Моторесурс стационарного катерного двигателя

Экономичность, надежность, повышенный моторесурс — вот основные факторы, привлекающие водномоторников использовать автомобильные двигатели на своих судах. В сборнике говорилось (сборник №57) о влиянии на эти факторы температурного режима двигателя, однако не меньшее значение имеет соотношение между числом оборотов и снимаемой мощностью.

На рис. 1—4 показаны нагрузочные характеристики наиболее распространенных автомобильных двигателей «ГАЗ-21» («Волга») и «УМЗ-412» («Москвич»). Самая верхняя кривая на этих графиках — внешняя характеристика — соответствует работе двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке; область, расположенная ниже, — область частичных Нагрузок при промежуточных положениях заслонки.

Из рис. 1 и 2 с нанесенными на них изолиниями удельного расхода топлива и рис. 3 и 4 с изолиниями числа оборотов видно, что область наименьшего удельного расхода (заштрихованная часть графиков на рис. 1 и 2) расположена ниже внешней характеристики. При постоянных оборотах мощность, соответствующая наименьшему удельному расходу топлива (при этих оборотах), составляет 70—80% мощности по внешней характеристике. Минимальный удельный расход соответствует оборотам и мощностям, составляющим 0,4—0,6 максимальных, и увеличивается как при их возрастании, так и при уменьшении.

Эти соотношения справедливы с достаточной точностью и для других автомобильных четырехтактных двигателей. Увеличение удельного расхода топлива при пониженных мощностях и оборотах связано с относительным увеличением тепловых потерь и ухудшением смесеобразования; при пониженных мощностях и больших оборотах оно объясняется возрастанием доли потерь на трение, т. е. уменьшением механического к. п. д. Повышение удельного расхода топлива при работе двигателя в районе его внешней характеристики объясняется тем, что в диапазоне углов открытия дроссельной заслонки 80—90° в карбюраторе начинает работать экономайзер, обогащающий смесь для получения максимальной мощности.

Способность двигателя длительное время работать без ремонта — важнейшая его характеристика. Моторесурс одного и того же двигателя может изменяться в широких пределах в зависимости от снимаемой мощности и чисел оборотов. При этом надо, конечно, помнить, что моторесурс до текущего ремонта и моторесурс до капитального ремонта — разные вещи.


На необходимость проведения текущего ремонта указывают повышенный расход масла (более 3% расхода топлива), пониженная компрессия (нормальная компрессия двигателя «ГАЗ-21» — 6,7 кгс/см², «УМЗ-412» — 10 кгс/см²), низкое давление масла (менее 1 кгс/см2 при средних оборотах), появление слабых стуков в двигателе.

Износ базовых узлов (гильзы цилиндров, коленчатый вал) к моменту текущего ремонта, как правило, незначителен, поэтому обычно меняют только кольца, вкладыши, иногда поршни. Последующий ремонт, как правило, приходится проводить с заменой базовых детален — т. е. делать уже капитальный ремонт двигателя. В среднем можно считать, что моторесурс двигателя до текущего ремонта составляет 55—60% моторесурса до капитального ремонта. В инструкциях к двигателям рекомендуется производить смену колец и вкладышей, если двигатель проработал 50—60% моторесурса до капитального ремонта, даже если нет явных признаков необходимости текущего ремонта. Это увеличивает срок службы двигателя.

Прогнозировать ожидаемый моторесурс двигателя в зависимости от снимаемой мощности и числа оборотов весьма сложно — он в большой степени зависит еще и от качества сборки. Исследованиями выявлено, что из ста двигателей заводской сборки, эксплуатирующихся в одинаковых условиях, примерно десять имеют моторесурс, равный 50% среднего, а другие десять — 150%. Значительно больший разброс получается при ремонте двигателей в кустарных или полукустарных условиях. Оценка ожидаемого моторесурса двигателя на катере затруднена также тем, что большинство опытных данных получено при эксплуатации на автомобиле.

На рис. 5 и 6 приведены обобщенные данные, полученные из опыта эксплуатации двигателей заводской сборки «ГАЗ-21» и «УМЗ-412» в различных условиях (на серийных и спортивных автомашинах и катерах) и показывающие изменение моторесурса в зависимости от снимаемой мощности и числа оборотов.


Несмотря на ориентировочный характер этих графиков, они позволяют сравнить моторесурсы на различных режимах работы и, следовательно, подобрать оптимальный режим. При этом следует учитывать, что моторесурс двигателя после капитального ремонта в среднем уменьшается на 20—40%. Уменьшается моторесурс при работе двигателя с переохлаждением (сборник №57), при несвоевременной смене масла (чуть ли не в 2 раза), а также при применении неподходящих сортов бензина или после длительного и неправильного его хранения.

Из графиков видно, что моторесурс двигателей, постоянно работающих на режиме максимальной мощности, мал и соизмерим с ресурсом двухтактных двигателей подвесных моторов. Дело в том, что двигатель, установленный на легковой автомашине, на режимах максимальной мощности и оборотов работает очень непродолжительное время. Нагрузочные кривые А (рис. 5 и 6), соответствующие равномерному движению автомобиля по ровному шоссе, показывают, что мощность, необходимая для движения автомобиля на эксплуатационных скоростях (60—90 км/ч), составляет всего 20—35 л. с., т. е. 25—45% максимальной.

Работа на постоянном режиме, относительно малое число запусков, эксплуатация только при положительной температуре — все это в какой-то мере благоприятно влияет на моторесурс конвертированных двигателей. Тем не менее одним из основных параметров, характеризующих их моторесурс, является относительная средняя скорость движения поршня (средняя скорость движения поршня, деленная на диаметр цилиндра), максимальные значения которой для подвесных моторов и четырехтактных двигателей имеют один и тот же порядок.

При постоянной эксплуатации на режимах, близких к максимальной мощности, резко ухудшается и надежность двигателя. Это происходит, как правило, из-за незначительных производственных дефектов, которые при нормальной эксплуатации не оказывают никакого влияния. Поэтому на катере такие двигатели требуют тщательной подгонки размеров при сборке (тугая сборка недопустима), длительной (до 50 ч) обкатки и внимательного контроля во время эксплуатации за температурой охлаждающей воды, температурой и давлением масла. При ремонте и эксплуатации таких двигателей целесообразно использовать опыт спортсменов, выступающих в авторалли, где двигатель работает примерно в тех же условиях, что и на глиссирующем катере. Но во всех случаях не рекомендуется снимать с рассматриваемых нами двигателей (особенно — прошедших капитальный ремонт) мощность более 60 л. с. при 4500 об/мин для «УМЗ-412» и 3400 об/мин для «ГАЗ-21».


У двигателей, работающих на частичных нагрузках, также можно выделить область максимального значения моторесурса (на рис. 5 и 6 она заштрихована). По Мере уменьшения снимаемой мощности моторесурс двигателя вначале резко, а затем, по достижении определенного числа оборотов, более плавно возрастает. Уменьшение моторесурса при работе двигателя в районе внешней характеристики на небольших оборотах объясняется влиянием обогащенной смеси и больших нагрузок в сочетании с относительно небольшой скоростью движения поршня, когда ухудшаются условия образования масляной пленки между поршнем и цилиндром. Однако повышать число оборотов при постоянной мощности целесообразно только до определенного предела, при котором устанавливаются оптимальные условия смазки. При дальнейшем повышении оборотов моторесурс уменьшается, так как инерционные нагрузки увеличиваются быстрее, чем уменьшаются нагрузки, действующие на поршень при сгорании топлива; к тому же увеличивается путь треиия поршня, т. е. путь, проходимый поршнем за единицу времени.

Характер износа деталей двигателя зависит от величин нагрузки и числа оборотов. Так, у двигателей, работающих на автомобиле, обычно необходимость в ремонте цилиндров и шеек коленвала возникает одновременно, в то время как у двигателей, эксплуатируемых на глиссирующих катерах (работа с большими нагрузками и большим числом оборотов), быстрее изнашиваются шейки коленчатого вала, а на тихоходных катерах при мощности 20—25 л. с. — стенки цилиндров.

Из всего вышесказанного следует, что оптимальный режим эксплуатации двигателя на катере расположен между областями наименьшего удельного расхода топлива и максимального моторесурса. Правда, на тяжелых глиссирующих катерах, где двигатели приходится эксплуатировать на максимальной мощности, эти рекомендации неосуществимы, так как при уменьшении снимаемой мощности прекращается глиссирование, а при облегчении винта число оборотов двигателя возрастает больше допустимого. Некоторого уменьшения расхода топлива и увеличения моторесурса можно попытаться добиться уменьшением гидродинамического сопротивления катера за счет всемерного его облегчения, установки транцевых плит и т. п. Но наиболее радикальный выход в таких случаях — установка более мощного двигателя и эксплуатация его на частичной мощности. Расход топлива при этом не увеличится, так как увеличение веса самого двигателя и, следовательно, увеличение потребной мощности будет компенсироваться уменьшением удельного расхода топлива. Затраты окупятся значительным увеличением моторесурса двигателя.


На водоизмещающих судах, как правило, удается добиться эксплуатации двигателя в оптимальном режиме, причем часто более выгодно применять заведомо тяжелые гребные винты, что приводит к значительному увеличению экономичности и моторесурса.

Сказанное можно пояснить примером эксплуатации двигателя «ГАЗ-21» на водоизмещающем катере. С винтом, рассчитанным на достижение максимальной скорости 20 км/ч, с двигателя будет сниматься мощность 55 л. с. при 3200 об/мин (рис. 7, сплошные линии). При этом путевой расход топлива будет равен 0,89 кг/км, а пробег до капитального ремонта составит 19000 км (до текущего ремонта 19000X0,55≈10000 км). Характер изменения кривых путевого расхода и моторесурса показывает, что при незначительном уменьшении скорости до 12—16 км/ч расход топлива снижается в 1,5—2 раза, а моторесурс увеличивается более чем в 2 раза. Если этот же катер эксплуатировать с гребным виитом, рассчитанным на крейсерскую скорость около 16 км/ч (шаг такого винта будет больше на 20—30%, чем винта, рассчитанного на максимальную скорость), то путевой расход топлива и моторесурс за счет изменения режима работы двигателя и увеличения к. п. д. винта прн уменьшении числа его оборотов оптимизируются. Так, при скорости 14 км/ч (рис. 7, пунктирные линии) и снимаемой мощности 20 л. с. ка оборотах 1500 об/мин путевой расход топлива будет равен 0,42 кг/км, а моторесурс 60 000 км. Правда, максимальная скорость катера с этим «крейсерским» винтом уменьшится иа 2—2,5 км/ч.

Сейчас некоторые любители устанавливают на свои суда двигатели «ВАЗ» от «Жигулей». Удельный расход топлива двигателя «ВАЗ-2103» приблизительно такой же, как двигателей «УМЗ-412», и его можно оценить по данным рис. 2, считая, что одинаковые удельные расходы топлива соответствуют одинаковым значениям относительной мощности двигателей. Однако следует иметь в виду, что моторесурс этих двигателей будет меньше ресурса двигателя «УМЗ-412» на 15—25% (при одинаковых относительных мошностях). Широкому использованию этих двигателей на катерах, как, впрочем, и «УМЗ-412», препятствует высокая степень сжатия, доходящая до 9, и, как следствие, необходимость использования дорогого и труднодоступного бензина АИ-93. Поэтому перед установкой такого двигателя на катер его целесообразно дефорсировать по степени сжатия (довести ее до 7,0—7,3) для работы на бензине А-76. Это можно сделать, установив под головку блока две фирменные прокладки с промежуточной медной или латунной самодельной прокладкой толщиной 1,0—1,5 мм. Прн этом чем большую мощность предполагается снимать с двигателя, тем толщина промежуточной прокладки должна быть больше. Есть и другой, правда, более сложный путь: учитывая, что при уменьшении степени сжатия нагрузки на головку поршня уменьшаются, можно ее подрезать. Для перевода двигателя «УМЗ-412» на бензин А-76 можно (см. Э. Г. Сингурииди. Подготовка автомобильных двигателей к соревнованиям. М., изд-во ДОСААФ, 1974) подрезать головку поршня в центре на глубину 3 мм и по краям на 1 мм.

При дефорсировании двигателей необходимо учитывать, что экономичность и мощность двигателя уменьшаются практически прямо пропорционально уменьшению степени сжатия.