Вплив відцентрових сил на змащування підшипників колінчастого вала в аварійних режимах роботи двигуна автомобіля

Abstract

Виконано аналіз стану підшипників колінчастого вала автомобільних двигунів внутрішнього згоряння при порушенні та припиненні подачі до них моторної оливи. Відзначено, що ця несправність є однією з розповсюджених причин ушкоджень пар, що труться підчас експлуатації, при яких нерідко ушкоджуються різні групи підшипників, що не вдається пояснити в рамках існуючих моделей змащення підшипників ковзання. Метою роботи є розробка математичної моделі подачі оливи до шатунних підшипників в аварійному режимі, яка враховувала б характерні риси конструкції підшипників, а також залежно від характеру ушкоджень допомагала визначати й пояснювати причини їх несправностей, якщо вони виникають на різних режимах при порушенні умов експлуатації. Розроблено розрахункову модель, яка дозволяє оцінити вплив конструктивних відмінностей в організації подачі моторної оливи та дії відцентрових сил при обертанні колінчастого вала на стовп оливи в каналі, через який вона подається до шатунного підшипника. Виконані розрахунки зміни за часом тиску подачі моторної оливи до шатунних підшипників для різних варіантів конструктивного виконання мастильних каналів колінчастого вала. Показано, що залежно від режиму роботи двигуна і його конструкції тиск моторної оливи перед шатунними підшипниками не пропадає відразу після відмови, причому чим менша частота обертання колінчастого вала, тем довше триває змащування шатунних підшипників. Результати розрахунків підтверджені даними експертних досліджень технічного стану двигунів, у яких було виявлено заклинювання колінчастого вала в корінних підшипниках при відсутності серйозних ушкоджень шатунних підшипників. Встановлено, що такі особливості ушкодження відповідають аварійно швидкому припиненню подачі оливи до колінчастого вала при різних експлуатаційних ушкодженнях, включаючи відмову масляного насоса, редукційного клапана, руйнування піддона картера, порушення ущільнення масляного фільтра. Розроблена модель пояснює різницю в умовах змащення й у ступені ушкодження корінних і шатунних підшипників при аварійних випадках порушення подачі оливи, які спостерігаються в експлуатації автомобілів, і допомагає уточнити причини несправності. Це дозволяє використовувати модель і отримані дані при проведенні автотехнічних експертних досліджень причин відмов автомобільних двигунів, пов'язаних з порушеннями умов експлуатації.

The analysis of the crankshaft bearing condition of the automotive internal combustion engines in the case of insufficiency and breakage of oil supply to them is carried out. It is noted that this fault is one of the most common causes of damage to rubbing pairs in operation. At the same time, the different groups of bearings are often damaged, which cannot be explained within the framework of existing models of plain bearing lubrication. The objective of the work is to develop a mathematical model of oil supply to connecting rod bearings in emergency mode, taking into account the characteristic features of the bearing design. The model also, depending on the nature of the damage, should help to determine and explain the causes of bearing failures if they occur in different modes when operating conditions are broken. A computational model has been developed that makes it possible to assess the effect of design differences in the features of oil supply and the action of the centrifugal forces during crankshaft rotation on the oil column in the lubrication hole where oil is supplied to the conrod bearing. Calculations of the change in time of the oil supply pressure to the connecting rod bearings for the various designs of the crankshaft lubrication holes have been performed. It is shown that, depending on the operating mode of the engine and its design, the oil pressure in front of the connecting rod bearings does not disappear immediately after oil supply failure to crankshaft. Moreover, the lower the crankshaft speed is, the longer the lubrication of the conrod bearings will continue. The calculation results are confirmed by the data of the expert studies of the engine technical condition, in which the crankshaft was wedged in the damaged main bearings was found in the absence of serious damage to the connecting rod ones. It has been found that such features of the damage correspond to an rapid breakage of the oil supply to the crankshaft in the case of such operational damage as the oil pump and pressure reducing valve failure, the oil filter seal and oil pan destruction, etc. The developed model explains the difference in lubrication conditions and in the damage feature to the main and connecting rod bearings in the emergency cases of the oil supply breakage, which are observed during operation, and helps to clarify the failure causes. This makes it possible to use the model and the obtained data when providing auto technical expert studies of the fai lure causes of automobile internal combustion engines This makes it possible to use the model and the obtained data when providing auto technical expert studies of the failure causes of automobile internal combustion engines when the operating conditions are broken.

Выполнен анализ состояния подшипников коленчатого вала автомобильных ДВС при нарушении и прекращение подачи к ним масла. Отмечено, что данная неисправность является одной из распространенных причин повреждений трущихся пар в эксплуатации, при которых нередко повреждаются разные группы подшипников, что не удается объяснить в рамках существующих моделей смазки подшипников скольжения. Целью работы является разработка математической модели подачи масла к шатунным подшипникам в аварийном режиме, которая учитывала бы характерные особенности конструкции подшипников, а также в зависимости от характера повреждений помагала определять и объяснять причины их неисправностей, если они возникают на различных режимах при нарушении условий эксплуатации. Разработана расчетная модель, которая позволяет оценить влияние конструктивных различий в организации подачи масла и действия центробежных сил при вращении коленвала на столб масла в смазочном отверстии, через которое масло подается к шатунному подшипнику. Выполнены расчеты изменения по времени давления подачи масла к шатунным подшипникам для различных вариантов конструктивного исполнения смазочных каналов коленчатого вала. Показано, что в зависимости от режима работы двигателя и его конструкции давление масла перед шатунными подшипниками не пропадает сразу после отказа, причем чем меньше частота вращения коленчатого вала, тем дольше продолжается смазывание шатунных подшипников. Результаты расчетов подтверждены данными экспертных исследований технического состояния двигателей, в которых было обнаружено заклинивание коленчатого вала в коренных подшипниках при отсутствии серьезных повреждений шатунных. Установлено, что такие особенности повреждения соответствуют аварийно быстрому прекращению подачи масла к коленчатому валу при различных эксплуатационных повреждениях, включая отказ маслонасоса, редукционного клапана, разрушение поддона картера, нарушение уплотнения масляного фильтра. Разработанная модель объясняет разницу в условиях смазки и в степени повреждения коренных и шатунных подшипников при аварийных случаях нарушения подачи масла, которые наблюдаются в эксплуатации автомобилей, и помогает уточнить причины неисправности. Это позволяет использовать модель и полученные данные при проведении автотехнических экспертных исследований причин отказов автомобильных ДВС, связанных с нарушениями условий эксплуатации.