа
вынос из него свинца . . . ... . 3
Влияние содержания этиловой жидкости в топливе
на вынос свинца из двигателя . 3
Влияние давления наддува иа вынос свинца из
двигателя.................... . . . . 4
Влияние степени сжатия и состава смеси на вынос
свинца из двигателя............................ 5
Влияние химического состава топлива на вынос
свинца из двигателя ........................... 8
Выводы . . ...................................... 11
Библиография........................................ 11
Ниевс^ий^Институт ГВФ
Редактор К. А. Пономарева.
Г81695
Печ. л. Р/>. Уч.-нзд. л. 2,2.
Техн редактор Т. Н. Трофимова.
Подп. к печати 8/Ш 1947 г.
Тип. ан. в печ. л. 44000. Цена 2 руб. Зак. 106/8771.
Типография Оборонгнза.