АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА КАТЕРЕ

Раздел: Техника

Получить в реальных условиях эксплуатации конвертированного двигателя высокую экономичность, долговечность и надежность, т. е. качества, характерные для автомобильных двигателей, можно только при правильном выборе температурного режима эксплуатации двигателя. В процессе проектирования и доводки автомобильного двигателя зазоры в сопряжениях, толщину деталей, материалы и др. выбирают исходя из нормальной температуры охлаждающей воды (80—90°), при этом разность температур входящей и выходящей из двигателя воды не должна превышать 10°. Такой температурный режим следует поддерживать и для конвертированного двигателя, установленного на катере. Особенно нежелательна работа двигателя с пониженной температурой охлаждающей воды: при этом увеличивается износ детален цилнндро-поршневой группы, вследствие смывания смазки со стенок цилиндров при плохом испарении топлива, а также резкого увеличения коррозионного износа. Последнее объясняется тем, что при температуре охлаждающей воды менее 60—70° температура стенок цилиндров может оказаться равной 80—90°, т. е. ниже точки росы; это приведет к конденсации паров воды, содержащихся в продуктах сгорания. Растворение сернистых газов, также содержащихся в этом конденсате, вызовет образование пленки электролита, способствующей интенсивному коррозионному износу.

Попадание конденсата в масло резко увеличивает образование липких отложений (шлама), которые забивают масляные фильтры и каналы. Это в свою очередь приводит к уменьшению или даже полному прекращению подачи масла к отдельным узлам.

Неполное сгорание топлива, а также увеличение затрат мощности па преодоление сил трения, связанного как со смыванием смазки, так и с увеличением вязкости масла, снижает мощность и экономичность двигателя. Так, при температуре охлаждающей воды 50—55° интенсивность износа увеличивается в 2 раза п удельный расход топлива увеличивается на 5— 10%, а при температуре охлаждающей воды 25—20° интенсивность износа увеличивается уже в 6 раз. В этом случае моторесурс автомобильного двигателя оказывается ниже, чем у подвесных моторов, хотя условия охлаждения (температура воды па входе п выходе) у них практически одинаковы.

Такой, казалось бы, парадоксальный результат объясняется тем, что разность температур стенки цилиндра и охлаждающей жидкости у подвесных моторов значительно больше, чем у стационарного двигателя. Это связано с большими литровыми мощностями и, следовательно, с большим количеством теплоты, отводимой системой охлаждения с единицы площади камеры сгорания. Поэтому при одинаковых условиях охлаждения разность температур у более форсированных двигателей (при одинаковых материалах и толщине стенки) будет больше. Если у нефорсировапных автомобильных двигателей эта разность составляет от 65 до 15° (большие значения относятся к верхней части цилиндра), то у подвесных моторов она 80—160°, т. е. температура поверхности цилиндра, как правило, выше точки росы и, следовательно, коррозиониый износ отсутствует. Особенно заметно падают экономичность и мощность с понижением температуры у двигателей, имеющих подогреваемый водой впуск- ной коллектор («Москвич-407», -412). Поэтому конвертированные двигатели, в отличне от подвесных моторов, плохо переносят охлаждение забортной водой.

Если попытаться повысить температуру охлаждающей воды за счет уменьшения ее расхода, это приведет к получению большой разности температур воды на входе в двигатель и выходе из него; она может достигать 60° против 5—10° при эксплуатации двигателя на автомобиле. При этом из-за низкой температуры воды на входе отдельные участки двигателя будут оставаться переохлажденными. С другой стороны, большая разность температур охлаждающей воды приводит к деформациям деталей двигателя, к их взаимному перекосу, а потому к повышенному износу,

В результате нагрева охлаждающей воды растворенные в ней соли выпадают в осадок, причем часть их прочно пристает к стенкам блока. Наиболее интенсивная пакипь образуется в местах, где температура охлаждающей воды максимальна, что еще более увеличивает температурные деформации, а следовательно, и износ двигателя.

В несколько лучших условиях будет работать двигатель, охлаждаемый забортной водой, при наличии у пего термостата, перепускного канала (малого круга) и штатной водяной помцы. При прогреве двигателя, когда термостат закрыт, вода циркулирует по малому кругу, пока не нагревается до требуемой температуры. После нагрева часть воды через приоткрывшийся термостат будет слита за борт, а ее место займет холодная вода, которая и понизит температуру циркулирующей воды. В этом случае тепловой режим двигателя в начальный период эксплуатации будет близок к оптимальному. Однако интенсивное и неравномерное образование накипи в конце концов, как я в предыдущем случае, приведет к тепловым деформациям деталей и, следовательно, к повышенному износу двигателя.

По мере дальнейшего увеличения толщины слоя пакнпп, которая имеет очень низкую теплопроводность, двигатель начнет перегреваться. Вначале это будет незаметно, так как температура охлаждающей поды будет по-прежнему в норме (в данном случае она определяется характеристиками термостата). Объясняется это тем, что при увеличении толщины слоя накипи на стенках цилиндров до 1,5—2,5 мм разность температур стенок камеры сгорания и охлаждающей воды увеличится настолько, что температура внутренних стенок цилиндров в верхней части повысится от 150 до 250—300°, т. е. достигнет предельно допустимых значений. При этом износ двигателя усиливается вследствие разжижения масла и усиления газовой коррозии, одновременно увеличивается вероятность его поломкн (заклинивание и обрыв поршней, задиры зеркала цилиндра, поломка колец и т.д.).

Установить такой перегрев двигателя на катере можно по следующим косвенным признакам. Во время движения катера малым ходом при резком открытии дроссельной заслонки детонационные «позванивания» двигателя, который до этого несколько десятков минут работал на полной мощности, проявляются значительно сильнее, чем у двигателя, прогретого на малых нагрузках. При выключении зажигания перегретый двигатель в течение некоторого времени продолжает неустойчиво работать за счет самовоспламе- нения рабочей смеси в отдельных цилиндрах от перегретых поверхностей поршня и головки цилиндра (аналогичные явления могут иметь место также при чрезмерном отложении нагара, но у двигателей, длительно работающих с перегревом, нагарообразование невелико). Частота вращения двигателя, работающего с постоянной нагрузкой, несколько уменьшается по мере перегрева; одновременно звук становится более глухим. Если в этот момент резко скинуть газ до холостых оборотов, двигатель, имеющий, нормальные зазоры между цилиндром и поршнем, как правило, глохнет. При этом вследствие того, что перегретые стенки цилиндров будут отдавать свою теплоту воде, находящейся в блоке, температура воды в течение 1 — 2 мин после остановки будет повышаться и может достичь температуры кипения. При нормальном же тепловом режиме такое повышение температуры, как правило, незаметно. Естественно, что это справедливо только для таких схем охлаждения, где охлаждающая вода остается в двигателе после его остановки.

Наконец, у двигателей, работающих с перегревом, чаще пригорают кольца. Поэтому если двигатель ох- лаждается забортной водой, схему с термостатом можно применять для водоизмещающих катеров, двигатель которых работает на частичных нагрузках; при этом целесообразно оставить штатный насос для циркулирования воды по малому кругу. У двигателей глиссирующих судов, которые работают на более напряженных режимах, термостат вынимается, а температура охлаждающей воды (f = 60°) поддерживается при помощи регулирующего крапа. Во всех случаях воду необходимо подогревать перед входом в двигатель, пропуская ее последовательно через охлаждаемый глушитель, коллектор, водом асляный холодильник и только после этого — па вход в штатный водяной насос.

При одноконтурной схеме охлаждения необходимо тщательно следить за толщиной слоя накипи на стенках головки и цилиндров, удаляя ее по мере необходимости в соответствии с инструкцией. На интенсивность образования накипи влияет жесткость забортной воды. Расчеты показывают, что при средней жесткости воды и температуре 90° слон накипи толщиной 1,5 мм может образоваться за 100—200 ч работы двигателя, в то время как в соленой воде это может произойти в несколько раз быстрее.

Несмотря на то что одноконтурные системы все еще находят применение при недостаточно квалифицированном конвертировании двигателей, их использование не может быть рекомендовано, поскольку они не позволяют реализовать основные преимущества стационарного двигателя. В отличие от этих систем, в замкнутой системе охлаждения пресная вода циркулирует так же, как в автомобильном двигателе, что легко позволяет обеспечпть оптимальный тепловой режим. Охлаждение воды внутреннего контура в этом случае происходит в специальном теплообменнике— водо-водяном холодильнике.

принципиальные схемы замкнутых систем охлаждения, различающиеся в зависимости от типа водо-водяного холодильника, забортного насоса, режима движения и т. д. Общее для этих схем — наличие двух контуров охлаждения: замкнутого внутреннего и разомкнутого внешнего (забортной воды). Все системы охлаждения должны отвечать следующим основным требованиям: разность температур на входе и выходе должна составлять 5— 10° при температуре охлаждающей воды 80—90°; потери давления охлаждающей жидкости между расширительным бачком и входом в насос пресной воды не должны превышать 1—2 м вод. ст. При больших потерях давления (4—5 м вод. ст.) давление перед входом в насос будет меньше атмосферного и кипение воды начнется при i « 85°, т. е. при температуре охлаждающей жидкости. Естественно, что насос внутреннего коитура при этом работать не будет. Однако даже при меньших потерях, когда разница между температурой кипения и температурой охлаждающей воды составляет менее 10°, производительность насоса из-за кавитациопных явлений будет меньше требуемой. В связи с этим при разработке элементов схем охлаждения следует не только определять площади теплообменников, необходимых для нормального охлаждения тех или иных узлов, но и подбирать такие гидравлические сопротивления, которые обеспечивали бы требуемые режимы работы насосов как внутреннего, так п внешнего контура. Более подробно отдельные элементы схем (см.  3) будут рассмотрены ниже.