Тепловое состояние дизеля

В настоящее время уровень форсировки автомобильных дизелей достиг того предела, когда основным фактором, ограничивающим дальнейшее повышение моторесурса, а также удельных мощностных показателей, является теплонапряженность основных деталей.

Во время работы двигателя наиболее значительным тепловым нагрузкам подвергаются поршни, головки блока, гильзы и клапаны. Высокая температура деталей приводит к уменьшению зазоров, снижению прочности материала, повышению градиента температур в теле детали, а следовательно, и температурных напряжений, а также к увеличению интенсивности образования отложений продуктов окисления и полимеризации масел.

Так, перегрев поршня вызывает зависание колец, схватывание поршня в гильзе, выгорание днища и образование на нем трещин, а перегрев гильзы - ее деформацию, снижение прочности масляной пленки и ускорение старения масла. Следствием перегрева головок блока могут являться трещины перемычки между клапанами, пробой прокладок и нарушение герметичности. Перегрев клапанов обусловливает их деформацию, эрозию металла, образование трещин и сколов на фасках.

Тепловой поток, характеризующий тепловую нагрузку деталей, зависит как от количества выделившегося за цикл тепла, так и от распределения его между деталями, ограничивающими рабочий объем цилиндра. При данной конструкции двигателя температура детали характеризует ее тепловую нагрузку.

Повышение точности измерений температуры дизеля

Для повышения точности измерений температуры при применении термопар дополнительно производят ряд технологических и контрольных операций. Так, после обжатия горячего спая в пробке последнюю калибруют по наружной поверхности, что даст возможность уменьшить допуски на размеры пробки и улучшить качество ее поверхности. Это позволило изготовлять термопары и сборе с пробками большими партиями.

Все термопары после калибровки пробок проходят рентгеноконтроль для выбраковки по оставшимся внутри них неплотностям в виде пузырьков и другим дефектам. Вследствие этого повысилась стабильность измерений на одном поршне и разница между температурами сходных точек различных поршней не превышает погрешность измерений. С помощью рентгеноконтроля можно также определить местоположения спая термопары относительно установочного торца пробки с точностью ±0,1 мм. Контакты диаметром 2,5 мм на поршневой колодке изготовляют как из материала термопары, так и из стали 35. Контактные гнезда на неподвижной колодке обматывают проволокой из материала термопроводов диаметром 0,3 мм или же стальной проволокой того же диаметра. Специальными испытаниями было установлено, что укрепление клеем проводов около подвижной колодки и замена хромелевых контактов стальными повышают время работы контактного устройства и не вызывают дополнительной погрешности. Время замыкания контактов около н. м. т., соответствующее повороту коленчатого вала на угол ±20-25° дли дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 при номинальной частоте вращения, составляет 3,2-4 мс.

Схема регистрации температуры дизеля

Схема регистрации температуры принципиально не отличается от схемы, предложенной ЦНИДИ (Центральным научно-исследовательским дизельным институтом), т. е. содержит компенсирующее устройство и электронный нуль-индикатор. К недостаткам обычно применяемого электронного нуль-органа с трансформаторным входом следует отнести то, что это звено является дифференцирующим.

Поэтому при передаче П-образного сигнала последний искажается, а в случае даже незначительного нарушения контакта в токосъемном устройстве вследствие высокой скорости изменения тока в цепи картина совершенно меняется. При этом пики напряжения, наблюдаемые на экране осциллографа, могут в несколько раз превышать амплитуду основного сигнала, что сильно затрудняет процесс измерения.

Для устранения этого явления была применена схема, в которой используется нуль-орган с усилением по постоянному току без входного трансформатора и универсальный усилитель УЧ-1 с симметричным входом, что допускает соединение холодного спая с массой и достаточно большой коэффициент усиления (5-104). Напряженнее высокоомного выхода усилителя подавалось непосредственно на пластины отметчика, позволяющего легко изменять фазу синхронизации. В качестве компенсирующего устройства применялся потенциометр ПП-63.

Одним из необходимых условий при таком способе измерений является надежная экранировка всех цепей, поэтому каждая термопара имела отдельный экран, который соединялся с массой вместе со всеми приборами в одной точке. Конденсатор емкостью 0,8-1,5 мФ необходим в случае неустойчивого контакта в токосъемном устройстве.

Как показали результаты исследования нагрузочных режимов двигателей ЯМЗ разных моделей в различных условиях эксплуатации, эти режимы изменяются в широком диапазоне частот вращения и нагрузок.

Анализ состояния двигателей во время длительной эксплуатации показывает значительное отклонение регулировки топливной аппаратуры от исходной и, в частности, отклонение от номинального угла опережения впрыска топлива. Возможна разгерметизация систем выпуска и впуска, приводящая к значительному снижению давления наддува и ухудшению процесса сгорания. Нередки также случаи работы дизелей при условиях, значительно отличающихся от нормальных (например, в высокогорных районах). Для оценки работы деталей в этих условиях на ЯМЗ устанавливают зависимость температуры деталей от угла опережения впрыска топлива, противодавления на выпуске и разрежения на впуске.

Исследование влияния параметров системы охлаждения на температуру деталей необходимо для выбора подачи водяного насоса, размеров радиатора и вентилятора. Кроме того, в процессе эксплуатации радиатор забивается грязью, что снижает его эффективность и повышает температуру охлаждающей жидкости. Вследствие этого на ЯМЗ проводят исследования влияния на тепловое состояние деталей дизелей температуры и расхода охлаждающей жидкости, а также масла в системе смазки.