Определение состояния цилиндропоршневой группы двигателей военной техники по расходу картерных газов

УДК 620.179

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ ПО РАСХОДУ

КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ

А.В. Колунин, А.С. Шудыкин, С.В. Белокопытов

Картерные газы являются неотъемлемой составляющей рабочего процесса двигателя. Они оказывают негативное влияние на состояние моторного масла. Однако по активности движения картерных газов можно определять состояние цилиндро-поршневой группы, а также остаточный / выработанный ресурс двигателей военных гусеничных и колёсных машин.

Ключевые слова: картерные газы, ресурс двигателя, диагностический параметр.

Современные, безразборные методы диагностики поршневых двигателей позволяют обеспечить информацией относительно состояния их состояния. Каждый из методов имеет характерные для него достоинства и недостатки. Однако эксплуатация военных гусеничных и колёсных машин может осуществляться в полевых условиях. Полевые условия не позволяют применять стационарное диагностическое оборудование. Поэтому простота, доступность, возможность реализации метода без привлечения высоко квалифицированных специалистов, являются критериями, приемлемыми для таких условий.

Как известно, во время работы двигателя неизбежно, имеет место фактор прорыва газов из камеры сгорания в картерное пространство через сопряжения деталей цилиндро-поршневой группы. Рабочие процессы двигателя протекают в широком температурном диапазоне. Температурный диапазон ограничивается рамками температурных условий в которых эксплуатируется двигатель с одной стороны и стабилизированным температурным состоянием в условиях максимальных нагрузок с другой стороны. Столь широкие пределы температур требуют наличия тепловых зазоров. Тепловые зазоры конструктивно предусмотрены в сопряжениях газораспределительного механизма, в сопряжениях деталей цилиндро-поршневой группы. А именно сопряжения: поршень - гильза цилиндра, поршневое кольцо - канавка поршня, поршневое кольцо - гильза цилиндра. В ходе эксплуатации по причине эксплуатационных износов тепловые зазоры увеличиваются. Изнашивается внутренняя поверхность гильз и поверхность поршней, увеличивается ширина поршневых канавок, возрастают зазоры в замках поршневых колец. Не представляется возможность идеальной герметизации камеры сгорания. Под воздействием высоких давлений часть рабочего тела находящегося в объёме камеры сгорания перемещается в подпоршневое пространство. Газы картерного пространства выводятся

583

системой вентиляции картера. Существуют различные конструкции систем вентиляции картеров. Нарушение работы последнего негативно влияет на рабочие процессы всего двигателя. Система вентиляции обеспечивает вывод картерных газов, во избежание повышения давления, в картерном пространстве, выдавливания уплотнительных сальников, прокладок и масла, скопления паров топлива в картерном пространстве. Активность их движения зависит от ряда факторов - марка двигателя, его рабочий объём, техническое состояние, условия работы, качество используемого топлива и моторного масла. В период эксплуатации поступление газов в картер возрастает по мере износа деталей цилиндро-поршневой группы, при этом снижаются мощностные характеристики двигателя, увеличивается расход масла на угар, их высокая температура интенсифицирует процессы окисления масла, сокращая его ресурс. Объём картерного пространства заполнен газомасляной средой имеющей хаотичное движение. Хаотичному движению способствуют импульсные движения газовых слоев, возвратно-поступательные движения поршней подобно режимам всасывания и нагнетания поршневых компрессоров, а также вращение коленчатого вала и сложные плоскопараллельные движения шатунов. Форма картера достаточно сложная, движение газов и масла по картерному пространству трудно описать какими-либо законами. Тем не менее, газы имеют общую направленность: от деталей цилиндро-поршневой группы, в сторону системы вентиляции картера, как показано на рис. 1 схематично.

Эти двигатели нашли широкое применение на военных гусеничных и колёсных машинах, в том числе предназначенных для боевого применения.

Как известно, при окислении водорода входящего в состав топлива образуются пары воды, содержащиеся также в картерных газах. При работе двигателя в условиях отрицательных температур с картерными газами в картер поступает не только вода, а также подвергшиеся термической деструкции и частично окисленные топливные фракции, сажа, сера, азот. Эти вещества имеют низкую агрегатную устойчивость и переходят в связующие вещества образуя отложения на деталях двигателя. Вода является катализатором низкотемпературного осадкообразования. Активное поступление воды в масло происходит в период роботы двигателя на низкотемпературном режиме, когда, картерные газы, имеющие высокую температуру, попадают в холодную среду картерного пространства, что приводит к конденсационным процессам. Негативное влияние воды на состояние моторного масла, описано в работе[1].

Проведённые на дизельном двигателе ЯМЗ-238 исследования показали, что активность поступления картерных газов в значительной степени зависит: от состояния деталей цилиндропоршневой группы.

Расход картерных газов изменяется в зависимости от наработки двигателя, таким образом, его можно представить, как функцию 0 зависящую от времени 1 0= Б(1;).

Объём картерных газов за весь ресурс работы двигателя, можно описать интегральной зависимостью:

1

V = /

1о

При этом приращение расхода определяется по следующей формуле:

. д р-р ~ д р-0

] -

^ а

Р

где Ор-0 - расход картерных газов нового двигателя л/мин; др-р - расход картерных газов по окончании ресурса двигателя л/ мин; V - объём картерных газов л; 1;0 - наработка нового двигателя, моточасах; 1р - ресурс двигателя, в моточасах; а - коэффициент аппроксимации; ] - приращение расхода картерные газов л/ мин 2.

За время работы двигателя, с начала пуска его в эксплуатацию до капитального ремонта, активность поступления газов в картер постоянно меняется. Так - расход картерных газов - это функция, зависящая от наработки, то его можно определить в любой период эксплуатации двигателя, подставив соответствующие значения к определённому интегралу. Либо измерив, расход (л/мин) картерных газов можно определить степень износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателя, остаточный / выработанный ресурс.

Кроме того, можно определить расход картерных газов среднеэкс-плуатационного двигателя. Для этого воспользуемся формулой среднеин-тегрального значения:

1 1Р

др - — /

1 р Н

Расход картерных газов характеризует активность их поступления в объём картерного пространства. Используя выше изложенные зависимости можно задаться промежуточными значениями времени, получить соответствующие величины расхода картерных газов и определить графическую зависимость расхода картерных газов от наработки.

В таблице приведены соответствующие числовые значения расхода картерных газов относительно двигателя ЯМЗ-238 при постоянных условиях работы.

Расход картерных газов двигателя ЯМЗ-238 при наработке

Наработка, моточасы 0 916 1832 2748 3664 4580

др ,л/мин 72 76,1 82,1 89,1 96,9 148

На рис. 2 показана кривая зависимости расхода картерных газов от наработки двигателя, где отчётливо видно, что значительную часть ресурса, расход картерных газов нарастает равномерно, почти линейно. И лишь при наработке 3500 моточасов кривая зависимости изгибается вверх, что свидетельствует об окончании ресурса двигателя.

Рис. 1. Схема движения картерных газов двигателя

Рис. 2. Зависимость расхода картерных газов от наработки двигателя ЯМЗ-238

В качестве расходомера картерных газов может применяться газовый счётчик СГМН-1 изображенный на рис. 3.

Расходомер имеет следующие характеристики: тип счетчика — мембранный; средний рабочий расход газа 6м3 в час; максимум в объеме прошедшего газа 10 м3/час; размеры 306х165х223 мм;

используется при температуре окружающей среды от -40 до +50;

586

максимальное давление при работе — 60 кПа; межповерочный срок 8 лет; межосевое расстояние 200/250 мм.

На основе исследований проведённых с описываемого расходомера установлено, что расход картерных газов может являться диагностическим параметром деталей цилиндро-поршневой группы двигателей военных гусеничных и колёсных машин. Для двигателей марки ЯМЗ-238 при активности поступления картерных газов свыше 120 л/мин. необходимо прибегать к различным мероприятиям направленным на повышение герметичности сопряжений деталей цилиндро-поршневой группы. В качестве примера можно предложить замену моторного масла имеющего более высокие вязкостно-температурные характеристики, применение плакирующих компонентов в моторном масле, замену поршневых колец, или замену (ремонт) деталей цилиндро-поршневой группы в целом.

Кроме того расход картерных газов может являться критерием для определения остаточного / выработанного ресурса техники.

Рис. 3. Расходомер газов СГМН-1

Применение такого метода не требует высоко квалифицированных специалистов, дорогостоящего оборудования, электро-энергетического обеспечения, может реализовываться в полевых условиях. Характерным недостатком является отсутствие возможности определять техническое состояние цилиндро-поршневой группы каждого цилиндра в отдельности.

Список литературы

1. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н., Кругликов В.М. Системы вентиляции картеров автомобильных двигателей. М.: ГОСИНТИ, 1964. 24 с.

2. Бельских Ю.П. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. М., 2001. 412 с.

587

Колунин Александр Витальевич, канд. техн. наук, доцент, kolunin2003@mail.ru, Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт,

Шудыкин Александр Сергеевич, канд. техн. наук, преподаватель, kolunin2003@mail.ru, Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт,

Белокопытов Сергей Викторович, канд. техн. наук, преподаватель, kolunin2003@mail.ru, Россия, Омск, Омский автобронетанковый инженерный институт

DETERMINING THE STATUS OF THE CYLINDER GROUP OF ENGINES OF MILITARY VEHICLES FOR THE FLOW OF CRANKCASE GASES

A.V. Kolunin, A.S. Sudykin, S.V. Belokopytov

The blow-by gases are an integral component of the workflow engine. They have a negative impact on the condition of the engine oil. However, the activity of crankcase gases can determine the state of the cylinder-piston group, as well as the residual / life of the engines of military tracked and wheeled vehicles.

Key words: blow-by gases, the life of the engine, the diagnostic parameter.

Kolunin Alexander Vitalievich., candidate of technical sciences, docent, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute,

Shudykin Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, teacher, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute,

Belokopytov Sergey Viktorovich, candidate of technical sciences, teacher, kolunin2003@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk Automobile and Armored Engineering Institute

УДК 629.114.078

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ МЕХАНИКОВ ВОДИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОИНСКИХ ЧАСТЕЙ ВДВ

И.Е. Кущев, Р.В. Гладков, В.В. Мочалов

Рассмотрены актуальные проблемы подготовки механиков водителей для воинских частей и военно-учебных заведениях ВДВ на тренажерах вождения.

Ключевые слова: тренажер вождения, учебно-тренировочные средства, динамические нагрузки, формирование и поддержание навыков вождения.

Согласно курсу вождения боевых и специальных машин Воздушно-десантных войск (КВБ и СМ ВДВ-2012) для формирования и поддержания навыков по вождению боевых машин в воинских частях и

588