Почему ломает перегородки на поршнях ваз

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 05.10.2024

Разрушенные перемычки поршневых колец

Причиной таких повреждений являются механические перегрузки, которые, в свою очередь, возникают или вследствие нарушения процесса сгорания топлива, или из-за монтажной ошибки, или же в результате гидравлического удара.

1. Нарушение процесса сгорания топлива:

После инициирования зажигания запальной искрой в других частях камеры сгорания происходит самовоспламенение, что ведёт к примерно десятикратному повышению скорости горения топлива. Это, в свою очередь, вызывает скачкообразный рост давления до 300 бар на градус угла поворота коленчатого вала (нормальное значение - от 3 до 5 бар), а также колебания с частотами, приближающимися к ультразвуковым значениям, и перегрев по причине неравномерного процесса сгорания топлива. Следствием этих проявлений являются трещины и надломы перемычек поршневых колец и юбки поршня по направлению сверху вниз. Такой сбой работы двигателя также имеет название «детонационного сгорания топлива».

Причины детонационного сгорания топлива могут быть, кроме всего прочего, следующие:

Бензиновый двигатель:

Неправильный момент зажигания (раннее зажигание).
Слишком бедная воздушно-топливная смесь.
Использование топлива со слишком низким октановым числом.
Слишком горячий приточный воздух.
Слишком высокая степень сжатия.

Дизельный двигатель:

Слишком большая задержка воспламенения ведёт в данном случае (также, как и в бензиновом двигателе) к неконтролируемому сгоранию топлива с экстремальными пиками давления, а также к механическим перегрузкам перемычек поршневых колец. Причины этого явления могут быть следующие:

Давление сжатия слишком мало.
Давление впрыска форсунок слишком мало.
Неправильное использование средств облегчения запуска двигателя.
Инжекторные форсунки негерметичны.
Впрыск слишком большого количества топлива.

2. Монтажные ошибки:

Если поршневые кольца устанавливаются без монтажной оправки, тогда они зачастую не полностью встают в канавку. При последующем «хлопке» поршня во время установки, кольца начинают частично выпирать из своей штатной позиции и заклинивать на передней стороне отверстия. Таким образом, возникает типичное разрушение перемычек поршневых колец снизу вверх.
В случае с двухтактным двигателем направление разрушения уже иное - сверху вниз, поскольку поршень устанавливается с нижней стороны цилиндра.

3. Гидравлический удар:

Причиной данного дефекта является жидкость (вода или топливо), попавшая в камеру сгорания. Поскольку ни вода, ни топливо не подвержены сжатию, при гидравлическом ударе происходит резкое воздействие на поршень, поршневой палец, шатун, головку цилиндра, картер двигателя, подшипники и коленчатый вал (см. также статью «Гидравлический удар»). Слишком много жидкости может оказаться в камере сгорания по следующим причинам:

перегородки поршей

Журнал "Автоцентр" №33 26 августа 1998
С таким понятием как «стук пальцев» знаком, наверное, каждый отечественный автомобилист, независимо от того, профессионал он или любитель. Однако мало кто знает, что в действительности за этим скрывается не стук поршневых пальцев, а такое явление как детонация. Объяснить почему так произошло можно следующим образом. В старые времена в двигателях стучали действительно поршневые пальцы. Под действием больших температур и знакопеременных нагрузок из-за низкой прочности и твердости деталей появлялись зазоры в посадочных местах поршневого пальца, которые и являлись источниками стука. Сейчас же благодаря использованию качественных сталей и более высокоточным методам обработки деталей этот недостаток удалось устранить. Только вот название («имя») его осталось прежним, скрывая такое явление как детонация.
Признаки детонации

Дет онацию очень легко определить на слух - она, как правило, проявляется в виде звонкого металлического стука. Кроме того, ее сопровождают и заметное снижение мощности, перегрев и неустойчивая работа двигателя, кратковременное появление черного дыма из выхлопной трубы, снижение температуры отработавших газов.
Что такое детонация?

Детонация - это самовоспламенение горючей смеси в камере сгорания, которое имеет характер взрывной волны. Наиболее часто она появляется при резком повышении нагрузки, например, при резком ускорении или же при движении на подъем. В этой ситуации водитель, как правило, со всей силой жмет на педаль газа, чем обеспечивается подача богатой смеси в цилиндры двигателя. Попав в цилиндры и заполнив все его объемы, на богатую горючую смесь начинают воздействовать высокие температура и давление. Высокое давление в камере сгорания создается по двум причинам: во-первых, при такте сжатия поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, т.е. повышает давление, во-вторых, после воспламенения основной части горючей смеси волна пламени, распространяясь по всей камере сгорания, создает фронт высокого давления, который также способствует повышению давления.

Под воздействием высоких давления и температуры в местах скопления несгоревшей горючей смеси образуются активные соединения (перекиси, альдегиды, спирты и т.д.). Достигнув критической величины, между этими соединениями начинают возникать цепные окислительные реакции, которые в итоге приводят к самовоспламенен ию смеси, имеющей к тому же взрывной характер. В месте взрыва происходит значительное повышение температуры и образование взрывной волны, фронт пламени которой распространяется со скоростью 1000 - 2300 м/с. Для сравнения, скорость распространения фронта пламени при нормальном сгорании горючей смеси -- 20-30 м/с. Двигаясь с такой огромной скоростью взрывная волна ударяется о стенки цилиндров и камеры сгорания, при этом образуя все новые очаги самовоспламенения. В результате таких процессов в цилиндрах появляется большое количество взрывных волн, которые являются источником возникновения колебательных процессов в цилиндрах, вызывающих вибрации двигателя (рис.1).

Что касается звонкого металлического стука, называемого в народе «стуком пальцев», а в теории двигателей - детонацией, то он появляется именно в результате многократно повторяющихся ударов взрывных волн о стенки цилиндров.
Последствия детонации

Бытует мнение, что увеличение давления за счет роста скорости распространен ия фронта пламени должно положительно отразиться на повышении мощности двигателя. На самом же. деле все происходит наоборот. Взрывные волны «живут» очень мало - меньше 0,0001 с, и на столько же времени происходит повышение давления на поршень, поэтому повлиять на повышение мощности за столь короткий промежуток времени они просто не успевают. А вот чтобы принести огромный вред этого времени, к сожалению, достаточно.

Ударяясь с огромной скоростью о стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, которая предохраняет детали цилиндро-поршневой группы от сухого трения и коррозионного износа под воздействием активных элементов продуктов сгорания. Давление фронта взрывной волны достигает величины более 70 кгс/см2, что может привести к механическим повреждениям деталей двигателя. При наличии ударных волн резко возрастает отдача тепла от сгоревших газов к стенкам цилиндров, что вызывает перегрев двигателя. А перегрев, в свою очередь, становится причиной разрушения некоторых деталей двигателя: прокладки между головкой и блоком, обгорания кромок поршней, свечей зажигания. В сумме все эти негативные влияния приводят к значительному уменьшению моторесурса двигателя.

Кроме механических повреждений, детонация несет в себе и ухудшение эксплуатационных показателей работы двигателя, о которых мы уже упоминали, - снижается мощность двигателя,) повышается расход топлива.
Факторы, влияющие на появление детонации

По явлению детонации способствуют много факторов, и все они имеют одну общую черту - уменьшают задержку самовоспламенения несгоревшей части горючей смеси, удаленной от свечи зажигания или, проще говоря, в камере сгорания создаются благоприятные условия для более быстрого протекания окислительных реакций горючей смеси. Итак, появлению детонации способствуют следующие факторы:

Во-первых - состав горючей смеси. Так, богатая смесь, имеющая соотношение воздух - топливо, равное 9,0, при попадании в камеру сгорания под действием высокого давления и температуры формирует в ее отдаленных уголках очаги возникновения окислительных реакций, которые являются (источниками самовоспламенения - детонационного сгорания топлива.

Во-вторых - угол опережения зажигания. Его увеличение приводит к сдвигу пика максимума давления в процессе сгорания горючей смеси ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), из-за чего происходит увеличение давления в камере сгорания. А увеличение давления, как мы уже знаем, входит в число основных виновников «рождения» детонации.

В-третьих - октановое число топлива. Чем ниже октановое число топлива, тем больше вероятность детонационного сгорания горючей смеси. Объясняется это ростом химической активности топлива к окислению при снижении его октанового числа (рис. 2). Именно поэтому мы наиболее часто и слышим «стук пальцев» при использовании 76-го бензина в двигателях, которым рекомендуется бензин с октановым числом 92 и более.

В-четвертых степень сжатия. Для начала напомним: степень сжатия - это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Увеличение степени сжатия приводит к повышению давления и температуры в камере сгорания и, естественно, к созданию благоприятных условий для детонационного сгорания топлива. По этой причине для всех двигателей с высокой, степенью сжатия должен использоваться высокоэтилированный бензин.

В-пятых - конструкционные недостатки. К ним можно отнести: а) более плохие условия охлаждения несгоревшей, удаленной от свечи зажигания части горючей смеси; б) замедленный процесс догорания смеси из-за неудачной конструкции камеры сгорания; в) плохой отвод тепла от центра поршня к стенкам цилиндра, например, из-за выпуклой конструкции днища поршня, где теплу требуется пройти больший путь, чем при плоской конструкции днища; г) большой диаметр цилиндров с одной стороны ухудшает отвод тепла, с другой - камера сгорания получает большее количество удаленных от свечи зажигания зон, чем увеличивается вероятность появления очагов детонационного сгорания горючей смеси.
Барьеры на пути детонации

Хорошо, что в противовес факторам, способствующ им появлению детонации, существуют и факторы, препятствующие ее возникновению. Все они, как правило, ускоряют сгорание несгоревшей части горючей смеси во фронте пламени, идущей от искры зажигания, или же замедляют протекание окислительных реакций - источника самовоспламенения.

Это, во-первых, повышение числа оборотов двигателя. За счет этого уменьшается время на протекание окислительных реакций, соответственно уменьшается и вероятность самовоспламенения.

Во-в торых, турбулизация (вращение) потоков смеси в камере сгорания. Организация вращения потоков горючей смеси в камере сгорания ускоряет распространение фронта пламени от искры зажигания, чем предупреждается появление детонации.

В-треть их, уменьшение пути проходимого фронтом пламени. Это скорее конструкционное решение проблемы. На практике оно выражается в уменьшении диаметра цилиндров или же в установке двух свечей зажигания на один цилиндр.

В недалеком прошлом в борьбе с детонацией большой популярностью у некоторых наших автолюбителей-рационал изаторов пользовались «капельницы» - устройства, подающие воду в цилиндры двигателя. Они действительно снижали вероятность появления детонации, однако из-за малой надежности конструкции, а главное из-за негативных свойств воды (коррозионная активность, высокая температура замерзания) не получили дальнейшего распространения.

Успешным примером борьбы с детонацией в отечественном автомобилестроении может стать форкамерно-факельное зажигание, используемое в двигателе автомобиля ГАЗ-3102 «Волга» (рис.4). Камера сгорания такого двигателя состоит из двух полостей - большой и малой. В малой полости происходит образование богатой горючей смеси, а в большой - бедной. В момент подачи искры в малую полость происходит воспламенение и сгорание богатой смеси, а образовавшийся фронт пламени, попадая через специальные отверстия в большую полость, воспламеняет бедную смесь. Этим и исключается появление детонации.

За рубежом борьба с детонацией идет еще более активно. Развитие электроники позволило создать микропроцессор ные системы управления двигателем. Их интеллектуальные возможности позволяют с помощью специальных датчиков следить за происходящими внутри цилиндров процессами и влиять на их протекание путем изменения состава горючей смеси и угла опережения зажигания.

Самым последним и, пожалуй, эффективным достижением в борьбе с детонацией стало создание двигателя, способного работать на сверхобедненных смесях, имеющего в среднем по всему объему камеры сгорания значение соотношения воздух - топливо 40:1 у Mitsubishi или даже 50:1 у Toyota (см. «Автоцентр» № 31).
Калильное зажигание

Очень часто среди владельцев автомобилей возникают споры относительно того, чем отличается детонация от калильного зажигания. С детонацией, я думаю, мы уже разобрались, теперь познакомимся с калильным зажиганием, которое также хранит в себе массу опасностей для автомобильного двигателя. Напомним, что калильное зажигание - это воспламенение топлива (горючей смеси) в камере сгорания от нагретых деталей двигателя (головок выпускных клапанов, электродов свечей зажигания) или же от раскаленных частиц нагара. Воспламенение может происходить преждевременно, т.е. до подачи искры на свечу зажигания или после воспламенения основной части топлива.

Основным отличием калильног о зажигания от детонации является скорость распространения фронта пламени. При воспламенении горючей смеси от накаленных поверхностей скорость распространения фронта пламени почти такая же, как и при воспламенении от искры свечи зажигания. Поэтому калильное зажигание не несет в себе той разрушительной силы, которая скрыта во взрывной волне при детонации. Тем не менее оно также таит неприятности. При преждевременном воспламенении смеси происходят резкие обратные удары на коленчатый вал, иногда вызывающие его поломку. Как и при детонации, при преждевременном воспламенении от накаленных деталей происходит увеличение отдачи тепла от отработавших газов к стенкам камеры сгорания из-за увеличения нахождения этих газов в камере сгорания. А это вызывает перегрев двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Определить на слух калильное зажигание трудно, так как оно выражается в глухих стуках и на фоне общего шума его почти не слышно. Легче всего его обнаружить при выключении зажигания. Если двигатель продолжает работать значит топливо воспламеняется от нагретых поверхностей деталей или частиц нагара, т.е. «работает» калильное зажигание. Для борьбы с этим недостатком, основным виновником которого является нагар, в настоящее время имеется множество средств (присадки к топливу, аэрозолей и т.д.). Самым же простым «дедовским» методом в борьбе с калильным зажиганием считается режим движения автомобиля в течение 5-10 мин., при котором он полностью загружен и движется с максимальной скоростью на прямой передаче. Этого времени ему вполне достаточно для выгорания скопившегося нагара в камере сгорания. Если же источником калильного зажигания являются раскаленные детали двигателя, ищите причину перегрева, не забыв при этом о детонации, как источники перегрева.

Почему ломает перегородки на поршнях

На одной стороне поршня поломана перемычка между канавками для первого и второго компрессионных колец. Трещина начинается на верхней кромке перемычки на дне канавки и проходит под углом в материал поршня. Вблизи нижней кромки трещина снова идет к наружной стороне и выходит наружу на нижней кромке перемычки или немного ниже на дне канавки. Продольные трещины в перемычках между канавками, ограничивающие трещину перемычки сбоку, расширены книзу. Задиры поршня или перегревы не имеются.

Оценка повреждения

Дефекты материала не являются причиной трещины перемычек, хотя это часто предполагается в случае повреждений. Такие трещины всегда являются последствием перегрузки материала. Можно подразделить эти перегрузки на 3 причины:

Детонационное сгорание:

Это означает, что октановое число топлива не покрывает потребность двигателя во всех режимах работы и нагрузки. Трещины перемычек между канавками из-за детонационного зажигания возникают большей частью на нагруженной стороне. В дизельном двигателе детонационное зажигание может быть вызвано только задержкой зажигания.

Гидравлические удары:

В неработающем или работающем двигателе жидкость (вода, охлаждающее средство, масло или топливо) попадают револьно в камеру сгорания. Поскольку жидкости не поддаются сжатию, в такте сжатия появляется огромная нагрузка на поршень и кривошипно-шатунный механизм. Неизбежным следствием являются трещины на перемычках между канавками, трещины на ступицах или повреждения на шатунах или коленчатом валу. Рис. показывает процесс поломки, который появляется при детонационном сгорании и при гидравлических ударах. Поверхности лома при этом расширены вниз, потому что усилие, вызвавшее поломку, воздействует сверху на перемычку между канавками.

Неправильный монтаж:

При монтаже поршень был не введен, а вбит, потому что поршневые кольца неправильно сжаты или были использованы неподходящие инструменты. При этом перемычки между канавками выламываются в обратном направлении, потому что давление действует не как в вышеназванных случаях сверху, а снизу.

Возможные причины повреждения

Детонационное сгорание в двигателях с принудительным воспламенением смеси

использование топлива с недостаточной детонационной стойкостью. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрывать октановую потребность двигателя во всех режимах работы.
дизельное топливо в бензине и в результате этого понижение октанового числа топлива.
масло в камере сгорания из-за высокого расхода масла на поршневых кольцах или на направляющей клапана понижает детонационную стойкость топлива.
слишком высокая степень сжатия, вызванная остатками сжигания на днищах поршня и головке цилиндра или чрезмерным шлифованием поверхности блока и головки цилиндра в ходе капитального ремонта двигателя или с целью тюнинга.
слишком большое опережение зажигания
слишком бедная смесь и в результате этого повышенные температуры сжигания.
слишком высокая температура всасываемого воздуха из-за недостаточной вентиляции моторного отсека или обратного напора ОГ, но и несвоевременное переключение заслонки всасываемого воздуха на летний режим или дефект автоматической системы переключения заслонки приводят к существенному повышению температуры всасываемого воздуха (особенно в старых карбюраторных двигателях).

Детонационное сгорание в дизельных двигателях

некачественные или негерметичные распылители форсунки
слишком низкое давление впрыска форсунок.
слишком низкое давление сжатия из-за неправильных уплотнений головки цилиндра, слишком маленькие выступы поршней, негерметичные клапаны или поломанные или изношенные поршневые кольца
дефектные уплотнения головки цилиндров.
повреждения предкамеры.
ненадлежащее или чрезмерное применение вспомогательных средств помощи (аэрозоли для помощи при пуске) при пуске в холодном состоянии.
при гидравлических ударах
непреднамеренное всасывание воды при переезде через воду, лужи или из-за попадания большого количества воды от брызг проезжающих впереди или мимо автомобилей.
заполнение цилиндра водой при неработающем двигателе из-за негерметичности уплотнения головки цилиндра или трещин в конструктивных элементах.
Остаточное давление в системе впрыскивания сбрасывается через негерметичную форсунку в цилиндр. В этом и в предыдущем случае при пуске возникают описанные повреждения.

В случае с разрушенными перемычками поршневых колец различают два вида разрушения в зависимости от направления разлома: сверху вниз (рис. 1a+b) или снизу вверх (рис. 2-3).
На днище поршня, на жаровом поясе и на боковых поверхностях канавок различимы следы эрозии.

Возможные причины

1. Нарушение процесса сгорания топлива:

Причины детонационного сгорания топлива могут быть, кроме всего прочего, следующие:

Бензиновый двигатель:

Неправильный момент зажигания (раннее зажигание).
Слишком бедная воздушно-топливная смесь.
Использование топлива со слишком низким октановым числом.
Слишком горячий приточный воздух.
Слишком высокая степень сжатия.

Дизельный двигатель:

Давление сжатия слишком мало.
Давление впрыска форсунок слишком мало.
Неправильное использование средств облегчения запуска двигателя.
Инжекторные форсунки негерметичны.
Впрыск слишком большого количества топлива.

2. Монтажные ошибки:

3. Гидравлический удар:

Вода попадает в камеру сгорания через систему впуска (например, при проезде по поверхности, залитой водой).
Вода оказывается в камере сгорания по причине дефектных прокладок.
Вследствие неисправной инжекторной форсунки в камеру сгорания попадает слишком много топлива.

При эксплуатации двигателя поршни могут ломаться под воздействием больших сил или в результате усталостного излома.

Излом из-за больших сил (рис, 1) вызван всегда посторонним телом, сталкивающимся при работе двигателя с поршнем. Это могут быть отломавшиеся частицы шатуна, коленчатого вала, клапанов или тому подобное. В случае попадания воды и топлива в цилиндры также может появиться излом поршня вследствие влияния больших сил. Поверхности излома вследствие влияния больших сил имеют серый цвет, без истирания и растровых линий. Поршень ломается внезапно без постепенно образовывающегося излома.

При усталостном изломе (рис. 2) на поверхности излома образовываются растровые линии, позволяющие выявить происхождение и развитие излома. Поверхности излома часто имеют блестящую поверхность и места истирания. Причиной усталостного излома является перегрузка материала поршня. Перегрузка возникает из-за детонационного воспламенения,сильных сотрясений поршня, напр., в результате сталкивания головки поршня с головкой блока цилиндров или слишком большого зазора юбки. Слишком большие деформации поршневого пальца из-за перегрузки (прогиб и деформация до овальной формы) приводят к трещинам в ступицах или в опорах. Кроме того, усталостный излом может быть вызван трещинами от термического напряжения на днищах поршня.

Поломка поршня в ступице поршневого пальца

В оси отверстия поршневого пальца показана типичная усталостная трещина ступицы в начальной стадии (рис. 2). Трещина имеет форму полукруга вокруг исходной точки. Из начальной трещины в течение короткого времени образовывается излом, который делит поршень до днища на две части, как это показано на рис. 1 (поршень разрезан для анализа снизу, первоначальная трещина проходила от отверстия для пальца до днища поршня).

рис. 2 Поперечное сечение бобышки поршня

Поломки ступиц появляются в результате перегрузки. Причиной этому может быть недостаточное снабжение маслом. Маленькая трещина в ступице пальца, возникшая из-за перегрузки, увеличивается затем также при нормальной нагрузке и в конечном счете приводит к расколу или излому всего поршня.

Возможные причины повреждения

• нарушение режима сгорания, особенно внезапное воспламенение из-за задержки зажигания.

• чрезмерное или ненадлежащее применение средств помощь при пуске в холодном состоянии.

• цилиндр при неработающем двигателе заполнился водой, топливом или маслом (гидравлический удар).

• повышение мощности (напр., электронный тюнинг

с использованием серийного поршня.

• применение неподходящих или облегченных поршневых пальцев. Из-за овальной деформации пальца происходит перегрузка опоры пальца.

Излом поршня в результате сталкивания днища поршня с головкой блока цилиндров

На поршне на рис, 1 видны следы ударов на днище поршня. Поршень ударялся как по поверхности головки, так и по обоим клапанам. Как следствие сотрясений и воздействия больших сил в работе образовался излом в направлении пальца.

В поршне на рис.2 юбка поршня имеет излом в нижней канавке маслосъемного кольца. Поверхности излома имеют характер усталостного изломе

Из-за чрезвычайно быстрых жестких ударов при сталкивании днища поршня с головкой блока цилиндров поршень испытывает такое сотрясение, что в нем появляются трещины. В поршнях с нижним маслосъемным кольцом (как на рис. 2 при этом почти всегда ломается юбка в зоне нижней канавки маслосъемного кольца. Из-за сталкивания с головкой блока цилиндров происходит перекос поршня в цилиндре и поршень в дальнейшем ударяет юбкой о стенку цилиндра. В связи с тем, что толщина материала в зоне нижней канавки маслосъемного кольца меньше, чем, напр., на жаровом поясе, поршень ломается в этой зоне.

Возможные причины повреждения

• Зазор между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров оказался недостаточным. Причины могут быть в следующем:

а) монтаж поршней с неправильной высоты головки поршня. При капитальном ремонте часто дополнительно обрабатывается торцевая поверхность блока цилиндров. Если после обработки используются поршни с первоначальной высотой головки, то выступ поршня может оказаться слишком большим. В случае ремонта поэтому предлагаются поршни с уменьшенной высотой головки, так что выступ поршня остается в пределах диапазона допуска, определенного изготовителем двигателя.

б) недостаточная толщина уплотнения головки блока цилиндров. Многие изготовители предусматривают для одного и того же двигателя уплотнения головки блока цилиндров различной толщины. С одной стороны, это необходимо для компенсации суммирования допусков конструктивных элементов при производстве, с другой стороны, для регулирования выступа поршня при ремонте. Поэтому при ремонте необходимо всегда следить за тем,чтобы использовались уплотнения головки блока цилиндров предписанной толщины материала. Только так можно гарантировать, что после ремонта будет достигнут предписанный зазор между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров. Толщина уплотнения должна быть вновь определена по указаниям изготовителя двигателя на основе выступа поршня, если в ходе ремонта предусмотрена доработка или замена блока цилиндров.

Внимание:

Контроль свободного хода, который после капитального ремонта двигателя проводится вручную прокручиванием двигателя несколько раз в холодном состоянии, не является гарантией того, что поршень после достижения двигателем рабочей температуры не столкнется с головкой блока цилиндров. Из-за нагрева поршня и шатуна они расширяются также в продольном направлении, что уменьшает зазор между днищем поршня и головкой блока цилиндров. При этом особенно в больших двигателях для грузовых автомобилей с большой высотой головки поршня появляются существенные изменения размеров, которые сокращают свободный ход поршня в верхней мертвой точке еще на несколько десятых долей миллиметра.

• слишком большой зазор в опорах шатунов или изношенный подшипник шатуна, особенно при очень высокой частоте вращения при движении в спусках.

Вымывание материала в зоне колец (поломка колец)

В участке колец в зоне первой канавки для колец вымывается материал в большом объеме до днища поршня. Канавка кольца имеет сильный осевой износ. В днище поршня имеются вмятины от кусков первого кольца. Юбка поршня имеет в некоторых местах матовый вид пемзообразной структуры.

В связи с сильным осевым износом канавки, особенно на канавке первого кольца, повреждение в описанном случае возникло,безусловно, только в результате попадания загрязнений в камеру сгорания. Загрязнения отлагаются также в канавке кольца и вызывают на кольце и в канавке кольца абразивный износ. В результате этого зазор кольца по высоте все больше повышается. Кольцо с сильно уменьшенным поперечным сечением,в конечном счете, не смогло выдержать давления сгорания и сломалось. В результате этого отломившийся кусок кольца смог еще более свободно перемещаться в увеличивающейся канавке и постоянным биением вызвал вымывание. Когда вымывание достигло днища поршня, куски поршневого кольца попали в зону между днищем поршня и головкой блока цилиндров, что привело к дополнительным повреждениям на днище поршня и головке блока цилиндров.

Возможные причины повреждения

• при сильном осевом износе канавки кольца и поршневых колец это может быть вызвано только попаданием посторонних тел в камеру сгорания, см. к этому также пункт 3.11.2 Износ поршней, поршневых колец и цилиндров вследствие загрязнений»

• при сильном радиальном износе колец без осевого износа переполнение топливом является вероятной причиной, см. к этому также пункт 3.11.3 Износ поршней, поршневых колец и цилиндров вследствие переполнения топливом»

• даже если канавки колец и поршневые кольца исправны и из короткого времени работы после капитального ремонта может возникнуть повреждение из-за неправильного монтажа поршня. Поршневые кольца могут поломаться при вставке поршня в цилиндр, если их недостаточно вдавливают в канавку. Это часто происходит тогда, когда используемая лента натяжения колец неправильно положена вокруг поршня и неправильно натянута или если используется неправильный или поврежденный инструмент для ввода поршня при сборке.

• Вибрирование колец из-за слишком большого зазора колец по высоте. Это состояние может появиться в том случае, если при ремонте двигателя установлен только новый комплект колец, хотя канавки для колец в поршне тоже уже были изношены. Кольца из-за большого зазора переходят в вибрирование и могут поломаться. Другой причиной слишком большого зазора колец по высоте может быть применение неправильного комплекта колец. Кольца могут иметь недостаточную высоту, поэтому зазор в канавке уже при сборке слишком большой.

• Кроме того, к таким повреждениям могут привести неподходящие для применения поршни. Поршни для дизельных двигателей имеют упрочняющую вставку для кольца из никелесодержащего чугуна в связи с нагрузкой и с необходимым сроком службы. Кольца без упрочняющей вставки по экономическим причинам в дизельных двигателях, как правило, применяются только в том случае, если ожидаемый срок службы скорее низок. Это касается, напр., сельскохозяйственных машин. Если такой поршень без упрочняющей вставки должен работать более длительное время или выполнять больший пробег, то износостойкость канавок для колец может оказаться недостаточной для предусмотренного срока службы двигателя. В какойто момент размеры канавок из-за естественного износа увеличатся настолько, что появляется вибрирование и кольца ломаются.

Задиры на поршне и цилиндре: почему возникают и к чему приводят

Механические повреждения поршней и цилиндров в виде вертикальных задиров могут привести к выходу из строя всего двигателя. Чтобы не попасть на дорогостоящий ремонт важно уметь определять неполадку по внешним признакам, а также знать причины появления таких повреждений.

Как понять, что на поршне или цилиндре появились задиры

Независимо от причин появления повреждений на поршнях и стенках цилиндров, признаки из наличия одинаковы. Проблему с задирами можно определить по увеличенному потреблению масла.

В процессе работы цилиндров между ними и кольцами поршней вырабатываются зазоры. Через них просачивается часть масла, попадая затем в камеру сгорания. В результате на стенках блока цилиндров и поршнях скапливаются твердые отложения, препятствующие нормальной работе мотора. Со временем перегородки между пазами маслосъемных колец выламываются, образуя задиры на самих поршнях.

Зачастую задиры возникают после замены поршневых колец: мотор теряет прежнюю мощность, начинает троить и дымить, значительно падает уровень компрессии. Это происходит из-за неправильной установки маслосъемных и компрессионных колец в канавки на поршнях. Из-за перекошенного положения колец работа мотора «на холодную» сопровождается стуком.

Почему появляются задиры

Основная причина возникновения повреждений поршня – отсутствие необходимого зазора между ним и стенками цилиндра. Это происходит из-за того, что поршень, перегреваясь, расширяется в диаметре. При этом зазор недопустимо уменьшается, вплоть до полного исчезновения.

В результате происходит скобление маслосъемных колец по гильзе цилиндра. В этот момент малейшая посторонняя частица станет причиной появления задира на юбке поршня. Это может привести к заклиниванию поршня и отказа в работе силового агрегата.

Есть и множество других причин повреждений поршней. Это закоксовывание поверхностей трущихся элементов, перетяжка крепежных болтов головки блока цилиндров, разрушение прокладки ГБЦ, его деформация из-за перегрева.

Как убрать задиры

При появлении задиров не обязательно затевать капитальный ремонт двигателя. Можно ограничиться растачиванием цилиндров на специальном станке.

Расточка – это удаление неровностей путем снятие некоторого слоя металла с рабочих поверхностей поршня и цилиндра.

Однако не следует злоупотреблять расточкой блока, ведь каждая такая процедура уменьшает толщину стенок мотора.

Отремонтировать изношенные цилиндры можно гильзовкой либо перегильзовкой. Но стоит учитывать, что заводская конструкция мотора не предполагает монтаж гильз. Установка гильзы проводится так: сначала ее охлаждают с помощью жидкого азота. В этот момент металл сжимается и радиус гильзы уменьшается. Это позволяет запрессовать ее в свое посадочное место.

Поломки поршня и поршневых колец

Поломка поршня в ступице поршневого пальца

рис. 2 Поперечное сечение бобышки поршня

Возможные причины повреждения

• нарушение режима сгорания, особенно внезапное воспламенение из-за задержки зажигания.

• чрезмерное или ненадлежащее применение средств помощь при пуске в холодном состоянии.

• цилиндр при неработающем двигателе заполнился водой, топливом или маслом (гидравлический удар).

• повышение мощности (напр., электронный тюнинг

с использованием серийного поршня.

Излом поршня в результате сталкивания днища поршня с головкой блока цилиндров

Возможные причины повреждения

Внимание:

Вымывание материала в зоне колец (поломка колец)

Возможные причины повреждения

Где разместить свою новость, статью или пресс-релиз?

Наш сайт позволяет завести полнофункциональное WEB-представительство бесплатно!
Не нужно беспокоиться о разработке собственного сайта! Все включено!

Разрушение канавок поршневых колец

Причины
Причина данных повреждений – механические перегрузки. Поршень на фото 1 успел поработать очень мало. Установлен он был на двигателе , настроенном на спортивный режим работы. Источником разрушения кольцевого пояса поршня стало высокое давление в камере сгорания, созданное с целью получения больших мощности и крутящего момента.

Повреждение канавки второго компрессионного кольца происходит при прорыве большого количества газов через верхнее кольцо, не обеспечившее достаточного уплотнения. Верхняя перегородка (участок между канавками) при этом чаще всего остается неповрежденной.

Причиной характерных изломов, показанных на фото 1 и 2, может быть также нарушение технологии сборки двигателя, когда кольца устанавливают, не используя специальных инструментов, а поршень не вставляется в цилиндры, а забивается с помощью подручных средств. В ходе такой сборки посадочные канавки деформируются, что в процессе работы двигателя приводит к их разрушению. При такой сборке могут также быть повреждены поршневые кольца.

Подобные повреждения возникают и в случаях неправильно подобранной прокладки (очень тонкой) головки блока или при износе вкладышей шатунных шеек. В обоих случаях поршень может ударяться о головку, получая вышеописанные повреждения. Такие неприятности могут возникнуть и при вибрации колец вследствие износа посадочной канавки. У дизеля разрушить поршень может гидроудар, происходящий в результате попадания в камеру сгорания воды.

Меры предосторожности
Нельзя устанавливать кольца и поршни в цилиндры, не используя при этом специального инструмента. Использовать следует только те поршни, которые соответствуют конструкции данного двигателя.

Повреждение поршня вследствие неправильного сгорания

Характер повреждения
Сколы кромок посадочных канавок поршней на фото 1 - 3 проходят по направлению сверху вниз. Одновременно по краям днища поршня (фото 4) или в области верхнего кольца (фото 5) заметны следы эрозии металла.

Причины
У бензиновых двигателей источник характерных повреждений – детонационное сгорание топлива. Детонационная ударная волна вызывает резкое увеличение давления до 300 бар на 1 градус поворота коленчатого вала (нормальная величина 3-5 бар на 1 градус поворота к.в.) и вибрации, близкие к ультразвуковым. В дополнение к этому из-за нарушения процесса сгорания температура в камере сгорания повышается до опасных пределов. Возникающие вибрации и высокая температура способствуют появлению трещин в перегородках между кольцами, а в дальнейшем и к их излому. Особенно опасно детонационное сгорание горючей смеси при работе двигателя на высоких оборотах, когда головка поршня нагревается наиболее сильно. Причин появления детонации может быть несколько – установлено раннее зажигание, в камеру сгорания подается обедненная горючая смесь, используется низкооктановый или некачественный бензин, из-за большого количества нагара в камере сгорания повышается давление. Появлению детонации может способствовать и повышенная температура всасываемого воздуха. В последнем случае для компенсации разогрева воздуха следует использовать бензин с более высоким октановым числом.

В отличие от бензиновых двигателей у дизелей большие ударные нагрузки, вызывающие повреждения поршней, возникают вследствие большого периода задержки воспламенения топлива. Происходит это в случаях неисправности или неправильной регулировки форсунок или топливного насоса высокого давления (ТНВД), а также при использовании некачественного или несоответствующего сорта дизельного топлива (низкое цетановое число).

Меры предосторожности
Чтобы избежать вышеописанных повреждений, систему питания и зажигания у бензиновых двигателей следует поддерживать в исправном состоянии. Эксплуатировать автомобиль нужно на предписанном производителем сорте топлива. Не регулируйте карбюратор с целью снижения расхода топлива, что достигается обеднением горючей смеси – источника детонации. В дизельных двигателях угол опережения впрыска и давление должны быть выставлены в соответствии с характеристиками двигателя.

Читайте также: