ћосква +7 495 545 6936
E-mail: написать
YouTube Instagram
Ќаш опыт ремонта двигателей Ч с 1990 года!
—ѕ≈÷»јЋ»«»–ќ¬јЌЌџ… ћќ“ќ–Ќџ… ÷≈Ќ“–
јЅ-»нжиниринг
√Ћј¬Ќјя

ѕочему прогорел поршень?


јЋ≈ —јЌƒ– ’–”Ћ≈¬, кандидат технических наук

—ами по себе дефекты в механической части двигател€, как известно, не по€вл€ютс€. ѕрактика показывает: всегда есть причины повреждени€ и выхода из стро€ тех или иных деталей. –азобратьс€ в них непросто, особенно, когда повреждены составл€ющие поршневой группы.

ѕоршнева€ группа - традиционный источник непри€тностей, подстерегающих водител€, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. ѕерегрев двигател€, небрежность в ремонте, - и пожалуйста, - повышенный расход масла, сизый дым, стук.

ѕри "вскрытии" такого мотора неминуемо обнаруживаютс€ задиры на поршн€х, кольцах и цилиндрах. ¬ывод неутешителен - требуетс€ дорогосто€щий ремонт. » возникает вопрос: чем провинилс€ двигатель, что его довели до такого состо€ни€?

ƒвигатель, конечно, не виноват. ѕросто необходимо предвидеть, к чему привод€т те или иные вмешательства в его работу. ¬едь поршнева€ группа современного двигател€ - "матери€ тонка€" во всех смыслах. —очетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давлени€ газов, и инерции, действующими на них, способствует по€влению и развитию дефектов, привод€щих в конечном счете к выходу двигател€ из стро€.

¬о многих случа€х проста€ замена поврежденных деталей - не лучша€ технологи€ ремонта двигател€. ѕричина-то по€влени€ дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

„тобы этого не случилось, грамотному мотористу, как гроссмейстеру, необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитыва€ возможные последстви€ своих действий. Ќо и этого недостаточно - необходимо вы€снить, почему возник дефект. ј здесь без знани€ конструкции, условий работы деталей и процессов, происход€щих в двигателе, как говоритс€, делать нечего. ѕоэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать...

 ак работает поршень?

ѕоршень современного двигател€ - деталь на первый взгл€д проста€, но крайне ответственна€ и одновременно сложна€. ¬ его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

» в какой-то степени поршень формирует облик всего двигател€. ¬ одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: "ѕокажи мне поршень, и € скажу, что у теб€ за двигатель".

»так, с помощью поршн€ в двигателе решаетс€ несколько задач. ѕерва€ и главна€ - восприн€ть давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давлени€ через поршневой палец шатуну. ƒалее эта сила будет преобразована коленвалом в крут€щий момент двигател€.

–ешить задачу преобразовани€ давлени€ газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнени€ движущегос€ поршн€ в цилиндре. »наче неминуем прорыв газов в картер двигател€ и попадание масла из картера в камеру сгорани€.

ƒл€ этого на поршне организован уплотнительный по€с с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профил€.  роме того, дл€ сброса масла в поршне выполнены особые отверсти€.

Ќо этого мало. ¬ процессе работы днище поршн€ (огневой по€с), непосредственно контактиру€ с гор€чими газами, нагреваетс€, и это тепло надо отводить. ¬ большинстве двигателей задача охлаждени€ решаетс€ с помощью тех же поршневых колец - через них тепло передаетс€ от днища стенке цилиндра и далее - охлаждающей жидкости. ќднако в некоторых наиболее нагруженных конструкци€х делают дополнительное масл€ное охлаждение поршней, подава€ масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. »ногда примен€ют и внутреннее охлаждение - форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршн€.

ƒл€ надежного уплотнени€ полостей от проникновени€ газов и масла поршень должен удерживатьс€ в цилиндре так, чтобы его вертикальна€ ось совпадала с осью цилиндра. –азного рода перекосы и "перекладки", вызывающие "болтание" поршн€ в цилиндре, негативно сказываютс€ на уплотн€ющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигател€.

”держивать поршень в таком положении призван направл€ющий по€с - юбка поршн€. “ребовани€ 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.

«адача конструировани€ юбки усложн€етс€ тем, что температурные коэффициенты расширени€ материалов цилиндра и поршн€ различны. ћало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разн€тс€ во много раз.

„тобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигател€х принимают меры по компенсации его температурных расширений.

¬о-первых, в поперечном сечении юбке поршн€ придаетс€ форма эллипса, больша€ ось которого перпендикул€рна оси пальца, а в продольном - конуса, сужающегос€ к днищу поршн€. “ака€ форма позвол€ет обеспечить соответствие юбки нагретого поршн€ стенке цилиндра, преп€тству€ заклиниванию.

¬о-вторых, в р€де случаев в юбку поршн€ заливают стальные пластины. ѕри нагревании они расшир€ютс€ медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

»спользование легких алюминиевых сплавов дл€ изготовлени€ поршней - не прихоть конструкторов. Ќа высоких частотах вращени€, характерных дл€ современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихс€ деталей. ¬ подобных услови€х т€желому поршню потребуетс€ мощный шатун, "могучий" коленвал и слишком т€желый блок с толстыми стенками. ѕоэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходитс€ идти на вс€ческие ухищрени€ с формой поршн€.

¬ конструкции поршн€ могут быть и другие "хитрости". ќдна из них - обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за "перекладки" поршн€ в мертвых точках. ”лучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности - микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение - специальное антифрикционное покрытие. ѕрофиль уплотнительного и огневого по€сов тоже определенный - здесь сама€ высока€ температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает веро€тность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивани€). Ќередко стойкость огневого по€са повышаетс€ анодированием.

¬се, что мы рассказали, - далеко не полный перечень требований к поршню. Ќадежность его работы зависит и от сопр€женных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршн€, способ фиксации), состо€ни€ поверхности цилиндра (отклонени€ от цилиндричности, микропрофиль). Ќо уже становитс€ €сно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в услови€х работы поршневой группы быстро приводит к по€влению дефектов, поломкам и выходу двигател€ из стро€. „тобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждени€ деталей определить, почему, к примеру, возник задир или...

ѕочему прогорел поршень?

јнализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок дел€тс€ на четыре группы: нарушение охлаждени€, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорани€ и механические проблемы.

¬месте с тем многие причины возникновени€ дефектов поршней взаимосв€заны, как и функции, выполн€емые его различными элементами. Ќапример, дефекты уплотн€ющего по€са вызывают перегрев поршн€, повреждени€ огневого и направл€ющего по€сов, а задир на направл€ющем по€се ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

¬ конечном счете это может спровоцировать прогар огневого по€са.

ќтметим также, что практически при всех неисправност€х поршневой группы возникает повышенный расход масла. ѕри серьезных повреждени€х наблюдаютс€ густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. ¬ некоторых случа€х прослушиваетс€ стук поврежденного поршн€, особенно на непрогретом двигателе (о стуке поршн€ более подробно см. єє 8,9/2000).

»ногда характер дефекта поршневой группы удаетс€ определить и без разборки двигател€ по указанным выше внешним признакам. Ќо чаще всего така€ "безразборна€" диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. ѕоэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Ќарушение охлаждени€ поршн€ - едва ли не сама€ распространенна€ причина по€влени€ дефектов. ќбычно это происходит при неисправности системы охлаждени€ двигател€ (цепочка: "радиатор-вентил€тор-датчик включени€ вентил€тора-вод€ной насос") либо из-за повреждени€ прокладки головки блока цилиндров. ¬о вс€ком случае, как только стенка цилиндра перестает омыватьс€ снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршн€, начинают расти. ѕоршень расшир€етс€ быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверсти€ под палец) становитс€ равным нулю. Ќачинаетс€ задир - схватывание и взаимный перенос материалов поршн€ и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигател€ происходит заклинивание поршн€.

ѕосле остывани€ форма поршн€ редко приходит в норму: юбка оказываетс€ деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. ƒальнейша€ работа такого поршн€ сопровождаетс€ стуком и повышенным расходом масла.

¬ некоторых случа€х задир на поршне распростран€етс€ на уплотнительный по€с, завальцовыва€ кольца в канавки поршн€. “огда цилиндр, как правило, выключаетс€ из работы (слишком мала компресси€), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Ќедостаточна€ смазка поршн€ чаще всего характерна дл€ пусковых режимов, особенно при низких температурах. ¬ подобных услови€х топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаютс€, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

ƒвухсторонний задир юбки обычно встречаетс€ при длительной работе в режиме масл€ного голодани€, св€занного с неисправност€ми системы смазки двигател€, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшаетс€.

Ќедостаток смазки поршневого пальца - причина его заклинивани€ в отверсти€х бобышек поршн€. “акое €вление характерно только дл€ конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Ётому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому "прихваты" пальцев чаще наблюдаютс€ у относительно новых двигателей.

„резмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны гор€чих газов в камере сгорани€ - часта€ причина дефектов и поломок. “ак, детонаци€ приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание - к прогарам (более подробно см. єє 4, 5/2000).

” дизелей чрезмерно большой угол опережени€ впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давлени€ в цилиндрах ("жесткость" работы), что также может вызвать поломку перемычек. “акой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизел€.

ƒнище и огневой по€с могут повреждатьс€ при слишком высокой температуре в камере сгорани€ дизел€, вызванной неисправностью распылителей форсунок. јналогична€ картина возникает и при нарушении охлаждени€ поршн€ - например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждени€. «адир, возникающий на верхней части поршн€, может распростран€тьс€ и на юбку, захватыва€ поршневые кольца.

ћеханические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Ќапример, абразивный износ деталей возможен как "сверху", из-за попадани€ пыли через рваный воздушный фильтр, так и "снизу", при циркул€ции абразивных частиц в масле. ¬ первом случае наиболее изношенными оказываютс€ цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором - маслосъемные кольца и юбка поршн€.  стати, абразивные частицы в масле могут по€витьс€ не столько от несвоевременного обслуживани€ двигател€, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др.).

–едко, но встречаетс€ эрози€ поршн€ у отверсти€ "плавающего" пальца при выскакивании стопорного кольца. Ќаиболее веро€тные причины этого €влени€ - непараллельность нижней и верхней головок шатуна, привод€ща€ к значительным осевым нагрузкам на палец и "выбиванию" стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигател€ старых (потер€вших упругость) стопорных колец. ÷илиндр в таких случа€х оказываетс€ поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

»ногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. “акое чаще всего происходит при неаккуратной работе во врем€ обслуживани€ или ремонта двигател€. √айка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто "провалить" днище поршн€.

–ассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго. Ќо и того, что уже сказано, достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. ѕо крайней мере, уже можно определить...

 ак избежать прогара?

ѕравила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин по€влени€ дефектов. “ем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называетс€, со всеми вытекающими последстви€ми.

’от€ это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо: содержать в исправности системы питани€, смазки и охлаждени€ двигател€, воврем€ их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применени€ некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигани€. ј если что-то с двигателем не так, не доводить его "до ручки", когда ремонт уже не обойдетс€ "малой кровью".

ѕри ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполн€ть еще несколько правил. √лавное, на наш взгл€д, - нельз€ стремитьс€ к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Ёпидеми€ "болезни малых зазоров", когда-то поразивша€ многих механиков, все еще не прошла. Ѕолее того, практика показала, что попытки "поплотнее" установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигател€ и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваютс€ обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. ѕравило "лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше" работает всегда и дл€ любых двигателей.

ќстальные правила традиционны: качественные запасные части, правильна€ обработка изношенных деталей, тщательна€ мойка и аккуратна€ сборка с об€зательным контролем на всех этапах.

ƒругие наши статьи...


фото 

«адиры на юбке могут образоватьс€ в результате недостаточного зазора или перегрева. ¬ последнем случае они располагаютс€ ближе к отверстию пальца.

фото

фото 

Ќедостаточна€ смазка €вилась причиной одностороннего задира юбки (а). ѕри дальнейшей работе в таком режиме задир распростран€етс€ на обе стороны юбки (б)

фото 

—хватывание пальца в отверстии бобышек поршн€ произошло сразу после запуска двигател€. ѕричина - малый зазор в соединении и недостаточна€ смазка

фото

фото

«алегание колец в канавках и задиры в результате слишком высокой температуры в камере сгорани€ (а). ѕри недостаточном охлаждении днища задир распростран€етс€ на всю верхнюю часть поршн€ (б)

фото 

ѕлоха€ фильтраци€ масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец

фото

фото 

ѕлоха€ фильтраци€ масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец

фото

ƒеформированный шатун обычно приводит к несимметричному п€тну контакта юбки с цилиндром из-за перекоса поршн€



—ћ÷ "јЅ-»нжиниринг"© 2001. ¬се права защищены