Наиболее часто встречающимися причинами выхода из строя деталей цилиндро-поршневой группы двигателей яв­ляется нарушение теплового режима — вы­сокая температура деталей (локальных зон) или, наоборот, низкая температура охлаждающей жидкости и, соответственно, деталей двигателя.

    На практике отдельные участки поршня и головки блока нагреваются порой до 300 °С и выше. Однако предел прочности металла на разрыв начинает резко снижаться уже при 150 °С. Кроме того, повышение температуры выше 150 °С приводит к быстрому пригоранию поршневых колец, а также к интен­сификации окислительных процессов в масле и нагарообраованию. С ростом температуры увеличиваются температурные деформации гильзы, искажающие ее форму, что увеличивает давление поршневых колец на гильзу в некоторых местах контакта, особенно в верхней части. При этом происходит закоксовывание распылителей форсунок, что приводит к ухуд­шению качества распыливания топлива и, как следствие, к повышению температуры. Таким образом, происходит как бы замкнутый цикл, при котором следует учитывать не только действие, но и взаимодействие рассматриваемых факторов. Следует отметить, что на температурный режим двигателей оказывают влияние режим работы и качество регулировок.

Перегрев двигателя вызывает понижение вязкости масла, срыв масляной пленки, что ведет к повышению скорости изнашивания и деформации деталей. При этом происходят быст­рое окисление и старение смазочного масла и, как следствие, интенсивные лаковые отложения. Однако наиболее опасно не повышение температурного режима, а его снижение.

    Температурный режим работы двигателя в эксплуатации обычно оценивают по температуре охлаждающей жидкости или масла (рис. 4.4). Как видно из графика, оптимальный тепловой режим, при котором износ двигателя будет мини­мальным, находится в диапазоне 70—90°С, а при отклонении температуры охлаждающей жидкости в ту или иную сторону износ двигателя увеличивается.

    Многочисленными исследованиями установлено, что сум­марный износ поршневых колец, поршня, гильзы и под­шипника нижней головки шатуна при температуре охлаждаю­щей жидкости на выходе 30 °С в 6,5 раза больше, чем при но­минальной температуре (85 °С), а при t = 115 °С суммарный износ оказался выше по сравнению с номинальным тепловым режимом в 1,5 раза. При снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 70°С отдельные участки поверхности гильз увлажняются конденсатом воды, и содержащиеся

Рис.4.4- Зависимость износа деталей двигателя от температуры охлаждающей жидкости.

продукты сгорания сернистых соединений и другие коррозийно-актив­ные элементы растворяются. При этом образуются серная и сернистая кислоты, что способствует интенсивному кор­розийно-механическому изнашиванию цилиндров.

    Содержание серы в топливе влияет на образова­ние нагара в камере сгорания, на поршне, клапанах, на про­цесс старения масла, снижает октановое число бензина. Нагар и коксующиеся отложения в двигателе при наличии серы в топливе приобретают повышенную твердость и более высокие абразивные свойства.

   При повышении содержания серы уве­личивается содержание железа в моторном масле, что способ­ствует его окислению. При этом увеличивается содержание в масле кокса и зольность, а износ поршневых колец резко увеличивается (рис. 4.5).

Рис.4.5- Зависимость износа поршневых колец от содержания серы в топливе.

    По некоторым данным при работе двигателя СМД-14 на сернистом топливе при прочих равных условиях скорость изнашивания верхнего поршневого кольца увеличивается в 2—2,5 раза по сравнению с работой на топливе с малым со­держанием серы.

Рис.4.6- Зависимость изменения продуктов износа в пробе картерного масла двигателя типа ЯМЗ от запыленности воздуха.

    Очистка воздуха, поступающего в цилиндры,— одна из важнейших мер по увеличению долговечности дви­гателей.

    Коэффициент очистки воздуха определяют зависимостью

                                 η₀ = (1-φ₂/φ₁)۰ 100                               

где φ₁ и φ₂ — соответственно запыленности воздуха на входе в воздухоочиститель и выходе из него, г/м³. В лучшем случае η₀ — 99,5...99,7 %. Однако даже при столь высоком значении η₀ при запыленности воздуха от 0,1 г/м³ через воздухоочис­титель попадает в цилиндры 0,075 г/ч пыли, вызывая их фор­сированное изнашивание.

    При несоблюдении правил ухода за воздухоочистителем (несвоевременная замена масла или промывка кассет и пр.) количество попадающей в цилиндры пыли увеличивается и, как следствие, увеличивается интенсивность изнашивания.

    Зависимость количества продуктов изнашивания от за­пыленности воздуха приведена на рис. 4.6, а зависимость скорости изнашивания ν изн. от коэффициента пропуска воздухоочис­тителя (ξ_п = 100 — т₀) — на рис. 4.7.

    Как видно из графика, при увеличении ξ_п до 1 % износ возрастает незначительно, а далее начинает интенсивно расти, что можно объяснить, с одной стороны, увеличением коли­чества попадающей в цилиндры пыли, а с другой,— увеличе­нием фракций пыли.

    Особенно опасен подсос воздуха через неплотности в си­стеме, минуя фильтры. Так, если в цилиндры двигателя, минуя воздухоочиститель, поступает всего 1 % воздуха, ско­рость изнашивания возрастает в 4 раза. А на практике, как показали исследования, в результате недооценки герметич­ности фильтрующей системы количество воздуха, поступаю­щего в цилиндры минуя фильтр, составляет от 5 до 50 %, что значительно снижает ресурс двигателя.

    Исследованиями установлено , что применение возду­хоочистителя на карбюраторном двигателе с картонными фильтрующими элементами по

Рис.4.7- Зависимость скорости изнашивания ν изн. компрессионных колец    и среднего срока службы верхнего кольца Т сл.ср до предельного износа от коэффициента пропуска воздухоочистителя ξ_п :

1,2,3- первое, второе, третье компрессионные кольца.

сравнению с инерционно-мас­ляными уменьшает износ примерно в 2 раза, а время до обслу­живания воздухоочистителя — в 5 раз.

    Применение воздухоочистителя на пусковом двигателе ПД-10М2, который ранее не устанавливался, позволило уве­личить ресурс двигателя в 2 раза.

    Таким образом, в целях повышения износостойкости дви­гателя необходимо улучшать его защиту от попадания в цилиндры абразивных частиц с воздухом, маслом и топливом, повышать антикоррозийные и смазывающие свойства масел, обеспечивать оптимальный тепловой режим двигателя, со­вершенствовать его конструкцию и применять более долговеч­ные материалы.