Влияние режима работы на моторесурс и экономичность двигателя
Моторесурс катерного двигателя зависит от соблюдения определенных
параметров. Так, температура охлаждающей жидкости должна поддерживаться
штатным термостатом в установленных заводом пределах {см, 5).
Температура масла в картере двигателя также должна быть в пределах 70-90
причем для изношенного двигателя желательно придерживаться нижнего
предела, а для нового двигателя - верхнего. Давление масла должно лежать
в пределах 2,5-4 кгс/см2 на эксплуатационных режимах и не снижаться
менее 0,5-0,8 кгс/см2 на холостом ходу (при горячем масле).
Однако для получения большого срока службы двигателя соблюдения этих
условий недостаточно. Неправильно выбранное соотношение между частотой
вращения и моментом при заданной мощности может привести к сокращению
службы двигателя в 3-5 раз.
Прогнозировать ожидаемый моторесурс двигателя 'И зависимости от
снимаемой мощности и частоты вращения весьма сложно; он в большой
степени определяется еще и качеством сборки. Исследования показали, что
из 100 двигателей заводской сборки, эксплуатируемых в одинаковых
условиях, примерно 10 имеют моторесурс, равный 50% среднего, а другие
моторесурс, в 1,5 раза превышающий средний. Значительно больший разброс
получается при ремонте и сборке двигателей в не заводских условиях.
Оценка ожидаемого моторесурса двигателя на катере затруднена также тем,
что большая часть опытных данных получена при эксплуатация его на
автомобиле.
На рис. 2, д, е приведены обобщенные данные, полученные при эксплуатации
двигателей заводской сборки ГАЗ-21 и УМЗ-412 в различных условиях (на
серийных и спортивных автомашинах и катерах) и показывающие изменение
моторесурса в зависимости от снимаемой мощности и частоты вращения.
Несмотря на то, что графики имеют ориентировочный характер, они
позволяют сравнить моторесурсы двигателей на различных режимах работы и
выбрать изнашиваются быстрее, чем уменьшаются нагрузки, действующие на
поршень при сгорании топлива; к тому же увеличивается путь трения
поршня, т. е. путь, проходимый поршнем за единицу времени.
Характер износа деталей двигателя зависит от нагрузки и частоты
вращения. Так, у двигателей, работающих на автомобиле, необходимость в
ремонте цилиндров и шеек коленчатого вала обычно возникает одновременно.
Нагрузка двигателя на глиссирующем катере максимальна, а частота
вращения близка к максимальной; температурные условия работы вкладышей
при этом также очень тяжелые, а сочетания высокой температуры и
максимальных давлений приводят к увеличению их усталостного износа.
Малая толщина масляного слоя препятствует вымыванию из зазора продуктов
износа, которые вдавливаются в поверхность вкладышей. Такие вкладыши,
имеющие иногда незначительный собственный износ, способны вызвать в
дальнейшем ускоренный износ шеек коленчатого вала.
Сочетание высоких давлений и максимальных температур на таких режимах
ухудшает условия работы поршней и колец. Компрессионные кольца работают
преимущественно в условиях полусухого и даже сухого трения, что приводит
к их интенсивному радиальному износу. Кроме того, кольца изнашиваются по
высоте. Это объясняется тем, что под действием знакопеременных нагрузок,
действующих на поршень при изменении направления его движения, кольца
попеременно поджимаются то к верхней, то к нижней плоскости канавки
поршня. Это вызывает усталостный износ как самих колец, так и канавок
поршня (причем, как правило, в большей степени). Такому износу
подвержены высокооборотные двигатели, имеющие большую степень сжатия
(например, УМЗ-412).
В еще более тяжелых условиях работают клапаны, особенно выпускные.
Температура тарелки такого клапана может достигать 900 °С, причем
существенно повышается температура стержня клапана. Ухудшается его
смазка и, следовательно, увеличивается износ как стержня клапана, так и
направляющей втулки. В результате через 350-600 ч работы на глиссирующем
катере возникает необходимость проведения текущего ремонта двигателя
(большие цифры относятся к двигателям большей мощности и заводской
сборки). При ремонте приходится заменять кольца чаще всего из-за их
износа по высоте, поршни - из-за износа канавок под кольца, коренные и
шатунные вкладыши -из-за усталостных износов и наличия вдавленных в
поверхность инородных включений; выпускные клапаны и их втулки - из-за
износа в сопряжениях.
Для глиссирующих катеров, где требуется большая мощность, можно
рекомендовать режим работы, соответствующий переходу на графике по
заштрихованной области в направлении увеличения частоты вращения: для
двигателя ГАЗ-21 - до 3100-3400, для двигателя УМЗ-412-до 4500 об/мин,
что соответствует изолинии расхода 230 г/(л.с.ч) при мощности 55-60
л.е.; при этом срок службы до капитального ремонта составит 600-1000 ч.
Текущий ремонт необходимо выполнять через 400-600 ч работы на этом
режиме, что позволит заметно увеличить срок службы двигателя до
капитального ремонта.
На водоизмещающих судах, как правило, удается добиться эксплуатации
двигателя в оптимальном режиме, при этом происходит относительно
равномерный износ большинства узлов двигателя. На таком катере часто
выгоднее применять заведомо тяжелые гребные винты, что приводит к
увеличению экономичности и моторесурса.
Сказанное можно пояснить примером эксплуатации двигателя ГАЗ-21. При
винте, рассчитанном на достижение максимальной скорости 20 км/ч, с
двигателя будет сниматься мощность 55 л, с. при 3200 об/мин (рис. 2, ж,
сплошная линия). При этом расход топлива G будет равен 0,89 кг/км,
пробег до капитального ремонта составит Д= 19 000 км, а до текущего
ремонта 19000-0,55 < 10 000 км. Характер изменения кривых путевого
расхода и моторесурса показывает, что при уменьшении скорости до 12-16
км/ч расход топлива снижается в 1,5-2 раза, а моторесурс увеличивается
более чем в 2 раза. Если же этот катер эксплуатировать с гребным винтом,
рассчитанным на крейсерскую скорость около 16 км/ч (диаметр такого винта
будет на 20-30% больше диаметра винта, рассчитанного максимальную
скорость),то расход топлива и моторесурс за счет изменения режима работы
оптимизируется. Так, при скорости 14 км/ч (рис. 2, ж, пунктирные линии),
снимаемой мощности 20 л. с. и частоте вращения 1500 об/мин расход
топлива будет равен 0,42 против 0,48 кг/км, а пробег составит 60 тыс. км
против 40 тыс. км. Учитывая, что КПД крейсерского винта будет на 10-15%
выше, реальная экономия бензина составит 25-30% (максимальная скорость
катера-. с <крейсерским> винтом, правда, уменьшится на 2-2,5 км/ч).
У двигателей автомобилей <Москвич-408> и <Жигули> BA3-2103 удельный
расход топлива приблизительно такой же, как у двигателей УМЗ-412. Его
можно оценить по данным рис. 2, б, считая, что одинаковые удельные
расходы топлива соответствуют одинаковым значениям относительной
мощности двигателей, Однако моторесурс этих двигателей будет меньше
ресурсов двигателя УМЗ-412 на 15-25% (при одинаковых относительных
мощностях). Широкому использованию этих двигателей (как, впрочем, и
двигателя УМЗ-412) на катерах препятствует высокая степень сжатия, что
обусловливает необходимость использовать дефицитный бензин АИ-93.
Поэтому перед установкой на катер такой двигатель целесообразно
дефорсировать по степени сжатия (довести ее до 7,0- 7,3), чтобы можно
было работать на бензине А-76. Для этого под головку блока нужно
установить две фирменные прокладки с промежуточной медной или латунной
самодельной прокладкой толщиной 1,5 мм. Есть и другой, более сложный
путь: учитывая, что при уменьшении степени сжатия нагрузки на головку
поршня уменьшаются, можно ее подрезать. Для перевода двигателя УМЗ-412
на бензин А-76 можно подрезать головку поршня по сфере в центре на
глубину 3 мм и по краям на 1 мм [28].
При дефорсировании двигателей высокооктановый бензин с большим
содержанием тетраэтилсвинца будет заменен более дешевым и
распространенным низкооктановым бензином, содержащим гораздо меньше
свинца или совсем не содержащим его; кроме того, в продуктах сгорания
уменьшится содержание окислов азота. С этой точки зрения применение
дефорсированных двигателей следует признать целесообразным.
