Условия работы и виды изнашивания
Условия работы и виды изнашивания ДВС
Исходя из функционального назначения, гильзы цилиндров относятся к главным элементам поршневых ДВС и являются наиболее ответственной деталью ЦПГ. Стенки внутренней полости гильзы служат направляющими для поршня при его перемещениях между крайними положениями и соприкасаются с пламенем и горячими газами, достигающими температуры 1500-2500?C (рис. ,[ ]). Гильза цилиндра работает в условиях резкопеременных давлений в надпоршневой полости. Поршень при перемещении действует на гильзу с боковой силой Nб и в конце каждого хода, перекладываясь с ударом о стенку гильзы, меняет направление своего движения, причём в мёртвых точках скорость его равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего в автомобильных двигателях до 25 м/с при номинальной частоте вращения коленчатого вала и снова уменьшается до нуля в смежной мёртвой точке. Такое неравномерное движение поршня и связанного с ним комплекта подвижных деталей порождает переменные по величине и направлению силы инерции Pj возвратно-движущихся масс, действующие вдоль оси цилиндра. Силы давления газов Pг в надпоршневой полости одинаково действуют как на поршень, так и на головку блока и стенки цилиндра, при этом всегда, имея равную себе величину и направление, эти силы взаимно уравновешиваются внутри системы.
Рис. 1. Силы, действующие на детали ЦПГ.
На долю гильз цилиндров из-за воздействия высоких механических и тепловых нагрузок приходится значительная часть отказов двигателей. Основные составляющие эксплуатационного износа цилиндров автомобильных двигателей приводятся в табл.
марка двигателя | |||||
ЗМЗ – - 53 |
ЗИЛ – - 130 |
ЯМЗ – - 236 |
ЯМЗ – - 238 |
КамАЗ - - 740 |
|
Общий эксплуатационныйизнос * | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
От нормального теплового режима без поступления в двигатель пыли |
17,8-30,8 | 15,2-32,1 | 19,8-29,7 | 19,3-29,0 | 20,3-33,1 |
От пониженного теплового режима без поступления в двигатель пыли |
5,3 - 10,3 | 5,0 - 10,7 | 4,2 - 6,3 | 4,1 - 6,1 | 4,7 - 7,9 |
От межсменных пусков | 5,4 – 9,7 | 10,9-18,4 | 8,4 - 12,7 | 8,9 - 13,3 | 9,8 - 12,1 |
От поступления пыли в двигатель |
49,2-71,5 | 38,8-68,9 | 51,3-67,6 | 51,6-67,7 | 46,9-65,2 |
Таблица. Составляющие эксплуатационного износа гильз цилиндров, %
* - включая неустановившиеся режимы работы двигателя по оборотам и нагрузке
Износ пары трения гильза цилиндра – поршневое кольцо проявляется в сложном многообразии форм и зависит от большого количества одновременно действующих факторов: условий эксплуатации двигателя, наличия граничных условий смазки, агрессивности среды, качества очистки воздуха, топлива и смазочного материала, сочетания материалов элементов пары трения, их механических и теплофизических свойств, характера микрорельефа, качества их покрытия, условий приработки и т.д.[ ]. Результаты многих исследований [ ] позволяют утверждать, что при возвратно–поступательном скольжении в паре происходят интенсивные пластические деформации, которые приводят к искажению кристаллической решётки металла и ускорению диффузионных процессов. Кроме того, наружная поверхность гильз подвергается явлениям коррозии и кавитации. Поэтому гильзы цилиндров должны обладать большой механической прочностью, повышенной жёсткостью и хорошо противостоять различным видам изнашивания.
Каждый из видов изнашивания редко встречается в чистом виде. Обычно они проявляются комплексно. Характерные для гильз цилиндров виды изнашивания представлены на рис.
Виды изнашивания: |
рабочая поверхность гильзы |
наружная поверхность гильзы |
механическое |
молекулярно-механическое |
коррозионно-механическое |
абразивное |
схватыванием |
окислительное |
кавитационное |
Рис. Виды изнашивания гильз цилиндров
Следует сказать, что любой из этих видов изнашивания может оказаться соответственно ведущим или сопутствующим в зависимости от условий и режимов работы двигателя при эксплуатации автомобиля.