Глаза разбегаются в автомагазине от изобилия красивых флакончиков с загадочными надписями - "Hi-Gear", "Doctor Wax", "Energie 3000" и т.п. И наибольшее разнообразие этих препаратов принадлежит группе очистителей двигателя. Тут и очистители топливных систем всех типов ДВС, и клапанов, камер сгорания, и комплексные очистители профессиональные и любительские, и очистители внешних поверхностей двигателей.

Кто-то говорит, что их использовать нельзя, мол - пробовал, после этого пришлось двигатель вскрывать или продувать карбюратор, другие - в полном восторге от использования этих препаратов. Реклама всех этих препаратов автохимии обещает чудеса - и мощность возрастет, и расход топлива уменьшится. Куда же в этой ситуации бедному автомобилисту податься, чему верить? Можно ли эти препараты покупать и как их правильно использовать? Мы попробуем разобраться во всех этих вопросах, посмотрев на проблемы загрязнения двигателя с точки зрения профессионального двигателиста...

Итак, как говорится, начнем плясать от печки, то есть рассмотрим природу образования и степень вредности различных видов загрязнений двигателя.

Заранее исключим из рассмотрения внешние загрязнения двигателя. Естественно, установка двигателя в подмоторном отсеке, открытом всем ветрам, гарантирует наличие слоя грязи на поверхности блока цилиндров и масляного картера двигателя. Это, конечно, плохо, но за исключением снижения эстетического удовольствия от разглядывания двигателя при поднятом капоте, сильно не вредит. Это, конечно же, не относится к двигателям воздушного охлаждения, где засорение ребер системы охлаждения способно резко изменить тепловой баланс всей силовой установки и привести к самым различным последствиям, самым легким из которых будет простой перегрев двигателя… Но можно получить и заклинивание поршневой группы, и отпуск поршневых колец, и температурное разрушение маслоотражательных колпачков - а это уже далеко не безопасно.

Естественно, если наличие толстого слоя грязи сопровождается течью масла через сальники коленчатого вала, то в этом случае резко возрастает пожароопасность двигателя - пропитанная маслом грязь воспламеняется и горит очень хорошо.

Но все это не принципиально, ибо хорошо вымыть двигатель можно и с помощью фирменных очистителей, и с помощью обычного хозяйственного мыла - эффект от этого не изменится.

Значительно сложнее с внутренними загрязнениями рабочих полостей двигателя - тут щеткой и мылом не обойдешься...

Первая группа внутренних загрязнений двигателя - это отложения в топливной системе. Топливная система любого двигателя может быть условно разделена на две части - блок хранения топлива - топливный бак, трубопроводы, топливоподкачивающий насос, топливные фильтры; а также блок дозирования - карбюратор или инжекторная система для бензинового двигателя, топливный насос высокого давления, трубопроводы и форсунки для дизельных двигателей.

Отложения в блоке хранения топлива, особенно в топливном баке, имеют различную природу.

Во-первых, это продукты коррозии металла, образующиеся при длительном контакте топлива с поверхностями бака и трубопроводов. Это нерастворимые оксиды металлов, оседающие на стенках в нижней части топливного бака.

Во-вторых, это твердые взвеси, привнесенные в топливную систему вместе с топливом - ведь за стерильность топливных танков на наших АЗС никто не отвечает… Эти частицы также не растворяются в топливе и оседают в топливном баке.

В-третьих, это тяжелые фракции топлива. Ведь бензин или солярка - это многофракционная смесь различных органических углеводородных соединений, каждая из которых имеет свою температуру возгонки. Из топлива в небольшом количестве выделяются компоненты, напоминающие битумы и лаки. Чем менее качественно топливо, тем больше этих компонент. Увидеть их простым глазом можно при простейшем эксперименте. Намочите тряпку бензином и протрите ей какое-нибудь прозрачное стекло. Сразу после испарения бензина на поверхности останется тонкая масляная пленка, наблюдаемая в виде цветных разводов. Это и есть тяжелые фракции топлива. Интенсивность выделения этих составляющих резко растет в холодное время года. Кроме того, росту этих отложений способствует практика полного вырабатывания топливного бака. Тяжелые фракции осаживаются в нижней части бака и выполняют роль связующего, "спаивающего" в единое целое нерастворимые осадки и "приклеивающего" его стенкам бака. Именно поэтому при небольшой степени загрязнения эти отложения незаметны для двигателя - основной осадок остается в топливном баке, а мелкие взвешенные частицы осаждаются в топливном фильтре.

В-четвертых, в нижней части топливного бака скапливается вода. Вода в топливную систему попадает в основном в виде конденсата, при этом изначально она превносится вместе с топливом. В бензин же вода может попасть разными путями - через неплотности топливных баков при транспортировке и хранении топлива, при заправке в топливный бак и т.д. Кроме того, есть еще один путь попадания воды в бензин. В настоящее время одним из наиболее распространенных способов получения высокооктановых бензинов является химизация низкооктановых топлив октаноповышающими добавками. Чаще всего в качестве такой добавки используются спирты и эфиры, в частности, метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Процент замещения топлива добавкой МТБЭ составляет 10…15%. И все бы ничего, но если сам бензин с водой не смешивается, то спирты и эфиры воду активно поглощают, в том числе и из воздуха. При длительном хранении бензина, обогащенного спиртовыми или эфирными добавками, сама добавка улетучивается, а вода остается в топливном баке.

Таким образом, все отложения в блоке хранения топлива топливоподающей системы ДВС состоит из трех основных компонент - нерастворимых твердых осадков, состоящих из частиц коррозии и минеральных осадков, растворимых органических отложений и воды.

В дозирующих элементах топливной системы при условии эффективной работы топливных фильтров первой составляющей - твердых осадков в идеале быть не должно, но органические лаковые отложения и вода (в частности, в поплавковой камере карбюратора) - чаще всего присутствует.

Разберемся, чем опасны отложения в топливной системе двигателя.

Очевидно, что отложения в топливном баке вредны, но не настолько, чтобы существенно повлиять на работу двигателя. Многие автомобилисты топливный бак своего автомобиля не чистят вообще ни разу за весь период его эксплуатации и особенно не печалятся от этого.

Основная неприятность - это вода, ибо при накоплении ее в достаточном количестве она может пойти вместе с бензином в двигатель, который немедленно отреагирует на это перебоями в своей работе.

Другое дело - это органические отложения на дозирующих элементах топливной системы - жиклерах карбюратора, инжекторах, соплах форсунок. К топливным отложениям здесь добавляются отложения от моторного масла, попадающего во впускную систему двигателя через систему вентиляции картера, особенно у изношенного двигателя. За счет этих отложений происходит уменьшение проходных сечений и уменьшается регулировка топливо-воздушной смеси в сторону ее обеднения. Особенно это заметно для бензиновых карбюраторных двигателей.

Для того, чтобы отследить степень влияния отложений на дозирующих элементах карбюратора на характеристики двигателя, мы провели численное моделирование рабочего процесса мотора ВАЗ-21083 с различной степенью загрязненности топливной системы. При этом принималось, что роста масштаба других загрязнений не происходит. Естественно, в практике так не бывает, но нам на данном этапе исследования надо было выделить влияние только отложений на карбюраторе.

На рис. 1 приведено изменение крутящего момента двигателя в зависимости от толщины лаковых отложений на стенках топливных жиклеров первичной и вторичной камер карбюратора двигателя на трех режимах внешней скоростной характеристики - то есть при полностью открытой дроссельной заслонке.

Из рисунка видно, что на при малых толщинах отложений их влияние на мощность двигателя практически не сказывается, однако при увеличении их толщины наблюдается заметное снижение мощности на всех режимах работы двигателя. Так, при толщине отложений порядка 50 мкм, наблюдается практически 15%-ое снижение мощности двигателя. Это объясняется не только уменьшением количества топлива, поступающего в цилиндры при уменьшении проходных отверстий дозирующей системы карбюратора, но и существенным ухудшением условий сгорания из-за обеднения смеси. Из основных положений теории горения известно, что максимальная скорость сгорания топлива достигается при строго заданном соотношении количества воздуха и топлива. При отклонении от этого соотношения, наблюдающемся при обеднении смеси, скорость сгорания существенно замедляется, что также приводит к снижению мощности двигателя.

Для инжекторного двигателя состав смеси поддерживается системой управления двигателя, компенсирующей наличие отложений. Однако это регулирование возможно лишь в достаточно узком диапазоне изменения цикловых подач, поэтому существенное загрязнение форсунок инжектора также приводит к излишнему обеднению смеси. Кроме того, загрязнение сопловых отверстий форсунок меняет форму и структуру топливного факела, значительная часть которого начинает попадать не на впускной клапан, а на стенки впускного канала. Это тоже нарушает условия смесеобразования и сгорания топлива.

Для дизельного двигателя отложения в топливной системе еще более опасны. Здесь будет наблюдаться не только обеднение смеси, не позволяющее добиться заданной мощности двигателя и динамики автомобиля, но и серьезные нарушения в работе всей топливной системы высокого давления. Причем эти нарушения имеют несколько причин. Во-первых, из-за закоксовывания сопловых отверстий форсунок нарушается форма и структура топливных факелов в камере сгорания. Это очень важно, поскольку на стадии проектирования и доводки дизельного двигателя очень большое внимание отводится согласованию форм факелов, камеры сгорания и организации движения воздушного заряда на впуске. Даже небольшие отклонения от расчетной формы факела приводят к нарушениям в работе дизеля, выражающимся в потере мощности и дымлению на выпуске. Во-вторых, исходные конструктивные параметры топливной аппаратуры, в том числе диаметры проходных сечений трубопроводов и объемы элементов напорной части аппаратуры, определяют динамические процессы, влияющие на закон подачи топлива. Изменение этих параметров из-за отложений может повлечь за собой непредсказуемые изменения в законе подачи топлива, что также влияет на мощность, расход топлива и дымность дизельного двигателя.

Таким образом, все рассмотренные четыре типа загрязнений влияют на технико-экономические показатели двигателя. Очевидно, что химические очистители топливной системы могут повлиять только на жидкие и растворимые составляющие отложений - они могут растворить тяжелые битумные и лаковые отложения, а также связать воду в баке и вывести ее вместе с топливом в камеру сгорания. Означает ли это, что нерастворимые загрязнения химическими очистителями удалить нельзя? Конечно же, нет. Здесь отрабатывает механизм разрушения органического "связующего" твердых частиц, то есть тяжелых фракций, без которых твердые отложения могут быть переведены в состояние взвеси, и в этом состоянии быть осаждены на элементах топливного фильтра.

Следующая группа отложений, существенно осложняющих жизнь двигателя - это отложения на деталях впускной системы и особенно- на впускных клапанах.

Эти отложения имеют органическую природу и образуются в основном в результате двух процессов.

Во-первых, на тарелках впускных клапанов и стенках впускных каналов бензиновых двигателей со временем нарастает "шуба" из отложений тяжелых фракций топлива. Казалось бы, согласно классической теории ДВС, бензиновый двигатель характеризуется внешним смесеобразованием, то есть считается, что все топливо испаряется и смешивается с воздухом непосредственно во впускной системе. Следовательно, бензин должен находится в объеме впускного коллектора и канала. Однако, как показывает практика, большая доля топлива не успевает испариться и садится на стенки канала и тарелку клапана в виде жидкой пленки. Частично эта пленка сдувается потоком воздуха на такте впуска, однако часть ее остается и медленно испаряется, при этом улетучиваются легкие фракции, а тяжелые остаются на стенке в виде отложений. Особенно развит этот процесс при низких температурах воздуха, то есть зимой, а также на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда из-за малого открытия воздушной заслонки скорости движения воздуха во впускном канале малы и испаряемость топлива низка.

Во-вторых, на тарелки клапана попадает моторное масло через направляющие клапанов, особенно в случае износа маслоотражательных колпачков. А масло - это сплошные тяжелые фракции, практически неиспаряемые при температурах, характерных для впускного тракта двигателя. В тоже время температура тарелки впускного клапана достаточна для разложения масла, сопровождаемого выделением лаковых составляющих. И часть этого масла переходит в состояние отложений на клапане.

Природа отрицательного влияния отложений на поверхностях впускной системы в целом очевидна. Уменьшаются площади проходного сечения впускного тракта, падает расход воздуха, и двигатель начинает "задыхаться". Для бензинового двигателя это сопровождается еще и уменьшением подачи топлива в цилиндр - следовательно, уменьшение мощности неизбежно.

Количественно же оценить это падение мощности позволяет все тот же метод математического моделирования рабочих процессов в двигателе. В данном случае мы из всех видов загрязнений двигателя оставляем только отложения на поверхностях впускной системы. Берем все тот же двигатель ВАЗ-21083 и те же режимы внешней скоростной характеристики. Что получилось - Вы можете увидеть на рис. 2 .

Из полученных результатов видно, что наличие отложений особенно заметно сказывается на режимах с частотами вращения коленчатого вала, близких к номинальным, где скорости движения воздушного потока на впуске и гидродинамическое сопротивление впускного тракта максимально. Заметно влияние отложений начинает сказываться, только начиная с определенной их суммарной толщины, но зато с дальнейшим их увеличением снижение мощности происходит с постоянно растущим темпом. На малых частотах вращения двигателя влияние отложений менее сказывается, но тоже только до определенной их толщины. Представленный результат получен для условий полного открытия дроссельных заслонок. При их частичном открытии, особенно на режимах, близких к холостому ходу, влияние отложений на впускных клапанах существенно возрастает- вплоть до нарушений работы двигателя на режимах холостого хода.

Для дизельного двигателя картина в целом аналогична, однако достигается она за счет дополнительного обогащения смеси - воздуха на ту же цикловую подачу топлива поступает меньше, следовательно, и порог дымления, ограничивающий мощность дизельного двигателя, снижается. Но для дизеля есть еще одна неприятность, обусловленная наличием загрязнений - дополнительное обогащение смеси ведет к резкому росту температур в камере сгорания и на выпуске, а, следовательно, к перегревам и снижению общей надежности двигателя в целом.

В отличие от отложений в топливной системе, отложения на впускных клапанах работают в условиях большого температурного диапазона - от низких температур окружающего воздуха до достаточно высоких температур (до 250…350 оС на тарелке впускного клапана) на рабочих режимах работы двигателя. Это частично облегчает ситуацию, поскольку отложения на впускном клапане при высоких температурах, характерных для верхней части внешней скоростной характеристики, способны самостоятельно частично выгорать. В частности, об этом свидетельствует полное отсутствие отложений на выпускных клапанах, работающих при значительно больших температурах. На этом свойстве базируется известный в народе способ очистки двигателя без использования каких-либо химикатов - выехать за город, и, не убоявшись радаров сотрудников ГАИ, смело нарушить скоростной режим- покататься на скорости 110...130 км/ч. За счет повышенных температур двигателя отложения частично выгорят, и двигатели станет легче дышать. Однако не все способны на подобные подвиги, да и в зимнее время, когда двигатель наиболее склонен к загрязнениям, быстро особенно не поездишь.

Следовательно, принцип эффективного действия очистителей клапанов может базироваться на двух основных механизмах. Во-первых, очиститель должен производить растворение органических отложений в холодной части впускной системы и тем самым уменьшать их толщину. Во-вторых, за счет ввода очистителя в состав топлива должна кратковременно и резко увеличиваться интенсивность сгорания с тем, чтобы на частичных режимах, характерных для городского цикла, повысить температуру деталей впускной системы до уровня, гарантирующего самоочистку поверхностей клапанов.

Третий тип отложений, с которым приходится иметь дело при эксплуатации двигателя - это отложения на поверхностях камеры сгорания.

Возникновению этих отложений двигатель обязан неполному сгоранию топлива и смазочного масла, попадающему в камеру сгорания через поршневые кольца и с свежим зарядом в случае нарушений в работе маслоотражательных колпачков.

Нагары на поверхностях камеры сгорания имеют вид плотной пленки и состоят в основном из твердых частиц сажи, зольных выделений, "склеенных" лаковыми отложениями.

Природа возникновения этих отложений частично объясняется природой сгорания углеводородных топлив. Как уже упоминалось выше, даже для бензинового двигателя с внешним смесеобразованием часть топлива поступает в цилиндр в виде жидкой фракции. Для дизельного двигателя, особенно высокооборотного, с малым диаметром цилиндра, на стенки на определенных режимах может попадать вообще до 30…40% топлива. Времени и условий для быстрого полного испарения этой части топлива нет, поэтому жидкая фракция "садится" на стенки камеры сгорания. Очевидно, что жидкость гореть не может, ее надо сначала испарить. И на стенке начинают действовать те же самые механизмы пофракционной возгонки - сначала испаряются и сгорают легкие фракции, а тяжелые - частично не успевают и остаются на стенках поршня, крышки цилиндра и в верхней части цилиндра, куда не доходят поршневые кольца. Но температур в зоне отложений достаточно для развития процессов температурного преобразования нагара, из которого постепенно выходят все летучие фракции и остаются только негорючие компоненты в виде сажи.

По аналогичному механизму, только значительно более интенсивно, образуется масляный нагар. Особенно интенсивно растет толщина слоя отложений для изношенного двигателя, активно расходующего масло на угар.

Степень опасности этих отложений определяется следующими обстоятельствами.

Во-первых, достаточная толщина нагара на стенках камеры сгорания приводит к уменьшению объема камеры сжатия, что определяет существенное повышение степени сжатия в двигателе. Простейшие оценки показывают, что, например, для двигателя ВАЗ-21083 со степенью сжатия 9.5, наличие на стенках камеры сгорания сажистой пленки толщиной 0.5 мм увеличивает степень сжатия до 9.7; толщиной в 1 мм - до 11. Рост степени сжатия для бензинового двигателя резко повышает возможность детонации, что требует немедленного изменения угла опережения зажигания в неблагоприятную для двигателя зону, гарантирующую рост расхода топлива, температуры отработавших газов и снижение мощности двигателя. Для инжекторного двигателя это будет сделано автоматически - отработает датчик детонации, а для карбюраторного- придется самому крутить трамблер.

Кроме того, рост степени сжатия повышает жесткость работы двигателя, общую шумность автомобиля, да и не способствует продлению ресурса работы подшипников коленчатого вала.

Во-вторых, наличие нагара на поверхности существенно меняет тепловой баланс двигателя - ведь сажа обладает малой теплопроводностью. В результате растут температуры в цилиндре, склонность двигателя к детонации еще более возрастает.

В-третьих, увеличение температур поверхности камеры сгорания в предельном случае могут привести к тяжелой аномалии сгорания - раннему калильному воспламенению, то есть ситуации, когда поджег топлива происходит не от свечи, а от некой покрытой нагаром и поэтому сильно нагретой детали двигателя, чаще всего - тарелки выпускного клапана. Такое сгорания является совершенно нерегулируемым и поэтому чрезвычайно опасно для двигателя.

В-четвертых, нагар, откладываемый на электроде свечи, способен резко нарушить режим ее работы. Многим, наверное, приходилось видеть сажистые "мостики", замыкающие контакты свечи зажигания.

В-пятых, частицы нагара, срывающиеся со стенок камеры сгорания и находящиеся в объеме цилиндра, имеют очень высокую температуру и способны привести к явлению, называющемуся "поздним калильным зажиганием", когда они становятся очагами воспламенения свежей топливо-воздушной смеси. В частности, это явление индицируется продолжением работы бензинового двигателя при выключенном зажигании.

Таким образом, нагары на стенках камеры сгорания представляются наиболее опасными из всех видов отложений. Если загрязнений топливной системы или впускного тракта способны привести к потере мощности и росту расхода топлива, то нагары в камере сгорания в ряде случае резко снижают надежность всей конструкции и способны привести к тяжелым дефектам двигателя.

Однако очевиден и способ безразборной очистки камеры сгорания от нагаров. Как было отмечено выше, нагар представляет собой некую пленку из несгораемых остатков - сажистых частиц и зольных компонент на "связующем", основой которого являются органические тяжелые фракции топлива и масла, в частности, лаковые отложения. Поэтому для очистки камеры сгорания достаточно "выжечь" связующее, и тогда, пленка нагара, потеряв свою монолитность, будет разрушаться, срываться с поверхности металла и выноситься с выпускными газами. На этом и построен принцип т.н. "самоочистки" двигателя - то есть его эксплуатация на повышенных режимах, о чем нами уже было упомянуто выше.

Аналогичным способом действуют и химические очистители камер сгорания - они резко активизируют процесс сгорания, повышая тем самым температуры в камере и на поверхностях деталей цилиндро-поршневой группы, причем и на режимах малых нагрузок и частот вращения коленчатого вала, характерных для "городского" цикла. Для этого в их состав вводятся специальные компоненты - "промоутеры горения". Кроме того, очистители этой группы также могут содержать в себе и растворители органических отложений, способствующие разрыхлению нагара и повышающие эффективность самоочистки деталей двигателя.

В данной статье мы не будем подробно рассматривать отложения на поверхностях поршневых канавок, вызывающие залегание (потерю подвижности) уплотняющих элементов камеры сгорания. С ними борются специальные препараты, относящиеся к группе присадок к смазочным маслам.

Итак, идеальный вариант топливного очистителя должен обладать следующими свойствами: