Наибольшие абразивные износы деталей автомобилей наблюдаются при их эксплуатации по грунтовым дорогам и местности, имеющей песчаную структуру почвы. Так, дорожная пыль, поднятая в песчаной местности, содержит в своем составе 70—90% кварцевых частиц, причем выше 80% указанных частиц имеют размер 50 мкм и меньше, поэтому легко проникают в механизмы автомобиля и в зазоры между трущимися деталями.
При эксплуатации автомобилей в указанных условиях степень износа деталей автомобиля находится в прямой зависимости от содержания в почве кварцевых частиц. Данные исследований по износу цилиндров двигателя, выполненные канд. техн, наук Н. Ф. Почтаревым, приведены в табл. 4.
Таблица 4. Интенсивность износа двигателей в зависимости от количества кварца в пыли
| Структура почвы | Среднее содержание в пыли кварцевых частиц, % | Среднее значение диаметрального износа верхней части цилиндров, мкм | Интенсивность износа по сравнению с лессовой почвой, % |
| Песчаная | 92—98 | 140 | 160 |
| Супесчаная | 80—90 | 118 | 134 |
| Лессовая | 65—75 | 88 | 100 |
Одновременно с абразивными взносами трущихся деталей двигателей и других механизмов автомобилей в результате проникновения в их картеры пыли происходит интенсивное загрязнение находящегося в них смазочного масла.
В этих условиях повышенные и высокие температуры (110—120°С) приводят к быстрому окислению и старению масел и смазок, а как следствие, — к резкому нарастанию повышенных износов, а в особых случаях и к разрушению деталей.
Характерным для эксплуатации автомобилей в указанных условиях является величина и стабильность запыленности воздуха в полосе движения автомобилей. Как установлено, полоса запыленности неодинакова и зависит от характера структуры почвы, скорости движения и количества осей автомобиля или автопоезда, направления и силы ветра.
Наибольшая насыщенность воздуха частицами пыли находится в пределах передней границы облака. Поднятая колесами при движении автомобиля дорожная пыль, состоящая на 30% из крупных частиц размером 30 мкм и более, которые в силу своего веса задерживаются в непосредственной близости к бортам и за кормой автомобиля, и создает наиболее плотный и насыщенный пылью слой облака. При таких условиях содержание частиц пыли в воздухе, поступающем к воздушному фильтру, колеблется в пределах 1,3—1,7 г/м3, а при движении колонны автомобилей, особенно многоосных, зачастую увеличивается в 1,5—2 раза, достигая 2,5—3,0 г/м3.
При указанных условиях концентрация пыли резко возрастает. Так, например, при запыленности воздуха 2,0 г/м3 и работе двигателя ЗИЛ-120 в течение 10 ч первая ступень его воздушного фильтра должна задерживать 5—6 кг пыли. При таком количестве пыли в воздушном фильтре двигатель практически работать не может и для обеспечения нормальной работы и сохранности двигателя необходимо останавливаться через каждые 2 ч для удаления скопившейся пыли.
(Источник расположен на сайте autoinstruction)
При применении наиболее эффективных и современных систем очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, при указанной выше степени запыленности окружающего воздуха все же значительное количество мелких частиц пыли проникает внутрь его, вызывая этим повышенное загрязнение масла, а следовательно, и повышенные износы. Проведенными исследованиями и опытом эксплуатации установлено, что при увеличении в масле двигателя механических примесей от 0,05 до 0,2% скорость износа верхних поршневых колец и радиального износа верхней части гильзы цилиндра по данным Н. Ф. Почтарева увеличивается более чем в 2 раза.
Характер износа верхнего поршневого кольца и гильзы цилиндра в зависимости от среднего значения процента содержания механических примесей в масле представлен на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость износа верхней части гильзы цилиндра от степени запыленности и размеров частиц пыли: 1 - при 2 мг/м3; 2 - при 4 мг/м3; 3 - при 6 мг/м3; 4 - при 8 мг/м3
При эксплуатации автомобилей в условиях повышенной запыленности воздуха порядка 2—4 г/м3 и выше, при движении по грунтовым дорогам и местности, особенно песчаной, у двигателей наблюдается повышенный абразивный износ деталей цилиндро-поршневой группы, подшипников и соответствующих шеек коленчатого вала, стержней клапанов, направляющих втулок и других деталей. Как показали исследования, повышенные износы деталей возникают при недостаточно эффективной работе воздушных фильтров, в результате чего воздух, поступающий в качестве топливо-воздушной смеси, заносит в цилиндры значительное количество кварцевых частиц, среднее содержание которых в песчаных районах, в запыленном и окружающем двигающийся автомобиль воздухе составляет 92—98%.
Работами канд. техн, наук С. К. Кюрегяна определен характер износа отдельных деталей и механизмов двигателя в зависимости от путей проникновения в них пыли. Так, при попадании в двигатель пыли через воздушный фильтр или с вводимым в цилиндры топливом происходит износ верхней части цилиндровой гильзы (рис. 4.2), а при попадании пыли вместе с картерным маслом, через вентиляционные отверстия и другие неплотности в картере износ гильз происходит по всей длине с некоторым повышенным износом в среднем и нижнем поясах (рис. 4.3). В случаях одновременного проникновения кварцевых частиц пыли через воздушный фильтр и неплотности в картере интенсивность износа цилиндровых гильз значительно возрастает, особенно в верхнем поясе (рис. 4.4).
Рис. 4. Типовые износы гильз цилиндров двигателей: 1 - нормальный износ; 2 - двигатель работает на запыленном воздухе; 3 - двигатель работает на масле, содержащем абразивную пыль; 4 - воздух и масло содержат абразивную пыль
Износы коренных и шатунных шеек коленчатого вала резко возрастают по мере запыленности окружающего воздуха. Если у двигателя, .проработавшего 100 ч под нагрузкой в условиях технически чистого воздуха, износ коренных и шатунных шеек коленчатого вала и соответствующих вкладышей подшипников не превышает 10—13 мкм, то у двигателя, проработавшего указанное время, но в условиях запыленности окружающего воздуха, из которого 17% времени двигатель проработал при запыленности воздуха на входе в воздушный фильтр порядка 2—3 г/м3, износ первой коренной шейки достиг 90—100 мкм.
При неудовлетворительной защищенности двигателя от проникновения внутрь пыли в картерном масле резко увеличивается содержание кремния — основного компонента пыли. Как показали исследования, даже после тщательного освобождения внутренних полостей двигателя от загрязнения частицами кремния, промывки их и замены масла повышенные износы основных деталей наблюдаются в течение значительного периода эксплуатации двигателя.