книги из ГПНТБ / Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах

20

шенных давлений в ней. Не исключено, что превышение нор­ мального теплового режима приведет и к повышению требования к октановым числам топлив и качеству масел для двигателей, к ужесточению требований по термостойкости свечей зажигания, стабильности регулировок зазоров в клапанных механизмах, к надежности работы водяных насосов системы охлаждения, к раз­ личным прокладкам, уплотнениям и др.

Можно предположить, что и при низких значениях отрицатель­ ной температуры наружного воздуха достижимы оптимальные по­ казатели работы двигателя при условии соблюдения температур­ ных условий .в отсеке двигателя, близких к летним, т. е. при под­ держании температуры охлаждающей жидкости .в пределах 70-т-75°С, температуры воздуха в отсеке двигателя и горячей сме­ си во впускном трубопроводе порядка 20о С-т-30о С.

Исследования теплового состояния автомобилей ЗИЛ-150 в условиях Севера (с использованием термостатов в системе охлаж­ дения и утеплительных чехлов на капоте), представленные в табл. 5, показывают, что на рабочих режимах температура воды в ру­ башке головки блока цилиндров поддерживается на уровне 60-f- -Н80°С при температуре наружного воздуха до —52°С. Температура внутренних стенок впускного трубопровода была 45-г90°С. Темпе­ ратура горючей смеси во впускном трубопроводе работающего двигателя составляла 30-^55°С, а температура воздуха в подка­ потном пространстве у воздушного фильтра 20-ьЗО°С.

Таким образом высказанное ранее предположение о возможно­ сти обеспечения при низких температурах наружного воздуха теп­ лового состояния двигателя, аналогичного летним условиям, ока­ залось выполнимым для северных условий при соблюдении необхо­ димых правил зимней эксплуатации автомобилей. Применение спе­

та б л it ц а 5

21

циального терморегулирующего комплекса средств в северной мо­ дификации автомобилей (термостатически управляемого вентиля­ тора системы охлаждения двигателя или уменьшение числа лопа­ стей вентилятора на зимнее время, использование антифриза, утеп­ ление отсека двигателя как наружным чехлом, так и внутренними панелями, применение шторок вместо жалюзи и др.) позволяет поддерживать оптимальный температурный режим двигателя.

При необходимости температуру горючей смеси можно поднять путем установки утеплительного кожуха на впускной ,и выпускной трубопроводы и прокладки топливопровода около горячего блока (табл. 6). Но, как видно из изложенного выше, такая температура смеси может считаться чрезмерной и будет вызывать падение мощ­ ности.

Испытания северной модификации автомобиля Урал-375К «а Крайнем Севере показали, что оптимальные температурные усло­ вия в отсеке двигателя обеспечиваются на всех режимах его рабо­ ты (рис. 8). Было установлено, что при работе двигателя на стан-

t°C

22

Выбор тех или иных средств облегчения пуска холодного или разогретого двигателя, а также средств ускоренного поелепускового разогрева .в значительной степени зависит от того, насколько су­ щественны будут при этом пусковые изиосы двигателя. Применять­ ся могут лишь те средства облегчения пуска, которые обеспечива­ ют минимальные пусковые износы.

Проіф. И. В. Крагельский [3] отмечает, что надежность .н долго­ вечность узлов, подверженных трению и износу, является главной проблемой в машиностроении. Теоретическое решение этой пробле­ мы усложняется в связи с наличием между трущимися поверхно­ стями третьего тела — смазки, подчеркивает И. В. Крагельский. Далее он отмечает, что трение имеет двойственную молекулярномеханическую природу и обусловлено преодолением адгезионной связи между двумя поверхностями, обычно между двумя пленка­ ми, которыми покрыты твердые тела, н объемным деформировани­ ем материала.

Таким образом, в изучении механизма трения большое значе­ ние приобретает исследование адгезионного воздействия тел, объ­ емного деформирования тонких слоев твердого тела, возникнове­ ния и свойств пленок на твердых телах (окисных, масляных и ад­ сорбированных пленок различных газов).

Акад. П. А. Ребиндер [20] показал, что образующиеся в резуль­ тате трения новые поверхности в статическом состоянии покры­ ваются адсорбционными слоями поверхностно-активных веществ, например компонентов смазки. Пуск двигателя и первый период его работы (когда смазка еще не поступает к трущимся поверх­ ностям) характеризуются, по-видимому, условиями, близкими к граничной смазке.

Акад. Е. А. Чудаков [21] считал, что на отдельных режимах ра­ боты машины масляная пленка между деталями может оказаться слишком тонкой для полного разделения трущихся поверхностей, что могло вызывать усиленный износ. Такой характер трения име­ ет место при пуске двигателя.

В автомобильной литературе нередко даются различные оценки величины пусковых износов холодных двигателей при низких тем­ пературах, как правило, не подтвержденные экспериментами. Эти оценки весьма существенно различаются между собой.

Так, например, польский специалист Я. .Павловски, не ссылаясь на какие-либо исследования, пишет, что пуск двигателя при темпе­ ратуре —.20°С равносилен по износу пробегу в 7000 км, а при тем­ пературе —іЮ°С — пробегу в 1000 км.

А. Антонов и 3. Кричевский, анализируя данные иностранных исследований, указывают, что один пуск и разогрев двигателя при температуре стенок цилиндров —18°С эквивалентен по износу про­ бегу автомобиля в 210 км, в то время как один пуск и прогрев при температуре 5°С эквивалентен по износу пробегу в 80 км. Однако эти данные также не подтверждены экспериментально.

2И

Под действием касательной .и нормальной нагрузки граничные -.-слои проявляют способность к легчайшим тангенциальным сколь­ жениям и к .высокому сопротивлению сжатию. Поверхностные слои смазки на .металле .обладают особыми физическими свойствами, •отличными от объемных свойств смазки. Слои с толщинами ниже •критической способны выдерживать большие нормальные давле­ ния, не выходя за пределы упругости. Вязкость граничного слоя смазки толщиной порядка нескольких десятых микрона отлична от вязкости смазки в объеме. Маслянистость зависит от продолжи­ тельности пребывания смазочной пленки на поверхности и от хи­ мического состава смазки.

В. С. Щедров [22] аналитически описал взаимодействие твердой поверхности с граничной пленкой. Он сопоставляет прочность гра­ ничной пленки с силой, интенсивностью и протяженностью молеку­ лярного поля, образованного твердым телом. В . С. Щедров пола­ гает, что прочность пленки данной поверхности будет различна, ко-

.тда эта поверхность изолирована или соприкасается с другой твер­

-определяющим молекулярные свойства граничной пленки, и пара­ метрами, характеризующими свойства твердых поверхностей. Эти параметры зависят не только от материала контактирующих тел л физического состояния поверхностей, но и от температуры. Наиѵболее чувствительным к колебаниям температуры является пара­ метр, определяющий "прочность масляной пленки. С возрастанием

ки с понижением температуры должно вызывать, в свою очередь,

не следует ожидать столь больших износов двигателей в момент низкотемпературного пуска, как это принято было считать, исходя •аз классической схемы образования масляного клина по гидроди­ намической теории смазки. Далее будет предложена гипотеза пус­ кового износа двигателя на основе экспериментального исследова­ ния износов двигателя в процессе пусков при различной темпе­ ратуре.

-проведенные Е. А. Чудаковым, при положительных температурах, привели его к выводу о семикратном уменьшении .среднего износа рабочей поверхности цилиндров при условии предварительного

:26

впрыска масла к шейкам .вала и цилиндрам. Износ поршней при этом снизился примерно вдвое, а поршневых пальцев в 1,8 раза. Износ шеек коленчатого вала оставался неизменным, независимо •от того, проводился «ли не проводился впрыск масла .в двигатель.

Здесь следует обратить особое внимание на тот факт, что ожи­

пускового износа цилиндров благодаря введению дополнительной смазки, основываясь на наблюдениях в пролессе всего объема ис­ пытаний в 3000 пусков. Однако в действительности испытания со­

Рассмотрим результаты испытаний раздельно по каждому цик­ лу. В процессе 2000 пусков горячего двигателя (60°С) средний диа­ метральный пояс максимального износа цилиндров, не получивших дополнительной смазки, составил 21 мкм. В процессе того же цик­ ла износ остальных цилиндров, получивших дополнительную смаз­ ку, после 2000 пусков не был вообще обнаружен. Условно оценим этот износ за 2000 пусков минимально возможной, чисто символи­ ческой величиной в 1 мкм для того, чтобы иметь возможность про­ вести математическое сравнение полученных величин. В этом слу­ чае соотношение пусковых износов цилиндров, получающих допол­ нительную смазку и не получающих ее, составляет 1:2.1. Следова­ тельно, цилиндры горячего двигателя, не получившие дополнитель­

Таким образом, в цикле более холодных пусков соотношение пусковых износов цилиндров, получивших дополнительную смазку и не получивших ее, составляет 4:16,5, т. е. примерно 1:4. Обратим особое внимание на то, что вопреки гидродинамической теории смазки при снижении пусковой температуры двигателя'с 60°С до 8°С эффект от дополнительной смазки .цилиндров не возрос, как

следовало ожидать, а, наоборот, снизился в 5 раз (с 21 до 4). По-

27

требноеть в дополнительной смазке при пусках как бы снизилась при понижении температуры пуска и увеличении интервалов меж­ ду пусками.

Оценим абсолютную величину .пусковых взносов, полученных в'

Следовательно, износ двигателя, не получавшего дополнитель­ ной смазки, при его пусковой температуре 8°С лишь в 1,7 раза больше, чем износ при пусковой температуре 60°С Исходя из того, что в среднем двигатель изнашивался (до ремонта цилиндров) на 400 мкм лосле пробега в эксплуатации около 70 тыс. км, получим, что один пуск теплого двигателя (80,С) эквивалентен по износу 3 км пробега:

= S км.

400 мкм

Пусковой же износ полностью разогретого двигателя (60°С) эквивалентен 1,8 км пробега.

смазываемых .и смазываемых обычным образом цилиндров оказа­ лась малой — износ первых был всего лишь в 1,5 раза меньше, чем вторых, т. е. при снижении температуры эффект от дополнительной смазки снова снизился (в 8 раз), в то время как согласно гидроди­ намической теории он должен значительно возрасти.

В процессе проведенных О. В. Дыбовым испытаний было уста­ новлено, что один пуск теплого двигателя при температуре 5°С вы­

Сравнение результатов исследований, выполненных Е. А. Чудаковым и О. В. Ды'бовым, позволил установить важное явление в

28

протекании .процесса пусковых иэносов двигателей: эффект от до­ полнительной смазки цилиндров резко падает (в 5—8 раз) пр,и снижении температуры пуска и увеличении интервалов между пус­ ками.

Г И П О Т Е З А ПУСКОВОГО И З Н О С А Д В И Г А Т Е Л Я ПРИ Н И З К И Х Т Е М П Е Р А ­ ТУРАХ

Анализ гидродинамической и граничной теории смазки, а также экспериментальных работ по .оценке влияния дополнительной смаз­ ки .на износ двигателей при различных температурах позволил ав­ тору обосновать существование на трущихся поверхностях при •низких температурах прочной пусковой масляной пленки, предо­ храняющей трущиеся поверхности от форсированного износа в мо­ мент холодного пуска двигателя, и выдвинутьгипотезу пускового износа.

Основные положения этой гипотезы сводятся к следующему. Поверхности гильз цилиндров не являются идеально гладкими, а • имеют микроскопические выступы и впадины, а материал гильз (чугун) имеет довольно пористую структуру. Масло, включающее полярно-активные молекулы, прилипает к стенкам цилиндров (и колец) особенно сильно, когда оно располагается тонким .слоем и имеет низкую температуру. Благодаря молекулярным силам при­ тяжения и ориентации молекул металла и полярных молекул мас­ ла такая масляная пленка надежно разделяет трущиеся поверхно­ сти как в момент трогания поршня с места, так и при его движе­ нии с небольшими скоростями, что характерно для пусковых обо­ ротов коленчатого вала двигателя на холостом ходу.' Такая пуско­ вая масляная пленка в тонком слое обладает при низких темпера­ турах и повышенной механической прочностью (твердостью). Эта пленка на стенках цилиндров при пуске не снимается маслосъемными кольцами, так как поверхность колец покрыта такой же прочной масляной пленкой.

Надежному прилипанию пусковой масляной пленки к трущим­ ся поверхностям и приобретению ею прочностных свойств способ­ ствует длительное время воздействия молекулярных сил. смазки и металла гильз. Известно, например, что удалить старую масляную пленку тонкого слоя с пористого металла можно лишь с помощью агрессивных химических веществ и только после разогрева. Давле­ ние колец на стенку цилиндров в период пуска невелико (в связи с малым давлением газов), и поэтому процесс снятия уплотненной пусковой масляной пленки происходит небыстро.

Следует также учитывать, что снижению пусковых износов хо­ лодного двнгателя способствуют увеличивающиеся при низких тем­ пературах тепловые зазоры между цилиндром и поршнем (на J практике это явление можно заметить по снижению компрессии и [увеличению утечки воздуха при такте сжатия). Вместе с тем ма­ лая скорость перемещения поршней при пуске двигателя старте-

29