книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

В отечественных воздухоочистителях осуществляется двухступенчатая очистка воздуха. Первая ступень очист­ ки — цснтробежно-инерциониая обеспечивает очистку воз­

маслом, удерживает пылинки малых размеров и обеспечи­

при эксплуатации автомобиля МАЗ-500, от запыленности воздуха. С увеличением запыленности воздуха количество продуктов износа в масле возрастает.

Изменение скорости изнашивания компрессионных ко­ лец U и наработки верхнего кольца до предельного из­ носа 5 Г 1 р в зависимости от коэффициента пропуска воздухо­ очистителя е„ = 100 — г|0 приведено на рис. 29 [42]. При увеличении е п до 1 % скорость и з н а ш и в а н и я компрессион­ ных колец в радиальном направлении возрастает незначи­ тельно; при дальнейшем увеличении е п наблюдается быст-

НО

рый рост скорости изнашивания . Это объясняется тем,

атации — 1300 и 2400 мото-ч. Форсированный износ двигате­ ля в условиях рядовой эксплуатации объясняется худшей очисткой воздуха, попаданием в цилиндры значительно боль­ шего количества пыли из-за неисправностей воздухоочисти­ телей, подсоса нефильтрованного воздуха через неплотности впускного тракта . Б ы л а проведена проверка состояния систем очистки воздуха и установлено, что периодичность

хоочистителей в некоторых случаях в 2—2,5 раза, а в сред­ нем в 1,2 раза превышало предельно допустимое (700 мм вод. ст.). Повышенное по отношению к нормальному

ill

унос загрязненного пылью масла из поддона и кассет,

кроме качества очистки воздуха, влияет и нарушение оптимальных регулировок главным образом в системе

пи т а н и я .

Врезультате исследований износа пусковых двигате­ лей ПД-10М2, проведенных В . Е . Маевым и М. П. Зубиетовой ( Н А Т И ) , установлено, что одной из существенных причин повышенного изнашивания деталей цилиндропоршневой группы этих двигателей является поступление запыленного воздуха вследствие отсутствия на них воз­ духоочистителей. Эксплуатационные испытания показали, что применение воздухоочистителей на пусковых двига­ телях ПД-10М2 обеспечивает повышение износостойкости

их основных деталей в 1,5—2 раза .

На рис. 31, по данным эксплуатационных испытаний за 2000 ч работы дизеля, показан износ поршневых колец, а т а к ж е канавок на поршне под эти кольца для двигателя ПД-10М2, работавшего-с воздухоочистителем и без возду­ хоочистителя.

112

Установлено [63], что для различных условий работы воздухоочистителей единственным критерием оценки абра­ зивной способности пыли, пропущенной воздухоочисти­ телями, является ее удельная поверхность.

Величина коэффициента пропуска е п влияет на износ, с одной стороны, через изменение качества пыли (ее дис­ персного состава или величины удельной поверхности S0), а с другой — за счет изменения ее количества. Установ­ лено, что абразивный износ, вызываемый кварцевой пы­ лью, однозначно зависит от ее удельной поверхности,

Износ,

мм

Р и с . 3 1 . И з н о с п о р ш н е в ы х к о л е ц и к а н а в о к н а п о р ш н е п о д к о л ь ц а д в и г а т е л я П Д - 1 0 М 2 п о д а н н ы м э к с п л у а т а ц и о н н ы х и с п ы т а н и и :

Заштрихованные площади относятся к работе двигателя с воздухоочистите­ лем, незаштрихованные — без воздухоочистителя; а — радиальный износ

колец; б — износ канавок поршня и колец по высоте [65].

которая определяется коэффициентом пропуска и дисперс­ ностью пыли, поступающей в воздухоочиститель.

В работе [63] получена зависимость скорости изнаши ­ вания поршневого кольца от коэффициента пропуска еп , учитывающая к а к количество пыли, так и ее абразивные качества.

К основным мероприятиям по снижению абразивного изнашивания деталей двигателя относятся диагностика и своевременное проведение технических уходов за агрега­ тами системы питания и смазки, а также улучшение всей системы защиты двигателя от пыли путем улучшения очи­ стки воздуха, масла, топлива и герметизации всех отвер­ стий.

В работе [105] показано, что воздухоочиститель с бу­ мажными фильтрующими элементами обеспечивает луч-

113

шуго очистку воздуха от пыли, чем воздухоочиститель- с отражательной масляной ванной. После 3 ч работы дви­ гателя при введении в воздух п ы л и с концентрацией 0,0023 — 0,89 г/м 3 фактор износа поршневых колец в услов­ ных единицах составил в первом случае 2, а во втором — 100. Установлено т а к ж е , что при засорении топлива ча­ стицами пыли размером до 5 мкм фактор износа поршне­ вых колец достиг 150, что сравнимо с результатами ра­

улучшения всей системы защиты двигателя ЗИЛ - 130 от

пуска до 0,14%), фильтра сапуна с б у м а ж н ы м фильтрую ­ щим элементом, топливного фильтра с фильтрующей пере­ городкой из нетканого материала с порами размером 10—

в воздухоочистителях фильтрующих элементов из пено­ полиуретана приводит к снижению скорости изнашива ­ ния поршневых колец в 3 раза, коэффициент очистки воз­ духа достигает 99,5 %. Эти воздухоочистители внедрены на

114

первую очередь от показателей, определяющих динамику процесса сгорания <р3, pz и

При исследовании износа верхнего поршневого кольца двигателя Д-20, работавшего на номинальном режиме при фп = 30,5° п. к. в. до в. м. т. на топливе, состоявшем из смеси бензина Л-06 с дизельным маслом Дн-11 в отноше­

показателей рабочего цикла в первом и втором случаях

кие значения динамических показателей рабочего ц и к л а обусловливают форсированный износ при работе дизеля на смеси бензина с маслом.

При организации ступенчатого впрыска топлива и двухстадийной топливоподачи при работе двигателя Д-20 на смеси бензина и масла за счет снижения жесткости про­ цесса сгорания скорость изнашивания верхнего поршне­ вого кольца примерно такая же, как и при работе на ди­ зельном топливе с серийным вариантом топливоподачи.

При этом максимальная скорость нарастания давления ~

примерно одинакова для рассматриваемых способов топ­ ливоподачи и видов топлива. Это подтверждает связь между скоростью изнашивания и видом топлива через

ческих показателей рабочего цикла и ухудшением усло­ вий смазки при пленкообразовании и смыве смазки со стенок цилиндров .

Сравнительные дорожные испытания автомобиля ЗИЛ - 164 с карбюраторным двигателем на различных ви­ дах топлива (бензин А-66, сжиженный газ, природный газ н газокопденсат) показали, что интенсивность изнашива­ ния деталей цилиндро-поршневой группы по количеству железа в масле, определенному методом спектрального анализа, при работе на бензине и этилированном газокоиденсате в 11 раз выше, чем при работе на природном

115

газе [68]. Меньшая интенсивность и з н а ш и в а н и я деталей цилиидро-норпшсвой группы двигателя при работе на природном газе объясняется отсутствием конденсации

характеризующим их способность к самовоспламенению,

'лом 68 принять за 100%, то на топливе с цетановым числом 31 износ равен 198%. Пр и этом резко возрастают дина­

Исследованиями К . И. Сидорина (МАМИ) установлено, что сорта бензина с разными октановыми числами, но с оди­ наковыми концами кипения хвостовых фракций не ока­

Е с л и износ двигателя на бензине с концом кипения 205 °С принять за 100%, то при переходе на бензин с концами

116

кипения хвостовых фракций 225 и 240 °С износ возрастает в 2,5 и почти в 5 раз соответственно. Это объясняется уси­ ленным механическим истиранием стенок цилиндра и пор­ шневых колец в связи с интенсивным разрушением масля ­ ной пленки неиспарнвшимся топливом.

серы 0,2%; по ГОСТ 305—62 в дизельном топливе марки А допускается общее содержание серы 0,4%, в дизельном топливе марки 3 0,6%, в дизельном топливе марки Л — 1 % . По ГОСТ 2084—67 наибольшее содержание серы относится к бензину А-66 и составляет не более 0,15%.

Сера в топливах может присутствовать в виде элемен­ тарной серы (S),. сероводорода (H2 S), тиоспиртов (меркап­ танов — CHgSH). Сера, в молекулах которой содержится группа SH, носит название активной серы. Элементарная сера коррозионно активна по отношению к меди, ртути

исеребру; сероводород действует на железо, свинец и его сплавы, сурьму, медь, медные сплавы, ртуть и серебро; меркаптаны вызывают коррозию кобальта, никеля, свинца

иего сплавов, сурьмы, меди и медных сплавов. Неактив ­ ная сера (сернистые соединения — сульфиды, дисульфиды, полисульфиды, тиофаны и тиофены) также вызывают кор­ розию металлов. После сжигания топлива, содержащего даже неактивную серу, коррозия появляется вследствие воздействия на металлы продуктов сгорания . Коррозион­ ный износ металла вызывается газовой коррозией под

денсации воды из продуктов сгорания . Протекание газо­ вой или электрохимической коррозии определяется тем­ пературой внутренней поверхности отдельных деталей цилиндро-поршневой группы и температурой насыщения (точкой росы) продуктов сгорания . Пр и температуре внут­ ренней поверхности деталей цилиндро-поршневой группы, например гильзы цилиндров, превышающей температуру насыщения продуктов сгорания, будет наблюдаться газо­ вая коррозия; интенсивность газовой коррозии возрастает с повышением температуры поверхности. При темпера­ туре внутренней поверхности гильзы цилиндра ниже тем­ пературы насыщения продуктов сгорания происходит конденсация паров воды и образование сернистой и серной кислоты. По мере снижения температуры внутренней по-

117

верхности гильзы цилиндра создаются наиболее благо­ приятные условия для конденсации паров воды, и интен­ сивность кислотной коррозии возрастает.

Коррозия является одним из факторов, определяющих темп и характер износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателей. Величина оптимальной температуры (минимальной температуры, при которой еще отсутствует

зами, становится возможным при температуре внутренней поверхности, равной или меньшей температуры насыще­ ния .

По данным исследований Б . Б . Генбома [17], скорость газовой коррозии увеличивается сравнительно медленно с повышением температуры и почти не зависит от присут­

значительным увеличением скорости даже при незначи­ тельном уменьшении температуры, большой зависимостью скорости процесса от состава смеси газов и от присутствия даже малых количеств окислов серы. Неравномерность распределения температур по корродирующей поверх­ ности обусловливает большое различие в скорости корро­ зии различных участков этой поверхности.

Температура насыщения водяного пара достигает мак­ симального значения при повороте коленчатого вала на 10—20° после в. м. т., а затем быстро снижается . В быст­

туры в отдельных схожих точках, так и по положению

118

зон максимального и минимального нагрева. В верхних частях цилиндров современных автомобильных и трак­ торных двигателей даже при работе на номинальном ре­ жиме и нормальной температуре жидкости в системе охла­ ждения имеются участки, температура которых вблизи

зовании мощности двигателей, наблюдается переохлажде­

гидрида (S0.2) в количестве, соответствующем 0,23% серы в бензине, износ возрастает в 4 раза по сравнению с обыч­ ными условиями . Введение в топливовоздушную смесь больше V 3 серного ангидрида (S03 ) увеличивает износ пор­ шневых колец двигателя в 40 раз по сравнению с работой на топливе, свободном от серы.

Содержание серы в топливе влияет на нагарообразова-

в топливе приобретают повышенную твердость и более высокие абразивные свойства. При повышенном содержа­ нии серы увеличивается содержание железа в картерном масле, которое способствует его окислению; т а к ж е проис­ ходит нарастание в масле кокса, числа омыления и золь­ ности.

На рис. 33 приведена зависимость износа поршневых колец от содержания серы в дизельном топливе.

По данным исследований Н . М. Хмелевого и B . C . Ар - хипова [95], при работе двигателя СМД-14 на сернистом топливе при прочих равных условиях скорость изнаши ­ вания верхнего поршневого кольца увеличивается в 2— 2,5 раза по сравнению с работой на топливе с малым со­ держанием серы.

Введением нирезистовых вставок в цилиндры автомо­ бильных двигателей достигается снижение износа в связи с действием разных факторов, в том числе и коррозии .

Масла для автотракторных двигателей селективной или сернокислотной очистки содержат моющие, антиокисли­ тельные, антикоррозионные, противозадирные, загущаю ­ щие, депрессаторные и другие присадки .

119