Дефекты деталей поршневой группы и способы их устранения - Поршень двигателя внутреннего сгорания

Одним из наиболее часто встречающихся дефектов поршней является перегрев днища, вызывающий отпуск материала, ухудшение его механических свойств и потерю твердости. Периодическое воздействие сил давления газов в сочетании с перегревом вызывает появление мелких трещин, приводящее к разрушению днища поршня. Усталостные трещины возникают чаще всего в районе бобышек у поршней тронкового типа из-за износа отверстия под поршневой палец. Известны также случаи полного обрыва головки поршня из-за заклинивания его в цилиндре. В днищах поршней могут быть два наиболее распространенных вида трещин: радиальные, сходящиеся к центру, и концентричные, располагающиеся на некотором расстоянии от оси поршня.

Износ направляющей части поршня.

Износ направляющей части поршня происходит неравномерно и, главным образом, в плоскости качания шатуна из-за действия силы N, в результате чего появляется овальность. Неравномерный износ поршня по длине определяется, главным образом, степенью перекосов в деталях группы движения. Если поршневой палец плавающий, то наибольший износ отверстий в бобышках наблюдается в плоскости, перпендикулярной днищу поршня, что объясняется действием силы от давления газа и сил инерции поступательно движущихся масс. Износ торцовых поверхностей канавок для поршневых колец возникает под действием сил трения от давления газов на кольца и при "перекладке" поршня. Максимальному износу подвержена верхняя канавка, приобретающая форму трапеции. Износ канавок влечет пропуск газов в картер и потерю компрессии.

Поршневые пальцы в четырехтактных ДВС работают при знакопеременной нагрузке, а в двухтактных - при нагрузке, близкой к пульсирующей. Они испытывают также тепловую нагрузку. При работе палец изгибается, подвергается износу и деформации сдвига, а его сечение, особенно при наличии тонкой стенки, приобретает форму овала. Поломка пальца от напряжений, соответствующих этим деформациям, может повлечь за собой серьезные последствия. Наиболее распространены поломки поперек и вдоль оси пальца. Первые наблюдаются чаще в толстостенных пальцах, под слоем, упрочненным цементацией или азотированием. Вторые возникают от касательных напряжений и напряжений, вызываемых овализацией поперечного сечения пальца под действием нагрузки и характерны для тонкостенных пальцев или толстостенных, если в их материале есть волосовины, направленные вдоль пальца.

Износ пальца зависит от способа его крепления. Пальцы плавающего типа могут не иметь явно выраженного одностороннего износа. Чаще всего он равномерен, но в ряде случаев в поперечном сечении может наблюдаться овальность, а в продольном - конусность. Недостаток смазки, плохое качество обработки, отступления от установленных монтажных зазоров, особенно в сторону увеличения, приводят к повышенному износу пальцев.

Поршневые кольца относятся к числу наиболее изнашиваемых деталей. Их характерные дефекты - износ, коробление, потеря упругости. В результате износа увеличиваются зазоры в замке кольца и в канавке поршня. Быстрее изнашивается верхнее кольцо. Одна из причин повышенного износа колец - неудовлетворительная структура материала (присутствие свободного феррита и крупного графита). Искажение формы втулки цилиндра от деформации ее во время работы, большой зазор между поршнем и втулкой вызывают перемещение колец в канавках в радиальном направлении при движении поршня, что также способствует увеличению износа колец. Пригорание колец является следствием недостаточного зазора между кольцом и канавкой поршня по высоте или избытка масла, проникающего к верхнему поясу поршня через неплотности из-за неравномерности давления по окружности кольца. Продукты разложения масла попадают в канавки для колец и уменьшают подвижность колец. При этом происходит увеличение неплотностей между стенками цилиндра и поршнем, и кольца перегреваются из-за уменьшения теплоотдачи. Вследствие проникновения газов через неплотности перегрев колец еще более усиливается, и они теряют упругость. Последнее объясняется изменением структуры их материала и приводят к серьезным последствиям: поршень перегревается, сами кольца закоксовываются в канавках и часто ломаются. Коробление колец - следствие их перегрева. В результате они также теряют подвижность в канавках и перестают выполнять свои функции.

Ремонт деталей поршневой группы.

Поршень заменяют новым, если растачивалась втулка цилиндра, а также в следующих случаях: неравномерность его износа по длине превосходит 1/1000D, а по диаметру в направляющей (тронковой) части - 1/700D (D - диаметр цилиндра); при наличии трещин и прогорания днища; при разработке канавок для поршневых колец, когда толщина перемычек между канавками уменьшается на 20% по сравнению с нормальным значением; при наличии следов задира, удаление которых сокращает поверхность тронка "по ходу" более чем на 15%.

Если поршень имеет съемную головку, то при наличии у нее вышеуказанных дефектов и отсутствии необходимости в замене тронка ограничиваются лишь заменой головки.

При обнаружении трещин в днище чугунного поршня и отсутствии запасного поршня в период эксплуатации двигателя растачивают сквозное ступенчатое отверстие до полного удаления трещины. На малой ступени отверстия нарезают газовую резьбу. Затем из высококачественного чугуна изготавливают пробку с хвостовиком или пазом для ее завертывания. На ее нижней части нарезают резьбу с расчетом на горячую посадку. Перед постановкой пробки верхнюю часть поршня нагревают до 200-250° С, и пробку завинчивают до упора в выбранную в днище выточку. Недостаток этого способа заключается в том, что из-за различного температурного расширения днища и пробки или горячей посадки пробки в днище могут возникнуть усилия, вызывающие появление новых трещин. Этого можно избежать, выполнив ее с радиальным зазором, уплотнив притиркой и закрепив шпильками, пропущенными через дополнительный диск, накладываемый с внутренней стороны днища.

Диаметры поршней определяют обычно в трех поясах по высоте и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости, проходящей через ось отверстия под поршневой палец, и в плоскости, перпендикулярной ей.

Поршни, бывшие в эксплуатации и имеющие увеличенный диаметр по сравнению с нормальным из-за растачивания втулок цилиндров при предыдущем ремонте, можно использовать при установке втулок с нормальным диаметром. Это допускается при условии, что у поршней нет трещин и прогорания, а износ по диаметру в отверстиях бобышек для поршневого пальца и канавок для колец таков, что после ремонта поршня можно получить нормальные монтажные зазоры между ним и втулкой цилиндра и требуемую посадку поршневого пальца в бобышках, а толщина перемычек между канавками для поршневых колец после проточки уменьшится менее чем на 20% ее нормального значения. Такие поршни протачивают и шлифуют по наружному диаметру, протачивают канавки для колец и исправляют развертыванием, шабрением или растачиванием отверстия в бобышках, имеющих овальность сверх допустимых пределов, а иногда и наклеп.

Отклонение от пересечения осей поршня и пальца допускается 0,1-0,3 мм в зависимости от диаметра поршня, для проверки к поршню с фальшпальцем подводят угольник так, чтобы замеры от концов фальшпальца до угольника были равны. Затем угольник переносят на другую сторону. Если замеры справа равны замерам слева, то оси пальца и поршня пересекаются. Если они не равны, то величина отклонения от пересечения осей равна половине разницы между замерами.

Для капитального ремонта быстроходных дизелей специализированные предприятия выпускают окончательно обработанные поршни нескольких установленных ремонтных размеров, которые в обработке и каких-либо контрольных операциях на месте ремонта уже не нуждаются.

Замена поршневых колец

Поршневые кольца подлежат замене новыми при наличии изломов и износа, превышающего предельно допустимую величину. При износе наружной поверхности кольца зазор в замке увеличивается, и по нему можно судить о предельном износе кольца. Для этого кольцо устанавливают в кольцевой калибр, либо в неизношенную часть втулки цилиндра, а зазор в замке измеряют щупом. Об износе маслосъемного кольца можно судить по изменению высоты его рабочей части. Кольца, у которых высота этой поверхности увеличилась в два раза, подлежат замене. Для снятия и одевания колец следует применять специальные щипцы или пластинки из латуни, которые вводят через замок под поршневое кольцо.

Наличие трещин на наружной или внутренней поверхности поршневого пальца, выкрашивание цементированного слоя, глубокая коррозия являются основанием к его замене. Наиболее надежные способы обнаружения трещин в пальцах - магнитная дефектоскопия и рентгеноскопия. Величину и характер износа пальцев определяют промерами, производимыми в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и трех поясах по длине пальцев. Если овальность пальца превышает 0,001 d + 0,05 мм, он также подлежит замене.

Ослабление пальца в бобышках поршня

При ослаблении пальца в бобышках поршня, за счет увеличения зазора более чем в полтора раза, и при отсутствии других дефектов, являющихся основанием для замены пальца, его можно восстановить хромированием или проточкой на 3-4 мм по диаметру и наплавкой с последующей проточкой и шлифованием для получения требуемой посадки. В качестве номинального диаметра для каждого конца пальца принимают диаметр отверстия соответствующей бобышки после исправления ее геометрической формы.

При замене поршней заменяют и поршневые пальцы. Требования как к новым пальцам, так и к отремонтированным в основном сводятся к следующему.

Задир поршня является серьезным дефектом, так как ведет к повреждению зеркала цилиндра. Причинами задира, особенно у быстроходных ДВС, являются проникновение газов в картер из-за износа или пригорания поршневых колец, сопровождающийся появлением слоя нагара на стенках поршня или перекос деталей группы движения. Задир опасен тем, что момент его возникновения зафиксировать почти невозможно, и обычно обнаруживаются лишь последствия задира. Задир и заклинивание поршня иногда вызываются также следующими обстоятельствами. Значительная часть материала поршня располагается в направлении оси пальца. При нагревании металл деформируется неравномерно, и сечение поршня принимает овальную форму с увеличением размера вдоль оси пальца. Сила давления газов, прогибая днище поршня, вызывает такую же деформацию. Это действие дополняется нормальной силой N. В результате между цилиндром и частью поршня, расположенной около пальца, может возникнуть натяг, ведущий к заклиниванию и задиру как поршня, так и цилиндровой втулки.

Характерным дефектом шатунов является износ втулок головных подшипников и вкладышей мотылевых подшипников. Главные шатуны двухрядных и многорядных двигателей могут иметь износ отверстий под палец прицепных шатунов и крепежных элементов съемной части нижней головки шатуна. На постелях подшипников в головках шатуна, на торце стержня шатуна, имеющего съемную нижнюю головку, иногда наблюдается наклеп. Вследствие аварии, вызванной обрывом шатунного болта или гидравлическим ударом в цилиндре, стержень шатуна может иметь прогиб.

Для штоков крейцкопфных ДВС наиболее характерен износ за счет трения в сальниковом уплотнении цилиндра. В редких случаях шток может получить продольный изгиб.

Общие требования безопасности

1. К самостоятельной работе на заточных станках допускается обученный персонал, прошедший медицинский осмотр, инструктаж по охране труда на рабочем месте, ознакомленный с правилами пожарной безопасности и усвоивший безопасные приемы работы. 2. Заточнику разрешается работать только на станках, к которым он допущен, и выполнять работу, которая поручена ему руководителем цеха (участка).

3. Рабочий, обслуживающий заточные станки, должен иметь: костюм хлопчатобумажный или полукомбинезон, очки защитные, ботинки юфтевые.

4. Если пол скользкий (облит маслом, эмульсией), рабочий обязан потребовать, чтобы его посыпали опилками, или сделать это сам.

5. Заточнику запрещается: использовать неиспытанные абразивные инструменты; работать при отсутствии на полу под ногами деревянной решетки по длине станка, исключающей попадание обуви между рейками и обеспечивающей свободное прохождение стружки; запрещается работать на станке с оборванным заземляющим проводом, при отсутствии или неисправности блокировочных устройств; стоять и проходить под поднятым грузом; проходить в местах, не предназначенных для прохода людей; заходить без разрешения за ограждения технологического оборудования; снимать ограждения опасных зон работающего оборудования; мыть руки в эмульсии, масле, керосине и вытирать их обтирочными концами, загрязненными стружкой. 1.6. О каждом несчастном случае заточник обязан немедленно поставить в известность мастера и обратиться в медицинский пункт.

Требования безопасности перед началом работы

1. Перед началом работы заточник обязан: принять станок от сменщика: проверить, хорошо ли убраны станок и рабочее место. Не следует приступать к работе до устранения выявленных недостатков; привести в порядок спецодежду, застегнуть рукава и куртку, надеть головной убор; проверить наличие и исправность защитного экрана и защитных очков, предохранительных устройств защиты от абразивной пыли и охлаждающих жидкостей; отрегулировать местное освещение так, чтобы рабочая зона была достаточно освещена и свет не слепил глаза; проверить наличие смазки станка. При смазке следует пользоваться только специальными приспособлениями; надежно закрепить подручник, установив его таким образом, чтобы зазор между краем подручника и рабочей поверхностью абразивного круга был не более 3 мм. Рабочая поверхность подручника должна быть ровной, а край рабочей поверхности -- без выбоин и выработки; проверить на холостом ходу станка: а) исправность органов управления; б) исправность системы смазки и охлаждения; в) исправность фиксации рычагов управления; проверить состояние абразивных кругов наружным осмотром с целью определения трещин и выбоин; проверить паспорт об испытании на прочность кругов диаметром 150 мм и выше.

2. Установку абразивных кругов и их крепление на шпиндель заточного станка должны производить лица, прошедшие специальное обучение и получившие инструктаж по правилам установки абразивного инструмента на заточные станки: а) наладчики устанавливают абразивные круги, собранные и отбалансированные с планшайбами; б) заточники устанавливают только те абразивные круги, которые не проходят балансировки.

3. Заточнику запрещается: работать в тапочках, сандалиях, босоножках и т.п.; применять неисправные и неправильно заточенные режущие инструменты и приспособления; прикасаться к токоведущим частям электрооборудования, открывать дверцы электрошкафов. В случае необходимости следует обращаться к электромонтеру.

Требования безопасности во время работы

1. Во время работы заточник обязан: включить вытяжную вентиляцию и проверить ее работу; инструмент, выданный на заточку, разложить на верстаке, не загромождая рабочее место и проходы; проверить надежность крепления абразивного круга, наличие картонных прокладок между зажимными фланцами и кругом, надежность крепления гаек, зажимающих фланцы; проверить исправную работу станка на холостом ходу в течение 3--5 мин, находясь в стороне от опасной зоны возможного разрыва абразивного круга; перед установкой на станок обрабатываемой детали и приспособления очистить их от стружки и масла; при заточке или доводке инструмент надежно закреплять в приспособлении или пользоваться подручником. Запрещается при заточке удерживать инструмент на весу; заточку осевого инструмента, обрабатываемого в центрах, производить только с исправными центровыми отверстиями, не допускать, чтобы вершина центров упиралась в дно центровых отверстий; инструмент должен плотно входить в оба центра всей конусной поверхности центровых отверстий; при ручной подаче подавать круг или инструмент на круг плавно, без рывков и резкого нажима; не допускать работу боковыми поверхностями круга, если круг не предназначен специально для такого вида работ; заточку и доводку инструмента алмазными кругами производить только с охлаждением; при заточке инструмента с охлаждающей жидкостью следить за тем, чтобы жидкость омывала абразивный или алмазный круг по всей его рабочей поверхности и своевременно отводилась; при переходе с сухой на мокрую заточку во избежание разрыва дать кругу предварительно охладиться (остыть) и только после этого начинать заточку инструмента с охлаждающей жидкостью; правку абразивных кругов производить только алмазами, алмазно-металлическими карандашами или специальными алмазозаменителями в соответствии с установленной технологией правки; алмазную и металлическую пыль удалять со станка специальной щеткой-сметкой или скребком. Производить эту работу непосредственно руками запрещается; не допускать уборщицу к уборке у станка во время его работы; оберегать круг от ударов и толчков; остановить станок и выключить электрооборудование в следующих случаях: а) уходя от станка даже на короткое время; б) при временном прекращении работы; в) при перерыве в подаче электроэнергии; г) при уборке, смазке, чистке станка; д) при обнаружении какой-либо неисправности, которая грозит опасностью; е) при подтягивании болтов, гаек и других крепежных деталей.

2. Во время работы на станке запрещается: работать на станке в рукавицах или перчатках, а также с забинтованными пальцами без резиновых напальчников; брать и подавать через работающий станок какие-либо предметы, подтягивать гайки, болты и другие соединительные детали станка; затачивать режущий инструмент на неисправном оборудовании; тормозить вращение шпинделя нажимом руки на вращающиеся части станка; пользоваться местным освещением напряжением выше 42 В; опираться на станок во время его работы и позволять это делать другим; работать кругами, имеющими трещины или выбоины; применять рычаги для увеличения нажима на круг; во время работы станка открывать и снимать ограждения и предохранительные устройства; оставлять ключи, приспособления и другие инструменты на работающем станке.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

1. В случае поломки станка, отказа в работе пульта управления заточник обязан отключить станок и сообщить об этом мастеру.

2. В случае загорания ветоши, оборудования или возникновения пожара необходимо немедленно отключить станок, сообщить о случившемся администрации и другим работникам цеха и приступить к ликвидации очага загорания.

3. В случае появления аварийной ситуации, опасности для своего здоровья или здоровья окружающих людей следует отключить станок, покинуть опасную зону и сообщить об опасности непосредственному руководителю.

Требования безопасности по окончании работы

По окончании работы заточник обязан: выключить станок и электродвигатель; привести в порядок рабочее место: а) убрать со станка алмазную и металлическую пыль; б) очистить станок от грязи; в) аккуратно сложить заготовки и инструмент на отведенное место; г) смазать трущиеся части станка; сдать станок сменщику или мастеру и сообщить обо всех неисправностях станка; снять спецодежду и повесить в шкаф, вымыть лицо и руки теплой водой с мылом или принять душ.

Материалы: http://studbooks.net/1834169/tovarovedenie/defekty_detaley_porshnevoy_gruppy_sposoby_ustraneniya

Специализированный моторный центр "АБ-ИНЖИНИРИНГ" работает с 1997 г.

Основная деятельность компании - ремонт автомобильных двигателей. Компания имеет центр механической обработки деталей двигателей, оснащенный импортным станочным оборудованием высшего качественного уровня производства фирм AMC-SCHOU (Дания) и SERDI (Франция).

СМЦ "АБ-ИНЖИНИРИНГ" является эксклюзивным российским дистрибьютором известных мировых лидеров в производстве оборудования и инструмента - компаний AMC-SCHOU, POLAR TOOLS (Дания), ROBBI, SERDI Srl (Италия), GUYSON (Англия) .

Благодаря передовым технологиям и квалифицированному персоналу в сочетании с современным шлифовальным, расточным и хонинговальным оборудованием компания обеспечивает высшее качество ремонтных работ и является одним из лидеров на рынке моторно-ремонтных услуг России.

Наш моторный центр «Шереметьевский»: тел. +7 495 545-6936, +7 495 502-5964 ,

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Сами по себе дефекты в механической части двигателя, как известно, не появляются. Практика показывает: всегда есть причины повреждения и выхода из строя тех или иных деталей. Разобраться в них непросто, особенно, когда повреждены составляющие поршневой группы.

Поршневая группа - традиционный источник неприятностей, подстерегающих водителя, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. Перегрев двигателя, небрежность в ремонте, - и пожалуйста, - повышенный расход масла, сизый дым, стук.

При "вскрытии" такого мотора неминуемо обнаруживаются задиры на поршнях, кольцах и цилиндрах. Вывод неутешителен - требуется дорогостоящий ремонт. И возникает вопрос: чем провинился двигатель, что его довели до такого состояния?

Двигатель, конечно, не виноват. Просто необходимо предвидеть, к чему приводят те или иные вмешательства в его работу. Ведь поршневая группа современного двигателя - "материя тонкая" во всех смыслах. Сочетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давления газов, и инерции, действующими на них, способствует появлению и развитию дефектов, приводящих в конечном счете к выходу двигателя из строя.

Во многих случаях простая замена поврежденных деталей - не лучшая технология ремонта двигателя. Причина-то появления дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

Чтобы этого не случилось, грамотному мотористу, как гроссмейстеру, необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитывая возможные последствия своих действий. Но и этого недостаточно - необходимо выяснить, почему возник дефект. А здесь без знания конструкции, условий работы деталей и процессов, происходящих в двигателе, как говорится, делать нечего. Поэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать.

Как работает поршень?

Поршень современного двигателя - деталь на первый взгляд простая, но крайне ответственная и одновременно сложная. В его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

И в какой-то степени поршень формирует облик всего двигателя. В одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: "Покажи мне поршень, и я скажу, что у тебя за двигатель".

Итак, с помощью поршня в двигателе решается несколько задач. Первая и главная - воспринять давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давления через поршневой палец шатуну. Далее эта сила будет преобразована коленвалом в крутящий момент двигателя.

Решить задачу преобразования давления газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнения движущегося поршня в цилиндре. Иначе неминуем прорыв газов в картер двигателя и попадание масла из картера в камеру сгорания.

Для этого на поршне организован уплотнительный пояс с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профиля. Кроме того, для сброса масла в поршне выполнены особые отверстия.

Но этого мало. В процессе работы днище поршня (огневой пояс), непосредственно контактируя с горячими газами, нагревается, и это тепло надо отводить. В большинстве двигателей задача охлаждения решается с помощью тех же поршневых колец - через них тепло передается от днища стенке цилиндра и далее - охлаждающей жидкости. Однако в некоторых наиболее нагруженных конструкциях делают дополнительное масляное охлаждение поршней, подавая масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. Иногда применяют и внутреннее охлаждение - форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Для надежного уплотнения полостей от проникновения газов и масла поршень должен удерживаться в цилиндре так, чтобы его вертикальная ось совпадала с осью цилиндра. Разного рода перекосы и "перекладки", вызывающие "болтание" поршня в цилиндре, негативно сказываются на уплотняющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигателя.

Удерживать поршень в таком положении призван направляющий пояс - юбка поршня. Требования к юбке весьма противоречивы, а именно: необходимо обеспечить минимальный, но гарантированный, зазор между поршнем и цилиндром как в холодном, так и в полностью прогретом двигателе.

Задача конструирования юбки усложняется тем, что температурные коэффициенты расширения материалов цилиндра и поршня различны. Мало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разнятся во много раз.

Чтобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигателях принимают меры по компенсации его температурных расширений.

Во-первых, в поперечном сечении юбке поршня придается форма эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси пальца, а в продольном - конуса, сужающегося к днищу поршня. Такая форма позволяет обеспечить соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, препятствуя заклиниванию.

Во-вторых, в ряде случаев в юбку поршня заливают стальные пластины. При нагревании они расширяются медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

Использование легких алюминиевых сплавов для изготовления поршней - не прихоть конструкторов. На высоких частотах вращения, характерных для современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихся деталей. В подобных условиях тяжелому поршню потребуется мощный шатун, "могучий" коленвал и слишком тяжелый блок с толстыми стенками. Поэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходится идти на всяческие ухищрения с формой поршня.

В конструкции поршня могут быть и другие "хитрости". Одна из них - обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за "перекладки" поршня в мертвых точках. Улучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности - микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение - специальное антифрикционное покрытие. Профиль уплотнительного и огневого поясов тоже определенный - здесь самая высокая температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает вероятность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивания). Нередко стойкость огневого пояса повышается анодированием.

Все, что мы рассказали, - далеко не полный перечень требований к поршню. Надежность его работы зависит и от сопряженных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршня, способ фиксации), состояния поверхности цилиндра (отклонения от цилиндричности, микропрофиль). Но уже становится ясно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в условиях работы поршневой группы быстро приводит к появлению дефектов, поломкам и выходу двигателя из строя. Чтобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждения деталей определить, почему, к примеру, возник задир или.

Почему прогорел поршень?

Анализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок делятся на четыре группы: нарушение охлаждения, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорания и механические проблемы.

Вместе с тем многие причины возникновения дефектов поршней взаимосвязаны, как и функции, выполняемые его различными элементами. Например, дефекты уплотняющего пояса вызывают перегрев поршня, повреждения огневого и направляющего поясов, а задир на направляющем поясе ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

В конечном счете это может спровоцировать прогар огневого пояса.

Отметим также, что практически при всех неисправностях поршневой группы возникает повышенный расход масла. При серьезных повреждениях наблюдаются густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. В некоторых случаях прослушивается стук поврежденного поршня, особенно на непрогретом двигателе (о стуке поршня более подробно см. №№ 8,9/2000).

Иногда характер дефекта поршневой группы удается определить и без разборки двигателя по указанным выше внешним признакам. Но чаще всего такая "безразборная" диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. Поэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Нарушение охлаждения поршня - едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: "радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос") либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир - схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.

После остывания форма поршня редко приходит в норму: юбка оказывается деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. Дальнейшая работа такого поршня сопровождается стуком и повышенным расходом масла.

В некоторых случаях задир на поршне распространяется на уплотнительный пояс, завальцовывая кольца в канавки поршня. Тогда цилиндр, как правило, выключается из работы (слишком мала компрессия), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Недостаточная смазка поршня чаще всего характерна для пусковых режимов, особенно при низких температурах. В подобных условиях топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаются, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

Двухсторонний задир юбки обычно встречается при длительной работе в режиме масляного голодания, связанного с неисправностями системы смазки двигателя, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшается.

Недостаток смазки поршневого пальца - причина его заклинивания в отверстиях бобышек поршня. Такое явление характерно только для конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Этому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому "прихваты" пальцев чаще наблюдаются у относительно новых двигателей.

Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания - частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание - к прогарам (более подробно см. №№ 4, 5/2000).

У дизелей чрезмерно большой угол опережения впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давления в цилиндрах ("жесткость" работы), что также может вызвать поломку перемычек. Такой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизеля.

Днище и огневой пояс могут повреждаться при слишком высокой температуре в камере сгорания дизеля, вызванной неисправностью распылителей форсунок. Аналогичная картина возникает и при нарушении охлаждения поршня - например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждения. Задир, возникающий на верхней части поршня, может распространяться и на юбку, захватывая поршневые кольца.

Механические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Например, абразивный износ деталей возможен как "сверху", из-за попадания пыли через рваный воздушный фильтр, так и "снизу", при циркуляции абразивных частиц в масле. В первом случае наиболее изношенными оказываются цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором - маслосъемные кольца и юбка поршня. Кстати, абразивные частицы в масле могут появиться не столько от несвоевременного обслуживания двигателя, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др.).

Редко, но встречается эрозия поршня у отверстия "плавающего" пальца при выскакивании стопорного кольца. Наиболее вероятные причины этого явления - непараллельность нижней и верхней головок шатуна, приводящая к значительным осевым нагрузкам на палец и "выбиванию" стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигателя старых (потерявших упругость) стопорных колец. Цилиндр в таких случаях оказывается поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

Иногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. Такое чаще всего происходит при неаккуратной работе во время обслуживания или ремонта двигателя. Гайка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто "провалить" днище поршня.

Рассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго. Но и того, что уже сказано, достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. По крайней мере, уже можно определить.

Как избежать прогара?

Правила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин появления дефектов. Тем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называется, со всеми вытекающими последствиями.

Хотя это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо: содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания. А если что-то с двигателем не так, не доводить его "до ручки", когда ремонт уже не обойдется "малой кровью".

При ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполнять еще несколько правил. Главное, на наш взгляд, - нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Эпидемия "болезни малых зазоров", когда-то поразившая многих механиков, все еще не прошла. Более того, практика показала, что попытки "поплотнее" установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигателя и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваются обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. Правило "лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше" работает всегда и для любых двигателей.

Остальные правила традиционны: качественные запасные части, правильная обработка изношенных деталей, тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

Задиры на юбке могут образоваться в результате недостаточного зазора или перегрева. В последнем случае они располагаются ближе к отверстию пальца.

Недостаточная смазка явилась причиной одностороннего задира юбки (а). При дальнейшей работе в таком режиме задир распространяется на обе стороны юбки (б)

Схватывание пальца в отверстии бобышек поршня произошло сразу после запуска двигателя. Причина - малый зазор в соединении и недостаточная смазка

Залегание колец в канавках и задиры в результате слишком высокой температуры в камере сгорания (а). При недостаточном охлаждении днища задир распространяется на всю верхнюю часть поршня (б)

Плохая фильтрация масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец

Плохая фильтрация масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец

Деформированный шатун обычно приводит к несимметричному пятну контакта юбки с цилиндром из-за перекоса поршня

Материалы: http://www.ab-engine.ru/abs/10_00_porshen.html

Снятие и проверка

Перед проверкой очистить поршень вместе с шатуном и снять штатные поршневые кольца. С помощью приспособления для установки колец осторожно снять кольца с поршней. Принять меры предосторожности, чтобы при выполнении этой операции не замять и не поцарапать поршни. Удалить все следы нагара с днища поршня. После удаления большей части нагара для дальнейшей очистки можно воспользоваться металлической щеткой или тонкой наждачной бумагой. Запрещается использовать для удаления нагара с поршней металлическую щетку, закрепленную на электродрели. Материал поршня достаточно мягкий и может быть поврежден такой щеткой. Для удаления нагара из канавок поршневых колец использовать инструмент для очистки поршневых канавок. Будьте очень осторожны, чтобы удалять только нагар. Примите меры предосторожности, чтобы не снять металл, не поцарапать и не замять боковые поверхности канавок поршневых колец. После удаления нагара необходимо очистить поршни вместе с шатунами растворителем и продуть их сжатым воздухом. Необходимо убедиться, что отверстия для отвода масла на боковых сторонах канавок чистые. Если поршни и стенки цилиндра не повреждены и не сильно изношены и если блок цилиндров не растачивается, то заменять поршни не требуется. Допускается естественный износ поршня, в том числе износ сторон поршня, воспринимающих боковое давление (90° по отношению к отверстию под поршневой палец), и незначительное ослабление верхнего компрессионного кольца в канавке. При ремонте двигателя обязательно установить новые поршневые кольца. Осторожно проверить каждый поршень на наличие трещин вокруг юбки, на бобышках отверстия под поршневой палец и на поверхности колец.

Проверить отсутствие задиров и следов прихвата на поверхности юбки, отверстий в днище поршня и прогара на кромках днища поршня. Если юбка изношена, двигатель, возможно, был поврежден из-за перегрева и/или неправильного процесса сгорания, который привел к появлению чрезмерно высоких температур. Тщательно проверить охлаждающие и смазочные каналы. Отверстие в днище поршня является следствием неправильного сгорания (преждевременного воспламенения). Прогорание днища поршня чаще всего возникает из-за детонации. Если все эти признаки есть, их причины должны быть устранены, чтобы не допустить повторного появления неисправности. Причинами могут быть утечки воздуха, неправильный состав топливовоздушной смеси и угол опережения зажигания. Коррозия поршня в виде неглубоких раковин указывает на попадание охлаждающей жидкости в камеру сгорания двигателя и/или картер двигателя. В этом случае следует также устранить причину неисправности, чтобы она не появилась после восстановления двигателя. Измерить щупом зазор между поршневым кольцом и канавкой, вставляя новые кольца в канавки (см. рисунок). Проверить зазор в трех или четырех точках каждой канавки. Необходимо убедиться, что в канавки установлены соответствующие кольца. Если зазор между поршневыми кольцами и канавками превышает значение, указанное в Руководстве по ремонту, следует установить новые поршни.

Проверить зазор между поршнем и цилиндром путем измерения диаметра цилиндра и поршня. Следует убедиться, что поршни правильно подобраны к цилиндрам. Измерить диаметр юбки поршня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, параллельных оси поршневого пальца (см. рисунок). Разность значений, полученных в результате этих двух измерений, указывает на овальность поршня.

Для получения значения зазора вычесть диаметр поршня из диаметра цилиндра. Если зазор превышает заданное значение, блок цилиндров необходимо расточить и установить новый комплект поршней и колец. Проверить зазор между поршнем и пальцем, поворачивая их в противоположных направлениях. Любой заметный люфт указывает на повышенный износ, который должен быть устранен. Следует обратить внимание на метку типа топлива, метку класса поршня и метку, указывающую направление установки поршня (к передней части двигателя), которые выбиты на поршнях некоторых двигателей. Более подробная информация приведена в Руководстве по ремонту.

Перед установкой поршней вместе с шатунами стенки цилиндров необходимо полностью очистить, верхний край каждого цилиндра должен быть закругленным, а коленчатый вал должен быть установлен. Снять крышку шатуна № 1 (в соответствии с метками, сделанными при снятии). Извлечь вкладыши, очистить поверхности нижней головки шатуна и крышки чистой ветошью, не оставляющей волокон. Они должны быть безупречно чистыми.

При установке не ударять по вкладышу, следует быть крайне аккуратным, чтобы не замять и не поцарапать поверхность антифрикционного слоя вкладыша. Перед установкой необходимо смазать вкладыш моторным маслом.

Развести замки поршневых колец через 120°. В зависимости от исполнения надеть отрезок пластмассовой или резиновой трубки на болты крышек шатунов. Смазать поршень и кольца чистым моторным маслом и установить приспособление для сжатия поршневых колец на поршень. Разместить приспособление так, чтобы из-под него юбка поршня выходила на 6‑7 мм для облегчения установки поршня в цилиндр.

Кольца должны быть сжаты все время, пока они перемещаются вместе с поршнем. Повернуть коленчатый вал, пока шатунная шейка № 1 не окажется в положении, соответствующем нижней мертвой точке (НМТ). Смазать моторным маслом стенки цилиндра. В соответствии с меткой или выемкой на днище поршня, которая указывает на направление к передней части двигателя, осторожно вставить поршень с шатуном в соответствующий цилиндр, при этом нижний край приспособления для сжатия поршневых колец должен оставаться в блоке цилиндров. Постучать по верхнему краю приспособления, чтобы убедиться, что оно соприкасается с блоком цилиндров по всей окружности. Слегка постучать по днищу поршня рукояткой деревянного молотка (см. рисунок), пока нижняя головка шатуна не сядет на шейку коленчатого вала. Ни в коем случае не прилагайте усилие к поршню во время установки в цилиндр, это может привести к поломке поршневого кольца и/или поршня. После установки в цилиндр поршня с шатуном, прежде чем окончательно затягивать детали крепления крышки шатуна, необходимо проверить зазор в шатунном подшипнике. Если зазор не соответствует требуемому значению, возможно установлены вкладыши несоответствующего размера (это значит, что потребуются другие). Установить крышку шатуна и затянуть гайки или болты требуемым моментом. После установки поршней с шатунами провернуть вручную коленчатый вал на несколько оборотов для визуальной проверки свободного вращения. Проверить осевой зазор шатуна на шейке коленчатого вала.

Буквенные обозначения на блоке цилиндров:

На некоторых двигателях на блоке цилиндров выбиты буквы, которые обозначают класс диаметра каждой из пяти опор под вкладыши коренных подшипников коленчатого вала. Наряду с цифрами и полосками, выбитыми на коленчатом валу (маркировка класса диаметров коренных шеек), эти метки необходимо использовать, чтобы правильно подобрать вкладыши.

Материалы: http://poznayka.org/s34616t1.html