Влияние различных эксплуатационных факторов на износостойкость деталей автомобильных двигателей

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 621.43.011                                      

Надежность работы и техническое состояние двигателя во многом зависят от условий, в которых работают его детали, — нагрузочного, скоростного и теплового режимов, дорожных и климатических условий, запыленности воздуха и загрязненности топливо-смазочных материалов, а также качества ТО и ремонта. Для определения численных значений влияния этих факторов на интенсивность изнашивания деталей двигателя были проведены экспериментальные исследования [3].

В результате получено, что при работе двигателя на неустановившихся режимах (увеличение нагрузки и угловых ускорений коленчатого вала) интенсивность изнашивания деталей увеличивается (Рисунок 1). Это объясняется следующими возможными причинами: отставанием теплового состояния деталей двигателя от изменения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала; нарушением режима смазки; увеличением количества топливной пленки в цилиндрах бензиновых двигателей; снижением частоты вращения коленчатого вала при увеличении нагрузок; повышением сил давления газов и инерции на детали кривошатунного механизма.

Дорожно-полевые условия работы автомобилей и тракторов характеризуются качеством дорожного полотна, величиной уклонов и подъемов, ровностью покрытия и т. п. С ухудшением дорожных условий (например, некачественное покрытие дороги, крутой подъем) увеличивается число оборотов коленчатого вала двигателя на единицу пробега и расхода топлива. При работе автотранспортных двигателей на плохой грунтовой дороге

(особенно по бездорожью) повышается интенсивность изнашивания деталей и число отказов механизмов и агрегатов, уменьшается периодичность ТО двигателя и т. д. Также получено, что если при работе грузовых автомобилей в городских условиях интенсивность изнашивания цилиндров составляет 1,5–1,7 мкм на 1000 км, то при работе самосвала на карьерных дорогах интенсивность изнашивания возрастает до 3,7–4,8 мкм на 1000 км, и это имеет превалирующую значимость в жарких климатических условиях эксплуатации [1, 3].

С увеличением высоты дороги над уровнем моря и снижением атмосферного давления снижается коэффициент наполнения цилиндров двигателя, что является причиной ухудшения его мощностных и экономических показателей. Климатические условия определяются температурой воздуха, барометрическим давлением и влажностью. На техническое состояние двигателя наиболее сильно влияют низкие температуры воздуха, так как переохлаждаются все механизмы и детали. В результате затрудняется пуск холодного двигателя, преобладает коррозионно-механическое изнашивание трущихся деталей, возможны замерзание воды в системе охлаждения и разрушение блока цилиндров и т. д. Например, износ деталей двигателя при его пуске и прогреве в холодное время года, когда температура жидкости в системе охлаждения составляет 303 °K, в 5–6 раз превышает износ деталей, чем при температуре охлаждающей жидкости 353 °K. Расход топлива при низкой температуре воздуха повышается на 5–20% [1–3].

При повышенной температуре охлаждающей среды системы охлаждения (главным образом, при эксплуатации двигателей в жарких климатических условиях) уменьшается коэффициент теплоотдачи радиатора, что приводит к перегреву деталей двигателя. В результате возникает детонация, снижается мощность, экономичность и долговечность двигателя. Перегрев вызывает повышенный расход топлива и увеличение токсичности отработавших газов. Значительное влияние на износостойкость деталей двигателя оказывает запыленность воздуха, загрязненность топлива и масла. Исследования последних 10–15 лет показали, что одним из основных эксплуатационных факторов, влияющих на техническое состояние автотракторных двигателей, является атмосферная пыль, поступающая в двигатель вместе с потребляемым воздухом, топливом и маслом, а также через неплотности в местах соединения деталей [1–4]. Пыль, попадая в двигатель, вызывает интенсивный абразивный износ его деталей. Недооценка этого фактора при проектировании, испытании и эксплуатации двигателя может привести к неоправданно высоким затратам, вследствие быстрого ухудшения технического состояния и сокращения долговечности.

Для определения влияния запыленности воздуха на долговечность двигателя проведены замеры износа цилиндров грузового автомобиля при движении по грунтовой дороге. Установлено, что интенсивность изнашивания цилиндров при работе двигателя в условиях запыленности воздуха в 6–8 раз выше, чем при его работе в не запыленных условиях, т. е. в зимнее время. Основное количество пыли попадает в двигатель через воздухоочиститель и чем большее количество пыли попадает в двигатель, тем быстрее изнашиваются его детали. С увеличением коэффициента пропуска пыли воздухоочистителем резко повышается интенсивность изнашивания цилиндров (Рисунок 2).

При работе двигателя на загрязненном топливе существенно снижается его надежность. Механические частицы, попадая с топливом в систему питания вызывают отказ и изнашивание его деталей и агрегатов. Так, нарушение герметичности клапана экономайзера из-за его загрязнения увеличивает расход топлива на 10–20%. Весьма опасно при попадании загрязняющих примесей в топливную аппаратуру дизелей: повышается интенсивность изнашивания деталей топливной аппаратуры и количество отказов, вследствие чего ухудшается процесс сгорания топлива, увеличивается его расход и т. д. Например, при увеличении зазора между гильзой и плунжером насоса из-за износа существенно снижается давление впрыска, вследствие чего увеличивается расход топлива на 10–12% [3, 4].

Рисунок 1. Темп изнашивания цилиндров       Рисунок 2.    Влияние    коэффициента

(i) двигателя в зависимости от ускорения(1) пропуска пыли (φ) воздухоочистителем на коленчатого вала и нагрузки [3]: 1 — при скорость изнашивания (i) цилиндров двигателя изменении нагрузки от 0 до 100%; 2 — то же от 0  [3]

до 75%; 3 — холостой ход.

Выполненная оценка максимального износа цилиндров четырехцилиндрового двигателя от каждого грамма пыли, проникающей в двигатель, показала, что от дорожной пыли, непосредственно попадающей в двигатель, износ составляет 2,5–5,0 мкм / 1 г пыли; от загрязняющих топливо частиц 1,8–4,5 мкм / 1 г пыли; от пыли, прошедшей через воздухоочиститель, — 0,7 мкм/г пыли. Таким образом, улучшение надежности защиты двигателя от пыли является существенным резервом в повышении его долговечности и безотказности.

Качество ТО и ремонта также оказывает заметное влияние на долговечность двигателя. Это характеризуется тем, что при проведении ТО и ремонта вследствие некачественного выполнения операций работоспособность наиболее ответственных узлов не полностью восстанавливается, в результате чего параметры работы двигателя ухудшаются. Например, не устраненная в процессе ТО неправильная установка угла опережения зажигания приводит к увеличению расхода топлива на 10–15%. Неотрегулированный зазор между контактами прерывателя при его увеличении до 1 мм (при номинальном зазоре 0,4–0,45 мм) повышает расход топлива на 9%, а уменьшение до 0,2 мм — на 11%. Увеличение зазора между электродами свечи против установленного технической документацией затрудняет пуск холодного двигателя, кроме того, может привести к пробою конденсатора. Представленные выше данные позволяют сделать следующие выводы:

-техническое состояние двигателей тесно взаимосвязано с качеством топливосмазочных материалов, дорожными и климатическими условиями, своевременностью и качеством проведения ТО и ремонта, со степенью совершенства конструкции двигателя.

-какой бы совершенной не была конструкция двигателя, с увеличением продолжительности работы и истечением времени, его техническое состояние претерпевает изменения и интенсивность такого изменения характеризуется надежностью. Техническое состояние и надежность двигателя являются родственными понятиями. Чем выше уровень технического состояния, тем и надежнее двигатель.

-улучшение надежности защиты двигателя от пыли является существенным резервом в повышении его долговечности и это имеет превалирующее значение для автомобильных двигателей, работающих в условиях жаркого климата.

Из вышеприведенных данных следует, что повышения износостойкости деталей автомобильных двигателей можно достичь за счет эффективной очистки в воздуха, топлива и масла, а также уплотнения всех мест проникновения пыли в двигатель.