Почему прогорел поршень?

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, "АБС"

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.

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. 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.toyota-club.net/files/2003/03-02-06_piston.htm

Перекос поршня

Вследствие повреждений двигателя то и дело происходит скручивание и прогиб шатунов. Если при ремонте большая и маленькая головки шатуна не проверяются на параллельность или шатун не выпрямлен, то позже при эксплуатации происходит боковое смещение поршня в диаметре цилиндра (рис. 1). Поршневые кольца, как показано на рисунке 2, совершают не круговые движения в диаметре цилиндра, а принимают форму эллипсов, Вследствие этого возникают серьёзные проблемы, касающиеся уплотнения. Поршневые кольца прилегают на одной стороне цилиндра к нижнему краю, а на другой стороне к верхнему. Если кольцо ещё может вращаться в кольцевой канавке, оно в очень короткий срок станет выпуклым. Эта выпуклость значительно превосходит задуманную по конструкции,так что масляная плёнка будетзначительно толще и хорошее её удаление станет невозможным. Кроме того, из-за перекоса поршня на кольцах возникает насосный эффект, благодаря которому перекачивается слишком много масла в камеру сгорания.

Часто из-за перекоса поршневые кольца больше не могут вращаться и принимают форму эллипса. Вследствие этого, происходит неравномерный радиальный износ, что нередко приводит к разлому поршневых колец.

Овальное отверстие

В цилиндрах с овальными отверстиями напряжение в поршневом кольце приводит к тому, что кольца совсем нет или только очень медленно притираются к стенке цилиндра и, таким образом, не выполняют свою предписанную функцию герметизации.

Заклинивание поршневого кольца и помехи при вращении

Проблемы, касающиеся уплотнения, часто возникают тогда, когда кольца у четырёхтактных ДВС не могут свободно передвигаться в кольцевых канавках. Повреждения поршней и цилиндров тогда уже запрограммированы (перегрев и задир поршня). Поршневые кольца с поперечным сечением в форме трапеции (смотри главу 1.3.1 Компрессионные поршневые кольца) из-за их формы не так восприимчивы к припеканию или блокированию в кольцевых канавках.

Причины для блокирования кольца и различные способы его предотвращения

• Кольца не должны заедать в канавке в осевом направлении. Ровность поверхности поршневых колец должна быть гарантирована. В любом случае нужно избегать того, чтобы поршневые кольца в результате неправильного обращения с ними при надевании на поршень становились погнутыми (смотри главу 2.4.1 Монтаж и демонтаж поршневых колец).

• Кольцевая канавка должна подходить поршневому кольцу по размеру.

• Кольцевые канавки должны быть очищены от грязи и прочих отложений (рис. 1).

• Моторное масло должно иметь правильную спецификацию, установленную производителем двигателей. Неправильное масло является причиной нагарообразования и припекания колец в их канавках.

• Эксплуатация двигателя с растительными маслами и альтернативным топливом.

• Погнутые шатуны, и вместе с ними перекосы поршней во внутреннем отверстии цилиндра.

Грязь

Появление грязи в двигателе - это одна из самых частых причин для его быстрого износа, а также износа поршневых колец. Повреждения от грязи имеют две основные причины:

Загрязнения проходят в камеру сгорания вместе со впускаемым воздухом. Это всегда происходит тогда, когда пренебрегается техническим осмотром воздушного фильтра, когда автомобиль передвигается без воздушного фильтра или же если система впуска негерметична, и грязь мимо воздушного фильтра попадает в камеру сгорания. Находящаяся в камере сгорания грязь попадает также в кольцевые канавки, где она, смешиваясь с имеющимся там маслом, образует абразивную пасту (рис. 2). Поршневые кольца стираются тогда по высоте, а кольцевые канавки расширяются (рис. 3). Износ, вызванный загрязнениями на поршневых кольцах, проявляется преимущественно в осевом направлении на боковых поверхностях кольца. В поперечном направлении (на рабочей поверхности) кольцо снашивается из-за возникающего полусухого трения тоже, однако, не настолько сильно, как на боковых поверхностях. Частым признаком загрязнения в кольцевых канавках являются следы на боковых поверхностях кольца, оставляемые при качении. При этом грязь, которая состоит преимущественно из мелкого песка, выцарапывает при вращении колец и перекосе поршня характерный рисунок на боковой поверхности кольца.

Так как кольца при работе прилегают, в основном, к нижней боковой поверхности канавки, износ появляется преимущественно на верхней боковой поверхности кольца. Там находятся также и следы, оставляемые при качении, рис. 1 и 2 (стр. 62).

Повреждения от грязи за немногим исключением касаются в равной мере всех внутренних отверстий цилиндров - все внутренние отверстия цилиндров, которые делят между собой впускную трубу или впускную перемычку. У соседних внутренних диаметров цилиндров, которые снабжаются через одну и туже впускную трубу, повреждение от грязи только в одном диаметре цилиндра практически едва ли возможно. Это важное обстоятельство, которое должно быть принято во внимание при диагностировании повреждения. Если только отдельные диаметры цилиндров подверглись сильному износу и негерметичность впускной трубы исключена, тогда, вероятно, имеется избыток топлива в камере сгорания (смотри к этой теме главу 2.6.5 Избыток топлива в камере сгорания).

Из-за более раннего повреждения и/или плохо проведенного ремонта грязь находится еще в системе циркуляции масла. Тогда грязь начинает с кривошипной камеры совершать на стенках цилиндров и поршней своё разрушительное действие. С помощью циркуляции загрязненного масла частицы загрязнений попадают также на все опорные места в двигателе. Масло хотя и проходит через масляный фильтр, но часто система циркуляции масла не совсем хорошо чистится. Грязь, которая находится уже на очищенной стороне масляного цикла, попадает на опорные места и приводит к преждевременному износу или к повреждениям.

Часто при повреждении двигателя масляный фильтр настолько засоряется пылью, появившейся при истирании, что открывается клапан байпасного регулирования. Моторное масло попадаеттогда в неотфильтрованном виде к местам смазывания. Этот факт нужно принимать во внимание при конструкции двигателя, чтобы избежать капитальных повреждений двигателя по причине полной потери масла в подшипниках. Часто после повреждения двигателя в масляном радиаторе и его смазочных линиях находится ещё большое количество загрязнений. Поэтому это безответственно, подсоединять новый или отремонтированный двигатель к неочищенному масляному радиатору и сдавать его в эксплуатацию. Такие двигатели из-за повреждения подшипников не выдерживают часто даже испытательного пробега.

Если масляный радиатор из-за повреждения двигателя загрязняется, то часто чистка обещает мало успеха. В этом случае лучше использовать новый масляный радиатор, чтобы исключить риск повреждения, который появляется в результате применения старого.

Избыток топлива в камере сгорания

После повреждений от грязи, повреждения и износ из-за избытка топлива в камере сгорания являются второй частой причиной повреждения поршневых колец. При избытке топлива в камере сгорания масляная плёнка на стенке цилиндра настолько сильно повреждается, что поршневые кольца трут металлом о металл по стенке цилиндра и при этом очень быстро теряют радиальную толщину. Металлический контакт поршневых колец со стенкой цилиндра (рис. 4) может появляться только на короткое время и только в исключительных случаях (например, при запуске холодного двигателя) и недопустим в остальных режимахэксплуатации. Срок службы поршня, поршневых колец и внутреннего отверстия цилиндра значительно укорачивается. В нормальном состоянии скользящие друг по другу детали всегда разделены масляной плёнкой (рис. 3). При этом масляная плёнка должна быть толще чем неровности на поверхностях элементов скольжения.

При эксплуатации двигателя из-за сбоев процесса сгорания топливо часто скапливается и также конденсируется на стенке цилиндра. Масляная плёнка, при этом, разбавляется или смывается. Благодаря возникающему полусухому трению поршневые кольца полностью снашиваются уже через несколько тысяч километров. Мощность снижается и потребление масла двигателем увеличивается.

Полусухое трение ведёт к слишком сильному радиальному износу поршневых колец и наружней поверхности цилиндра. Его очень легко заметить на обоих рабочих поясках маслосъёмного поршневого кольца. На рисунке 1 можно увидеть новое и изношенное в результате смешанного трения маслосъёмные поршневые кольца. Оба рабочих пояска полностью стёрты. Двигатель, которому принадлежало кольцо, имел чрезмерный расход масла. Такого рода радиальный износ, который появляется не только на маслосъёмных поршневых кольцах, можно почти всегда зачислить на счёт избытка топлива в камере сгорания.

Особенно тогда, когда износ во всех поршнях не выражен равным образом, речь идёт об износе из-за полусухого трения при избытке топлива в камере сгорания. Такая ситуация случается очень даже часто и служит доказательством того, что кольца изношены вовсе не из-за предположительно плохого качества материала или неправильной обработки цилиндра. Это произошло бы тогда в равной мере со всеми поршнями и поршневыми кольцами, а не только с определёнными цилиндрами.

Износ из-за полусухого трения при избытке топлива в камере сгорания происходит как у бензиновых, так и дизельных двигателей.

У бензиновых двигателей (прежде всего, у более старых карбюраторных двигателей) частые поездки на короткие дистанции и перебои в зажигании являются основными причинами. Бензиновые двигатели нуждаются для начала работы и в период прогрева в намного большем количестве топлива чем в режиме работы. При частой езде на короткие дистанции при определённых обстоятельствах конденсированное и оставшееся на стенке цилиндра топливо не может испариться и смешивается с моторным маслом. Вследствие этого масло разбавляется, и по причине потери его вязкости появляется смешанное трение. У бензинового двигателя избыток топлива в камере сгорания появляется также из-за дефектных свечей зажигания или катушек зажигания, так как топливо не воспламеняется и не сгорает.

У дизельных двигателей впрыснутая масса топлива воспламеняется в камере сгорания в воздухе с высокой степенью сжатия. При недостаточной компрессии (плохое заполнение) или при плохом качестве топлива происходит задержка самовоспламенения, жидкое топливо сгорает не полностью и накапливается в камере сгорания.

Дальнейшими причинами для избытка топлива в камере сгорания у дизельного двигателя являются:

• Дефектные и неплотные впрыскивающие форсунки.

• Дефекттопливного насоса высокого давления (ТНВД) и ошибки при его регулировке.

• Неправильно проложенные и закрепленные топливопроводы высокого давления (колебания).

• Механические ошибки (удары поршня о головку блока цилиндров) из-за неправильного размера выступа поршня, вызванного чистовой обработкой уплотнительных поверхностей и применением прокладок головок цилиндров неправильной толщины.

• Плохое заполнение из-за засоренных воздушных фильтров.

• Плохое заполнение из-за дефектных или изношенных турбонагнетателей.

• Плохое заполнение из-за изношенных или сломанных поршневых колец.

• Плохое качество топлива(плохое самовоспламенение и неполное сгорание).

Также при этом виде повреждения нужно делать различие, изношен ли только один определённый или все цилиндры. Для повреждений во всех цилиндрах скорее всего существует глобальная причина,такая, как плохое качество топлива или плохое заполнение. При повреждениях отдельных цилиндров виновниками чаще всего являются дефектные впрыскивающие форсунки, топливопроводы высокого давления, свечи зажигания или провода высокого напряжения.

Изломы

Изломы поршневых колец возникают либо из-за чрезмерного износа, из-за их вибрации, либо из-за допущенной при монтаже колец ошибки.

Изломы при работе поршневых колец не появляются без крайних условий эксплуатации. При надевании колец на поршень механическая нагрузка гораздо выше, чем во время ихэксплуатации. При натягивании на поршень поршневые кольца должны выдерживать намного большее напряжение при изгибе, чем при монтаже в цилиндр. Кольцо с дефектами в структуре или с браком материала ломалось бы уже при натягивании.

Если можно найти изломанные поршневые кольца непосредственно после ремонта поршней в двигателе, то в большинстве случаев они были повреждены или сломаны при неумелом монтаже поршня или в результате использования неправильных монтажных инструментов.

Кольца могут ломаться и после длительного срока эксплуатации. Это происходит, если радиальная или осевая толщина стенки по причине износа уже значительно уменьшилась. Чаще всего кольцо из-за слишком большого зазора по высоте начинает вибрировать и не может больше противостоять той нагрузке, которой оно подвержено. При этом, в большинстве случаев кольцо разламывается на много маленьких фрагментов.

Однако, у колец не должна обязательно уменьшится толщина материала, чтобы они разломались. Если в режиме эксплуатации происходят сбои процесса сгорания, то кольца по причине высокой нагрузки могут поломаться, даже если они не были изношены. Также непреднамеренное проникновение воды или масла в камеру сгорания может привести к разламыванию колец. Жидкости нельзя сжимать. Если объём жидкости превосходит объём камеры сгорания, то жидкость должна либо протиснуться мимо поршня, либо поршни или поршневые кольца ломаются. Шатун также может деформироваться, или же разрушается стенка цилиндра/гильза цилиндра.

Вибрация кольца

Кольца могут начать вибрировать, особенно в бензиновых двигателях при средней нагрузке и большом числе оборотов двигателя. Под понятием «вибрация» понимают здесь не только отделение поршневого кольца от нижней опорной боковой поверхности, но и потерю уплотняющей функции кольца по причине отсутствия радиального прилегания к стенке цилиндра (ослабевание). И то, и другое влечёт за собой потерю мощности и высокий расход масла, так как кольца либо уплотняют плохо, либо вообще не уплотняют.

Осевая вибрация кольца начинается в большинстве случаев уже у самого стыка. Стыковые концы кольца из-за своего открытого положения склонны особенно к тому, чтобы при неблагоприятных условиях эксплуатации отделиться от нижней опорной поверхности. Вибрирующие стыковые концы передают тогда колебание в виде волн на всё поршневое кольцо.

Благодаря меньшим силам инерции кольца небольшой высоты меньше подвержены ны вибрации. Более высокое давление прижима на стыковых концах противодействует склонности к вибрации.

Причинами для осевой вибрации поршневого кольца являются:

• Слишком большой зазор кольца по высоте.

• Потеря упругости кольца (износ) и, вместе с тем, плохое прижатие на стыковых концах, особенно у поршневых колец с грушевидным распределением радиального давления (смотри также главу 1.6.2 Распределение радиального давления).

• Механический контакт поршня с головкой блока цилиндров по причинедопущенных ошибок при ремонте, особенноудизельныхдвигателей (рис. 2).

• Детонационное сгорание из-за неисправности устройства управления двигателем (смесеобразование, зажигание) и по причине недостаточного качества топлива (слишком низкое октановое число, примеси дизельного топлива).

• Изношенные канавки для поршневых колец.

• Слишком маленький объём горючей смеси на дне канавки из-за отложений в ней масляного нагара (причина: слишком высокая температура сгорания) и/или из-за неудовлетворительного качества моторного масла.

Радиальная вибрация поршневого кольца

Из-за нарушенного соотношения сил (увеличение давления газа на рабочую поверхности кольца) поршневое кольцо может отделиться от поверхности цилиндра и больше не уплотнять, рис. 2 и рис. 1 (стр. 68).

Причинами для этого являются:

• Изношенные поршневые кольца (уменьшение радиальной толщины стенок) и с этим связанная потеря усилия прижима поршневого кольца на стенке цилиндра, а также пониженная жёсткость кольца.

• Некруглые диаметры цилиндра и с этим связанное усиленное проникновение давления сгорания в щель между рабочей поверхностью поршневого кольца и кольцевым зазором.

• Перекос поршня по причине погнутых шатунов. Из-за перемещения под наклоном в пределах внутреннего отверстия цилиндра кольцо описывает несколько овальную траекторию. Таким образом, на одной стороне цилиндра, там, где поршень прилегает менее плотно, проникает больше отработавшего газа в область жарового пояса и между поршневым кольцом и стенкой цилиндра.

• Имеющийся на рабочей поверхности поршневого кольца чрезмерный износ выпуклой формы из-за слишком большого зазора кольца по высоте,

• Поврежденные кромки кольца, которые возникли из-за неправильного хонингования (образование металлической оболочки). Кольцо растрескано на краях и имеет подобие бахромы

(в основном это происходит с простыми литыми кольцами, не имеющих покрытия рабочей поверхности), газ проникает в щели и поднимает поршневое кольцо с рабочей поверхности.

Материалы: http://axela-mazda.ru/kolca/problemy-pri-uplotnenii-i-povrezhdenija-kolets.html

Двигатель. Дефекты, причины, профилактика.

Часть 1: абразивный износ, гидравлический удар, перелив топлива.

Двигатель - сердце любой иномарки. Автоводители в Курске, как и во всем другом мире часто сталкиваются с различными проблемами в связи с поломками и дефектами компонентов двигателя. Своевременная диагностика и профилактика значительно продлят срок качественной эксплуатации двигателя, и соответственно, работоспособности Вашей иномарки. В этой статье мы с технической точки зрения рассмотрим наиболее типичные случаи повреждений деталей двигателя, причины их возникновения и профилактические меры, чтобы на будущее избежать подобных ситуаций. В первой части поговорим об абразивном износе, гидравлическом ударе и переливе топлива.

Абразивный износ двигателя.

Причины абразивного износа двигателя.

Специалисты выделяют несколько видов дефектов в зависимости от числа поврежденных цилиндров и состояния поршневых колец при повреждениях, которые вызывает абразивный износ. Рассмотрим несколько ситуаций:

Поврежден только один цилиндр, первое поршневое кольцо изношено на порядок сильнее третьего. В этом случае загрязнения попадают в камеру сгорания сверху, через систему впуска цилиндра. Причиной могла стать разгерметизация либо грязевые отложения.

Повреждены несколько или все цилиндры, первое поршневое кольцо изношено на порядок сильнее третьего. Загрязнения проникают в камеру сгорания через общую систему впуска всех цилиндров. Причиной может также быть разгерметизация, либо отсутствующий равно, как и разрушенный воздушный фильтр.

Повреждены несколько или все цилиндры, третье поршневое кольцо изношено на порядок сильнее первого. В этом случае специалисты говорят о загрязненном моторном масле. Это может быть вызвано не выполненной очисткой картера двигателя, из-за грязного отделителя масляного тумана.

Симптомы и их проявления.

Основной симптом абразивного износа двигателя из-за грязи - повышенный расход масла. Абразивный износ проявляет себя по-разному на деталях двигателя. Чаще всего специалисты выявляют следующее:

- Тонкие борозды по ходу движения на поршневых кольцах, юбке поршня, стенке, гильзе цилиндра.

- Выявляется увеличенный тепловой зазор на поршневых кольцах. Кромки колец становятся острыми. А также:

Широкое матовое пятно контакта на юбке поршня, причем как со стороны наибольшей боковой нагрузки, так и с противоположной стороны.

Износ профиля на юбке поршня и на сопряженной контактной поверхности: гильзе или стенки цилиндр.

Устранение и профилактика:

- Проверить систему впуска на герметичность;

- Проверить и при необходимости заменить воздушный фильтр;

- Очистить от загрязнений перед монтажом картер двигателя и всасывающие трубы;

- Соблюдать чистоту при выполнении ремработ.

Причины возникновения гидравлического удара.

Гидравлический удар - это мощный источник разрушительной энергии. Причиной его возникновения является вода или топливо, попавшая в камеру сгорания. В связи с тем, что эти жидкости не подвержены сжатию при гидравлическом ударе происходит резкое силовое воздействие на поршень, шатун, поршневой палец, картер двигателя, головку цилиндра, подшипники и коленчатый вал. Излишняя жидкость может оказаться в камере сгорания по причине:

- Попадание воды в камеру сгорания через систему впрыска (к примеру, при езде по поверхности, залитой водой);

- Вода может попадать в камеру сгорания из-за дефекта прокладок;

- Попадание излишнего топлива в камеру сгорания по причине неисправной инжекторной системы.

Симптомы гидравлического удара.

Губительное воздействие гидравлического удара может вывести из строя многое компоненты двигателя. Он может вызвать: поломку поршневого пальца. А также:

Устранение и профилактика гидравлического удара.

- Использование при капитальном ремонте двигателя высококачественных прокладок.

- Проверять и заменять инжекторные форсунки, даже при небольшом сомнении.

Причины возникновения перелива топлива.

Лишняя доля топлива в масле приводит к утончению масляной пленки и ухудшению ее качеств. Истонченный масляный слой значительно повышает степень износа деталей двигателя. Перелив топлива может быть вызван следующими причинами:

- неправильно настроенная система впрыска;

- при холодном пуске система обогащения подает перенасыщенную смесь;

- Некорректная работа инжекторных форсунок (к примеру, по причине засоренного топливного фильтра);

- Из-за очень малого зазора поршень бьет по головке цилиндра, тем самым провоцирует неконтролируемый впрыск форсунок;

- Малое давление сжатия. По причине:

Негерметичная прокладка головки цилиндра;

Неправильно настроенные фазы газораспределения;

Излишне большой зазор между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров;

Дефект одного или нескольких поршневых колец;

Ошибка в системе зажигания, к примеру, неисправная свеча зажигания.

Симптомы перелива топлива.

Устранение и профилактика перелива топлива.

- Настройка корректной работы системы впрыска;

- Проверить инжекторные форсунки;

- Необходимо строго придерживаться монтажных размеров;

- Проверить свечи зажигания, заменить при необходимости.

Выражаем благодарность за предоставленную информацию специалистам компании MAHLE. Концерн MAHLE - это один из крупнейших разработчиков и производителей систем и компонентов двигателя, а также фильтров для автоиндустрии. Продукция компании попадает как напрямую на конвейеры автопроизводителей, так и на рынок автозапчастей. Многолетний опыт, наличие самых современных лабораторий, многократный контроль, новейшие разработки позволяют специалистам компании стать настоящими экспертами в области производимой продукции: фильтров и деталей двигателей.

Материалы: http://www.avtopartiya.com/?cid=a140