Сгорание в поршневых двигателях (Брозе Д.) - часть 58

 

231 

смазка  всех  деталей  при  высоких  относительных  скоростях, 

причем  непосредственный  контакт  металлических  поверх- 

ностей  допускается  только  при  условиях,  исключающих 

явление  задира,  истирания  и  коррозионного  износа.  Все 

эти  проблемы  могут  быть  решены  при  конструировании, 

правильном  выборе  материалов,  размеров  и  качества 

обработки  поверхностей.  В  последующем  изложении  эти 

вопросы не рассматриваются.

 

379.  В  поршневых  двигателях,  кроме  механических  и 

тепловых  нагрузок,  имеют  место  химические  процессы, 

которые могут вызвать:

 

1.  Осаждения  или  отложения  на  деталях,  затрудняю- 

щие их работу (см. абзац 381 и последующие). 

2.  Изменение  свойств  смазочного  масла  или  исчезно- 

вение  его  с  определенных  мест  (см.  абзац  393  и  последу- 

ющие). 

3.  Уменьшение  допустимых  с  точки  зрения  усталостной 

прочности  напряжений  вследствие  химической  коррозии 
(абзац 400). 

4.  Разрушение  поверхности  материала  химической  кор- 

розией (см. абзац 401 и последующие). 

Из-за  этих  нарушений  необходимо  часто  осматривать 

двигатели.  Осмотры  нередко  сопровождаются  очисткой 

и  сменой  деталей,  ставших  дефектными.  Опыт  показал,  что 

по  возможности  необходимо  планировать  такие  осмотры 

и  не  задерживать  замену  частей  до  того,  как  нарушение 

условий  работы  станет  опасным,  и  в  результате  двигатель 

окажется 

неработоспособным 

(предупредительное 

обслу- 

живание).  Эти  операции  всегда  в  той  или  иной  мере  ухуд- 

шают  экономичность  использования  двигателя  как  из-за 

стоимости  самих  работ,  так  и  вследствие  того,  что  двига- 

тель  или  в  некоторых  случаях  целый  агрегат,  составной 

частью  которого  этот  двигатель  является,  находится  в  не- 

рабочем  состоянии  в  течение  определенного  периода  вре- 

мени.  В  этом  отношении  особенно  невыгодны  уже  изно- 

шенные  двигатели.  Дизели,  которые  при  их  внедрении 

очень  рекламировались  в  качестве  наиболее  экономичного 

теплового  двигателя,  оказались  таковыми  только  с  точки 

зрения  к.  п.  д.  Хотя  топливо,  необходимое  для  их  эксплу- 

атации,  было  относительно  дешевле,  повышенная  сто- 

имость  обслуживания  и  ремонтов  приводила  к  тому,  что 

полная  стоимость  эксплуатации  на  1  л.  с./ч  оказалась 

высокой. С течением времени эти показатели были улуч-

 

 

232 

шены,  и  быстроходные  дизели  нашли  применение  на  гру- 

зовых  автомобилях,  автобусах  и  тракторах,  вытесняя 

бензиновые 

двигатели  вследствие  использования  более 

дешевого  топлива  и  более  высокой  экономичности.  Сравне- 

ние  степени  загрязнения  двигателей  всевозможными  от- 

ложениями  оказалось  не  в  пользу  дизеля.  Вследствие 

высокого  износа  цилиндров  и  поршневых  колец  у  бен- 

зинового  двигателя  конструкторам  и  технологам  при- 

шлось  решать  большую  проблему,  когда  автомобили  стали 

универсальным средством повседневного транспорта.

 

380.  Все  приведенные  выше  проблемы  возникли  в  три- 

дцатых  годах.  Тогда  же  они  были  изучены  и  в  принципе 

разрешены.  Однако  полное  использование  этих  решений 

было      повсеместно      осуществлено      только      после      второй 

мировой  войны,  что  привело  к  весьма  значительному  улуч- 

шению  экономичности  эксплуатации  поршневых  двигате- 

лей  различных  типов.  Последняя  большая  проблема  ана- 

логичного      типа,      которая      была      решена      только      после 
1950  г.,  заключалась  в  обеспечении  надежной  эксплуата- 

ции  при  малой  стоимости  обслуживания  судовых  дизелей, 

сжигающих  дешевое  тяжелое  нефтяное  топливо  (на  30— 
50%  более  дешевое,  чем  дизельное).  Это  обстоятельство 

помогло  судовым  дизелям  выдержать  конкуренцию  с  со- 

временными,      весьма      совершенными      силовыми      установ- 

ками  —  паровыми  турбинами.  Ниже  приведен  обзор  основ- 

ных  затронутых  проблем  с  ссылками  на  абзацы,  в  которых 

уже    рассматривались    причины    и    следствия    отдельных 

явлений.

 

 
НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫЕ ОСАЖДЕНИЯ И ОТЛОЖЕНИЯ 

381.  Осаждение    топлива.      Бензин    может  осаждаться 

практически  только  в  холодном  двигателе  непосредственно 

после  пуска.  При  этом  он  может  смыть  пленку  смазочного 

масла со стенок цилиндра (абзац 402).

 

Керосин,  примененный  в  карбюраторных  двигателях 

(старые  тракторные  двигатели),  осаждается  даже  тогда, 

когда  двигатель  прогрет,  и  приводит  к  разжижению  сма- 

зочного  масла.  Это  обычно  компенсировалось  применением 

смазочного  масла  высокой  вязкости  и  никогда  не  причи- 

няло  особых  затруднений  при  эксплуатации  указанных 

двигателей,  имевших  низкую  степень  сжатия  и  умерен- 

ную форсировку.

 

 

233 

Дизельное  топливо  обычно  не  осаждается  на  стенках. 

Оно  практически  осаждалось  только  в  нефтяном  двига- 

теле  Гессельмана  с  искровым  зажиганием  и  несколько  раз- 

жижало  смазочное  масло,  поэтому  масло  нужно  было  чаще 

менять. При этом стоимость эксплуатации повышалась.

 

Осаждение  нефтяного  топлива  более  вредно  в  двига- 

телях,  работающих  значительное  время  на  режимах 

малых  нагрузок,  так  как  нефть  со  своими  остаточными 

компонентами  способна  образовать  больше  сажи,  чем 

само  смазочное  масло  (на  поршне,  в  выпускных  каналах). 

Для  уменьшения  сажеобразования  необходимо  стремиться 

к  улучшению  процесса  горения  и,  кроме  того,  избегать 

длительной  эксплуатации  на  малых  нагрузках  всех  дизе- 

лей,  работающих  на  нефти,  кроме  очень  больших  тихо- 

ходных  судовых  двигателей,  или  переходить  на  использо- 

вание более легкого топлива.

 

382.  Осаждение  воды  и  водных  растворов.  Углеводо- 

роды  в  результате  горения  образуют  воду  в  количестве, 

несколько  превышающем  массу  самого  сгоревшего  то- 

плива.  Вода  эта  в  холодном  двигателе  начинает  оса- 

ждаться.  В  бензиновом  двигателе  вода  осаждается  в  боль- 

шей  степени,  чем  в  дизеле,  так  как  коэффициент  КС 

здесь  всегда  равен  единице  и  более,  особенно  при  холодном 

двигателе.  Парциальное  давление  паров  воды  при  этом 

столь  велико,  что  точка  росы  лежит  примерно  около  50°  С. 

До  достижения  стенками  цилиндра  этой  температуры  они 

оказываются  покрытыми  осевшей  водой.  Это  относится 

также  к  прочим  деталям  двигателя  (картер,  крышка 

головки,  картер  распределительных  шестерен)  вслед- 

ствие  утечки  продуктов  сгорания,  содержащих  водяной 

пар,  вдоль  поршней  и  стержней  клапанов.  Это  осаждение 

воды,  которое  обнаруживается  в  виде  тонкой  эмульсии 

в  смазочном  масле,  может  быть  весьма  вредным  и  опасным 

из-за  собирания  на  поверхности  капелек  воды  загрязне- 

ний  и  продуктов  окисления  (рис.  180)  как  следствие  обра- 

зования  диполей  этих  продуктов  и  воды.  Когда  по  мере 

прогрева  двигателя  вода  испаряется,  твердые  частички 

остаются  и  могут  при  дальнейшей  коагуляции  образовать 

отложения  в  самом  масле,  в  полом  коленчатом  вале  (нару- 

шение смазки), под крышкой головки и в других полостях.

 

Коррозия  может  быть  вызвана  также  присутствием 

в  конденсате  кислот,  образовавшихся  в  процессе  горения, 

которые способствуют  износу цилиндров  и  поршневых

 

 

234 

колец  (см.  рис.  181,  абзац  401).  Скорость  износа  поршне- 

вых  колец  измеряется  потерей  массы  кольца  на  каждый 

галлон израсходованного топлива.

 

383.  Наиболее  эффективное  средство  борьбы  с  ука- 

занными  явлениями  —  ускорение  процесса  прогрева 
(воздушное  охлаждение;  водяное  охлаждение  с  термо- 

статом,  обеспечивающим  перепуск  воды,  минуя  радиатор). 

Препятствуют    коагуляции    сажевых   частиц   присадки

 

 

Рис.      180.      Схематическое      представление      влияния      содержания      воды 

в  масле  на  накопление  кислородных  соединений  с  заряженными  конце- 

выми группами:

 

/ — водяная фаза;   // — масляная фаза; a — общая схема; б — деталь схемы

 

в   увеличенном   масштабе;   1 — деталь; 2 — капля   воды;   3 — кислородные

 

соединения,    расположенные   хаотично   в  масле;   4 — разделяющая  поверх

 

ность;   5 — поляризованная   оксигруппа;  6 — нейтральный   СН-радикал

 

к  смазочному  маслу,  обладающие  диспергирующим  (рас- 

сеивающим)  действием,  —  так  называемые  моющие  при- 

садки.  При  этом  твердые  частички  остаются  взвешен- 

ными в масле и оказываются безвредными.

 

384.  Осаждение  воды  в  дизелях  имеет  место  в  значи- 

тельно  меньшей  степени  вследствие  намного  большего 

избытка  воздуха  (коэффициент  КС  при  холостом  ходе 

равен  около  0,15),  но  во  многих  случаях  это  осаждение 

воды  более  вредно  вследствие  содержания  в  топливе  серы. 

Сера  первоначально  сгорает  в  относительно  безвредную 

двуокись  серы  SO

2

,  которая,  однако,  вблизи  стенки 

цилиндра  может  превратиться  в  трехокись  серы  SO

3 

в  результате  каталитического  действия  кислородсодер- 

жащих  соединений  углеводородов  и  металлических  частиц. 

Поэтому 

возможно 

образование 

разбавленной 

серной 

кислоты,  обладающей  намного  более  высокой  точкой  росы 

и  приводящей  к  усиленному  коррозионному  износу  (см. 

абзац 401 и последующие). Соединение SO

3

 само по себе