Тепловые режимы работы агрегатов автомобилей

Оптимальное значение температур охлаждающей жидкости и моторных масел большинства автомобильных двигателей лежит в интервале 85-95°С. При больших или меньших их значениях существенно возрастают износы де­талей ЦПГ двигателей (см. рис.3.13).

Оптимальным температурам охлаждающей жидкостей и масел соответст­вуют оптимальные значения температур поверхностей теплонагруженных де­талей.

%

0 20 40 60 80 100 /,°С

Рис.3.13. Зависимость относительной скорости изнашивания цилиндров карбюраторного и

дизельного двигателей от температуры охлаждающей жидкости (по данным НАМИ):

/ - карбюраторный двигатель, 2 — дизельный двигатель

При пониженных температурах стенок деталей ЦПГ интенсифицируются процессы их коррозионно-механического изнашивания, так как на поверхно­стях конденсируются пары воды и кислот, образующихся в отработанных га­зах. Оксиды в дальнейшем очень быстро истираются, поскольку их износо­стойкость на порядок ниже износостойкости основных материалов деталей двигателя. Увеличение износов при этом объясняется также тем, что холодные моторные масла не образуют на трущихся поверхностях масляных пленок должного качества.

Отложения на поверхностях деталей ДВС делятся на три основных вида: нагары, лаки и осадки (шламы).

Нагар - твердые углеродистые вещества, откладывающиеся во время ра­боты двигателя на поверхностях камеры сгорания. В состав нагара входят про­дукты окисления углеводородов (смолы, асфальтены, карбены, карбоиды), а также, так называемая несгораемая часть - свинец, железо и другие механиче­ские примеси. При этом отложения нагаров в камерах сгорания главным обра­зом зависят от температурных условий, даже при аналогичном составе смеси и одинаковой конструкции деталей камеры сгорания двигателей. Нагар оказыва­ет весьма существенное влияние на протекание рабочего процесса и на долго вечность его работы.

Лак - продукт изменения (окисления) тонких масляных пленок, расте­кающихся и покрывающих детали двигателя под действием высоких темпера­тур. Лаковые отложения - продукт концентрации оксикислот. В состав лака входит углерод (до 80%), а также кислород, водород и твердые несгораемые соединения (зола).

Осадки (шламы) - низкотемпературные мазеобразные отложения, пред­ставляющие собой смесь продуктов окисления углеводородов с продуктами загрязнения моторного масла эмульсиями и водой. На количество осадков ре­шающее влияние оказывает качество масла, температурный режим деталей, конструктивные особенности двигателя и условия эксплуатации. Отложения этого типа наиболее характерны для условий зимней эксплуатации, а также при частых пусках и остановках двигателя.

Тепловое состояние деталей ЦПГ принято анализировать по значениям температур в четырех характерных точках (см. рис.3.14). Значение температур в них учитываются при производстве, испытаниях и доводке ДВС для оптими­зации конструкций деталей, при выборе для двигателя моторного масла, в це­лом ряде решения других технических проблем.

а) б)

S

/

«^: 4

Рис. 3.14. Характерные точки цилиндра и поршня при анализе тепловой напряжённости:

а- для дизельных двигателей,

б- для бензиновых двигателей

Итак, значения температур в характерных точках деталей ЦПГ имеют некоторые критические уровни:

1. Максимальное значение температур в точке (в дизелях - на кромке ка­меры сгорания, в бензиновых двигателях - в центре донышка поршня) не должно превышать 350°С для всех серийно применяемых в двигателестроении алюминиевых сплавов, иначе происходит оплавление кромок камер сгорания в дизелях или прогар поршня в бензиновых двигателях.

2. Критическое значение температур в точке 2 поршня (над верхним ком­прессионным кольцом) - 250-260⁰С (кратковременно до 290°С). При пре­вышении этой величины все массовые моторные масла коксуются, что приводит к залеганию поршневых колец, потери их подвижности, в ре­зультате, к существенному уменьшению компрессии и расходу масла.

3. Предельное максимальное значение температуры точки 3 поршня (она
расположена симметрично по срезу головки поршня на внутренней его
стороне) - 220 °С. При больших температурах на внутренней поверхности поршня происходит интенсивное лакообразование. Лаковые отложения, в свою очередь, являются мощным тепловым барьером, препятствующим теплоотводу через масло. Это автоматически приводит к повышению температур во всем объеме поршня, а значит и на поверхности зеркала цилиндра.

4. Максимально допустимое значение температур в точке 4 (на поверхности цилиндра, напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке) - 200 °С. При его превышении масло разжижает­ся, что приводит к потере стабильности образования масленой пленки на зеркале цилиндра, а значит, будет происходить так называемое «сухое» трение колец по зеркалу. Это вызывает интенсификацию молекулярно-механического изнашивания деталей ЦПГ.

Характер изнашивания цилиндров ДВС весьма своеобразен (рис.3.15). В процессе эксплуатации на зеркале цилиндра, образуется характерный буртик в точке «А» напротив места остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мертвой точке, который легко ощущается пальцем руки.

На долю пусков и прогревов приходится до 60% от всего изнашивания деталей двигателей. Износ во время пуска двигателя при температуре минус 18 °С приравнивается к износу за 210 км пробега автомобиля. Другими словами, если правильно производить предпусковую подготовку, пуск и прогрев двигателя, то можно существенно повысить его ресурс (до 1,5-2 раз).

Рис.3.15. Характер изнашивания зерка­ла цилиндра ДВС

Для предотвращения перегрева охлаждающей жидкос­ти, моторного масла и двигателя в целом в конструкции его предусмотрен термостат. Он обеспечивает циркуляцию ох­лаждающей жидкости через радиатор при высоких значени­ях ее температуры, т.е. циркуляцию по так называемому "большому кругу". В этой связи необоснованны опасение, что при наличии термостата зимой, есть вероятность размораживания радиатора. У термостата для обеспечения циркуляции необходимого количества жидкости через радиа­тор имеется специальное перепускное отверстие.