АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА КАТЕРЕ

Раздел: Техника

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 — берхиего. 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 н 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 н качеством сборки. Исследования показали, что из 100 двигателей заводской сборки, эксплуатируемых в одинаковых условиях, примерно 10 имеют Шторесурс, равный 50% среднего, а другие в 1,5 раза превышающий средний. Значительно больший разброс получается при ремонте и сборке двигателей в незаводских условиях. Оценка ожидаемого моторесурса двигателя на катере затруднена также тем, что большая часть опытных данных '.получена при эксплуатация его на автомобиле.

обобщенные данные, полученные при эксплуатации двигателей заводской сборки ГАЗ-21 и УМЗ-412 в различных условиях (на серийных н спортивных автомашинах и катерах) и показывающие изменение моторееурса 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 оптимальный. Следует учитывать также, что моторесурс двигателя после капитального ремонта в среднем уменьшается на 20—40%. Снижается моторесурс при работе двигателя с переохлаждением (см. § 5), при несвоевременной смене масла, а также при использовании неподходящих сортов бензина или после длительного и неправильного его хранения.

Из графиков видно, что моторесурс двигателей, постоянно работающих на режиме максимальной мощности, мал и соизмерим с ресурсом двухтактных ДШ-Р- гателей подвесных моторов. Это объясняется тем, что двигатель, установленный на легковой автомашине, на режимах максимальной мощности и частоты вращения работает очень непродолжительное время. Нагрузочные кривые А ( 2,Д,Е), соответствующие равномерному движеиию автомобиля по ровному шоссе, показывают, что мощность, необходимая для движения на эксплуатационных скоростях (60—90 км/ч), составляет всего 20—35 л. е., т. е. 25—45% максимальной.

Одним из основных параметров, характеризующих моторесурс, является относительная средняя скорость поршня (средняя скорость поршня, деленная на диаметр цилиндра), максимальные значения которой для подвесных моторов и четырехтактных двигателей имеют один порядок.

У двигателей, работающих на частичных нагрузках, также можно выделить область максимального значения моторесурса (на  2 она заштрихована). По мере уменьшения мощности моторесурс двигателя вначале резко, а по достижении определенной частоты вращения более плавно возрастает. Уменьшение моторесурса при работе двигателя в районе внешней характеристики на небольшой частоте вращения объясняется влиянием обогащенной смеси и больших нагрузок в сочетании с относительно небольшой скоростью поршня, когда ухудшаются условия образования масляной пленки между поршнем и цилиндром. Однако повышать частоту вращения при постоянной мощности целесообразно только до определенного предела, при котором устанавливаются оптимальные условия смазки. При дальнейшем повышении моторесурс уменьшается, так как инерциальные нагрузки увели- 14 чиваются 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 иа 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). Прй ремонте приходится заменять кольца чаще всего из-за их износа по высоте, поршни — из-за износа канавок под кольца, коренные и шатунные вкладм- ши —из-аа 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 изиос 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 ( 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 прн 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 иамаксимальную скорость),то расход топ- 16 лива и моторесурс за счет изменения режима работы оптимизируется. Так, при скорости 14 км/ч ( 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  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 дефецитный 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.