CC BY
61
Literatu^
1. Vibe I.I. Novoe o rabochem cikle dvigatelya (skorost' sgoraniya i rabochij cikl dvigatelya). - M.: Mashgiz, 1962. - 271 s.
2. GOST 27577-2000. Gaz prirodnyj toplivnyj komprimirovannyj dlya dvigatelej vnutrennego sgoraniya. Tekhnicheskie usloviya. Vved. 01.01.2002. - M.: Izd-vo standartov, 2004. - 7 s.
3. ISO 11541:1997 Natural gas - Determination of water content at high pressure
4. ISO 12213-1:1997 Natural gas - Calculation of compression factor - Part 1: Introduction and guidelines
5. Genkin K.I. Ekonomiya topliva za schet primeneniya bednyh smesej i optimal'nogo regulirovaniya // Avtomobil'. - 1951. - № 8. - S. 29 - 32.
6. Gnedova L.A. Gazomotornye topliva na osnove metana. Analiz trebovanij k kachestvu i iskhodnomu syr'yu // Vesti gazovoj nauki: nauchno-tekhnicheskij sbornik. - 2015. - № 1. (21). -S. 86-97
7. Kagan L., Valiev D., Liberman M., Gamezo V., Oran E., Sivashinsky G. Effects of hydraulic resistance and heat losses on deflagration-to-detonation transition // In Deflagrative and detonative combustion (eds G.D. Roy & S.M. Frolov). - 2010. - rr. 157 - 168.
8. Engine Indication. User Handbook [Tekst]. - AVL. - 2002 - R. 151.
9. Didmanidze O.N., Afanas'ev A.S., Hakimov R.T. Issledovaniya pokazatelej teplovydeleniya gazovyh dvigatelej // Zapiski Gornogo instituta. - 2018. - T. 229. - S. 50-55.
10. Hakimov R.T. Uluchshenie ekologicheskih parametrov gazovogo dvigatelya s nadduvom putem ispol'zovaniya elektromagnitnyh dozatorov gaza// Innovacionnye tekhnologii v servise: sbornik materialov IV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii / Pod red. A. E. Karlika. -SPb.: Izd-vo SPbGEU, 2015. - S. 224-225.
11. Patent RU № 2288471. Sposob opredeleniya po men'shej mere odnoj energeticheskoj harakteristiki gazotoplivnoj smesi posredstvom izmereniya fizicheskih harakteristik gazovoj smesi. / R. Kamal', T. Mohand, L. Oliv'e, D. Frans; Opubl. 27.11.2006; Byul. № 19. 3 s.
12. Patent SU № 20170370831A1. Methane number calculation method and methane number measurement device. / K. Kojima, T. Ishiguro ; Opubl. 28.12.2017. 8 s.
13.Didmanidze O.N., Hakimov R.T., Bol'shakov N.A. Puti sovershenstvovaniya ohlazhdayushchih sistem pri ispol'zovanii metana v gazomotornyh dvigatelyah // Infokommunikacionnye i intellektual'nye tekhnologii na transporte IITT'2018: materialy I mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii / V 2-h tomah. - M.: Izd-vo RGAU-MSKHA im. K.A. Timiryazeva, 2018. S. 45-52.
УДК 629.073 Б01 10.24411/2078-1318-2019-12159
Доктор техн. наук, проф. Е.И. КУБЕЕВ (ФГБОУ ВО ЯГТУ, kubeevei@ystu.ru) Доктор техн. наук, проф. Б.С. АНТРОПОВ Канд. техн. наук Р.А. ЗЕЙНЕТДИНОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, zra61@mail.ru)
РАСХОД МАСЛА - ОСНОВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ
АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Расход масла двигателем внутреннего сгорания является основным эксплуатационным показателем, характеризующим его качественное состояние и определяющим остаточный ресурс.
Таким образом, по удельному расходу масла возможно оценить готовность автомобильной техники к эксплуатации в условиях выполнения специальных задач [1].
В настоящее время ряд зарубежных фирм (производители автотранспортных средств) для своей продукции вводят систему периодического ТО, приуроченную к замене
картерного масла в двигателях. Данный вид ТО имеет нумерацию: T0j,T02, Т03, ...ТО,,, где п - номер ТО перед списанием или отправкой автомобиля в капитальный ремонт. Соответственно, чтобы перейти на данную систему, нужно понимать степень влияния моторного масла на работоспособность двигателя и сопутствующих систем [2].
Необходимо учитывать, что в процессе работы двигателя неизбежны изменения физико-химических показателей, при которых одновременно будет изменяться состояние двигателя. Исследование взаимосвязи состояния масла и состояния двигателя составит проблему выявления оптимальных показателей качества масла и циклов работы двигателя. Если для улучшения эффективности работы следует обратить внимание на процессы, происходящие внутри двигателя, то для повышения надежности и ресурса необходимо вести работы над повышением химических свойств масла.
Цель исследования - изучение расхода масла и его влияния на эксплуатационные показатели автомобильной техники. Производителями автомобильного транспорта в руководствах по эксплуатации обычно заявлены следующие сроки замены масла: через каждые 25-60 тыс. км. Периодичность зависит как от рекомендаций по конкретным моделям автомобилей, так и от качества применяемых масел и топлива.
Материалы, методы и объекты исследования. В качестве примера следует привести рекомендации немецкой фирмы MAN по периодичности замены масла на двигателях седельных тягачей серии TGL-D0836, поставляемых в Российскую Федерацию. Грузоподъемность указанных автомобилей составляет 20 т. Данные модели оснащаются двигателями серии D0836 (стандарт «Евро-5»), полезная мощность (мощность нетто) которых составляет 250 кВт (340 л. с.). Рекомендуемое масло для двигателей - М3477. Периодичность замены масла на двигателях определяется в зависимости от «тяжести» условия эксплуатации автомобилей, которые оцениваются значениями среднего эксплуатационного расхода топлива (табл. 1).
Таблица 1. Зависимость периодичности замены масла на двигателях от эксплуатационных
условий
Показатель Условия эксплуатации
щадящие средние тяжелые
Расход топлива (л/100 км) менее 23 23 - 33 более 33
Пробег до замены масла (км) 60000 42000 24000
Кроме того, приводятся поправочные коэффициенты на указанную периодичность, учитывающие качество применяемого дизельного топлива (содержание серы в нём) и климатические условия, в которых эксплуатируются автомобили (табл. 2).
Поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия, рекомендуется вводить следующим образом (применительно к нашей стране): если температура атмосферного воздуха ниже -20°С более 3 месяцев в году, то величины пробега до замены масла, указанные в табл. 2, следует умножить на коэффициент 0,7.
Таблица 2. Поправочные коэффициенты на пробег автомобиля до замены масла с учетом
качества топлива
Содержание серы (.") в дизельном топливе (мг/кг) Поправочный коэффициент на пробег автомобиля до замены масла
Менее 50 1,0
50 < 5 < 1000 0,5
Более 1000 0,3
Таким образом, если при эксплуатации автомобилей MAN в благоприятных условиях эксплуатации периодичность замены масла равна 60 000 км, то для самых неблагоприятных условий и низком качестве топлива она будет составлять 24 000 км х0,7 х 0,3 = 5040 км, т.е. уменьшается примерно в 12 раз, в то время как для двигателей отечественного производства, работающих в составе автомобилей в самых неблагоприятных условиях эксплуатации, пробег до замены масла (заводской норматив) может быть уменьшен всего в 2 раза.
Существенное увеличение периодичности замены масла имеет место на серийных двигателях семейства ЯМЗ-530 (4- и 6-цилиндровые с рабочим объемом 4,34 и 6,65 л ЯМЗ-534 и ЯМЗ-536), производство которых освоено в Ярославском ПАО «Автодизель». Двигатели имеют размерность: диаметр цилиндра D=105 мм и ход поршня S=128 мм. Мощность (брутто) двигателей ЯМЗ-534 и ЯМЗ-536, а также их модификаций - от 110 кВт (150 л.с.) до 243 кВт (330 л.с.). Указанные двигатели являются рядными. Двигатели серии ЯМЗ-534 - четырёхцилиндровые и ЯМЗ-536 - шестицилиндровые.
Так, в руководстве по эксплуатации двигателей ЯМЗ-536 записано, что замену масла необходимо проводить через каждые 30 000 км пробега для автосамосвалов и автобусов, работающих на городских маршрутах, и через 50 000 км - для автомобилей и автобусов, работающих на междугородних перевозках соответственно грузов и пассажиров [3].
В процессе эксплуатации автомобилей, бесспорно, необходимо выдерживать нормы по периодичности замены масла в двигателях, рекомендованные заводами-изготовителями автотранспортных средств.
Прежде чем говорить о расходе масла автомобильными двигателями, нужно определить и устранить все его наружные течи. Для этого двигатели подвергаются мойке и осмотру мест течи. На двигателях ЯМЗ и КамАЗ, работающих в условиях повышенной запыленности воздуха (в составе автосамосвалов, сельскохозяйственных и специальных машин), течи масла отмечаются через уплотнения переднего и заднего концов коленчатого вала. Установлено, что это связано с образованием на шейках вала кольцевой выработки глубиной до 0,2 мм. В процессе эксплуатации под кромку манжеты уплотнения попадают частицы пыли. Они внедряются в кромку манжеты и нарезают канавку. При глубине канавки, равной 0,2 мм и более, замена манжеты на новую дефект не устраняет. Ярославский моторный завод в этом случае рекомендует устанавливать ремонтную втулку (рис. 1).
Объектом исследования является диагностика состояния деталей ЦПГ по расходу
масла. Шейка коленчатого вала обрабатывается до выведения канавки. Втулка
изготавливается из стали 50Г, толщина которой должна быть не менее 2 мм. Втулка
напрессовывается на обработанную шейку вала и полируется ее поверхность «а» до
размеров, указанных в ремонтной документации ЯМЗ.
а
Рис 1. Установка ремонтной втулки под переднюю манжету коленчатого вала: 1 - коленчатый вал; 2 - ремонтная втулка; «а» - поверхность для полирования.
После устранения течи можно по расходу масла диагностировать состояние деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), включающей в себя поршни, поршневые кольца и гильзы цилиндров. Но прежде нужно рассмотреть, что понимают под расходом масла двигателя в эксплуатации.
Результаты исследования. Общий расход масла (л/ч) от замены до замены автомобильным двигателем определятся уравнением следующего вида:
= (1) где - объем системы смазки двигателя (л);
- расход масла на долив (на угар) за наработку двигателя Т, • - наработка двигателя в период от замены до замены масла (ч).
Однако лучше перейти к расходу масла на 100 км (л/100км), исходя из того, что за наработку Т автомобиль пройдет путь:
Л' У-)*Т, (2)
где Уэ - эксплуатационная скорость автомобиля (с учетом работы двигателя на холостом ходу при стоянке автомобиля перед светофорами, при заторах на дорогах и т.п.)
(ч).
Подставляя значение £ в уравнение (1) и умножая его на 102, получим уравнение расхода масла на 100 км:
(3)
где Б - пробег двигателя от замены до замены масла (км).
Уравнение (3) можно представить как
=^*102 + ^*102. (4)
Первая часть уравнения (4) представляет собой расход масла на замену, вторая часть -расход масла на долив. Первая часть остается величиной постоянной для автомобилей одной и той же модели (двигателя).
Вторая часть уравнения (4) является величиной переменной, возрастающей по мере увеличения пробега двигателя вследствие износа его деталей ЦПГ.
Общий расход масла используется в автохозяйствах для определения
потребностей в масле для отдельных моделей автомобилей для всего парка на месяц, квартал или год. Годовая потребность автохозяйства в моторном масле определяется уравнением
следующего вида:
= 102 1. ^ + СмЕг * + - и - 5П), (5)
где См £ п- общий расход масла для двигателей автомобилей п-ой модели (л/100 км); У - суммарный годовой пробег автомобилей п-ой модели (км); п - количество моделей автомобилей в автохозяйстве.
Вторая часть уравнения (4) представляет собой расход масла на долив (на угар). Он используется в автохозяйствах как показатель для оценки экономичности автомобиля наравне с расходом топлива и для диагностирования деталей ЦПГ. Когда в эксплуатации идет речь о расходе масла, то имеется в виду только расход масла на долив.
На автомобилях с бензиновыми двигателями расход масла измеряется в литрах на 100 км. Новые технически исправные автомобили с бензиновыми двигателями отечественного производства имеют расход масла на долив 0,01-0,02 л/100 км [4].
На автомобилях с дизельными двигателями расход масла на долив принято определять в процентах от расхода топлива как
Г - ^Gm
смз - (6)
где ДGm и ДGj - абсолютные расходы масла и топлива соответственно за конкретный пробег автомобиля. S (км)/пробег должен быть не менее 100 км.
Расход масла двигателями новых технически исправных автомобилей (перед запуском их в эксплуатацию) приводится заводами-изготовителями в руководствах по эксплуатации. Так, для бензиновых двигателей отечественного производства он составляет GMo = 0,01-0,02 л/100 км, а для дизельных двигателей ЯМЗ сщ = ОД-0,3%. Значение 0,2%
относится к двигателям ЯМЗ-236, 238, 240 и их модификациям, серийно выпускаемым на Ярославском моторном заводе. Размерность этих двигателей: диаметр поршня D = 130 мм и ход поршня S = 140 мм. Значение = 0Д% имеют двигатели ЯМЗ-534 и 536, производство
которых освоено в 2016 году. Размерность этих двигателей - S/D= 128 мм/105 мм, двигатели имеют рядное расположение цилиндров [5].
Новые технически исправные автомобили с дизельными двигателями отечественного производства имеют расход масла на долив в пределах 0,1-0,5% от расхода топлива.
Наименьшее значение расхода масла относится к автомобилям с новыми двигателями серии ЯМЗ-530 (диаметр поршня - 105 мм и ход поршня - 128 мм), производство которых основано в Ярославском ПАО «Автодизель» в 2016 г.
Зависимость расхода масла GMg для двигателей ЯМЗ - 236, 238 и их модификации
(диаметр поршня - 130 мм и ход поршня - 140 мм) от пробега S показанна на рис. 2. Указанная зависимость получена в результате длительных испытаний двигателей на автомобилях МАЗ, в условиях ЗАО «Межавтотранс», осуществляющего междугородние перевозки грузов.
G*fO.j
5 У
о 100 Ш 300 Ш Л
Рис. 2. Зависимость = Дэ): % - расход масла перед запуском автомобиля в
эксплуатацию
Gмgпр - предельное значение расхода масла, при достижении которого дальнейшая эксплуатация двигателя экономически не целесообразна;
Бр- ресурс деталей ЦПГ.
При достижении значения Gмgпр, равной трехкратному Gмg0, как правило, в эксплуатации на двигателях заменяются детали ЦПГ, так как дальнейшая эксплуатация считается затратной по расходу масла.
Если при замере расхода масла при пробеге оказалось, что значениеGмgi больше нормы, т.е. не соответствует значению в точке А (рис. 2), то необходимо провести углубленное диагностирование деталей ЦПГ, начиная с замера компрессии - Рс в цилиндрах двигателя.
Так, на двигателях ЯМЗ-236, 238 цилиндр считается работоспособным, если Рс > 2,5 МПа (25 кг/см2). При снижении этого значения Рс могут иметь место поломки колец и
задиры деталей ЦПГ. Следующим этапом проверки цилиндров с низким значением Рс является проверка с помощью видеоскопа (осмотр состояния гильз и поршней через отверстия под форсунку).
Возможные причины повышенного расхода масла подробно рассмотрены в работе [6].
Длительная эксплуатация с поломанными кольцами приводит к эрозионному разрушению перемычек поршня, как это показано на рис.3 [7]. Природа разрушения следующая: в местах поломки колец начинают прорываться горячие газы с высокой температурой; истечение их в картер двигателя происходит с высокими скоростями, что приводит к «вымыванию» - «эрозии» металла поршня, изготовленного из алюминиевого сплава АЛ-30.
На таких двигателях резко снижается мощность, увеличиваются расходы масла, топлива и выброс большого количества картерных газов из сапуна. Двигатель в таком состоянии должен быть остановлен во избежание его выхода из строя.
Рис. 3. Эрозионные разрушения перемычек поршня.
Выводы:
1. После установления факта неисправности двигателя при пробеге S■ необходимо
определить состояние цилиндров двигателя. Это достигается путём определения давления в конце такта сжатия при работе прогретого двигателя (температура охлаждающей жидкости должна быть не менее 75°С) при минимальных оборотах холостого хода (для двигателей ЯМЗ - Пхх = 550-650 мин-1). В эксплуатации этот параметр называется компрессией. Если компрессия в цилиндрах двигателя менее 25 кг/см2, то в них необходимо заменить детали ЦП1 . При компрессии 20-21 кг/см2 в цилиндрах обнаруживают поломку компрессионных колец (как правило первого) и натиры и задиры рабочих поверхностей гильз. Указанный дефект сопровождается стуком при работе двигателя при оборотах холостого хода 1200-1300 мин-1, хорошо прослушиваемом без применения каких-либо приборов.
2. Изложенные в статье методы оценки состояния деталей ЦП1 , по мнению авторов, могут быть использованы в учебном процессе, а также инженерно-техническими работниками, занятыми в сфере эксплуатации автомобильного транспорта.
Литература
1. Силовые агрегаты ЯМЗ-236Н и их модификации. Руководство по эксплуатации 236Р-3902150РЭ. - Ярославль: ОАО «Автодизель». - 388 с.
2. MAN Workshop Infosystem (MAN WIS). Руководство по техническому обслуживанию и эксплуатационным материалам. - 2015.
3. Двигатели ЯМЗ-5340 и их модификации. Руководство по эксплуатации 5340.3902150РЭ.
- Ярославль: ОАО «Автодизель», 2011 - 158 с.
4. Двигатели ЯМЗ-536 и их модификации. Руководство по эксплуатации 536.3902150РЭ. -Ярославль: ОАО «Автодизель» (ЯМЗ), 2013. - 240 с.
5. Антропов Б.С., Басалов И.С. Диагностирование автотранспортных средств: монография.
- Ярославль: Издательский дом ЯГТУ, 2016. - 144 с.
6. Антропов Б.С. Поиск неисправностей двигателей КамАЗ: учеб. пособие. - Ярославль: ЯПИ, 1994. - 150 с.
7. Чернышев Г.Д., Слабов Е.П., Антропов Б.С. Фильтрация воздуха - важнейший из путей повышения ресурса ДВС // Автомобильная промышленность. - 2000. - № 6. - С. 20-22.
Literatur
1. Silovye agregaty YAMZ-236N i ih modifikacii. Rukovodstvo po ekspluatacii 236R-3902150RE. - YAroslavl': OAO «Avtodizel'». - 388 s.
2. MAN Workshop Infosystem (MAN WIS). Rukovodstvo po tekhnicheskomu obsluzhivaniyu i ekspluatacionnym materialam. - 2015.
3. Dvigateli YAMZ-5340 i ih modifikacii. Rukovodstvo po ekspluatacii 5340.3902150RE. -YAroslavl': OAO «Avtodizel'», 2011. - 158 s.
4. Dvigateli YAMZ-536 i ih modifikacii. Rukovodstvo po ekspluatacii 536.3902150RE. -YAroslavl': OAO «Avtodizel'» (YAMZ), 2013. - 240 c.
5. Antropov B.S., Basalov I.S. Diagnostirovanie avtotransportnyh sredstv: monografiya. -YAroslavl': Izdatel'skij dom YAGTU, 2016. - 144 s.
6. Antropov B.S. Poisk neispravnostej dvigatelej KamAZ: ucheb. posobie. - YAroslavl': YAPI, 1994. - 150 s.
7. CHernyshev G.D., Slabov E.P., Antropov B.S. Fil'traciya vozduha - vazhnejshij iz putej povysheniya resursa DVS // Avtomobil'naya promyshlennost'. - 2000. - № 6. - S. 20-22.
