Трактор всю осінь працював без особливих нарікань, своєчасно та якісно проводилось технічне обслуговування. Взимку не використовувався, а на зимове зберігання був встановлений у відповідності до вимог. Та і залишковий моторесурс гарантовано мав забезпечити надійну безвідмовну роботу мінімум як на декілька наступних років. Однак навесні, саме коли виникає особлива потреба в техніці, трапилась поломка двигуна. Прикро, але його показники різко погіршились одразу після першого весняного пуску. Двигун не розвивав заданої потужності, а з вихлопної труби йшов дим, виникли навіть стуки. Треба на поле їхати, а тут…
Чому таке трапилось? Аналіз використання складної техніки вказує, що такі випадки не поодинокі і відбуваються саме при першому пуску після тривалого зберігання.
Поспішати не варто
На жаль, неодноразово доводилося спостерігати, коли після пуску дизеля механізатор одразу встановлює оберти, близькі до максимальних: «щоб движок швидше прогрівся». Він справді прогріється швидше, але при цьому відбувається інтенсивне зношування деталей і вузлів, насамперед кривошипно-шатунного механізму і турбокомпресора.
Коли двигун довго не працював, олива майже повністю стекла в картер. Між тертьовими поверхнями залишилась лише тоненька плівка, яка не в змозі повністю їх розділити. При взаємному переміщенні деталей відбувається граничне тертя, що призводить до їх підвищеного зношування.
Після довгострокової перерви в роботі двигуна відбувається значна затримка надходження оливи до підшипників колінчастого і розподільного валів та турбокомпресора, оскільки канали практично порожні. Ця затримка призводить до зміни гідродинамічних умов роботи підшипників й інтенсивного їх спрацювання.
Особливо важкі умови виникають при мащенні турбокомпресора, оскільки він є найбільш віддаленою від насоса точкою змащування. Ця обставина вимагає дотримання певних умов запуску і прогрівання двигуна.
Підшипники й турбокомпресор
Дослідним шляхом встановлено, що для забезпечення нормальної роботи підшипників турбокомпресора при пуску необхідно забезпечити витрату оливи через них 150–200 мл/хв. протягом першої хвилини, що відповідає тиску перед турбокомпресором 0,5–1 кгс/см2. Насправді в початковий момент пуску через підшипники турбокомпресора проходить всього 50 мл/хв. оливи. У міру збільшення частоти обертання ротора різко зростає пропускна спроможність підшипників, і вже при частоті обертання 23–27 тис. об./хв. (що відповідає режиму максимальних холостих обертів дизеля) витрата оливи становить близько 450 мл/хв. Цій умові можуть задовольняти тільки чистий або частково забруднений (тривалість роботи близько 100 годин) фільтрувальний елемент, при перепадах тиску в ньому до 1 кгс/см2.
Затримка надходження оливи до підшипників турбокомпресора при використанні нового елементу або частково забрудненого, що відпрацював на дизелі менше 100 год. - не більше 1 хв., а при сильно забрудненому елементі, що відпрацював на дизелі більше 200 год. - може досягати декількох хвилин.
В ході досліджень були виявлені умови, котрі дозволяють багато разів запускати дизель, який довго не використовувавсь, не погіршуючи працездатності вузла підшипників турбокомпресора.
Справа в тому, що при зупинці турбокомпресора в порожнині корпуса підшипників залишається невелика кількість оливи. Її досить для виключення задиру втулок протягом часу прогрівання дизеля, якщо окружна швидкість валу ротора не перевищуватиме 13 м/с. За цих умов у разі роботи турбокомпресора без підведення оливи не спостерігаються зміни на поверхнях тертя вузла підшипників. Таким чином, нетривала робота турбокомпресора без достатньої подачі оливи на режимах холостого ходу дизеля при частоті обертання колінчастого валу до 1500 об/хв. не призводить до помітного зносу деталей вузла підшипників і працездатність цього вузла не порушується.
При різкому збільшенні частоти обертання колінчастого валу до 1700 об/хв. одразу після пуску неодноразово спостерігалось утворення задирів підшипників турбокомпресора. При значному підвищенні частоти обертання колінчастого валу одразу після пуску недостатня подача оливи при високій частоті обертання ротора турбокомпресора призводить до втрати стійкості масляного шару у вузлі підшипників. Це посилюється майже повною відсутністю демпфування у масляному шарі, внаслідок чого відбувається миттєве зростання амплітуди коливного руху кінця валу ротора.
У цей момент на підшипники турбокомпресора передаються додаткові навантаження. Це провокує контакт поверхонь тертя. При тривалому контакті поверхонь з'являються натирання, а у разі наявності в оливі абразивних частинок - риски. Послідовне накопичення натирів і рисок призводить до якісних змін у роботі стичних поверхонь вузла підшипників і, кінець кінцем, до виникнення задирів і відмови вузла підшипників турбокомпресора.
При роботі дизеля з таким дефектом спостерігається синій дим випускних газів та підтікання оливи через з'єднання після турбіни. При розбиранні турбокомпресора характерним є наволочення бронзи на вал ротора, втрата рухливості кілець турбінного ущільнення і підвищене нагароутворення безпосередньо за кільцями.
Несприятливі моменти, які виникають при пуску після довгої перерви, враховані в рекомендаціях для експлуатації дизелів зарубіжних фірм: «Каммінс», «Катерпіллер», «Сканія» тощо. Наприклад, фірма «Сканія» обмежує верхню межу частоти обертання колінчастого валу дизелів із турбонаддувом після пуску 1000 об./хв. (45 % від номінальної частоти) протягом 30 секунд, а фірми «Каммінс» і «Катерпіллер» не допускають різкого підвищення частоти обертання колінчастого валу під час прогрівання після пуску і роботи двигуна під навантаженням в цей період. В інструкції з експлуатації вітчизняних дизелів також зазвичай обмовляються умови пуску.
Перед пуском дизеля, у якого проводилася зміна оливи із заміною фільтрувального елементу, після тривалої (5 діб і більш) стоянки або заміни турбокомпресора, особливо якщо пуск відбувається при низьких температурах, необхідно встановити важіль регулятора паливного насоса в положення вимкненої подачі палива і протягом 10–15 секунд провертати стартером колінчастий вал та за показаннями манометра визначити, чи є тиск оливи в головному масляному каналі і, відповідно, в системі мащення турбокомпресора. За наявності тиску можна пускати дизель. Після пуску дизель повинен працювати на режимі холостого ходу при частоті обертання не вище 1000 об/хв., до появи стабільного тиску оливи в турбокомпресорі не менше 1 кгс/см2.
Обережно - гідроудар
Однак інколи виникають ще більш драматичні несправності. Так, до ремонтної майстерні надійшов двигун із катастрофічними наслідками: деякі шатуни погнуті, а один і зовсім зламався та пробив своїм стрижнем блок-картер. Навіть без детального аналізу стало зрозуміло, що відбувся гідроудар в його циліндрах.
Гідроудар - украй неприємна ситуація. Найчастіше «гідроудар» у двигуні трактора відбувається внаслідок проникнення води через негерметичний очисник повітря у впускний тракт і далі в циліндр двигуна під час стоянки трактора просто неба. Вода також може потрапити і через відкритий глушник у випускний тракт і далі в той циліндр, в якому відкритий відповідний клапан.
Всі ми чудово пам'ятаємо, що, згідно з фізичними законами рідина не стискається. Поршень заповненого рідиною циліндра різко зупиняється внаслідок опору води. Двигун моментально глухне і стопориться із специфічним звуком, що нагадує різкий удар. При цьому на рухомі деталі двигуна передається величезна кінетична енергія, яка виникає внаслідок моменту обертання стартером, крутним моментом від працюючих поршнів та силою інерції обертових мас. Ця енергія здатна переламати будь-яку металеву конструкцію.
По суті, відбувається швидка зупинка поршнів, а колінчастий вал починає працювати під великим навантаженням. У результаті гідроудару навантаження на елементи циліндро-поршневої групи і кривошипно-шатунного механізму значно перевищують допустимі. Найбільш помітні пошкодження отримує шатун, але в деяких ситуаціях може бути пошкоджений навіть блок циліндрів. Найбільшу небезпеку гідроудар представляє для дизельного двигуна, оскільки в ньому камера згоряння має мінімальний об'єм, оскільки потрібний високий рівень стиску.
З погляду руйнування деталей двигуна важливо, чи продовжував двигун працювати після того, як погнувся шатун чи ні. Якщо двигун продовжив роботу з погнутим шатуном, то при подальших після гідроудара обертах колінчастого валу можливі і інші несправності.
При подальшій роботі із зруйнованим шатуном двигун отримує значні пошкодження.
Вищезгадані руйнування внаслідок погнутого шатуна супроводжуються значним шумом. Але бувають випадки, коли після гідроудару двигун продовжує працювати, і не має зовнішніх ознак несправностей. Проте робота двигуна з деформованим шатуном недопустима, оскільки при його деформації порушується паралельність поршневого пальця і шатунної шийки колінчастого валу. У результаті поршень ходить з перекосом.
При роботі погнутого шатуна в його тілі виникає згинаюча напруга. У результаті велика вірогідність виникнення на тілі шатуна втомної тріщини і подальшого його руйнування та руйнування деталей двигуна при взаємодії колінчастого валу з уламками шатуна і зруйнованим поршнем. Поршень, що працює із перекосом, зношується нерівномірно. Кільця поршня забезпечують гірше знімання оливи із стінок циліндрів, у результаті олива потрапляє в камеру згоряння, на стінках якої буде нагар більший, ніж на стінках камер інших циліндрів.
Чим вищі були оберти у момент гідроудару, тим більше шкоди отримає двигун. Найстрашніший гідроудар - для дизельних двигунів, оскільки там значно більше ступінь стискування, ніж у бензинових.
Але є простій і дешевий прийом - попередня прокрутка колінчастого валу дизеля без запуску і підтримка мінімально стійких обертів після пуску. Це значно продовжує ресурс не тільки турбокомпресора, але й деталей кривошипного та газорозподільного механізмів. Витративши декілька зайвих хвилин при пуску, ви значно продовжите ресурс своєму двигуну.
