Горючие газы, омывающие детали двигателя, образуют на них нагар, что приводит к потере мощности, увеличению расхода топлива и снижению ресурса цилиндро-поршневой группы. На практике существует состояние равновесия, при котором скорость образования и выгорания нагара уравновешены. Однако это равновесие может быть нарушено при изменении качества топлива, режима работы двигателя, температуры сгорания и концентрации вредных примесей.
Механизм нагарообразования
Нагар формируется в результате термического разложения и окисления углеводородов, особенно ароматических и непредельных соединений. При высоких температурах в камере сгорания происходит полимеризация и конденсация продуктов неполного сгорания, что приводит к образованию твердых осадков на поршнях, клапанах, форсунках и стенках цилиндров.
На скорость нагарообразования влияют:
- Температурный режим работы двигателя;
- Качество распыла топлива;
- Состав топлива (сера, смолы, ароматика, коксуемость);
- Наличие присадок и загрязнений;
- Условия эксплуатации (нагрузка, обороты, тепловой режим).
Влияние серы
Серные соединения, присутствующие в дизельном топливе, при горении образуют сернистые ангидриды (SO₂ и SO₃), которые катализируют окислительную полимеризацию углеводородов. Это ускоряет образование смолистых отложений и нагара. Кроме того, сернистые соединения способствуют коррозии металлических поверхностей и образованию твердых абразивных частиц.
Согласно стандарту EN 590, содержание серы не должно превышать 10 мг/кг (0,001%). Топлива с повышенным содержанием серы (>50 мг/кг) демонстрируют увеличенную скорость нагарообразования на 20–30% по сравнению с топливами Евро-5 и Евро-6.
Смолистые вещества
Смолы — это высокомолекулярные ароматические соединения, остающиеся после испарения легких фракций топлива. Они обладают высокой температурой кипения и склонностью к полимеризации. При сгорании смолы осаждаются на поверхности поршней, колец и форсунок, формируя липкие и твердые отложения.
Согласно ГОСТ 305-2015, содержание смол в дизельном топливе не должно превышать 50 мг на 100 мл топлива. Превышение этого показателя увеличивает риск закоксовки поршневых колец и снижает компрессию в цилиндрах.
Коксуемость и углеродистые остатки
Коксуемость — это способность топлива образовывать твердый углеродистый остаток при нагревании. Это связано с присутствием термически нестабильных углеводородов, особенно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Коксуемость определяется по методу 10%-го остатка (ГОСТ 19932-2018).
Нормативное значение коксуемости для дизельного топлива — не более 0,3% по массе. Высококачественные топлива (например, Arctic, Premium) имеют коксуемость ≤0,035%, что в 8–10 раз ниже допустимого предела. Это существенно снижает скорость нагарообразования и продлевает ресурс двигателя.
Зольность и негорючие примеси
Зола — это негорючие остатки, содержащиеся в топливе. Она образуется из металлических присадок, пыли, песка, коррозионных продуктов и примесей, попадающих в топливо при транспортировке и хранении. Зольные частицы абразивно воздействуют на детали двигателя, ускоряя износ и способствуя образованию нагара.
Метод определения зольности (ГОСТ 1461-2019) включает прокаливание навески топлива в тигле при температуре 775°C. Допустимое содержание золы — не более 0,01% по массе. Повышение зольности до 0,03–0,05% увеличивает износ форсунок на 15–20% и снижает ресурс топливного насоса.
Влияние ароматических и непредельных углеводородов
Ароматические (алкадиеновые и алкеновые) углеводороды обладают высокой склонностью к термическому разложению и полимеризации. При сгорании они образуют твердые сажистые частицы и смолистые соединения, которые оседают на поршнях и форсунках. Особенно опасны полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), такие как нафталин, фенантрен, пирен.
В топливе стандарта EN 590 содержание полициклических ароматических углеводородов ограничено 11% по объему. В топливах премиум-класса это значение не превышает 1–2%, что существенно снижает риск нагарообразования.
Заключение
Чем выше содержание в топливе серы, смол, золы и коксуемых веществ, тем выше вероятность образования нагара на распылителях форсунок и в канавках поршневых колец. Использование топлива с высоким содержанием ароматических и непредельных углеводородов, а также тяжелых фракций, усиливает нагарообразование и снижает ресурс двигателя. Поэтому выбор качественного дизельного топлива с низким содержанием вредных примесей — ключ к долговечности и эффективности дизельных двигателей в условиях автономного отопления и промышленной эксплуатации.
