Влияние теплового состояния двигателя на износ деталей ЦПГ

Влияние теплового состояния двигателя на износ деталей ЦПГ

ИЗНОС ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА

Но сначала, что бы было понятно о чем будем говорить, посмотрим на детали ЦПГ (рисунок ниже) :

И что бы далее понимать друг друга, давайте определимся с некоторыми понятиями, терминами и определениями.

Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определённой последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом. Рабочий цикл четырёхтактного двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода (расширения) и выпуска.

Поршень, движущийся в цилиндре, проходит расстояние равное расстоянию между верхней и нижней мёртвыми точками.

Это расстояние называется ходом поршня . Двигатели, у которых ход поршня меньше его диаметра, носят название «короткоходных». За один ход поршня кривошип коленчатого вала проходит расстояние равное двум его радиусам, т.е. совершает полуоборот (180°)

Объем цилиндра , заключённый между крайними положениями поршня в цилиндре (между мёртвыми точками) называют рабочим объёмом цилиндра (Vр). Сумма рабочих объёмов всех цилиндров двигателя, равняется рабочему объёму двигателя, называемому иначе как «литражом двигателя».

Сумма рабочего объёма цилиндра (Vр) и объёма камеры сгорания (Vксг) равняется полному объёму (Vп).

Литраж двигателя (рабочий объём) указывается в технической характеристике автомобиля.

Чем больше литраж двигателя, тем выше его мощность и удельный расход топлива.

Камерой сгорания называют объём цилиндра над поршнем, при положении поршня в верхней мёртвой точке. Топливно-воздушная смесь в цилиндре сжимается поршнем как раз до этого объёма и сгорает в этом объёме после воспламенения. Отношение объёма смеси, поступившей в цилиндр на такте впуска, к объёму смеси, сжатой до объёма камеры сгорания при такте сжатия, называют степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается смесь и определяется по формуле n = Vп/Vксг.

Степень сжатия бензиновых двигателей лежит в пределах 8 – 12, дизельных – в среднем 18 – 22. От степени сжатия зависит топливная экономичность и мощностные характеристики двигателя. Степени сжатия двигателей ограничиваются, у бензиновых двигателей – свойством применяемого топлива (бензина), у дизельных – конструктивными особенностями применяемых материалов, из которых изготавливаются детали двигателя и которые с повышением степени сжатия должны выдерживать большие нагрузки. Свойства бензинов описываются октановым числом бензина, характеризующим его антидетонационную стойкость. Антидетонационная стойкость топлива тем выше, чем больше его октановое число (А –80, 93, 95, 98 и др.). Конструкция двигателя предполагает применение бензина со строго заданным октановым числом (регламентируется заводом изготовителем). Применение бензина с меньшим октановым числом приведёт к работе двигателя с детонацией и, как следствие, к преждевременному износу, или поломке двигателя. Высокооктановые бензины при сгорании выделяют больше тепла.

Детонационное сгорание рабочей смеси (детонация) предполагает нехарактерно быстрое сгорание (взрыв) топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя, приводящее к повышению нагрузок, в первую очередь на детали цилиндропоршневой группы. Скорость распространения фронта пламени, сгорающего в цилиндре топлива, может возрастать с 40 м/сек. до 2000 м/сек. и более. Признаком работы двигателя с детонацией являются характерные и хорошо прослушиваемые стуки, получившие название детонационных стуков. Детонационные стуки возникают вследствие вибрации стенок цилиндра и других деталей ЦПГ под воздействием «ударной волны». Причиной детонации может быть:

применение топлива с октановым числом ниже рекомендованного инструкцией производителя перегрев двигателя , перегрузка двигателя по оборотам или крутящему моменту чрезмерно раннее зажигание, а также та или иная совокупность перечисленных явлений.

Работа двигателя с детонацией может сопровождаться перегревом двигателя, падением его мощности и высоким расходом топлива.

Следствием работы двигателя с детонацией могут быть поломки перемычек между кольцами на поршнях, поломки самих колец, оплавление кромки и/или прогорание днища поршня.

Калильное зажигание – самопроизвольное и несвоевременное воспламенения смеси от сильно нагретых деталей двигателя (юбки свечи, кромки поршня, кромки клапана, тлеющего нагара и т.п.).

Причиной появления калильного зажигания может быть: повышенное нагароотложение на днищах поршней несоответствие свечей зажигания данному типу двигателя

На работающем двигателе, при движении поршня к нижней мёртвой точке силы, действующие на поршень, прижимают его к правой стенке цилиндра, а при движении к верхней мёртвой точке, к левой. При переходе поршня через мёртвые точки происходит изменение опоры поршня (перекладка поршня) с одной стенки цилиндра на другую.

Изменение направления действия сил в цилиндре приводит к неравномерному износу цилиндр а (под овал и под конус с образованием износного уступа в верхней части цилиндра).

Давление, создаваемое поршнем в цилиндре в конце такта сжатия называется компрессией .

Величина компрессии зависит от: степени сжатия двигателя состояния деталей цилиндропоршневой группы и клапанов.

Измеряя компрессию в цилиндрах двигателя, мы только косвенно можем судить о степени изношенности соответствующих деталей или об их неисправности.

Это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек.

Как видите, существует достаточно много нюансов, из-за которых может происходить износ ЦПГ и снижаться свойства работы камеры сгорания и, значит, свойства двигателя в целом.

Он перестает «работать нормально», как обычно говорят.

О способах проверки износа ЦПГ говорилось уже много, но это не значит, что сказано уже всё и говорить больше не о чем.

Говорить о чем есть.

Например, о «степени сжатия».

Одни говорят, другие повторяют, что «степень сжатия двигателя не меняется на протяжении всей эксплуатации двигателя».

Неправильно . Меняется. Пусть по-разному, больше или меньше, но меняется.

Например, от величины нагара в камере сгорания и на клапанах.

И после пробега автомобиля в сто или двести тысяч километров, после эксплуатации и обслуживании автомобиля «по-русски», степень сжатия будет отличаться от той, которая была вначале, когда автомобиль сошел с конвейера.

И если уж мы заговорили о нагаре, то надо обязательно упомянуть о другой его отрицательной стороне – уменьшении теплоотвода в стенки.

По этой причине температура топливо-воздушной смеси и давление в конце такта сжатия повышается, что может провоцировать возникновение детонации.

Косвенно наличие нагара в камере сгорания можно определить при помощи т.н. «калильного теста».

Это когда отключаем катушку зажигания (и не забываем про обязательные условия безопасного отключения) и запускаем двигатель.

Если завелся или сделал попытки завестись, то можно предположить о наличии нагара в камере сгорания.

Более точную проверку по нагару можно провести при помощи автомобильного эндоскопа, например, такого: http://www.autodata.ru/autodata.ru/endoscope.pdf. Или других, коих существует великое множество.

На этом рынке приборов цена = качеству и возможностям устройства.

Состояние цилиндро-поршневой группы обычно проверяют при помощи компрессометра.

Однако эта проверка является весьма относительной, так как на её показания влияют разного рода причины, например:

– насколько сильно она может «раскрутить» двигатель при проведении теста

– разряженная или «полумертвая» батарея не даст возможность провести тест правильно

Невозможность установления точной причины пониженной или увеличенной компрессии: если компрессию измерить на холодном и горячем двигателе, то её величина будет разной. На «холодном» двигателе – меньше, на «горячем» больше. И причина здесь не только в величине сжатия холодного или горячего воздуха поступающего в цилиндры, а и в клапанах, имеющих разный коэффициент расширения при разных температурах.

Состояние дроссельной заслонки: при открытой или закрытой показания будут разными.

Состояние «обратного» клапана самого компрессометра: если он «пропускает», то показания будут неверными.

Нельзя провести тест, если стартер неисправен или двигатель снят с автомобиля для ремонта.

Нельзя определить состояние деталей группы поршня: поршень, поршневые кольца (компрессионные и масляные), стопорные кольца и заглушки. Эти детали определяют герметичность рабочей полости.

Кроме того, неточные показания компрессометра могут быть вызваны не только износом гильз цилиндров, поршней, компрессионных колец, но и другими причинами:

нарушение тепловых зазоров в клапанном механизме износ направляющих втулок клапанов

прогорание клапана или поршня негерметичность впускных и выпускных клапанов дефекты прокладки ГБЦ закоксовывание поршневых колец или их физическое разрушение

И не стоит забывать, что при проведении теста при помощи компрессометра, надо опираться не на «количественные» показания прибора ( цифры на шкале ), а обращать внимание на разность показаний между цилиндрами и выводы делать только из этих данных.

Что бы избежать таких погрешностей измерения и более точно определить состояние цилиндро-поршневой группы, применяется пневмотестер – « индикатор утечек в надпоршневом пространстве » .

Надо сразу отметить, что пневмотестер не заменяет компрессометр , это совершенно другой прибор с другими целями и задачами.

Устройство и принцип работы замечательно простой:

два манометра соединенных между собой через каллибровочное отверстие (стрелка на фото вверху) регулятор давления на входе соединительные шланги

При проведении измерений надо обращать внимание на инструкцию в прибору: каждый производитель делает свое каллибровочное отверстие и полученные данные необходимо интерпретировать через инструкцию к устройству.

Далее и обязательно:

прогреваем двигатель до рабочей температуры фиксируем коленчатый вал от проворачивания выставляем поршень проверяемого цилиндра в ВМТ в конце такта сжатия

Если показания двух манометров одинаковые – утечек нет.

Если разные – есть.

По разности давлений (показаний прибора), можно судить о состоянии ЦПГ.

Можно косвенно определить состояние ЦПГ по звуку, назовем это – «по шипению», что будет означать утечку в том или ином месте, к примеру, если мы слышим звук из: клапанной крышки: неплотное прилегание поршневых колец, прорыв газов в картер выхлопной трубы: негерметичность выпускного клапана пузыри в расширительном бачке охлаждающей жидкости: прокладка ГБЦ перетекание воздуха в соседний цилиндр – прокладка между цилиндрами

Вот так или приблизительно так звучал ответ на вопрос по износу ЦПГ и способах его проверки на курсах обучения автомобильной Диагностике преподавателем Козырой Андреем Николаевичем .

Информационный отдел компании BrainStorm

Износ двигателя

Основной вопрос этой статьи – а не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора? И, какие режимы самые «износообразующие».
Постановка экспертных испытаний, в целом, понятна. Двигатель – один и тот же: ВАЗовский «восьмиклапанник». Стенд, аппаратура, бензин и несколько канистр масла – каждый цикл испытаний требует его замены. Задача простая – надо «проехать» одно и тоже расстояние, с одной скоростью, но используя различные режимы работы двигателя. На разных передачах…
Как этого достичь? Ехать можно на одной и той же скорости, поддерживая обороты двигателя и 1500, и 2500, и даже 4000 об/мин. Чем выше обороты – тем ниже передача, важно, чтобы мощность, выдаваемая мотором, была бы одинакова. На стенде это сделать просто – крутящий момент измеряем по динамометру, обороты известны – следовательно, и мощность знаем. «Скорость» множим на моточасы, которые мы тоже фиксируем – вот вам и пробег.
С износом сложнее – придется каждый раз, после наработки двигателя на фиксированном режиме заданного времени, мотор разбирать и взвешивать основные детали, образующие узлы трения, это вкладыши подшипников и поршневые кольца. Плюс к тому – дополнительный промежуточный контроль, который будем проводить, определяя содержание продуктов износа в пробах масла. Нашли хром – стало быть, изнашиваются первые поршневые кольца; обнаружили железо – цилиндры и шейки вала; появилось олово – оно определит скорость износа вкладышей подшипников (поскольку входит в состав антифрикционного слоя); алюминий – следствие износа поршней и подшипников распределительного вала.
Двигатель отработал на заданных постоянных режимах с примерно одинаковой мощностью по 50 моточасов на каждом. Немного для ресурса, но мы получаем скорости износа, а дальше простой экстраполяцией оцениваем и примерный ресурс мотора. При этом обороты двигателя на циклах испытаний меняли от 1200 до 4000, то есть больше, чем в три раза. А потом нагрузку на мотор увеличили – и еще раз прогнали цикл. А потом – еще… Получилась объемистая таблица, где для каждой точки режима была записана своя скорость износа, причем разделенная по узлам – подшипникам и кольцам.

Так меняется средняя скорость износа первых поршневых колец двигателя при изменении режима работы

«Черные зоны» активного износа обнаружились сразу. Самые серьезные – когда на малые обороты накладывается большая нагрузка, и с высокой температурой масла. Скорость износа в таком режиме максимальна – как для подшипников, так и поршневых колец с цилиндрами. У двигателистов эта область называется зоной буксировочных режимов.
С ростом оборотов зона износа сразу стала уменьшаться и где-то при 1800 об/мин – исчезла. Все узлы трения «всплыли» на масляные пленки, прямой контакт между поверхностями деталей исчез – и с ним и скорость износа обратилась практически в ноль. Но надо понимать, что ноль скорости износа на графиках, не означает, что его нет, просто износ на этих режимах меньше погрешности измерения. На практике, конечно, не совсем так. Микрочастицы пыли, продуктов износа, сажи, проскочившие масляный фильтр, дадут какой-то износ и здесь.

А так – вкладышей шатунных подшипников

С увеличением частоты вращения коленчатого вала, зона износа снова начинает появляться и расти. В нашем случае – уже где-то с режимов 3800 об/мин при большой нагрузке, и дальше – прогрессирует. Причем, здесь износ подшипников и поршневых колец с цилиндрами ведет себя по-разному. Быстрее всего высокие обороты начинают чувствовать подшипники коленчатого вала. Почему? Дело в том, что с ростом оборотов резко увеличиваются нагрузки на подшипники – давление инерционных сил от оборотов зависит в квадрате. А вот кольца свой износ снова получают с больших частот вращения – где-то с 4500 об/мин, и там это связано в основном с ростом температуры масла.
Где же наиболее благоприятная зона эксплуатации мотора? У испытанных нами вазовских «восьмерок» (неважно, карбюраторных или впрысковых, восьми- или шестнадцатиклапанных), зона оптимальных оборотов, при которых мотор способен воспринимать любые нагрузки без какого-либо ущерба для себя, составляет примерно 2000…3000 об/мин. Тут мы учитываем, что исходное состояние двигателя может быть разным, да и моторные масла – тоже… Принцип простой – чем больше изношен двигатель, тем выше нижняя и тем ниже верхняя границы зон безызносной работы. Чем выше вязкость масла, тем с более низких оборотов можно безопасно грузить мотор. Но точных цифр нет – очень это индивидуально.
А как это соотнести с моторами другой размерности? Тут есть одна зацепка… В принципе, узлы трения мотора чувствуют не обороты, а линейные скорости перемещения поверхностей деталей. Есть такой параметр мотора – средняя скорость движения поршня, это произведение хода поршня на частоту вращения коленчатого вала, деленное на тридцать. Тот диапазон, который мы получили, примерно соответствует средним скоростям поршня 5…7 м/с. Это значит, что для «длинноходовых» двигателей, которых ход поршня больше диаметра, зона оптимальных режимов сместится в область более низких оборотов. Отсюда – и их «эластичность». У «коротокоходных» зона оптимальных режимов сместится в область более высоких оборотов.
Кстати, именно этот диапазон изменения средних скоростей поршня обычно закладывают для определения основных зон эксплуатации двигателей с большими ресурсами. Судовых дизелей, дизель-генераторов и т.д.
Так что – берите свою размерность, выполните элементарные действия, и приблизительно получите свой диапазон безопасных оборотов. Но это так, приблизительно…
А в целом, вывод понятен. Мотору вредны как низкооборотные режимы с тяжелыми нагрузками, так и экстремальные обороты. Александр Шабанов

Читайте также:  Главные передачи

Изначально новые вкладыши отработали на низких оборотах с большой нагрузкой. Износы не замедлили проявиться.

Весы точно покажут, какая часть вкладыша «ушла» в масло

Кольца также жестко контролируются по массе

Влияние износа деталей цилиндропоршневой группы дизеля на температурное состояние поршня Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Жуков Владимир Анатольевич, Мельник Олеся Владимировна, Тузов Леонид Васильевич

Форсирование судовых двигателей внутреннего сгорания по среднему эффективному давлению сопровождается ростом максимального давления цикла, повышением теплонапряженности деталей цилиндропоршневой группы и интенсификацией их изнашивания. Износ деталей цилиндропоршневой группы приводит к увеличению зазора между поршнем и зеркалом цилиндра. Следствием увеличения зазора являются снижение теплоотвода от поршня к стенкам цилиндра и возрастание прорыва газов, имеющих высокую температуру, из камеры сгорания в зазор. Критическое повышение температуры поршня может привести к его разрушению и выходу двигателя из строя. В статье представлены наиболее характерные виды разрушений поршня. Целью проведенных исследований являлась оценка влияния двух указанных факторов на температурное состояние поршня . Расчет процессов теплообмена в кольцевом канале, выполненный с использованием дифференциальных уравнений энергии и неразрывности, а также критериальных уравнений течения жидкости в плоских каналах, позволил определить температуру газов и боковой поверхности поршня при различных значениях зазора между поршнем и цилиндровой втулкой и различных расходах газа в зазоре. Расчет выполнялся для двигателя ЧН 18/20, имеющего поршень, изготовленный из алюминиевого сплава. Было установлено, что увеличение количества газов, поступающих в зазор из камеры сгорания, оказывает более существенное влияние на температурное состояние поршня по сравнению с величиной зазора, возрастающего вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя. Сделан вывод о том, что именно количество газов с высокой температурой, поступающих в зазор, приводит к существенному повышению температуры поршня. Повышение температуры поршня вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы необходимо учитывать при определении его теплонапряженного состояния. Для обеспечения допустимого температурного уровня поршня в процессе эксплуатации необходимо разрабатывать конструкторские и технологические мероприятия, направленные на снижение расхода газов через зазор между поршнем и зеркалом цилиндра.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Жуков Владимир Анатольевич, Мельник Олеся Владимировна, Тузов Леонид Васильевич

THE INFLUENCE OF THE WEAR OF DIESEL’S CYLINDER GROUP ON THE TEMPERATURE STATE OF PISTON

Forcing of ship internal combustion engines at the average effective pressure is accompanied by an increase in the maximum cycle pressure, an increase in the thermal stress of the cylinder-piston group parts and an intensification of their wear . Wear of parts of the cylinder group leads to an increase in the gap between the piston and the cylinder mirror. The consequence of increasing the gap is a decrease in heat transfer from the piston to the cylinder walls and an increase in the breakthrough of gases having a high temperature from the combustion chamber to the gap. A critical increase in the temperature of the piston can lead to its destruction and engine failure. The most typical types of piston failure are presented in the article. The aim of the research was to assess the influence of these two factors on the temperature condition of the piston . Calculation of heat transfer processes in the annular channel, performed using differential equations of energy and continuity, as well as the criterion equations of fluid flow in flat channels allowed to determine the temperature of the gases and the lateral surface of the piston at different values of the gap between the piston and the cylinder sleeve and different gas flow rates in the gap. The calculation was performed for the engine CHN 18/20, having a piston made of aluminum alloy. It was found that the increase in the number of gases entering the gap from the combustion chamber has a more significant effect on the temperature condition of the piston compared to the gap, increasing due to wear of the engine cylinder group parts. It is concluded that the number of gases with high temperature entering the gap leads to a significant increase in the temperature of the piston. The increase in the temperature of the piston due to wear of the parts of the cylinder group must be taken into account when determining its heat-stressed state. To ensure the permissible temperature level of the piston during operation, it is necessary to develop design and technological measures aimed at reducing the flow of gases through the gap between the piston and the cylinder mirror.

Текст научной работы на тему «Влияние износа деталей цилиндропоршневой группы дизеля на температурное состояние поршня»

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

THE INFLUENCE OF THE WEAR OF DIESEL’S CYLINDER GROUP ON THE TEMPERATURE STATE OF PISTON

V. A. Zhukov, O. V. Melnik, L. V. Tuzov

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping,

St. Petersburg, Russian Federation

Forcing of ship internal combustion engines at the average effective pressure is accompanied by an increase in the maximum cycle pressure, an increase in the thermal stress of the cylinder-piston group parts and an intensification of their wear. Wear of parts of the cylinder group leads to an increase in the gap between the piston and the cylinder mirror. The consequence of increasing the gap is a decrease in heat transfer from the piston to the cylinder walls and an increase in the breakthrough of gases having a high temperature from the combustion chamber to the gap. A critical increase in the temperature of the piston can lead to its destruction and engine failure. The most typical types ofpiston failure are presented in the article. The aim of the research was to assess the influence of these two factors on the temperature condition of the piston. Calculation of heat transfer processes in the annular channel, performed using differential equations of energy and continuity, as well as the criterion equations offluid flow in flat channels allowed to determine the temperature of the gases and the lateral surface of the piston at different values of the gap between the piston and the cylinder sleeve and different gas flow rates in the gap. The calculation was performedfor the engine CHN18/20, having a piston made of aluminum alloy. It was found that the increase in the number of gases entering the gap from the combustion chamber has a more significant effect on the temperature condition of the piston compared to the gap, increasing due to wear of the engine cylinder group parts. It is concluded that the number of gases with high temperature entering the gap leads to a significant increase in the temperature of the piston. The increase in the temperature of the piston due to wear of the parts of the cylinder group must be taken into account when determining its heat-stressed state. To ensure the permissible temperature level of the piston during operation, it is necessary to develop design and technological measures aimed at reducing the flow of gases through the gap between the piston and the cylinder mirror.

Keywords: marine internal combustion engines, parts of cylinder and piston, wear, gas breakthrough, heat transfer in flat channels, the temperature condition of the piston, the reliability of marine diesel engines.

Zhukov, Vladimir A., Olesya V. Melnik, and Leonid_V. Tuzov. ” The influence of the wear of diesel’s cylinder

group on the temperature state of piston.” Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota

imeni admirala S.O. Makarova 10.5 (2018): 1040-1052. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-5-1040-1052.

ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДИЗЕЛЯ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЯ

Ю В. А. Жуков, О. В. Мельник, Л. В. Тузов

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова», Л Санкт-Петербург, Российская Федерация

Форсирование судовых двигателей внутреннего сгорания по среднему эффективному давлению со-5 провождается ростом максимального давления цикла, повышением теплонапряженности деталей цилин-

дропоршневой группы и интенсификацией их изнашивания. Износ деталей цилиндропоршневой группы приводит к увеличению зазора между поршнем и зеркалом цилиндра. Следствием увеличения зазора являются снижение теплоотвода от поршня к стенкам цилиндра и возрастание прорыва газов, имеющих высокую температуру, из камеры сгорания в зазор. Критическое повышение температуры поршня может привести к его разрушению и выходу двигателя из строя. В статье представлены наиболее характерные виды разрушений поршня. Целью проведенных исследований являлась оценка влияния двух указанных факторов на температурное состояние поршня. Расчет процессов теплообмена в кольцевом канале, выполненный с использованием дифференциальных уравнений энергии и неразрывности, а также критериальных уравне-

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ЕШщ^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА,

ний течения жидкости в плоских каналах, позволил определить температуру газов и боковой поверхности поршня при различных значениях зазора между поршнем и цилиндровой втулкой и различных расходах газа в зазоре. Расчет выполнялся для двигателя ЧН18/20, имеющего поршень, изготовленный из алюминиевого сплава. Было установлено, что увеличение количества газов, поступающих в зазор из камеры сгорания, оказывает более существенное влияние на температурное состояние поршня по сравнению с величиной зазора, возрастающего вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя. Сделан вывод о том, что именно количество газов с высокой температурой, поступающих в зазор, приводит к существенному повышению температуры поршня. Повышение температуры поршня вследствие износа деталей цилиндропоршневой группы необходимо учитывать при определении его теплонапряженного состояния. Для обеспечения допустимого температурного уровня поршня в процессе эксплуатации необходимо разрабатывать конструкторские и технологические мероприятия, направленные на снижение расхода газов через зазор между поршнем и зеркалом цилиндра.

Ключевые слова: судовые двигатели внутреннего сгорания, детали цилиндропоршневой группы, износ, прорыв газов, теплообмен в плоских каналах, температурное состояние поршня, надежность судовых дизелей.

Жуков В. А. Влияние износа деталей цилиндропоршневой группы дизеля на температурное состояние поршня / В. А. Жуков, О. В. Мельник, Л. В. Тузов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — Т. 10. — № 5. — С. 10401052. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-5-1040-1052.

Основной тенденцией развития судовых дизелей на протяжении нескольких последних десятилетий является их форсирование по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала [1]—[3]. Оба фактора обусловливают повышение тепловых и механических нагрузок на детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ). В наиболее тяжелых условиях работают цилиндровые втулки, поршни и поршневые кольца форсированных двигателей. Рабочая температура цилиндровых втулок в зоне перемещения поршневых колец составляет 150-200 °С, температура кромок камер сгорания — 350 °С, а температура поршней в районе поршневых колец — 200- 250 °С для поршней из алюминиевых сплавов и 350-400 °С для чугунных поршней [4], [5]. Превышение допустимых рабочих температур поверхностей поршней и поршневых колец приводит к отказам, связанным с разрушением масляной пленки и нарушением условий смазывания в паре «поршень – гильза цилиндра», приводящим к задирам поршня и зеркала цилиндра (рис. 1), механическим разрушениям поршня вследствие перегрева днища (рис. 2), жарового пояса и поршневых колец (рис. 3), а также камеры сгорания (рис. 4) — [6].

Читайте также:  Ведущий мост

Рис. 1. Следы задиров на юбке поршня (а) и зеркале (б) цилиндра

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Рис. 2. Расплавленная головка поршня дизельного двигателя

Рис. 3. Оплавленные участки на жаровом поясе поршня (а) и поршневых кольцах (б) дизельного двигателя

Рис. 4. Трещины на кромке камеры сгорания: а

По имеющимся статистическим данным, собранным в течение длительного периода времени, надежность деталей ЦПГ определяет безотказность двигателя в целом. Доля отказов двигателей различного назначения, связанных с выходом из строя деталей ЦПГ, составляет 30-45 % общего количества отказов [7]-[9]. Проблема обеспечения необходимого уровня надежности деталей ЦПГ требует проведения анализа их напряженно-деформированного состояния с использованием методов математического моделирования [10]-[13], а также экспериментальных исследований условий работы деталей ЦПГ [14]-[16]. На основании исследований совершенствуются конструкция поршней [17]-[19] и технология их изготовления [20], [21], разрабатываются и внедряются новые материалы [22], [23]. Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о том, что конструкторские и технологические мероприятия направлены на обеспечение допустимого температурного состояния деталей поршневой группы, что является обязательным условием надежной работы двигателя. Одним из факторов, определяющих температурное и теплонапряженное состояние поршня, является интенсивность отвода теплоты от него в процессе эксплуатации.

Методы и материалы (Methods and Materials)

Известно, что теплота, воспринимаемая днищем поршня при осуществлении рабочего цикла, передается к цилиндровой втулке и далее к охлаждающей жидкости через поршневые кольца [24], [5]. Износ поршней, поршневых колец и цилиндровых втулок при эксплуатации дизелей приводит к нарушению нормального сопряжения трущихся пар, увеличивает зазор между ними, изменяет условия теплообмена по боковой поверхности поршня до первого компрессионного кольца и увеличивает температуру газов, непосредственно соприкасающихся с компрессионными кольцами. Износ компрессионных колец и поверхностей втулок вызывает также нарушение уплотняющей функции компрессионных колец, при этом будет возрастать количество прорывающихся в картер газов, что, в свою очередь, должно отрицательно сказаться на температурном уровне деталей поршневой группы.

Экспериментальные исследования дизеля ЧН18/20 показали, что при увеличении зазора в результате износа цилиндровой втулки на 0,9 мм температура центра днища поршня повышается на 30-35 °С, а при износе на 1,37 мм — на 140 °С. Безусловно, еще большее влияние на тепло-напряженность поршневой группы может оказать аварийное состояние поршневых колец — их залегание (пригар). Эксперименты также показывают, что уровень теплонапряженности поршня значительно изменяется при увеличении зазоров в канавках поршневых колец. В связи с этим возникает вопрос: что может служить объективным показателем допустимости эксплуатации дизеля без ремонта при значительных износах поверхностей цилиндропоршневой группы.

Многочисленные исследования дизелей с различной степенью изношенности ЦПГ показали, что даже при предельно допустимом износе их мощность падает всего на 6-14 %, а расход топлива растет на 2-10 %. Критерий допустимости эксплуатации дизеля без ремонта должен учитывать показатели роста теплонапряженности. При оценке теплонапряженности поршневой группы дизелей, находящихся в эксплуатации, целесообразно отдельно оценить влияние износа соприкасающихся деталей и ухудшения уплотняющей способности колец. У дизелей ЧН18/20, широко распространенных на флоте и имеющих средний уровень форсированности, износ боковых поверхностей поршней в процессе эксплуатации сравнительно невелик, однако наблюдается значительный износ втулки цилиндра в зоне остановки первого компрессионного кольца. В процессе эксплуатации это может нарушить уплотнительную способность кольца, вызвать резкое увеличение прорыва газов в картер и, как следствие, повышение уровня теплонапряженности поршневой группы дизеля.

Одновременно ухудшаются и условия теплообмена поршня с втулкой цилиндра. На базе имеющихся источников научной и технической литературы практически невозможно установить причины, оказывающие более сильное влияние на тепловое состояние поршня: увеличение прорыва газов вследствие износа компрессионных колец и втулки цилиндра или ухудшение теплоот-вода от поршня из-за увеличения зазора. Для двигателя ЧН18/20 эта проблема особенно актуальна,

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

так как поршень двигателя изготовлен из алюминиевого сплава, а цилиндровая втулка — из стали. Различные коэффициенты теплового расширения приводят к необходимости увеличенного зазора между деталями ЦПГ. Поршень имеет уплотняющую часть с тремя компрессионными кольцами и короткую юбку. Указанные особенности повышают вероятность прорыва газов из камеры сгорания в зазор между поршнем и цилиндровой втулкой и изменения вследствие этого температурного состояния поршня.

Для выяснения этого важного для практики вопроса необходимо детально изучить изменения условий теплообмена в зазоре между головкой поршня и втулкой цилиндра в зависимости от его величины и качества прорывающихся газов. С этой целью, прежде всего, необходимо определить температуру газов в зазоре. Для определения температуры газов найдем тепловой поток на стенках канала, который можно определить из уравнения баланса энергии для элемента жидкости длиной йх, ограниченного стенками канала и двумя сечениями, нормальными к его оси. Для этого проинтегрируем уравнение энергии по сечению канала. Уравнение энергии в общем случае имеет вид

Рср — = ^ (^гаёТ) + ду + , а т

где р — плотность жидкости; ср — изобарная теплоемкость газа, отнесенная к единице массы; Т — температура жидкости; т — время; 1 — коэффициент теплопроводности жидкости; qv — мощность внутренних источников теплоты; т — динамический коэффициент вязкости; — дис-сипативная функция.

Преобразуем левую часть этого уравнения с помощью уравнения неразрывности и перейдем от температуры к энтальпии:

др) д(р^) 1 д д ( дтЛ 1 д(лдтЛ

+ ^-¿ + ) = — I X — 1 + – —I гХ— 1 + qv +VS,

дт дх г дг дх у дх) г дг у дг)

где юх и юг — соответственно осевая и радиальная составляющие скорости; к — энтальпия, отнесенная к единице массы.

Введя допущения о стационарности течения и теплообмена и пренебрегая диссипацией и наличием внутренних источников, получим

Износ деталей цилиндро-поршневой группы

Износ деталей цилиндро-поршневой группы зависит от целого ряда факторов.

Цилиндры (гильзы) изнашиваются в основном в результате трения поршневых колец, действия абразивных частиц о поверхности цилиндров и коррозии.

В процессе сгорания топлива в цилиндре резко повышаются температура и давление газов. Газы проникают за поршневые кольца и прижимают их к зеркалу цилиндра, вследствие чего повышается удельное давление колец на поверхность цилиндра.

Возрастание удельного давления поршневых колец на стенку цилиндров приводит к резкому увеличению силы трения во время движения колец, выдавливанию масляного слоя из-под них, вследствие чего между кольцами и цилиндром возникает граничное трение.

Образование граничного трения между первым поршневым кольцом и цилиндром способствует также неплотное прилегание кольца к поверхности цилиндра по окружности. Даже при незначительном просвете между ними масляная пленка с поверхности цилиндра сдувается газами, проникающими через эти неплотности, в результате чего между поверхностями кольца и цилиндра возникает граничное трение. Кроме того, при высоких температурах вязкость масла резко снижается, что влечет за собой уменьшение прочности масляной пленки, и она местами разрывается.

Исследования влияния вязкости масла на износ цилиндров и механические потери в тракторных и автомобильных двигателях показали, что износ, вызванный электростатическими явлениями при трении, может составлять заметную часть общего износа. С понижением вязкости электростатическая прочность тонких масляных пленок уменьшается.

Помимо физико-механических факторов (температура и давление), на изнашивание цилиндров оказывает большое влияние химическое воздействие продуктов сгорания.

В процессе сгорания топлива получается целый ряд кислот и других химических соединений (кислород, углекислый газ, пары воды, муравьиная, уксусная, угольная, серная и азотная кислоты), которые вызывают усиленную коррозию металла цилиндра в обнаженных от масла местах.

На интенсивность изнашивания цилиндров под химическим воздействием агрессивных веществ большое влияние оказывает температурный режим двигателя.

Исследования показывают, что износ цилиндров повышается при температуре стенки цилиндра ниже 90 цельсий. Увеличение износа поверхности цилиндров при температуре, меньше указанной, объясняется тем, что при более низких температурах на стенках цилиндров конденсируются водяные пары и с продуктами сгорания образуют кислоты, под воздействием которых повышается коррозийный износ рабочей поверхности цилиндров.

О влиянии температуры на изнашивание свидетельствует разница износе отдельных цилиндров одного и того же двигателя. В одном и том же блоке цилиндры, ближе расположенные к вентилятору, изнашиваются больше.

Снижение скорости поршня до нуля в момент перехода через в. м.т. способствует разрушению масляной пленки и повышению темпа изнашивания, что служит одним из факторов, ухудшающих условия работы колец.

Следовательно, наибольшему износу детали подвержены в верхней части цилиндра, в зоне высоких давлений и температур, высокой концентрации химически активных соединений и ухудшенных условий смазки. Таким образом, цилиндры автотракторных двигателей неравномерно изнашиваются по длине, но они неравномерно изнашиваются и по окружности. Цилиндры автомобильных и гильзы тракторных двигателей в работе деформируются, вследствие чего нарушается их форма. Цилиндры деформируются в результате разностенности, неправильной затяжки болтов крепления головки блока, неравномерного нагрева цилиндра, недостаточной жесткости верхней стенки блока.

Износ цилиндра по окружности зависит также от перекоса поршня при движении в цилиндре, в плоскости качания шатуна, вследствие чего наблюдается скребущее действие кромок поршневых колец.

Износ цилиндров и шатунных шеек коленчатого вала в значительной мере зависит от изгибов шатуна и коленчатого вала, а также от перекосов в шатунно-поршневой группе. В этих случаях поршень работает в цилиндре с перекосом. Расположение большей оси овала цилиндров в плоскости продольной оси коленчатого вала свидетельствует об изгибе шатуна, нежесткости коленчатого вала или перекосе, полученном при сборке шатуна с поршнем.

Поршневые кольца изнашиваются по наружному диаметру в результате трения о поверхность цилиндра и по высоте вследствие трения о торцы канавок поршней. Одновременно изнашиваются торцовые поверхности канавок поршня.

Наиболее быстро изнашиваются первое поршневое кольцо и первая канавка поршня, так как это сочленение работает в наиболее тяжелых температурных, абразивных и нагрузочных условиях при недостатке смазки. Кольца обычно изнашиваются в несколько раз быстрее канавок, и зазор между ними увеличивается главным образом вследствие износа кольца. Поршневые кольца во время работы теряют свою упругость в результате износа их по толщине и высоте, а также от воздействия высоких температур, вследствие чего происходит релаксация внутренних напряжений.

По мере износа цилиндра и наружной поверхности поршневых колец резко увеличивается зазор в стыке.

У канавок поршня больше изнашивается нижний торец, так как эта поверхность подвергается большему давлению колец. Кроме того, поршневые кольца почти всегда (исключая такт всасывания) прилегают к этой поверхности.

После смены изношенного поршневого кольца новое кольцо и канавка поршня изнашиваются значительно быстрее новых пар. Это объясняется тем, что форма канавок не соответствует форме кольца, последнее прилегает к торцу канавки не по всей поверхности, в результате чего резко увеличивается удельное давление кольца на поверхность канавки. Кроме того, кольцо недостаточно плотно прилегает к изношенной и искаженной поверхности цилиндра. При этом удельное давление на кольцо и цилиндр распределяется неравномерно. Все это приводит к быстрому износу новых колец, работающих в изношенных цилиндрах.

Износ деталей цилиндро-поршневой группы зависит также от работы и состояния системы очистки воздуха. При недостаточной очистке воздуха в цилиндр попадают абразивные частицы, которые значительно усиливают износ деталей цилиндро-поршневой группы. Масла, имеющие абразивные примеси, низкую вязкость и химически активные вещества, также усиливают износ деталей цилиндро-поршневой группы.

В результате износа цилиндров, поршневых колец и канавок поршня снижается компрессия при запуске и на малой частоте вращения двигателя, так как при недостаточной плотности прилегания компрессионных колец к цилиндрам и канавкам поршня значительная часть заряда прорывается через неплотности при медленном вращении коленчатого вала.

При падении компрессии особенно сильно затрудняется пуск дизеля в холодное время, ввиду того что в конце сжатия не достигается температура воздуха, достаточная для самовоспламенения топлива.

Износ цилиндров, канавок поршня, колец по высоте и диаметру приводит к увеличению зазоров, через которые перекачивается масло в камеру сгорания.

Расход картерной смазки в процентах к израсходованному топливу зависит также от размера зазора между гильзой цилиндра и поршнем и овальности гильзы двигателя.

Перерасход масла приводит к образованию нагара на поршнях и камерах сгорания, ухудшению теплоотдачи, образованию абразивной грязи и усилению износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателя. При износе деталей цилиндро-поршневой группы резко увеличивается количество газов, проникающих из камеры сгорания в картер.

Прорыв газов в картер приводит к повышению давления в нем, в результате чего масло частично выжимается через неплотности соединений наружу. Это приводит к частичному снижению мощности двигателя и вызывает разжижение, загрязнение и ухудшение химико-физических свойств масла.

Читайте также:  Жесткость и вибрации при токарной обработке

Внешний признак прорыва газов в картер и повышение давления в нем — появление светлого газа из сапуна.

Отверстия в бобышках поршня, поршневые пальцы и втулки верхней головки шатунов изнашиваются в результате работы сил трения при изменении направления движения поршня.

Основным внешним признаком износа этих деталей служит появление стуков, носящих резкий, металлический характер и хорошо прослушиваемых в верхней части цилиндра при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Бобышки поршня, поршневой палец и втулка верхней головки шатуна двигателя изнашиваются менее интенсивно, чем цилиндры, поршневые кольца и канавки поршня.

Если двигатель выходит из строя в результате только износа поршневых пальцев, бобышек поршня и втулок шатунов, это указывает на то, что во время ремонта не были обеспечены надлежащее качество обработки поверхностей и требуемые значения зазоров и натягов в соединениях этих деталей или был допущен перекос деталей при их сборке.

Audi A4 2.0 TFSI Quattro › Бортжурнал › Диагностика состояния ЦПГ и чудо ремонтно-восстановительный состав

Так получилось, что я работаю с человеком у которого папаня известный в узких кругах Нижнего Новгорода моторист. Я беру у него масло (в бочках из германии приводит).
Он занимается безразборным ремонтом моторов (смешно да ?) по ГТМ технологии. Подробности Вы можете прочитать забив в ГОгл ГТМ, либо сайт есть www.gtmt.ru
Как правило в эту фигню никто не верит. Ну чтож, будем развеивать сомнения, решил для профилактики, общупать свою Аудюшу, ибо уже видел чудеса, на работе многие пользовались его услугами.

Для начала ликбез небольшой, чтоб всё понятно было, подробнее о ГТМ технологии
ГТМ – технология дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих зонах новых алмазоподобных модифицированных поверхностей. Износоустойчивость таких поверхностей в 2-3 раза выше, чем у обычных закаленных поверхностей и в 6-8 раз выше, чем у изношенных узлов, где первоначально закаленный слой уже сработался.

В процессе проводимого ремонта на поверхностях пар трения агрегатов в зонах контакта образуется модифицированный слой, представляющий собой монокристалл, выращенный на кристаллической решетке поверхностного слоя самого металла. Одновременно в результате диффузии материалов ГТМ с поверхности в глубину металла, улучшается структура его кристаллической решетки и, тем самым, упрочняется приповерхностный слой самого металла.

Термодинамические процессы, происходящие в зонах трения в присутствии ГТМ компаунда, способствуют образованию более толстого модифицированного слоя в местах наибольшей выработки металла. Таким образом, в процессе ремонта постепенно стабилизируется и приближается к оптимальной величина зазора между трущимися деталями по всей площади пятен контакта.

Даже очень хорошо подготовленная поверхность стали, при детальном рассмотрении под микроскопом, имеет вид вспаханного поля с чередой пиков, кратеров и редких равнин между ними, как на рис.1. В процессе движения этих поверхностей друг относительно друга их наиболее выступающие пики (рис.2) приходят в соприкосновение и выбивают друг друга, образуя на обеих поверхностях по микро кратеру (рис.3). В каждый последующий момент работы будут соприкасаться и стираться другие выступы микрорельефа, добавляя в масло все новые и новые частицы металла, увеличивая зазоры. Классический способ борьбы с трением — использование «масляного клина» в зонах трения приводит к существенному уменьшению вышеописанных эффектов, и до недавнего времени задача увеличения ресурса механизмов решалась путем улучшения свойств применяемых масел, а также специальной обработкой металлических поверхностей.

Принцип работы ГТМ-Технологии
Процесс образования алмазоподобного углеродистого модифицированного слоя на поверхностях пар трения, рассмотрим подробнее на рисунке, где как и раньше крупным планом показано место локального контакта.

В соответствии с технологией ГТМ (частицы зеленого цвета) добавляются в носитель, в данном случае — масло, причем не новое, а уже имеющее в своем составе продукты трения (серого цвета). Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно представить себе картину следующим образом. За счет высоких моющих свойств ГТМ в местах контакта происходит суперфинишная обработка поверхностей трения – очистка нагаров, окислов, деструктурированного масла. В местах локального контакта в микрообъемах возникают высокие температуры (до 1000 град. С и более), что приводит к инициации микро металлургических процессов. В результате происходит образование алмазоподобной кристаллической решетки выращенной на поверхностности пар трения

Практически одновременно с этим происходит изменение микрорельефа и изменение поверхностного слоя. Поскольку элементы ГТМ работают как катализаторы, постольку в местах трения создаются условия для активного протекания окислительно – восстановительных процессов. В результате этих реакций материалы ГТМ диффундируют в подложку, укрепляя и модифицируя поверхностный слой. Одновременно в пограничной области происходит образование новых кристаллов, наращенных на кристаллической решетке поверхностного слоя металла. Они показаны зеленым цветом на рисунке

Поршень двигателя: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

Смотрите также

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Двигаясь внутри цилиндра возвратно-поступательно, он воспринимает давление активно расширяющихся и сильно разогретых газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, и передает ее на шатун.

Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:

  • Высокой механической прочностью
  • Хорошей теплопроводностью
  • Малой плотностью
  • Незначительным коэффициентом линейного расширения
  • Антифрикционными свойствами
  • Коррозионной устойчивостью

Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производят путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.

Устройство поршня ДВС

Стандартный поршень автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: днища, поршневых колец и направляющей (юбки).

Рассмотрим каждый компонент подробнее.

Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.

Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных ДВС, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.

Существуют также автомобили, в которых установлены поршни с толщиной днища меньше стандартной – например, в некоторых моделях Honda она составляет 5,5-6 мм.

Днища некоторых поршней в целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания подвергаются твердому анодированию: на верхний слой алюминия накладывается керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.

Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.

Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Диаметр уплотняющей части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неодинаковым нагревом этих зон – в районе колец он больше. Минимальный диаметр жарового пояса позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках.

Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.

Направляющая часть

Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.

Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.

В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые холодильники.

Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе ДВС. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.

Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.

В последнее время большую популярность не только в промышленности, но в частном использовании приобрело антифрикционное твердосмазочное покрытие . Оно предназначено не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулок пальцев, распредвалов, дроссельной заслонки.

Данное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.

Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве.

Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.

Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.

MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.

Причины износа поршней

При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы ДВС, подвержены износу и возникновению неисправностей.

О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:

  • Повышенный расход моторного масла и топлива
  • Выделение из выхлопной трубы синего дыма
  • Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
  • Снижение мощности двигателя и т.д.
  • Нагар на свечах зажигания

При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.

Так, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.

Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.

К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.

Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.

Радиальный износ поршня возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступа поршня.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршня продуктами износа, образующимися во время приработки ДВС.

Повреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т.д.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением неподходящей ОЖ, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.

Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.

Присоединяйтесь

© 2004 – 2020 ООО “АТФ”. Все авторские права защищены. ООО “АТФ” является зарегистрированной торговой маркой.

Ссылка на основную публикацию