Что способствует регулированию температурного режима двигателя

Что способствует регулированию температурного режима двигателя

Повышению надежности и безопасности машин и агрегатов в различных условиях эксплуатации посвящены работы многих исследователей [10]. Важным направлением современного производства автомобилей и служб их эксплуатации является улучшение эксплуатационных характеристик и эффективности работы двигателей внутреннего сгорания [2]. Эффективность и надежность функционирования поршневых двигателей во многом определяется работой их отдельных систем и агрегатов. К числу таких важнейших систем двигателя относятся системы охлаждения, топливоподачи, смазки, воздухоочистки.

Улучшение экономичности эксплуатации теплообменных агрегатов представляет собой важную задачу современного производства [8], одним из направлений которой является решение вопросов интенсификации теплообмена в системах охлаждения автомобильных двигателей.

Оценка условий эксплуатации на показатели системы охлаждения двигателя

Опыт свидетельствует, что на эффективность работы двигателей и их отдельные показатели существенно влияют условия эксплуатации [1, 3]. Ряд климатических зон характеризуется высокими температурами [4]. При этом условия эксплуатации осложняются значительной запыленностью окружающей атмосферы.

Влияние температуры охлаждающей жидкости на различные параметры и температуру деталей двигателя: 1, 2, 3 – температуры гильзы, поршня и головки цилиндров соответственно; η_v – коэффициент наполнения; t_в – температура охлаждающей жидкости; F_р – необходимая площадь радиатора; Q_в и Q_v – количество тепла, переданное соответственно в воду и масло

Пыль является определяющей причиной износа поршневых двигателей, поэтому ее количество в воздухе значительно влияет на их надежность. Например, количество пыли при песчаных бурях в пустыне увеличивается до 5–10 г/м 3 , т.е. на несколько порядков превышает запыленность воздуха в безветренные дни. Нельзя не отметить высокую проникающую способность мелкой пыли, которая в большинстве случаев приникает через серийные системы воздухо-, масло- и топливоочистки, через уплотнения воздушного, масляного и топливного трактов, нарушая при этом работу соответствующих систем двигателя.

Условия эксплуатации двигателей оказывают комплексное влияние на их различные показатели [5]. Так, наличие подъемов на маршруте движения автомобиля вызывает повышение температуры его агрегатов [6, 7]. Нормальное тепловое состояние двигателя в целом – это состояние стабилизации всех параметров рабочего процесса и температуры деталей в соответствующих пределах. Важнейшим показателем теплового состояния двигателя является температура наиболее нагретых и наиболее ответственных деталей двигателя – поршня, поршневых колец, гильзы цилиндров, головки, клапанов, вкладышей подшипников скольжения и др.

Установлено, что с повышением температуры жидкости в системе охлаждения возрастает температура основных деталей двигателя и изменяются параметры его рабочего процесса (рисунок). С ростом температуры деталей двигателя закономерно уменьшается коэффициент наполнения η_v, т.к. начинает сказываться влияние подогрева воздуха от деталей двигателя (каналов головки, впускного трубопровода и др.). Соответственно падает эффективная мощность двигателя и увеличивается минимальный эффективный расход топлива ge min. При повышенных температурах окружающей среды причиной падения мощности двигателя также служит уменьшение плотности воздуха на впуске и, следовательно, снижение массового наполнения цилиндров двигателя [3].

Следует отметить, что температура жидкости в системе охлаждения лишь приближенно отражает тепловое состояние основных деталей двигателя, т.к. при различных режимах работы двигателя имеется различное несоответствие температур охладителя и стенок цилиндров. Установлено, например, что у двигателя ЗМЗ 406.10 при температуре охлаждающей жидкости + 90 °С рабочая температура верхней зоны гильз цилиндров при полной нагрузке и частоте вращения 1500 мин-1 достигает значений + 160 °С, а при этой же нагрузке и увеличении частоты вращения до 4000 мин-1 она возрастает до + 230 °С [3].

Также установлено, что при нормальном тепловом состоянии разница температур охлаждающей жидкости на входе и выходе из двигателя ∆t_ж на различных режимах работы составляет 5–10 °С. Температура масла при нормальном тепловом состоянии двигателя изменяется пропорционально температуре жидкости. При этом считается нормой, если температура масла превышает температуру охлаждающей жидкости не более чем на 10 °С.

При повышении температуры охлаждающей жидкости до + 120 °С (высокотемпературные системы), температура деталей ЦПГ возрастает всего лишь на 10–12 °С.

Несмотря на различие типов и моделей автомобильных бензиновых двигателей, предельно допустимые температуры их наиболее нагретых деталей имеют примерно одинаковые значения.

Можно ввести параметр температурной напряженности деталей двигателя исходя из значений максимальной рабочей температуры деталей и из максимально допустимой температуры детали по условиям прочности материала:

.

Для двигателей семейства ЗМЗ значения , и приведены в таблице.

Таким образом, параметр определяет величину температурного запаса конкретных деталей. Как следует из данных таблице, для двигателей ЗМЗ наименьший температурный запас имеют вкладыши подшипников (около 13 %), а наибольший – верхнее поршневое кольцо (около 73 %).

Следует отметить, что с повышением рабочих температур деталей сокращается срок их службы. Например, увеличение температур силуминовых поршней с + 300 до + 350 °С снижает их долговечность в 2–3 раза, а возрастание температуры вкладышей со + 100 до + 160 °С ускоряет появление трещин на их поверхности в 5–7 раз. С приближением температуры охлаждающей жидкости к точке кипения эффективность циркуляционных систем охлаждения снижается из-за падения КПД водяного насоса. При повышенных температурах может возникнуть также кавитация в насосе и нарушиться циркуляция жидкости.

В экстремальных условиях эксплуатации эффективность работы системы охлаждения может резко снижаться из-за образования накипи в радиаторе и рубашке охлаждения двигателя. Это может происходить при заправке системы охлаждения водой из данного региона, которая может содержать до 20 % различных солей [7]. Часто работа двигателя в жарком климате осложняется также высокой запыленностью воздуха. Пыль и песок могут забивать воздуховоды, ребра радиатора и т.п., ухудшая условия охлаждения двигателя.

Выводы

Анализ способов повышения эффективности системы охлаждения двигателя позволяет предложить для практической реализации при эксплуатации двигателя в условиях жаркого климата следующее:

● замену воды (антифриза) в системе охлаждения двигателя на дизельное топливо;

● увеличение частоты вращения вентилятора;

● повышение интенсивности циркуляции охлаждающей жидкости.

Если первый способ наиболее применим для тяжело нагруженных двигателей коммерческой техники, то второй реализуем на всем спектре автомобилей. Так, на легковых автомобилях возможно изменение схем управления цепями питания электромоторов вентиляторов системы охлаждения, а на грузовых и автобусах – подбором параметров вискомуфт привода вентилятора. Для реализации повышения интенсивности циркуляции охлаждающей жидкости на ряде автомобильных двигателей используются муфты различного типа в приводе насоса охлаждения, также возможно применение привода насоса системы охлаждения с изменяемым передаточным отношением.

Температуры различных деталей двигателей ЗМЗ

Регулирование судового двигателя

Основной целью регулирования двигателя по показаниям контрольно-измерительных приборов является равномерное распределение мощности двигателя по цилиндрам.

Согласно правилам эксплуатации, мощность отдельных цилиндров не должна отличаться более чем на 2,5 % от средней мощности для всех цилиндров.

В результате регулирования температура отработавших газов, давления р_z >и р_c, удельные расходы топлива и смазочных масел должны соответствовать нормальным значениям для данного типа двигателя.

Регулирование двигателя по контрольно-измерительным приборам производят через каждые 100 — 150 ч работы двигателя при обнаружении ненормальности в работе одного или нескольких цилиндров, после регулирования топливной аппаратуры, замены форсунок, переборки деталей ЦПГ, при переходе на новый сорт топлива. Применяемая для регулирования измерительная аппаратура позволяет найти два параметра процесса — давление и температуру.

Судовые двигатели регулируются различными способами. Выбор способа регулирования определяется конструкцией двигателя (степенью его быстроходности). Так, малооборотные судовые двигатели имеют индикаторные приводы, индикаторные краны и установленные в трактах отработавших газов термопары для измерения температур. Индикатором (например, типа Т-50) можно снять индикаторные диаграммы и по их форме иметь представление о протекании процесса, об отклонениях от нормы, а также определить индикаторную мощность цилиндра.

Среднеоборотные двигатели обычно не имеют индикаторных приводов, так как их невозможно установить на двигателе. Такие двигатели имеют индикаторные краны и термопары. Регулирование этих двигателей производят по показаниям давления и температуры отработавших газов.

Ряд высокооборотных двигателей не имеют ни индикаторных кранов, ни термопар. Качество регулирования подобных двигателей обычно определяется состоянием топливного насоса высокого давления. При регулировании двигателей с индикаторными кранами следует пользоваться пиметром, который позволит точнее определить значения среднего по времени давления p_tв каждом цилиндре, а также быстрее выполнить операции настройки. Нет необходимости снимать и обрабатывать индикаторные диаграммы, когда беглый контроль по показателю р_с (если контроль проводят максиметром) и p_t (при контроле пиметром) свидетельствует о нарушении распределения нагрузки по цилиндрам.

Представим себе операции по регулированию нагрузки цилиндров малооборотного судового дизеля с наддувом. Первоначально определим и запишем значения p_t и t_Г. Если двигатель оборудован турбокомпрессорами постоянного давления, то находим значения температуры отработавших газов в каждом цилиндре.
В двигателях с импульсными турбокомпрессорами благодаря различной длине выпускных патрубков и взаимным влияниям газовых потоков значения температуры отработавших газов в отдельных цилиндрах будут различны, поэтому в таких двигателях значения t_Г нельзя считать достоверными.
В целом же, если известны значения температуры отработавших газов в патрубках на режимах полной нагрузки, они являются важными показателями для правильной регулировки двигателя. Если измерения показали низкие значения p_t и t_Г, в одном из цилиндров по сравнению с другими цилиндрами, то данный цилиндр нуждается в увеличении цикловой подачи топлива. При высоком значении p_t и низком t_Г, необходимо уменьшить угол опережения подачи топлива. При высоких значениях p_t и t_Г следует уменьшить цикловую подачу топлива, так как цилиндр перегружен. При высоком значении t_Г и низком p_t нужно увеличить угол опережения подачи топлива.

Согласно ГОСТ 10150-70, неравномерность распределения параметров по отдельным цилиндрам, считая от средних значений для всех цилиндров, на номинальном режиме не должна превышать для p_i2,5 %, для р_z 3,5 %.

Регулирование малооборотного двигателя заканчивается получением и обработкой индикаторных диаграмм.

Таким же образом регулируется среднеоборотный двигатель. При этом отсутствует заключительный этап контроля — съемка индикаторных диаграмм.

Как упоминалось выше, распределение мощности по отдельным цилиндрам быстроходного двигателя обусловлено качеством регулирования ТНВД. При обнаружении ненормальности в работе ТНВД единственным методом контроля является способ выключения цилиндров.

Если в многоцилиндровом двигателе, работающем с постоянной нагрузкой, выключить подачу топлива в один из цилиндров, а связь ТНВД с регулятором частоты вращения нарушить, то частота вращения двигателя уменьшится. При этом уменьшение частоты вращения покажет относительную долю отключенного цилиндра в общей мощности двигателя.

Если частота вращения не уменьшилась, значит, отключенный цилиндр не работал.

Если частота вращения уменьшилась ниже того значения, какое получилось при отключении остальных цилиндров, это значит, что данный цилиндр работал с перегрузкой. Регулируя цикловую подачу (считая, что угол опережения подачи топлива во всех цилиндрах соответствует норме), можно добиться одинакового снижения частоты вращения при последовательном отключении всех цилиндров.

Автоматическое регулирование температуры воды и масла дизеля

Температура охлаждающей воды и масла на выходе из дизеля существенно влияет на его экономичность и срок службы. От температуры охлаждающих жидкостей зависят: износ ци-линдро-поршневой группы, механические потери на трение, полнота сгорания топлива, к. п. д. и т. д. Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) установлено, что при повышении температуры масла с 53 до 75 °С, приводящем к снижению вязкости масла, мощность дизеля в результате уменьшения потерь на трение повышается примерно на 5%. Увеличение температуры охлаждающей воды с 60 до 75 °С также влечет за собой повышение мощности дизеля (около 1%). Повышение температуры жидкости особенно благоприятно сказывается на работе дизеля на холостом ходу и малых нагрузках при низких температурах окружающего воздуха. Износ цилиндровых втулок при температуре воды 50 °С в 2 раза больше, чем при 80 °С. Столь интенсивное нарастание износа при низких температурах воды объясняется увеличенным отложением нагара, способствующего износу, а также коррозионным воздействием топлива и масла на стенки цилиндров, которое проявляется тем больше, чем больше серы содержится в топливе и масле и чем ниже температура стенок. Кроме того, при пониженных температурах стенок цилиндров распыленное топливо полностью не сгорает, оно попадает на стенки цилиндров и разжижает масло. Особенно неблагоприятно на работе дизеля сказывается рез кое колебание температур жидкостей, так как это приводит к деформации деталей, что также увеличивает их износ. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы температуры охлаждающих жидкостей находились вблизи границ верхнего предела, амплитуды их колебаний были не более 3-5 °С. Очевидно, что такие условия можно выдержать только при автоматическом регулировании температуры воды и масла. Поэтому современные тепловозы почти все строятся с таким регулированием. Чтобы избежать температурных деформаций деталей, разность температур воды и масла на выходе из дизеля и входе в него должна быть 6-10 для воды и 10-15 °С для масла.

Так как выделения тепла дизеля в воду и масло зависят от частоты вращения его вала, то при изменениях режима работы дизеля соответственно должна меняться и теплорассеива-ющая способность охлаждающего устройства. Если при одной и той же позиции контроллера нагрузка на дизель уменьшится, то его тепловыделение в воду и масло снизится, а вентилятор, продолжая работать с той же частотой вращения, будет прогонять через секции неизменное количество воздуха и рассеивать в атмосферу тепла больше, чем выделяет дизель. Это приведет к переохлаждению воды и масла, что неблагоприятно отразится на работе дизеля. Иными словами, если не управлять работой вентилятора, то рабочие жидкости будут почти всегда переохлаждены, так как расчетные режимы в эксплуатации бывают не часто. Поэтому задачей автоматического регулирования является поддержание оптимальной температуры дизеля независимо от его нагрузки и температуры наружного воздуха. Достигается это регулированием температур охлаждающих жидкостей за счет изменения подачи воздушного потока через охлаждающие секции в зависимости от уровня температур теплоносителей. Изменение подачи воздуха через секции радиаторов осуществляется либо прикрытием боковых и верхних жалюзи, либо включением-выключением Рис. 160. Схема устройства автоматического управления работой гидромуфты:

1 — гайка: 2 — пружина, 3 — рейка зубчатая; 4 — черпачковые трубки; 5, 15 — штоки; 6 — рычаг обратной связи; 7 — шток золотника; 8 — пружина; 9 — корпус; 10 — силовой поршень; И — пиевмоци-линдр; 12 — терморегулятор; 13 — термобаллон; 14 — резиновая пробка; 16 — рычаг штока; 17 — гильза; 18 — рычаг для замыкания контактов микропереключателя; 19 — ось- штуцер; 20 — шестерня; 21 — втулка-шестернявентилятора, либо бесступенчатым изменением частоты вращения вентилятора.

На современных тепловозах применяется, как правило, система регулирования температуры теплоносителей с бесступенчатым изменением частоты вращения вентилятора. На тепловозе 2ТЭ10В в систему автоматического регулирования температуры воды и масла входят терморегуляторы воды и масла, гидравлический поршневой привод рейки черпачковых трубок гидромуфты переменного наполнения, микропереключатели, электропневматические вентили с пневмоци-линдрами привода жалюзи.

Схема устройств автоматики управления работой охлаждающего устройства тепловоза 2ТЭ10В представлена на рис. 160. Терморегуляторы воды (ТРВ) и масла (ТРМ) расположены по обеим сторонам гидравлического поршневого привода (серводвигателя) рейки черпачковых трубок. Штоки терморегуляторов головками регулировочных болтов, ввернутых в штоки упираются в горизонтальный палец, соединяющий щеки рычага 6 жесткой обратной связи серводвигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости (воды или масла) выше нормы твердый наполнитель церезин, находящийся в змеевике термобаллона 13 и омываемый охлаждающей жидкостью, расширяется и воздействует на резиновую пробку 14 со штоком 15. Шток 15, перемещающийся в гильзе 17, передвигает по прорези гильзы рычаг 16, ввернутый в шток, тем самым освобождает рычаг 18, который под воздействием пружины замыкает контакты микропереключателей ВКВ или ВКМ. Микропереключатели включают электропневматические вентили, управляющие открытием боковых и верхних жалюзи. Каждый терморегулятор действует на жалюзи только своей системы охлаждения. Верхние жалюзи открываются при включении любого микропереключателя, а закрываются только после выключения обоих микропереключателей.

При определенных условиях открытие жалюзи может быть достаточным для охлаждения воды в секциях радиаторов. Если температура регулируемой жидкости начинает понижаться, объем твердого наполнителя гермобаллонов уменьшается и резиновая пробка 14 перемещается штоком 15 под действием пружины в первоначальное положение. Шток ввернутым в него рычагом 16 отводит рычаг 18 и размыкает контакты микропереключателя, тем самым закрывает жалюзи.

В том случае если открытием жалюзи не удается поддерживать температуру на необходимом уровне и она продолжает расти, включается вентилятор и дальнейшее регулирование температуры обеспечивается изменением частоты его вращения с помощью гидромуфты переменного наполнения. Управление режимом работы гидромуфты осуществляется следующим образом. Церезин, нагретый в термобаллоне, омываемым жидкостью, перемещает через пробку 14 шток 15, который после включения посредством рычага 18 жалюзи, двигаясь дальше, упирается регулировочным болтом в палец рычага 6 обратной связи, поворачивая рычаг по часовой стрелке относительно точки а. Вместе с рычагом 6 двигается и шток золотника 7, который своими дисками откроет окна б и в, сообщая тем самым полость Б цилиндра силового поршня 10 серводвигателя с полостью А между дисками золотника, а полость В- с каналом, ведущим на слив масла. Масло, подведенное в полость А от насоса фильтра центробежной очистки масла, поступает по каналу б в полость Б и перемещает поршень 10 вправо. Масло из полости В идет на слив. Вслед за поршнем 10 перемещается рейка чер-пачкового устройства, входящая в зацепление с шестерней приводной втулки 21. Зубья, нарезанные на втором конце втулки 21, сцеплены с зубьями шестерен 20, к которым приварены черпачковые трубки 4. Поворачиваясь на пустотелых штуцерах 19, шестерни отводят концы черпачковых трубок от периферийной зоны колокола гидромуфты, тем самым уменьшая опорож нение от масла рабочей полости колес гидромуфты. Частота вращения вентилятора при этом увеличивается. Процесс увеличения частоты вентилятора будет продолжаться до тех пор, пока не прекратится рост температуры охлаждающих жидкостей. При этом увеличение объема церезина прекращается и шток 15 терморегулятора останавливается. Поршень 10, двигавшийся вправо в процессе регулирования температуры жидкости, перемещает рычагом 6 золотник 7 до момента перекрытия его дисками каналов бив. Как только диски золотника возвращаются в свое среднее положение, прекращается слив масла из полости В и силовой поршень останавливается. Таким образом, благодаря рычагу 6 силовой поршень всегда перемещает золотник в сторону прекращения своего движения, т. е. в нейтральное положение. Поэтому рычаг 6 называют рычагом обратной связи.

При понижении температуры перемещение деталей механизма происходит в обратном направлении. Золотник 7 под действием пружины перемещается вправо, сообщая полость А с полостью В, и поршень 10 двигается влево до момента, пока рычагом обратной связи 6 он не установит золотник в положение перекрытия канала в. Если при каком-то установившемся режиме изменяется температура регулируемой жидкости, после окончания процесса регулирования точка д всегда занимает одно и то же положение (положение перекрыши), а точки а и е перемещаются в соответствии с новым» режимом. Поэтому работу рычага 6 обратной связи можно представить себе как качание относительно неподвижной точки д, следовательно, и ход силового поршня будет пропорционален ходу штока терморегулято ра.

Так как отношение плеч ад: де рычага обратной связи равно 9 (выбрано из условий устойчивости САР), то на 1 мм хода штока терморегулятора приходится 8 мм хода силового поршня. Отсюда для всего диапазона регулируемой частоты вращения вала гидромуфты (ход рейки 42 мм) необхо димо примерно 5 мм хода штока терморегулятора, что составляет 5°С изменения температуры (нагрев на 1 °С вызывает около 1 мм хода штока терморегулятора). Из сказанного ясно, что при изменении режима работы охлаждающего устройства температура жидкости также будет изменяться в пределах 5 °С.

При переходе на ручное управление температура воды и масла регулируется включением и выключением боковых и верхних жалюзи, а также вентилятора. При включении тумблера вентилятора на пульте управления в пневмоцилиндр 11 подается сжатый воздух, который перемещает поршень влево, сжимая пружину, и через толкатель устанавливает золотник в крайнее левое положение. Полость А сообщается с полостью Б серводвигателя и масло, поступившее через канал б, перемещает поршень в крайнее правое положение. При этом устанавливается максимальная частота вращения колеса вентилятора для каждой позиции контроллера машиниста.

На тепловозе ТЭП70 также применено автоматическое регулирование температуры охлаждающих жидкостей путем изменения количества атмосферного воздуха, проходящего через секции радиаторов. Регулирование частоты вращения вентиляторных колес охлаждающего устройства достигается изменением давления масла, поступающего к гидродвигателям. Управление процессом регулирования частоты вращения вентиляторов осуществляют терморегуляторы (см. рис. 157), установленные в трубопроводах воды и масла на выходе дизеля.

При температуре жидкости, омывающей датчик температуры (69± ±1)°С объем наполнителя начнетуве-личиваться и через диафрагму 7 и пробку 6 будет перемещать золотник 3 вверх. При этом будет уменьшаться щель Д. Масло начнет поступать к гидродвигателю, который приведет во вращение вентиляторное колесо. Ког да золотник полностью перекроет щель Д, все масло от гидронасоса поступит к гидродвигателю, обеспечивая максимальную частоту его вращения. Это произойдет при температуре воды и масла, омывающих датчик, выше (80±2)°С. При температуре ниже (69±1)°С объем наполнителя уменьшается и пружина 2 возвращает золотник в нижнее положение, все масло от гидронасоса через щель проходит на перепуск и циркулирует в гидросистеме, не поступая к гидродвигателю; вентиляторное колесо не вращается и дальнейшего охлаждения воды или масла не происходит. При промежуточных температурах охлаждающей жидкости сливная щель Д перекрывается частично, и вентиляторное колесо будет работать с частотой, пропорциональной количеству поступающего к гидродвигателю масла. Таким образом, устанавливается бесступенчатое регулирование частоты вращения гидродвигателя при помощи терморегулятора. В случае выхода из строя датчика температуры золотник может быть поднят вручную при помощи болта 10 и вилки 9. Подъем вилки необходимо выполнять без рывков. Если при поднятой вилке дизель будет заглушён, то новый пуск разрешается производить только с опущенной вилкой. Для небольшой корректировки характеристики терморегулятора предусмотрен регулировочный винт 12. Например, если вентилятор начинает вращаться при температуре ниже 68 °С, то винт ввертывают на один оборот в тело золотника, и вентилятор начнет вращаться при температуре на 2 °С позже. Если же вентилятор начнет вращаться при температуре выше 70 °С, то винт 12 необходимо вывернуть на 1-1,5 оборота.

Регулирование температуры воды и масла дизеля производится не только за счет изменения частоты вращения вентиляторов, но и путем открытия или закрытия жалюзи охлаждающих устройств в зависимости от температуры воды и масла.

Надежность автомобиля

Влияние теплового состояния двигателя на износ деталей ЦПГ

Одним из важнейших показателей теплового состояния двигателя является тепловая напряжённость, определяемая температурой наиболее «горячих» поверхностей трения, температурными перепадами наиболее нагретых частей двигателя – камер сгорания, днищ поршней, верхней зоны цилиндров, тарелок выпускных клапанов, перемычек в блоке и головках блока. Стенки цилиндров в зоне перемещения поршневых колец имеют средние температуры 100…130°C и наибольшие предельные – 170…180°C, а для двигателей с воздушным охлаждением – на 30…40°C выше; днища поршней из алюминиевых сплавов соответственно нагреваются до 240…260°C; центральная зона тарелок впускных клапанов имеет температуру соответственно 180…275 и 300…400°C, а выпускных – 600…700 и 800…850°C. Перечисленные диапазоны температур для различных деталей характерны для двигателей при нормальных условиях работы, при использовании надлежащих сортов топлив и масел, при соответствующих техническим условиям регулировках и т.д. В условиях же реальной эксплуатации зачастую имеют место значительные отклонения температур от указанных выше пределов.

От совершенства рабочего процесса, особенно в дизельных двигателях, в большой степени зависит образование отложений нагара и лака на деталях ЦПГ: в частности, закоксовывание поршневых колец с потерей ими подвижности, что обычно приводит к задирам сопряжённых с ними гильз цилиндров. Кроме того, по мере эксплуатации двигателей за счёт нагарообразования на днищах поршней и стенках камеры сгорания, возможны некоторое увеличение степени сжатия и ухудшение отвода тепла, а следовательно, и вероятности возникновения детонационных явлений, имеющих место при сгорании топлива не только в карбюраторных двигателях, но и в дизельных (главным образом, при работе их на лёгких сортах топлива и больших углах опережения впрыскивания топлива), во время которых особенно резко увеличиваются механические и термические нагрузки на детали, и повышается их изнашивание. При работе двигателя с детонацией значительно возрастает и температура верхней части гильз цилиндров, достигая 190…200°C и выше при полной нагрузке.

Оптимальные значения температур работы двигателя

Известно, что оптимальные значения температур охлаждающей жидкости и картерного масла для большинства автомобильных двигателей составляют 80…90°C. При пониженной температуре стенок цилиндров возникает коррозионно-механическое изнашивание, а также смывание масляной плёнки, образующейся топливной эмульсией. Согласно, при температуре воды в системе охлаждения, равной 30°C, износ двигателя в 6 раз больше, чем при температуре 80°C. На значения температур большое влияние оказывают режимы работы двигателя.

Р.В.Кугель показал, что износ цилиндров двигателей ЗИЛ при холодных стенках был в среднем в 8 раз больше, чем при испытаниях двигателей в горячем состоянии. Он отмечает, что при температуре стенок цилиндров менее 60°C имеет место коррозионный износ цилиндров, который незначителен при их температуре более 80°C. В этих условиях решающее влияние на изнашивание деталей ЦПГ оказывают прокачиваемость масла, своевременность его поступления к поверхностям трения и создание прочной масляной плёнки.

Коррозия стенок гильз цилиндров

Коррозия стенок гильз цилиндров возникает не только в период пуска и прогрева двигателя, но и при его охлаждении. Время охлаждения до температуры окружающей среды прогретого двигателя около 2…2,5ч в летних и 1ч в зимних условиях. Это время характеризуется наибольшей интенсивностью образования коррозии на стенках гильзы цилиндра. При последующих пусках плёнка коррозии разрушается, а продукты коррозии участвуют в трении как абразив.

Авторы расценивают износы в процессе холодного пуска, прогрева и остановок двигателя как важнейшую составляющую всех эксплуатационных износов, приравнивая, например, износ во время пуска при температуре -18°C к износу за 180-210 км пробега автомобиля.

Изнашивание само по себе также приводит к изменению теплового и температурного состояния деталей ЦПГ. Так, установлено, что температура цилиндров в верхней части, где имеют место максимальные износы гильз, при достижении ДВС предельного состояния увеличивается на 25-30°C со стороны рабочей поверхности и на 9-12°C со стороны рубашки охлаждения (напротив зоны максимальных износов). Соответственно с обеих сторон возрастает температура в нижней части цилиндра – на 10-15 и 4-5°C. В целом температура гильз со стороны охлаждаемой поверхности изменяется меньше (в пределах 8-15°C), чем со стороны зеркала цилиндра (на 20-40°C), что связано с перераспределением тепла по телу гильзы и более интенсивным его отводом в систему охлаждения с нерабочей поверхности. Причём разница в тепловых состояниях цилиндра увеличивается с ростом температуры гильзы. Такое явление объясняется тем, что увеличение частоты вращения коленчатого вала и нагрузки приводит к росту как абсолютных значений температур, так и теплоперепадов, а перепады температуры, в свою очередь, вызывают тепловые деформации гильз по образующей, что иногда имеет более опасные последствия, чем чрезмерно высокие или низкие температуры. Это обусловливается, прежде всего, ростом средних температур рабочего цикла и сокращением времени на теплоотвод от нагретых поверхностей в охлаждающую среду. Исследования показали, что перепады температур поверхностей гильз цилиндров в зависимости от режима работы двигателя сохраняются при любой степени его изношенности.