О топливе и отложениях. Часть 1

Введение (постановка задачи и актуальность). Отложения в общем смысле – это неизбежное следствие процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре двигателя, сложных физико-химических процессов с углеводородными «участниками» этого процесса – топливом и маслом. Какова роль этих участников – единого мнения в научном сообществе нет. Одни исследователи считают доминирующим «топливный» фактор, другие, с не меньшим основанием – «масляный». Между тем, понимание природы образования отложений как «холодных» (во впускном тракте), так и «горячих» (в камере сгорания) является важнейшим условием для определения методов борьбы с этим негативным явлением, в частности, и за счёт выработки научно обоснованных требований к качественным характеристикам как топлив, так и масел. Актуальность проблемы обостряется тем, что существующие методы испытаний топлив, основанные на зарубежных методиках с применением зарубежных же эталонных двигателей, становятся практически недоступны в связи с отказом ряда компаний-производителей эталонных двигателей для стандартизированных испытаний осуществлять дальнейшую техническую поддержку по причине снятия с производства моделей этих двигателей. В период общего замешательства в европейском двигателестроении и неопределённости в перспективах автомобильной промышленности в целом, для двигателей с непосредственным впрыском, всё более уверенно занимающих основное место на рынке бензиновых двигателей, не принято решение ни по методике, ни по новому эталонному двигателю. Создавшийся вакуум занимают методики с применением двигателей различных конструкций. В таких условиях корректное сопоставление результатов испытаний, полученных в разных лабораториях, становится практически невозможным, а сами результаты теряют практическую ценность.
Цель исследований и практическая значимость – изучение механизма образования отложений в двигателях с искровым зажиганием и разработка методов испытаний топлив на склонность к образованию тех или иных видов отложений. Разработка отечественной научно-исследовательской методологической и экспериментальной базы для моторных испытаний топлив и масел на склонность к образованию отложений.
Результаты и научная новизна. Экспериментальные исследования, в частности термогравиметрические, убедительно доказывают гипотезу о доминировании топливной составляющей в образовании «холодных» отложений на впускных клапанах. Экспериментально показано, что результаты испытаний по новым методикам адекватно отражают эффективность применения моющих присадок.

1. Cerdoun M., Khalfallah S., Beniaiche A., Carcasci C. Investigations on the heat transfer within intake and exhaust valves at various engine speeds // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2020. – V. 147. – No. 119005. – P. 7. URL: https://flore.unifi.it/retrieve/handle/2158/1191794/476051/2020_01_ICE_Valve_J_Heat-MassTransfer.pdf (дата обращения: 08.12.2023).

2. Зленко М.А., Теренченко А.С. Топливо в моторном масле // Автомобильная промышленность. – 2022. – Часть I. – № 6; Часть II. – № 7.

3. Альферович В.В. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Методическое пособие / Белорусский национальный технический университет. – Минск: 2011. – 39 с.

4. Miura Y., Sasaki Sh., Kashio T., Takahashi A. Investigation of the intake valve deposit formation tendency affected by engine surrounding conditions // JSAE 20159030. – No. 2015-01-1943.

5. Esaki Y., Ishiguro T., Suzuki N. Mechanism of intake-valve deposit formation. Part 1: Characterization of deposits // SAE Technical Papers. – No. 900151.

6. Nomura Y., Ishiguro T., Nakada M. Mechanism of intake-valve deposit formation. Part 2: Simulation tests // SAE Technical Papers. – No. 900152.

7. Kalghatgi G.T., McDonald C.R., Hopwood A.B. An experimental study of combustion chamber deposits and their effects in a spark-ignition engine / SAE Technical Paper Series: International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, February 27–March 2, 1995. – Detroit: Shell Research Ltd., 1995.

8. Kalghatgi G. Deposits in engines and fuel additives. URL: https://cefrc.princeton.edu/sites/g/files/toruqf1071/files/2018_kalghatgi_part_3_lecture_4_2018.pdf (дата обращения: 08.12.2023).

9. Stepien Z. Study of the various factors influencing deposit formation and operation of gasoline engine injection systems / Scientific Conference on Automotive Vehicles and Combustion Engines (KONMOT 2016).

10. Stepien Z. Influence of physicochemical properties of gasoline on the formation of DISI engine fuel injector deposits // Combustion Engines. – 2021. – No. 184 (1). – P. 16–23.

11. Зленко М.А., Теренченко А.С., Тимофеев Д.С. Термогравиметрическое исследование состава картерных газов // Труды НАМИ. – 2022. – № 2 (289). – С. 14–20. DOI: 10.51187/0135-3152-2022-2-14-20.

12. Weidenlener A., Pfeil1 J., Kubach H., Koch T., Forooghi P., Frohnapfel B., Magagnato F. The influence of operating conditions on combustion chamber deposit surface structure, deposit thickness and thermal properties // Automotive and Engine Technology. – 2018. – No. 3. – P. 111–127.

13. World-Wide Fuel Charter. URL: https://www.acea.auto/files/WWFC_19_gasoline_diesel.pdf (дата обращения: 08.12.2023).

14. Xu H., Wang Ch., Ma X., Sarangi A.K., Weall A., Krueger-Venus J. Fuel injector deposits in direct-injection spark-ignition engines // Progress in Energy and Combustion Science. – 2015. – V. 50. – P. 63–80.

15. Gueit J., Obiols J. Injector fouling in direct injection spark ignition engines – a new test procedure for the evaluation of gasoline additives // SAE Technical Paper. – 2017. – No. 2017-01-2294. DOI: 10.4271/2017-01-2294.

16. Zhang W., Zhang Zh., Ma Xi., Awad O.I., Li Y., Shuai Sh., Xu H. Impact of injector tip deposits on gasoline direct injection engine combustion, fuel economy and emissions // Applied Energy. – 2020. – V. 262. – No. 114538.

17. Henkel S., Hardalupas Y., Taylor A., Conifer C. et al. Injector fouling and its impact on engine emissions and spray characteristics in gasoline direct injection engines // SAE Int. J. Fuels Lubr. – 2017. – No. 10 (2). DOI: 10.4271/2017-01-0808.

18. Döhler A., Pritze S. A contribution to better understanding the pre-ignition phenomenon in highly charged internal combustion engines with direct fuel injection / 3rd Conference on SI Engine Knock – Irregular Combustion. – Berlin: 2013. – P. 41–61.

19. Willand J. Limits on downsizing in spark ignition engines due to pre-ignition // MTZ. – 2009. – No. 70. – P. 56–61.

20. Gail S., Nomura T., Hayashi H., Miura Y., Yoshida K., Natarajan V. An intake valve deposit (IVD) engine test development to investigate deposit build-up mechanism using a real engine // SAE Int. J. Fuels Lubr. – 2017. – No. 10 (3). DOI: 10.4271/2017-01-2291.

21. Study: Advanced aftermarket fuel additives essential for GDI engines. URL: https://www.fuelsandlubes.com/fli-article/study-advanced-aftermarket-fueladditives-essential-for-gdi-engines/ (дата обращения: 08.12.2023).

22. Kuo C., Smocha R., Loeper P., Mukkada N. et al. Aftermarket fuel additives and their effects on GDI injector performance and particulate emissions // SAE Technical Paper. – 2022. – No. 2022-01-1074. DOI: 10.4271/2022-01-1074.

23. Smith S., Imoehl W. Measurement and control of fuel injector deposits in direct injection gasoline vehicles // SAE Technical Paper. – 2013. – No. 2013-01-2616. DOI: 10.4271/2013-01-2616.

24. Barker J., Reid J., Mulqueen S., Innospec Langley G.J., Wilmot E.M.J., Vadodaria S., Whitaker J. The investigation of the structure and origins of gasoline direct injection (GDI) deposits // JSAE 20199078. – No. 2019-01-2356.

25. Jiang C., Xu H., Srivastava D., Ma X., Dearn K., Cracknell R., Krueger-Venus J. Effect of fuel injector deposit on spray characteristics, gaseous emissions and particulate matter in a gasoline direct injection engine // Applied Energy. – 2017. – V. 203. – P. 390–402. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.06.020.

26. Wang C. Impact of fuel and injection system on particle emissions from a GDI engine. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261917307614 (дата обращения: 08.12.2023).

27. Kalghatgi G.T. Fuel and additive effects on the rates of growth of combustion chamber deposits in a spark ignition engine // SAE Paper. – No. 972841.