Хренограф

Понравился форум, интересующимся смело советую.
Сегодня в меню т.н. "тренинг для экспертов" на тему перегрева. Условие и решение копирую как есть, с небольшим вкраплением промежуточных расчетов. Исходное обсуждение и комментарии рекомендую к прочтению тут: http://www.ab-engine.ru/phpbb/viewtopic.php?t=3991

Итак, новая задачка - исключительно для настоящих мотористов . Потому что совсем непростая - неочевидная и нетривиальная .

Имеем мотор TOYOTA 2AZ - 2,4 16V после дикого перегрева. Процесс имеет место быть следующим:
1. При движении по трассе 120 км/час при наружной температуре 40С мотор заглох и более не завелся.
2. Указатель температуры явного повышения не показал - со слов водителя.
3. Под машиной образовалась лужа антифриза.

Вскрытие показало:
1. Головка блока выгнулась на 0,7 мм. При этом выгорела стенка между выпускными клапанами на 2-м и 3-м цилиндрах

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_3.jpg

2. Поршни деформировались по юбкам на 0,1 мм, задиров нет (TOYOTA рулит, однако )

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_4.jpg

3. В цилиндрах №№ 2 и 3 налипший алюминий в верхней части

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_5.jpg

4. Радиатор полностью забит - прямо одеяло какое-то

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_2.jpg

5. В нижней части радиатора перебита 1 трубка, через нее расход при давлении 1 бар получается около 1 литра в минуту

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_1.jpg

6. Датчик температуры расположен на самой ГБЦ в патрубке (с белым изолятором), соединяющим ее с верхней банкой радиатора

Изображение с http://www.ab-engine.ru/img/toy_0.jpg

7. Дополнительные данные:
- расширительный бачок стерильно чистый - следов масла или газиков не обнаружено
- в верхней части блока расплавились пластиковые дефлекторы в рубашке вокруг цилиндров
- двигатель гарантийный, пробег 40 тыс., мотор никто не чинил.

Внимание, вопрос:
Как шел процесс на самом деле, и можно ли верить водителю?

Расчеты по ходу обсуждения

1. Если охлаждение в ГБЦ внезапно исчезнет, а двигатель продолжает работать на некоем среднем режиме, то сегментик алюмишки между выпускными седлами нагреется до температуры плавления алюминия… за сколько вы думете? … правильно, всего за 12 секунд . Так он и расплавился…

2. Датчик температуры, установленный в рубашке, отслеживает температуру жидкости практически мгновенно. Но если вместо жидкости внезапно пойдет пар, то инерция датчика будет… сколько вы думаете? … правильно, как минимум только через 8 минут при скачке температуры на 10 градусов указатель эту температуру покажет . Так водитель ее и не видел…

Ответ

Система охлаждения данного моторчика традиционна - насос подает жидкость в блок и далее в головку.

Малый круг образован так - блок, головка, далее байпассная магистраль между головкой и входом в насос.

Большой круг - блок, головка, выход из головки, далее радиатор, затем в блок к насосу, термостат на входе в насос, открывает только выход из радиатора (на многих моторах - вход в радиатор), малый круг не трогает (на многих тойотах - двойного действия, здесь "одинарного").

Далее важно - патрубок выхода из головки находится на одной высоте от земли с верхним патрубком радиатора, а байпасс - чуть ниже .

Это граничные условия задачи.

Теперь начальные условия - мотор работает на небольших оборотах (насос сильно не качает), температура в норме (хотя радиатор изрядно забит), когда в нижний край радиатора попадает бандитская пуля . Происходит следующее:

- жидкость начинает вытекать со скоростью 1л в минуту .
- через 1 минуту уровень жидкости в радиаторе становится существенно ниже верхнего патрубка ,
- поскольку движение идет без разгона на постоянной скорости, то подача насоса не очень велика ,
- по закону сообщающихся сосудов уровень жидкости падает и в головке, при этом насосу легко подавать жидкость до слива ее в байпассный канал, но для подачи в расположенный выше выходной канал головки подачи недостаточно ,
- головка фактически оголяется, причем вместе с датчиком, циркуляция идет только по малому кругу, жидкость быстро нагревается, но датчик висит в воздухе и ничего не показывает ,
- еще через минуту жидкость в головке закипает, ее количество становится еще меньше, но датчик все равно не показывает, потому что висит в пару ,
- водитель имеет возможность увидеть перегрев только 1 способом - по детонации. Но он и этого не может, поскольку идет с постоянной скорость и на газ давит почти постоянно и чуть-чуть ,
- нижняя часть мотора - блок, в котором продолжают циркулировать остатки жидкости, нагревается долго (большая масса, охлаждение маслом снизу), поршни не набирают критические 100 лишних градусов, требуемых для задиров и заклинивания,
- но головка-то уже плавится, изгибается, болты вытягиваются, компрессия исчезает, и мотор встает на ходу,
- далее имеем то, что имеем, а именно, полностью перегретую и расплавленную голову и почти целый низ .

Все . То, что мотор есть именно в таком виде, доказывает, что:

1. Бандитская пуля попала в радиатор при движении, а не была сделана отверткой после, иначе перегрето было бы все снизу до верху.
2. Забитый радиатор не влиял на процесс до попадания пули, в противном случае была бы убита и поршневая с цилиндрами.
3. Водитель не мог видеть перегрев ни до, ни после. Когда же перегрев начался, датчик уже давно оголился и ничего не мог показывать.
4. Забитый радиатор не влиял на процесс после попадания пули, поскольку через минуту, еще до начала перегрева, через него уже ничего не прокачивалось.

Теперь совсем все.

И самый главный вопрос. Это конструкция у Toyota 2AZ-FE такая плохая, или она обычная для большинства моторов? Мы спрашиваем не просто так - потому что если бы у мотора:
- был бы термостат двойного действия вместо одинарного,
- а байпассный канал в головке начинался бы не ниже выхода на радиатор,
то беды бы не случилось. Возможно…