بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به بررسی خرابی ایجاد شده در یک موتور بنزینی درونسوز می پردازد. در حین آزمون دوام افت گشتاور موتور و عدم وجود فشار تراکم مناسب در استوانههای موتور سبب توقف آزمون گردید. پس از باز کردن قطعات موتور مشخص گردید که شمعها، سمبهها و دریچهها صدمه دیدهاند.
برای انجام تحلیل خرابی نمودار استخوان ماهی رسم گردیده و سعی شده است تا برای قسمت های مختلف این نمودار پاسخهای منطقی و استوار بر تحقیق یافت شود. بر این اساس مواردی مانند نقش سمبه، دریچه، شمع و سیمپیچ افروزش بر وقوع خرابی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین کیفیت سوخت و تاثیر قطعات دیگری مانند قطعه انعطاف پذیر اگزوز نیز مورد توجه بوده است.
نتایج آزمونها و تحلیل ها نشان میدهد که مجموعه ای از عوامل در وقوع این خرابی نقش داشتند که مهمترین آنها تغییر زینهبندی، نوع شمع و سیمپیچ افروش هستند. استفاده از شمع گرمتر سبب افزایش دما شده است که میتواند در شروع خرابی موثر باشد. همچنین بر اساس اندازهگیریها، دمای سطح سیمپیچ افروزش بالاتر از محدوده مجاز بوده است که می تواند بر عملکرد سیمپیچ افروش و نهایتا بر کیفیت احتراق موتور تاثیرگذار باشد.
مقدمه
وجود قطعات متحرک متعدد و تاثیر متقابل اجزا بر روی هم دیگر، درکنار دما و فشار کاری زیاد، تحلیل خرابی در موتورهای احتراق داخلی را با پیچیدگی های بسیاری همراه کرده است. این پیچیدگی سبب توسعه روش های مختلف تحلیل خرابی شده است. در روش-های مختلف تحلیل، بررسی وضعیت موتور قبل از وقوع خرابی و بعد از آن نقش بسیاری در تعیین دلایل وقوع خرابی دارد. همچنین پیدا کردن ارتباط منطقی بین مشاهدات مختلف و یافتن تقدم و تاخر قطعات معیوب، امری پیچیده و نیازمند تیم تحلیل خرابی قوی است. در این مقاله به بررسی یک خرابی گسترده موتور در حین آزمون دوام پرداخته شده است.
پروژه مورد نظر، شامل آزمون دوام 500 ساعت بر روی موتور احتراق داخلی اشتعال جرقهای بوده که هدف از انجام آن، بررسی عملکرد موتور و قطعات آن در چرخههای دوام با بسامدهای کم و زیاد می-باشد. در این آزمون دوام، ارزیابی قطعات موتور - مانند پیستون، شاتون، میل لنگ و . . . - ، بررسی رفتار سایشی در قطعات - مانند یاتاقان ها، رینگ های پیستون، میل بادامک ها و . . . - و همچنین بررسی مصرف روغن در دستور کار بوده است
در طول آزمون از دو نوع شمع استفاده شده است و آزمون با زینهبندی جدیدی - طرح ب - انجام شده است. آزمون با شمعهای نوع اول که دارای محدوده1 حرارتی 7 هستند آغاز شد و پس از طی کردن 194 ساعت، شمعها تعویض گردید و از شمع های نوع دوم با محدوده حرارتی 8 استفاده شد. - شمع نوع دوم گرمتر است - پس از 210 ساعت از آزمون دوام 10 - ساعت پس از تعویض شمع - ، به دلیل عدم وجود کمپرس در استوانههای شماره 2 و 3، آزمون متوقف شد و بعد از باز کردن شمعها مشخص شد که الکترود شمعهای شماره 2 و 3، شکسته شده است.
پس از بررسیهای بیشتر با آندوسکوپ، مشخص گردید که یکی از دریچههای گاز نیز، دچار تخریب شده است و همچنین، روی سمبهها، آثار ذوب شدگی وجود دارد. قابل ذکر است که قبل از آزمون دوام، آزمون آببندی به مدت 13/5 ساعت انجام شد. پس از آن و در ساعتهای 100 و 200 از آزمون دوام، 3 آزمون عملکرد - تمام بار و نیمه بار - انجام گردید. لازم به ذکر است که در طول آزمون دوام، خرابیهای متعددی در قطعات موتوری اتفاق افتاده است.
مشاهدات
جهت تحلیل صحیح و منطقی خرابیهای ایجاد شده، نیاز است تا قطعات موتوری مورد بررسی دقیق قرار گیرند و همچنین دادههای آزمون و تغییرات متغیرهای مختلف بررسی شوند. علاوه براین تحلیل اتفاقات حین آزمون میتواند در تحلیل رفتار موتور و حل مساله مفید باشد.
شمعها
بررسی شمعها نشان میدهد که الکترود مرکزی شمعهای شماره 2 و 3 کنده شده است و همچنین الکترود منفی هر دو شمع صدمه دیده است. آثار ذوب شدگی در محل کنده شدن الکترودهای منفی دیده میشود. سطح عایق در این دو شمع تغییر شکل داده و اسفنجی به نظر میرسد که چنین حالتی معمولاً در اثر افزایش دما رخ میدهد.[2] در شکل 1، عکس شمعهای نوع دوم پس از توقف آزمون و در شکل 2، محل ذوب شدگی الکترود منفی شمع شماره 2 نشان داده شده است.
شکل :1 شمعهای نوع دوم بعد از توقف آزمون
شکل :2 بررسی ظاهری شمع شماره 2
سمبه ها
سمبه های شماره 2 و 3 دچار آسیب جدی شدهاند به طوری که لبه-های سمبه در طرف فشاری کنده شده و شیار حلقهها صدمه دیده است. آثار ذوب شدگی و پراکندگی پوشش سمبه نیز مشاهده میشود.
آثار برخورد دریچه به سطح سمبه نیز کاملا مشخص است و برخورد دریچه دود استوانه شماره 3 خم شده است. بررسی محل شکست دریچه سبب شیار و کندهشدگی شده است. علاوه بر آسیبها نشان میدهد که علاوه بر شکست ناشی از برخورد با سطح سمبه، مذکور دامنه سمبه در طرف فشاری و ضد فشار دچار آسیب شده حرارت نیز در شکست موثر بوده است.
احتمال میرود قطعات کوچک است. در شکلهای 3 و 4 نماهای مختلفی از سمبههای شماره 2 و 3کنده شده از شمع، مانع بسته شدن دریچههای دود شده باشد که این نشان داده شده است. با توجه به نوع خرابی و کنده شدگیهای لبه امر منجر به برخورد دریچهها به سطح سمبه شده است. بسته نشدن سمبهها، افزایش دما و فشار ناشی از ضربه موتور میتواند یکی از به موقع دریچهها سبب گرم شدن آنها نیز میگردد. در شکل 5 گزینه های محتمل برای این نوع خرابی باشد. دریچههای دود شماره 2 نشان داده شده است.
شکل :3 سطح سمبه شماره 2
شکل :4 سطح سمبه شماره 3
دریچه ها
در اثر برخورد با سطح سمبه، دریچه های دود استوانههای 2و 3 آسیب دیده است. به طوری که دریچه دود در استوانه 2 شکسته است
شکل :5 دریچه های دود- استوانه شماره 2
تحلیل خرابی
در شکل 6 نمودار استخوان ماهی تحلیل خرابی آورده اشده است. همان طور که مشاهده میشود، دلایل متعددی برای وقوع خرابی ارائه شده است. از جمله: احتراق پیش از موعد، سیمپیچ افروزش، زینهبندی موتور و شمع.
شکل :6 نمودار استخوان ماهی تحلیل خرابی موتور
تاثیر کیفیت سوخت در ایجاد خرابی
در ساعت 160 آزمون دوام به علت اتمام سوخت آزمون متوقف شده و مجدداً پس از تامین سوخت جدید، آزمون پیگیری شده است. لذا ممکن است کیفیت سوخت مصرفی در کارکرد موتور اخلال ایجاد کرده باشد. نتایج آنالیز سوخت نشان میدهد که عدد اکتان سوخت جدید حدود 3 واحد کمتر از سوخت اولیه است. پایین بودن عدد اکتان ممکن است منجر به شروع پدیده کوبش در موتور گردد و در صورت عدم کنترل به موقع این پدیده، احتمال تشدید آن وجود دارد.
