Влияние низкой температуры на пусковые износы двигателей

В Российской Федерации около 80% грузовых автомобилей и другой техники эксплуатируется в зонах с довольно продолжительным холодным периодом. Так, в районах Крайнего Севера России продолжительность зимнего периода превышает 300 дней в год, а температура воздуха опускается ниже – 60^оС. В районах умеренного климата отрицательные температуры воздуха наблюдаются полгода. В этих условиях, как правило, хранение техники безгаражное. Такие условия эксплуатации предъявляют высокие требования к надежности подвижного состава автомобильного транспорта, к качеству эксплутационных материалов и технологическому оборудованию по предпусковой подготовке. Особенно актуальна эта проблема для двигателей, на которые приходится основная часть отказов, особенно в зимнее время.

Наиболее обоснованное объяснение пусковых износов дал Г.С. Лосавио. Поверхность деталей двигателя (гильз цилиндров, поршневых колец, шеек коленчатого вала, вкладышей) имеет микровыступы и микровпадины. Масло, включающее полярно-активные молекулы, прилипает к поверхности деталей. Благодаря этому масляная пленка надежно разделяет трущиеся поверхности, как в начале трения деталей, так и при их относительном движении с небольшими скоростями, что характерно для пусковых оборотов коленчатого вала. Эта пусковая масляная пленка в тонком слое обладает при низкой температуре повышенной механической прочностью из-за высокой вязкости.

В других условиях оказываются и трущиеся поверхности, и пусковая масляная пленка в последующий после пуска период прогрева двигателя на холостых оборотах. При этом частота вращения коленчатого вала существенно выше (в 3-4 раза), но свежее масло еще не подается к поверхности трения из-за ее низкой температуры и высокой вязкости. Пусковая масляная пленка начинает разрушаться из-за быстрого повышения температуры, снижения вязкости и несущей способности. Эти процессы протекают в двигателе в течение 0,5-2 мин (Рис. 2.73), то есть в несколько раз продолжительнее самого пуска (5-15 с).

Во второй более длительный период прогрева (3-7 мин) двигателя на холостом ходу действуют все разрушительные факторы первого периода. Но в это время уже поступает масло из картера двигателя и температура и интенсивность изнашивания поверхностей трения снижаются. Следовательно, основной износ трущихся поверхностей обусловлен суммарным влиянием указанных факторов и происходит в период после пускового прогрева холодного двигателя. Используя эти соотношения и экспериментальные данные нескольких исследователей, была построена кривая (Рис. 2.74) пробега эквивалентного одному пуску по износу в зависимости от температуры окружающего воздуха. Видно, что в интервале температур от -30^оС до +30^оС этот пробег, а, следовательно, и потеря ресурса, возрастает в шесть раз.

Рис. 2.73. Зависимость времени τ запаздывания поступления масла к подшипникам после начала прокручивания коленчатого вала холодного двигателя от температуры t окружающего воздуха.

Рис. 2.74. Зависимость пусковых износов двигателей от температуры по данным
различных исследователей:

1- по Е.А. Чудакову: 2- по О.В. Дыбову; 3- по В.В. Карницкому; 4- по Л.А. Демьянову; 5- по Г.С. Лосавно;
6- по А.И. Туркевичу; 7- по А.А. Гурееву; 8- по Г.С. Савельеву.

После пуска и прогрева тепловой режим двигателя существенно зависит от температуры окружающего воздуха. Так температура охлаждающей жидкости в двигателях КамАЗ-740 при температуре окружающей среды +20^оС составляет в среднем 86^оС, а при температуре окружающего воздуха -20^оС в среднем 68^оС. Это также существенно сказывается на интенсивности изнашивания деталей двигателей.

При низкой температуре вследствие высокой вязкости масла его расход через пары трения недостаточен, из-за чего температура масляной пленки и поверхности трения высокая. По мере прогрева масла расход его через пары трения возрастает, что снижает температуру поверхности трения. Дальнейшее повышение температуры масла ведет к пропорциональному увеличению температуры поверхности трения, так как расход масла через пары трения при этом уже стабилизируется. Выполненные экспериментальные исследования по оригинальным методикам подтверждают полученные данные, о чем можно судить по Рис. 2.75.

Рис. 2.75. Зависимость температуры t коренных вкладышей (1), интенсивности изнашивания α шатунных (2) и коренных (3) шеек, гильз цилиндров (4) от температуры t_м масла в картере двигателя.

Для обеспечения надежного запуска в зимнее время необходимо выполнить условие: частота вращения коленчатого вала стартером должна быть выше пусковой частоты. Минимальная пусковая частота по мере снижения температуры окружающего воздуха увеличивается (Рис. 2.76)

Рис. 2.77. Зависимость минимальных пусковых оборотов дизеля СМД-14 от температуры окружающего воздуха.

Частота вращения коленчатого вала стартером при снижении температуры окружающего воздуха уменьшается (Рис. 2.78) из-за снижения емкости аккумулятора, которая обусловлена повышением вязкости электролита и ухудшением условий подзарядки.

Рис. 2.78. Зависимость минимальных пусковых частот n вращения коленчатого вала двигателя КамАЗ от температуры окружающего воздуха t_воз:

1 – без применения элетрофакельного подогревателя; 2 – с применением электрофакельного подогревателя.

Поэтому для обеспечения надежности зимнего запуска двигателя необходима тепловая подготовка, в том числе и индивидуальная с помощью пусковых подогревателей. Об эффективности их можно судить по данным (Рис. 2.78) из которых видно, что надежный пуск при использовании пускового подогревателя достигает температуры окружающего воздуха – 30^оС, в то время как без него только – 10^оС.

Таким образом, для повышения надежности автомобилей в зимнее время необходимо улучшить условия запуска двигателя за счет использования различных способов и средств тепловой подготовки, в том числе и индивидуальных пусковых подогревателей.