Оценка технического состояния двигателя
Двигатель, как и любое другое устройство, имеет три временных интервала, в которые он проходит стадию приработки, стадию нормальной эксплуатации и стадию старения. В зависисимости от срока службы и условий эксплуатации основные характеристики двигателя претерпевают изменения, обусловленные происходящими в двигателе процессами. Основными характеристиками двигателя, по которым можно оценить его состояние без разборки, являются мощность двигателя, удельный расход топлива, удельный расход масла и давление масла в системе. На стадии обкатки двигателя происходит приработка элементов, и это обуславливает несколько увеличенный удельный расход топлива и масла и несколько сниженное давление масла в системе. Период обкатки обычно устанавливается на уровне пробега 1000 км, однако процесс приработки практически продолжается и заканчивается после пробега около 5000 км. К концу периода обкатки несколько снижается удельный расход топлива и масла, а давление масла в системе несколько повышается. В период обкатки рекомендуется избегать высоких нагрузок и особое внимание уделять системе смазки двигателя.
После окончания процесса приработки наступает этап нормальной эксплуатации, длительность которого зависит не только от конструктивных особенностей двигателя и автомобиля в целом, но и от условий эксплуатации и степени соблюдения основных требований по обслуживанию автомобиля. В этот период мощность двигателя, удельный расход топлива и масла и давление масла в системе сохраняются примерно на неизменном уровне, а эксплуатация автомобиля не вызывает особых проблем. Длительность периода безотказной работы — до пробега 60-80 тысяч км. В процессе эксплуатации вследствие естественного износа зазоры в соединениях подвижных элементов двигателя увеличиваются, несколько падает давление масла в системе, увеличивается удельный расход топлива и масла. Наиболее интенсивно эти процессы происходят в конце гарантийного срока службы двигателя (для японских автомобилей при нормальной эксплуатации после пробега около 100000 км). Возникает вопрос: когда же требуется ремонт двигателя? Ответ на этот вопрос можно получить, определив состояние двигателя по его основным характеристикам. Контрольный расход топлива, как правило, для каждого автомобиля известен.
Контрольный расход масла — менее часто публикуемый параметр. Для японских автомобилей известна цифра 1 литр масла на 1000 км. Давление масла в системе для каждого двигателя индивидуально. Мощность двигателя можно определить по времени разгона с места до 100 км/час или по максимальной скорости. Эти параметры также для каждого конкретного автомобиля известны. По давлению масла в системе можно ориентироваться следующим образом: если контрольная лампочка давления масла горит при работе двигателя в режиме наименьшей частоты вращения коленчатого вала двигателя, двигатель требует ремонта. По удельному расходу масла имеется следующая рекомендация: если расход масла превышает рекомендуемую величину (1 л на 1000 км пробега), двигатель требует ремонта. Удельный расход топлива можно определить проведением специального теста. Проверка производится на исправном автомобиле с полной нагрузкой. Перед проверкой все узлы автомобиля необходимо прогреть (например, пробегом 10 км). Контрольный заезд делается на прямом участке дороги с асфальтовым покрытием длиной в 5 км в двух направлениях на скорости, рекомендуемой изготовителем в качестве наиболее экономичного режима (обычно в пределах 60-80 км/час). Замер расхода топлива лучше производить с использованием отдельного мерного бачка, из которого расходуется бензин в процессе пробного заезда. Если удельный расход топлива увеличился более чем на 15% по сравнению с гарантированным, двигатель требует ремонта (в обычных условиях в зимнее время расход топлива увеличивается примерно на 10%). Степень снижения мощности двигателя можно определить по времени разгона до 100 км/час или по максимальной скорости. Значительное снижение мощности указывает на необходимость ремонта двигателя
Оценка технического состояния ДВС с помощью субъективных методов
Общую оценку технического состояния двигателя можно выполнить с помощью субъективных и объективных методов.
Оценка состояния двигателя субъективными методами делают по времени запуска и дымности выхлопа.
Время запуска технически исправного двигателя не должно превышать в летнее время 3, а в зимнее – 10 мин. Более длительное время запуска может свидетельствовать о пониженной частоте вращения двигателя, неисправности стартера, разряженности аккумулятора, неисправности топливной аппаратуры, пониженной компрессии в камере сгорания, попадания воды в цилиндры, неисправностях в механизме газораспределения.
Выхлопные газы исправного двигателя должны быть бесцветными.
Дымность выхлопа у прогретого двигателя свидетельствует о ненормальном сгорании топлива и оценивается дымомерами или на глаз. По цвету выхлопных газов определяют возможные неисправности, которые в процессе диагностирования инструментальным методом уточняют.
Черный выхлоп свидетельствует о неполном сгорании топлива вследствие недостаточной подачи воздуха, большой подачи топлива или нарушения угла опережения зажигания для карбюраторных двигателей и нарушения угла опережения подачи топлива – для дизельных.
Белый дым свидетельствует о недостаточном количестве подаваемого в цилиндр топлива, низкой компрессии, попадания воды в цилиндры (белые пары воды) или нарушения регулировки опережения зажигания (для карбюраторных двигателей) и нарушения подачи топлива (для дизельных двигателей).
Синий дым свидетельствует о большом угаре картерного масла вследствие его высокого уровня в картере, износа цилиндропоршневой группы, а также износа или неправильной регулировки клапанов двигателя. Износ или закоксовывание маслосъемных колец, большая овальность гильз.
Отсутствие или выход дыма редкими клубами при запуске свидетельствует о недостаточной подаче топлива и (или) воздуха. Недостаточная подача воздуха свидетельствует о засорении воздухоочистителя, а малая или большая подача топлива – о неисправностях в системе питания (подкачивающей помпы, насоса высокого давления форсунок или топливных фильтров).
Для диагностирования двигателя по дымности могут использоваться простейшее приспособление, состоящее из зажима и рукоятки.
Отпечаток снимают при максимальной частоте вращении вала двигателя на холостом ходу. Время снятие отпечатка зависит от модели двигателя.
На бумагу наносят три отпечатка. Сравнением полученных отпечатков с эталонным определяют степень дымления.
Пятна серо-желтого света указывают на наличие в выхлопных газах масла, то есть на большой угар картерного масла.
Пятна серо-бурого цвета – наличие в выхлопных газах топлива, что свидетельствует о пропусках вспышек из-за неисправности форсунок и низкой компрессии в цилиндрах.
Капли воды на отпечатках – признак наличия воды в камере сжатия (прогорела прокладка головки блоков, нарушено уплотнение гильз цилиндров).
Наличие крупных частиц сажи свидетельствует о большом угаре картерного масла, нарушении угла опережения начала подачи топлива, в сторону его увеличения или уменьшения, о снижении герметичности камеры сжатия, недопустимом износе клапанов, сдвиге фаз газораспределения, о повышенной подаче топлива в цилиндры, плохом распыле топлива форсунками, о засорении воздухоочистителя и выхлопной трубы.
При объективных методах оценки двигателя по дымности является оптическая плотность отработавших газов, проверяемая просвечиванием газов с помощью специальных приборов.
В настоящее время все более широкое распространение получили системы электронного управления работой дизельного двигателя, которые обеспечивают соответствие его самым жестким требованиям по токсичности отработанных газов при минимальном расходе топлива. Они обеспечивают подачу топлива в цилиндр по времени и количеству в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости и масла, расхода воздуха, состава отработавших газов, положения акселератора и усилия на рабочем органе.
Оценка технического состояния ДВС в целом и его систем производится по параметрам, номенклатура которых приведена в ГОСТ 23435-79.
Диагностирование двигателя в целом проводят в стационарных условиях на роликовом стенде. Оценивают следующие параметры: тяговое усилие, частоту вращения коленчатого вала, удельный расход топлива и масла на угар, содержание оксида углерода и других вредных примесей в отработанных газах, общие уровни и спектры шума и вибрации.
Диагностирование систем и механизмов двигателя проводят как в стационарных, так и в полевых условиях, номенклатура параметров, для оценки которых приведена в тех же ГОСТах. При диагностировании двигателя необходимо проверить структурные прямые или соответствующие им (косвенные, функциональные связанные со структурными) параметры.
Оценка технического состояния двигателя в целом проводится в соответствии с маршрутной технологией диагностирования общего состояния двигателя.
После прогрева двигателя проверяют показания приборов, которые должны быть в пределах, установленных заводом – изготовителем. Затем проводят ослушивание двигателя в определенном порядке по зонам (рис.8.1), с использованием автостетоскопа. Ослушивание дает возможность определить состояние различных сочленений двигателя на слух по силе и тону звуков и шумов.
Рис. 8.1. Зоны прослушивания ДВС при диагностировании: 1 – цилиндропоршневая группа; 2 – поршневые кольца; 3 – поршневые пальцы; 4 – шатунные подшипники; 5 – коренные подшипники; 6 – подшипники распределительного вала; 7,8 – толкатели; 9 – втулки клапана; 10 – стержень клапана; 11 – клапан и днище поршня; 12 – распределительные шестерки; 13 – водяной насос.
Появление стуков обычно указывает на наличие неисправностей. Однако стуки могут возникнуть от детонации или раннего зажигания в карбюраторных двигателях или жесткой работы дизеля, непрочно закрепленных деталей.
Несмотря на широкое распространение этого метода диагностики, она носит весьма субъективный характер.
Расход топлива и мощность мотора. Ошибки в расчётах.
Если главная ошибка при комплекта лодка+мотор – это стремление подогнать формулу 30х1; то, пожалуй, вторая по «популярности» ошибка – оценка расхода топлива лодочного мотора, считая эту величину постоянной. Сюда же можно отнести и такие утверждения, как: более мощный мотор экономичнее; а 4 такта всегда выгоднее, чем 2. Как вы могли догадаться и здесь всё не так однозначно, а тема эта требует детального «разбора полётов».
И сегодня речь пойдёт о малом классе. Поскольку показатели и соотношения эти не пропорциональны длине или весу лодки к мощности двигателя. И в старшем классе расчёты будут отличатся. Зато сегодня мы косвенно затронем и ещё одну «злободневную» тему – 2 такта или 4.
На самом деле, как таковой расход топлива довольно редко фигурирует в отчётах и обзорах ПЛМ или небольших лодок в размере до пяти метров и мощностях до 40-50 л. с. Как правило все ограничиваются чем-то общим: экономичный, прожорливый, меньший расход… но вот конкретных цифр нет. Что и понятно. Ведь в отличие от автомобиля или мощного ПЛМ у нас нет приборов телеметрии, демонстрирующих текущий расход. Впрочем, цифры эти скорее сбивают, чем дают возможность сделать чёткие расчёты. И чтобы понять это – нужно разобраться в «физике процесса».
Сам по себе расход топлива – величина достаточно стабильная и действительно зависит от мощности двигателя и режимов в которых он работает. Причём кривая расхода изменяется отнюдь не пропорционально увеличению этих оборотов. Казалось бы, что может быть проще: взять за основу эти показатели и рассчитать по формуле. Но нет!
Дело всё в том, что когда мы говорим о расходе применительно к водно-моторной технике, нас больше интересует не то количество топлива, которое мотор потребляет, работая на определённых оборотах, а расстояние, которое мы сможем преодолеть, двигаясь с определённой или переменной скоростью.
Обороты могут быть неизменны, а вот скорость разной. Поскольку здесь на корпус лодки или катера оказывают влияние множество тех же факторов, что и в целом влияют на скоростные и мореходные качества. А именно: всё тот же ветер, волна, течение, загрузка и распределение веса, угол наклона двигателя и, конечно, винт. Все эти факторы прямо влияют на скорость, а косвенно на расход. Проще говоря, неблагоприятные погодные условия могут заставить двигаться в неэкономичном режиме, либо не позволят двигаться с достаточной скоростью, хотя мотор будет молотить в «правильном режиме». И вся математика летит к чертям.
На конкретном примере я в полной мере ощутил это во время похода по Енисею. И хотя размер и мощность катера был точно не из обозначенной в этой статьей категории. Это как раз тот случай, когда сравнение уместно. На нескольких примерно равных отрезках пути мы получали очень разные цифры расхода. Хотя и двигались примерно в одном режиме. Причём расхождения эти составляли около 200 литров (при условии, что мощность двигателя была около 400 л.с.) на отрезок.
Что происходит в этой ситуации? Вы, опираясь на те данные, которые были у вас, имеющийся опыт, рассчитываете, что топлива вам хватит на преодоление определённого отрезка. А оно (топливо) внезапно заканчивается заметно раньше. Неприятная ситуация.
Наглядно это можно ощутить лишь на длинных отрезках. В стандартном режиме, когда протяжённость переходов не превышает 10-15 километров в день – разница не будет такой уж заметной. Здесь мы можем лишь уверенно сказать одно: не верно утверждать, что мотор определённой мощности имеет какой-то фиксированный расход топлива, на который можно опираться в расчётах. Собственно, именно поэтому сам расход для лодочных моторов всегда обозначается литрами на время (л/час). Это позволяет нивелировать возможные расхождения, но не исключает их полностью.
«Лучше брать мотор максимальной мощности» — утверждают «всезнающие эксперты». Так ли это? С одной стороны, большая мощность действительно позволяет достигать комфортной крейсерской скорости при меньших оборотах. Что с одной стороны обеспечивает меньшую нагрузку на мотор. С другой, при определённых условиях более мощный мотор действительно может оказаться экономичнее. Однако в реальности это чаще происходит в категории мощных двигателей (150-500 л.с.). И никогда не работает, если лодка не загружена и лёгкая. Либо перегруэена. Т.е., если лодка лёгкая и не требует большой мощности для выхода в режим глиссирования, когда с этой задачей легко справляется мотор мощностью и в 10 л.с., не стоит рассчитывать, что 25-30 дадут вам какое-то преимущество в экономии топлива. Равно и в ситуации, когда ни те же 10 л.с., ни 25 уже не смогут вывести лодку в режим глиссирования. В этом случае мотор меньшей мощности будет иметь существенное преимущество в расходе. Вообще именно момент перехода в режим глиссирование является ключевым в определении экономичности. Наименее экономичным считается переходный режим. И, если мотору не хватает мощности, чтобы вывести в режим глиссирования лодку – более мощный двигатель, конечно, позволит расходовать меньше топлива на километр или время в пути. Хотя, если мы будем опираться на показатели литров на обороты, то преимущество экономичности всегда на стороне менее мощного.
Таким образом, более мощный мотор даёт преимущество и актуален при условии достаточной загрузки лодки. Но лишь при условии, что этой мощности будет достаточно для выхода в режим глиссирования. Тогда выбор в пользу более мощного мотора полностью оправдан, и вы получите не только небольшое преимущество в скорости,но и лучшие показатели в расходе. (конечно, если при этом ваш более мощный мотор не будет молотить на максимальных оборотах – когда расход топлива на единицу времени достигает пика).
Всегда ли 4 такта лучше?
Не секрет, что одно из преимуществ 4 тактного мотора – в его экономичности. С этим особо никто не спорит. Но и здесь не всё так уж однозначно. Всё снова зависит от условий и задач. Если мы берём за основу, что мотор используется на малых или средних оборотах в течении продолжительного времени – ответ очевиден. 4 такта обеспечат лучшие показатели. Другое дело, ситуация, при которой задача мотора преодолеть относительно короткую дистанцию. Скажем, километров 10-15. При этом загрузка лодки будет предельной для мощности. Двухтактные двигатели работают в отличных от четырёхтактников режимах. Что позволяет «выдернуть» лодку в режим глиссирования даже тогда, когда 4 такта уже может и не справится с этой задачей. Проще говоря: когда требуется максимальное усилие на старте. И здесь возникает два момента: выйти в режим глиссирования и не выйти – экономичность перехода однозначно на стороне первой ситуации. Но даже, если и 4 такта справляется с этой задачей, при условии короткой дистанции, то преимущество в расходе которое будет иметь четырёхтактник совершенно точно не настолько очевидно, как разница в стоимости 2х и 4 тактных моторов.
Лично я чаще всего эксплуатирую именно 4х тактные моторы, но причина этого в том, что мне очень важен так называемые «троллинговый режим». Несколько часов на малых оборотах дают ощутимое преимущество. А вот если задача просто дойти от точки А в точку Б… тут уже не всё так однозначно.
Какого решение?
Увы, но и в этот раз я не могу взять на себя смелость и выделить какую-то новую «формулу», по которой вы легко сможете рассчитать реальный расход. Просто потому, что это физически невозможно. Но совет дать всё же могу! Прежде всего, мощность мотора и его тип следует подбирать исходя из реальных задач. В каких-то случаях действительно лучше рассматривать мотор предельно допустимой мощности (например, для лодок в размере 330-340), в иных это может и не дать ожидаемого эффекта (как для моделей 380-400).
Планируя дальний поход всегда делайте расчёт по худшему сценарию, имея достаточный запас. Очень важно в таких случаях правильно распределять нагрузку и выбирать лучший курс следования, придерживаясь подветренной стороны акватории. Что позволит реально снизить расход. Двигаясь по спокойной воде по течению реки, например, лучше держаться наиболее глубокой части русла – фарватера, где течение всегда немного быстрее. Двигаясь против течения – соответственно стараться выбирать траекторию так, чтобы воздействие встречного потока было минимальным. Эти нехитрые действия могут позволить сэкономить существенную часть топлива на длинном отрезке. Ну а какие-то реальные цифры вы можете получить лишь опытным путём, исходя из характеристик и загрузки вашей конкретной лодки.
Итак, главный вывод, который мы можем сделать в этой ситуации: ошибка утверждать, что фактический расход топлива прямо пропорционален тому расстоянию, которое можно преодолеть на баке. Ряд факторов меняют эту цифру. И для каждого комплекта, в зависимости от загрузки и погодных условий эти показатели будут меняться.
В следующий раз мы подробно поговорим о том, почему в старшем классе многие комплектуют свои лодки и придерживаются мнения, что более мощный двигатель — даёт существенную экономию. Так ли это на самом деле, а если так, то почему?
