1 ≫
-
Печальная история: от двигателя (нового, умеренно б/у или капитально отремонтированного) ожидали многих лет и многих сотен тысяч километров надежной и честной работы, а он в одночасье задымил, потерял мощность, стал капризничать при запуске, есть масло и в итоге встал.
Сейчас подавляющее большинство пользуется автомобилями, которые создавались в странах, на десятки лет опередивших нас в повальной автомобилизации населения. И построены эти автомобили на принципах, близких к тем, которые бытуют в авиации — ДИАГНОСТИКА ПО РЕГЛАМЕНТУ.
Те, кто бывал за границей, знают, что там чаще всего люди приезжают в сервис с вопросом, посмотрите, все ли в порядке. Особенно это имеет место в Германии.
Двигатель. Что является наиболее частой причиной преждевременного износа двигателя?
1. Накопление нагара.
2. Перегрев двигателя.
Накопление нагара — процесс постепенный. Причин много и все мы их разбирали. Для одним типов двигателей это более актуально, для других менее. Наиболее остро проблема стоит для двигателей с непосредственным впрыском топлива
Часто говорят, что двигатели стали менее надёжными. А я бы сформулировал иначе. Двигатели стали более требовательными и на нашем топливе и в наших условиях чистку от нагара надо делать раз в 10 тысяч, тогда и проблем не будет.
Кроме того, ошибки датчиков топливной аппаратуры, засорение воздушного фильтра и много другое сильно влияет на накопление нагара.
Перегрев. Это явление крайне редко возникает внезапно. Оно обычно «подкрадывается» очень постепенно в виде мелких подтеков антифриза, которые могут быть, как заметными и проявляться лужей под машиной, так и попаданием антифриза в камеру сгорания, которое чаще всего можно увидеть только эндоскопом через свечное отверстие.
«Вскрытие» нескольких двигателей с подобными симптомами на первый взгляд всегда дает более менее похожую картину — сильный износ цилиндро — поршневой группы. Однако, катастрофический износ далеко не всегда прямое следствие длительной и интенсивной эксплуатации. Нередко поршневая группа, а вместе с ней весь мотор умирают скоропостижно. В таких случаях крайне важно понять, что именно вызвало данный износ, с тем, чтобы при ремонте устранить причину. В ином случае ремонт превращается в бесконечное и бесперспективное устранение последствий.
Рассмотрим несколько характерных примеров:
Интенсивный износ в результате смывания топливом смазки со стенок цилиндров.
Ошибки в работе топливной аппаратуры, «льющая» форсунка, пропуски воспламенения или неточности в установке угла опережения впрыска приводят к образованию в надпоршневом пространстве избыточного количества несгоревшего топлива. Попадая на стенки цилиндров частички топлива смешиваются с масляной пленкой, существенно снижая ее смазывающие свойства. В результате в самой нагруженной верхней зоне цилиндра поршневые кольца поршневые кольца работают в условиях недостаточной смазки.
Существенный избыток топлива
Он способен полностью смыть масляную пленку, и условия работы колец в таком случае близки к режиму сухого трения. В таких случаях наблюдается интенсивный износ поршневых колец, с образованием характерной острой кромки. Гильза цилиндра в верхней зоне работы колец приобретает критический износ (около 0,2 мм) буквально за 500 — 800 км пробега. Юбка поршня на первоначальной стадии серьезно не страдает. Позднее на юбке поршня появляются характерные темные пятна с вертикальными рисками, обозначающие зоны трения в условиях недостаточной смазки. При исследовании под микроскопом на юбке поршня удается обнаружить внедренные частички продуктов износа поршневых колец. Масло двигателя «умершего» по вышеописанным причинам обычно имеет значительные примеси топлива. Так что вместе с чёрным дымом переобогащённого выхлопа в трубу вылетает не только сажа и не сгоревшая солярка, но и значительная часть ресурса мотора.
Быстрые и печальные последствия вызывает попадание в двигатель абразива.
Не трудно посчитать, что за каждую минуту работы безнаддувный дизель прокачивает через себя количество воздуха, равное произведению рабочего объема на 1/2 оборотов. Например V раб — 12 литров, обороты 2000 об/м, т.е. 12 м2 в минуту или 720 м3 в час. Достаточно весьма низкой концентрации твердых частиц в таком объеме потребляемого воздуха, чтобы накопившийся абразив буквально съел двигатель изнутри. Не аккуратная установка воздушного фильтра, неплотные хомуты, трещины в соединительных гофрах, возможность подсоса воздуха в двигатель мимо фильтра — все ведет к быстрой гибели мотора от «дорожного» абразива.
Опасность попадания технического абразива в мотор во время техобслуживания или ремонта.
Таким несчастьям одинаково может быть подвержен и трактор в пыльном поле и роскошный катер в нейтральных водах. Сколько раз приходилось наблюдать как стремление старательного владельца легковушки «полирнуть» шкуркой впускной коллектор, или грамотно и аккуратно притереть по плите корпусные детали карбюратора, приводит к почти мгновенной (200 — 500 км) гибели мотора. Удалить технический абразив «сполоснув бензинчиком» невозможно. В современной практике моторного ремонта само стремление что-либо притереть (например, клапаны) вызывает недоумение, но тем не менее, таким коварным путем частички абразива иногда ухитряются попасть в двигатель.
Дальше образуется следующая картина: твердые частицы попадая в зону трения вызывают интенсивный износ. Поршневые кольца интенсивно изнашиваются не только по радиальной толщине, но и по высоте. При этом максимальный износ получает первое компрессионное кольцо, так как именно оно подвергается воздействию твердых частиц в первую очередь. Интенсивный износ первого кольца по высоте появляется в результате накапливания твердых частиц в зазоре между кольцом и кольцевой канавкой поршня. Торцовые поверхности кольца быстро получают значительные отклонения от первоначальной геометрической формы и размеров. Стремительно увеличивающийся зазор вызывает интенсивное разбивание кольцевой канавки.
При попадании в двигатель абразива интенсивный износ рабочих поверхностей колец сопровождается образованием многочисленных вертикальных рисок. На кромках колец возникает микро облом или микрозаусенцы. Зона максимального износа цилиндров обычно находится ниже, чем в вышеописанном случае износа в результате избытка топлива и приходится примерно на середину рабочей высоты цилиндра. Рабочая зона юбки поршня получает повреждения в виде многочисленных вертикальных рисок, придающих юбке поршня матовый серый цвет. При исследовании под микроскопом на юбке поршня обнаруживаются внедрившиеся твердые частицы — убийцы мотора и виновники данного вида износа.
Количество таких включений на юбке поршня обычно не велико — всего лишь несколько точек на 1 см2, однако если учесть, что внедрилась в материал юбки поршня небольшая часть от всего попавшего в мотор абразива, а также учесть, что в среднем на 100 км пробега поршень совершает около 200 тыс. двойных ходов, то становится очевидно даже небольшое количество твердых вкраплений на юбке поршня однозначно указывает на абразивный характер интенсивного износа. Часто пресловутая ванночка с бензином, в которой вчера <сполоснули> притертый клапан, а сегодня механик другой смены промыл что-либо перед сборкой мотора и является истиной причиной <необъяснимых> износов.
Последним, и возможно самым наглядным индикатором наличия абразивного износа является
Характер повреждений поршневого пальца.
Судите сами: если палец имеющий поверхностную твер-дость обычно около 54:60 HRC за короткое время получил аномально большой износ, поворачиваясь в <алюминиевых> бобышках поршня, следовательно в зоне трения присутствовали частицы, значительно более твердые, чем сам материал поршневого пальца. На практике случалось, к сожалению, разбирать случаи и со злонамеренным нанесением в моторы порошков или пасты.
В этой ситуации. безусловным благом было бы создание серьезной специализированной научно-экспертной лаборатории. Но пока такой организации не создано транспортникам и ремонтникам во многих спорных ситуациях приходится разбираться самостоятельно.
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 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…
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…
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.
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.
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.
Тут все проявляется чаще всего ещё более ярко. Большая часть отказов в начале проявляется в виде ошибок, которые стираются и человек уезжать успокоенным. Но практика показала, что любое, самое незначительное отклонение от нормы является признаком некой тенденции. Можно долго не обращать внимание на лёгкие «тычки» коробки, которые легко устраняются перепрошивкой или в крайнем случае, профилактикой платы. Но достаточно быстро это приведёт к необходимости переборка коробки.
Ошибки в газораспределении часто являются признаком износа цепи, шестерен, а потом кончаются переборкой мотора на сотни тысяч рублей. Такие работы, как замена ремня ГРМ вообще должны проводится «в автоматическом режиме» до пробега 80 тысяч. Что бывает при обрыве знают все.
Имея возможность сравнивать то, сколько расходуют на содержание автомобилей те, кто не выключил в своем сознании старый алгоритм подхода к содержанию автомобиля и тех, кто «приезжает на диагностику», могу сказать, что расходы первых в сумме за время обладания автомобилем примерно на 30-50% обычно больше, чем у вторых.
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,
2. излишне не нагружать холодный двигатель,
3. избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания.
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.
Изначально умные люди ставили двухрядную цепь и сдвоенные шестерни. Нагрузка на каждый зуб и звено цепи была маленькая и проблемы цепей не было в природе.
Сейчас под лозунгом снижения веса и металлоемкости, а также экологии, двигатели стали такими, как мы их видим.
После 120 тысяч пробега надо менять поголовно не дожидаясь ухода меток и обрыва или перескока.
Уход метки от нормы хоть на миллиметр- причина для замены.
Андрей Гончаров, эксперт рубрики «Ремонт автомобилей»
Материалы: http://dek-auto.ru/naibolee-chastye-prichiny-prezhdevremennogo-iznosa-dvigatelya-avtomobilya-cherez-skolko-menyat-remen-grm/
