Вред от перегрева и переохлаждения охлаждающей жидкости в дизельном двигателе

Вред от перегрева и переохлаждения охлаждающей жидкости в дизельном двигателе

Система охлаждения дизеля, наряду с системой смазки и питания, оказывает критическое влияние на его надежность, долговечность, экономичность и мощность.

Перегрев или переохлаждение двигателя определяются температурой охлаждающей жидкости (ОЖ). Нормальный рабочий диапазон: 80°C – 90°C. Температура выше 90°C — перегрев, ниже 80°C — переохлаждение. Оба состояния снижают производительность и сокращают срок службы двигателя. Современные дизели используют закрытую систему жидкостного охлаждения.

При температуре 80–90°C топливо сгорает наиболее полно, двигатель развивает максимальную мощность с оптимальным расходом топлива и минимальным износом деталей. Температура газов в цилиндре достигает 1800–2000°C, но лишь ~40% энергии превращается в механическую работу, ~30% отводится системой охлаждения. Нарушение работы системы охлаждения приводит к серьезным неисправностям и авариям.

1. Вред от перегрева ОЖ (Температура > 90°C)

Перегрев вызывает рост температуры поршня, колец, гильзы цилиндра, головки блока и клапанов. Это приводит к:

• Ухудшению наполнения цилиндров воздухом.
• Нарушению процесса сгорания (детонация, калильное зажигание).
• Ускоренной деградации и выгоранию моторного масла.
• Усилению трения и износа деталей, вплоть до заклинивания, деформации или поломки.

Общее ухудшение: Мощность, экономичность, надежность и долговечность двигателя резко падают.

(1) Ускоренный износ деталей:

• При Т > 95°C масло разжижается, давление падает.
• Увеличивается расход масла на угар (масло попадает в камеру сгорания).
• Образуются нагар и лакообразные отложения, закоксовывающие канавки поршневых колец и залепляющие замки компрессионных колец.
  • Последствия: Усиленный угар масла, уменьшение объема камеры сгорания, потеря компрессии из-за нарушения герметичности колец, резкое падение мощности и экономичности.
• Разрушение масляной пленки на трущихся поверхностях → полусухое/сухое трение.
• Выгорание масла на стенках цилиндров, ускоренное образование нагара → ускоренный износ, риск задиров цилиндров, заклинивания поршня, проворачивания вкладышей.
• Для турбокомпрессора: Перегрев масла → потеря смазывающих свойств → закоксовывание, нагар, ускоренный износ или поломка турбины.

(2) Нарушение рабочих зазоров, снижение прочности:

• Длительный перегрев снижает прочность, упругость и износостойкость металла.
• Тепловое расширение деталей → нарушение проектных зазоров → риск заклинивания.

(3) Снижение наполнения цилиндров и мощности:

• Высокая температура цилиндров → расширение впускного воздуха → снижение его плотности → падение коэффициента наполнения цилиндров.
• Недостаток воздуха → нарушение топливно-воздушной смеси → неполное сгорание, детонация, калильное зажигание.
• Последствия: Рост расхода топлива, падение мощности, черный дым из выхлопной трубы, ухудшение надежности.

(4) Утечки и внешний вид:

• Перегрев разрушает бумажные и резиновые уплотнения → утечки масла → загрязнение двигателя, ухудшение внешнего вида.

Схема системы охлаждения двигателя Cummins KTA19

(Примечание: Здесь должна быть вставлена схема системы охлаждения Cummins KTA19)

2. Вред от переохлаждения ОЖ (Температура < 80°C, особенно < 40-50°C)

Переохлаждение приводит к значительным теплопотерям через ОЖ, жесткой работе двигателя и усилению износа из-за повышенной вязкости холодного масла. Доказано: износ деталей при длительной работе на холодную в разы выше, чем при нормальной температуре.

(1) Ускоренный износ, снижение мощности:

• Холодное масло → высокая вязкость, плохая текучесть → усиление износа.
• Повышенное сопротивление движению деталей в вязкой среде → рост потерь на трение → снижение полезной мощности.

(2) Коррозия деталей, сокращение срока службы:

• Низкая температура стенок цилиндра → конденсация водяных паров на них.
• Продукты сгорания топлива (особенно сера, образующая SO2/ SO3) + вода → образование агрессивных кислот (сернистая H2SO3, серная H2SO4).
• Кислоты разъедают поверхность гильзы → химическая коррозия → разрушение металла, появление раковин, точечных коррозий.
• При трении поршневых колец о поврежденную поверхность коррозионный слой быстро стирается → ускоренный износ гильз, сокращение ресурса.

(3) Увеличение теплопотерь и расхода топлива:

• Значительная часть тепла уносится ОЖ → рост тепловых потерь.
• Плохое смесеобразование и сгорание → повышение расхода топлива на 8–10%.
• Неиспарившееся топливо в виде капель смывает масляную пленку со стенок цилиндров и разжижает масло в картере → усиление износа, загрязнение масла, снижение мощности.

(4) Ухудшение сгорания, падение характеристик:

• Детали (поршень, гильза) не расширяются до рабочих размеров → увеличенные зазоры → потеря компрессии.
• Увеличенные (холодные) зазоры в клапанном механизме → ударные нагрузки.
• Затрудненный пуск холодного двигателя.
• Низкая температура конца сжатия → удлинение задержки воспламенения → жесткое сгорание (стуки), неполное сгорание → падение мощности, черный дым.