Устройство поршня

Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.

Уплотняющая часть поршня двигателя

К уплотняющей части относят маслосрезывающие и компрессионные кольца. Первые (еще их называют маслосъемными) имеют отверстия по всей своей длине, через которые масло, удаляемое со стенок цилиндра, проходит внутрь стакана-поршня и далее стекает по шатуну в картер.

В некоторых случаях маслосрезывающие кольца при изготовлении дополнительно снабжают ободком из легированного чугуна (стойкого к коррозии). На ободке для компрессионного кольца выполняются специальные канавки для удаления масляной пленки. Таким образом, компрессионное кольцо становится одновременно еще и маслосрезывающим.

В большинстве современных ДВС поршни имеют по 3 кольца: по одному маслосъемному и по два компрессионных. В задачу последних входит обеспечение герметичности компрессии и предотвращение прорыва рабочих газов в картер двигателя. В сечении такие кольца могут иметь разную форму:

• трапециевидную;
• коническую;
• бочкообразную.

Разумеется, наибольшие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо, поэтому его канавку усиливают стальной вставкой.

Поверхность цилиндра, по которому скользят кольца, смазывается. Масло поступает через пару специальных отверстий в стенках цилиндра. В задачу маслосъемного кольца входит снятие масляной пленки, чтобы по максимуму уменьшить выгорание масла и образование нагара. Некоторые разновидности маслосрезывающих колец также оснащают пружинным расширителем для обеспечения более плотного их прилегания к зеркалу втулки цилиндра.

Диаметр уплотняющей части стакана-поршня меньше, чем диаметр его юбки. Это объясняется разным уровнем термической нагрузки – нагрев уплотняющей части больше (его еще называют жаровым поясом). Меньший диаметр здесь позволяет избежать возможных задиров и заклинивания колец. Юбка цилиндра имеет в сечении овал, уплотняющая часть – круг.

Компрессия в камере сгорания тем выше, чем больше уплотнительных колец устанавливается на поршне. Кроме того, большое значение имеет материал, из которого изготавливаются кольца. Он должен быть максимально износостойким. Поэтому и компрессионные, и маслосъемные кольца зачастую изготавливаются из легированного чугуна.

Помимо износостойкости, материал колец должен быть еще и максимально теплопроводным, чтобы эффективно отводить тепло от стакана-поршня на охлаждаемую втулку цилиндра. Через кольца отводится до 80 % тепла. Если снижается плотность прилегания колец, большая часть теплопередачи перемещается на юбку поршня – возрастает вероятность появления задиров. Чтобы избежать этого, во время проведения испытаний и обкатки нового мотора искусственно ограничивается его мощность.

Когда металл колец перегревается, то снижается его упругость, из-за чего могут возникнуть поломки и другие негативные эффекты: в камеру сгорания начнет просачиваться масло, а в картер прорываться отработанные газы. При перегреве есть риск смыкания стыков колец (из-за линейного термического расширения), в результате чего сами кольца просто сломаются. Иногда это приводит даже к срыву поршня.

Какие автомобили находятся в группе риска

При выборе «железного коня» важно понимать, какие авто находятся в группе риска с позиции появления задиров. В эту группу можно включить:

В эту группу можно включить:

• малолитражки;
• авто с турбированными двигателями;
• машины, эксплуатируемые в условиях холодного климата, по бездорожью или разбитным дорогам;
• авто, заправляемые низкокачественным топливом;
• модели с двигателями-«миллионниками» БМВ;
• машины Порше и другие спорткары, владельцы которых любят поездить «с огоньком» и т. д.

Для лучшего понимания рассмотрим основные моменты подробнее.

Эксплуатируемые в холодном климате

В зоне риска находятся машины, которые из-за региона проживания владельца часто эксплуатируются в мороз. Из-за низкой температуры прокладки разных узлов и устройств затвердевают.

Это приводит к ухудшению герметичности и риску попадания в цилиндропоршневую группу мелких частичек грязи, к примеру, песка.

В результате трения на поверхности появляются повреждения, а со временем и задиры.

Также опасны частые пуски двигателя в условиях сильных морозов. Из-за холода моторное масло загустевает, что приводит к дефициту смазки между цилиндром и поршнем.

Как результат, первое время происходит масляное голодание мотора, а с повышением частоты оборотов повышается вероятность появления задиров, а в будущем и стуков.

На бездорожье и разбитых дорогах

Эксплуатация в условиях частых вибраций приводит к тому, что хомуты на патрубках стираются или спадают. Например, это возможно на участке между заслонкой дросселя и воздушным фильтром.

Если происходит такая ситуация, в двигатель снова засасывается мелкий сор. Результатом является появление задиров.

Езда с огоньком

Негативное влияние на двигатель оказывает и резкий стиль вождения. В частности, резкие старты на светофоре могут привести к недостаточной смазке двигателя из-за продолжительного простоя и стекания масла в поддон.

Результат в этом случае стандартный — быстрый нагрев, дефицит масла и износ.

Отметим, что задиры являются распространенным явлением на двигателях G4KD, установленных на машинах корейского бренда: Киа Спортэйдж 3, Отптима, IX 35. Подробнее на этом вопросе мы еще остановимся ниже.

Как функционирует и из чего состоит?

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

имеет сложное строение и состоит из:

• Корпуса, включающего в себя блок цилиндров, головку блока цилиндров;
• Газораспределительного механизма;
• Кривошипно-шатунного механизма (далее КШМ);
• Ряда вспомогательных систем.

КШМ является связующим звеном между энергией выделяемой при сгорании топливо-воздушной смеси (далее ТВС) в цилиндре и коленвалом, обеспечивающим движение автомобиля. Газораспределительная система отвечает за газообмен в процессе функционирования агрегата: доступ атмосферного кислорода и ТВС в двигатель, и своевременное выведение газов, образовавшихся во время горения.

Устройство простейшего поршневого двигателя

Вспомогательные системы представлены:

• Впускной, обеспечивающей поступление кислорода в двигатель;
• Топливной, представленной системой впрыска топлива ;
• Зажигание, обеспечивающее искру и воспламенение ТВС для двигателей, работающих на бензине (дизельные двигатели отличаются самовоспламенением смеси от высокой температуры);
• Системой смазки, обеспечивающую уменьшение трения и износа соприкасающихся металлических деталей с помощью машинного масла;
• Системой охлаждения , которая не допускает перегрева рабочих деталей двигателя, обеспечивая циркуляцию специальных жидкостей типа тосол;
• Выпускной системой, обеспечивающей выведение газов в соответствующий механизм, состоящей из выпускных клапанов;
• Системой управления, обеспечивающей наблюдение за функционирование ДВС на уровне электроники.

Основным рабочим элементом в описываемом узле считается поршень двигателя внутреннего сгорания

, который и сам является сборной деталью.

Устройство поршня ДВС

Почему появляются задиры

Появляются задиры из-за прямого контакта металлов в парах трения. То есть из-за «сухого трения». Оно, в свою очередь, может быть вызвано несколькими причинами – недостаточной смазкой, температурным расширением или попаданием в пару трения посторонних веществ. Недостаточная смазка возникает при падении давления масла, неравномерности масляного клина (масляной плёнки), потери свойств масла (например, из-за содержания бензина). Перегрев масла (когда температура выше 120* на современных двигателях включается аварийный режим работы) тоже относится к недостаточной смазке. Температурное расширение возникает из-за перегрева или ошибки конструктора. Посторонние вещества могут попадать в пару трения вместе с грязным маслом или же через впускные/выпускные каналы (отсутствие воздушного фильтра или разрушение катализатора). Рассмотрим все эти случаи подробнее, а также расскажем о самых нагруженных парах трения в двигателях.

Причины выхода поршней из строя

Большинство современных двигателей внутреннего сгорания сконструированы таким образом, что ремонт поршней не представляется возможным. Поэтому при их поломке существует два варианта действий: приобретение нового блока цилиндров с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) или полная замена силового агрегата.

Поршни работают под воздействием высоких температур, и именно это чаще всего становится основной причиной их поломки. При перегреве происходит уменьшение зазора между поршнем и стенками цилиндра, что усиливает трение. Сами поршни нагреваются и увеличиваются в размерах. В результате на юбках и взаимодействующих с ними поверхностях появляются задиры.

Характер и положение задиров позволяет определить причины их возникновения. Например, если они появились по всей поверхности юбки поршня, то это свидетельствует об общем перегреве двигателя.

Причинами перегрева двигателя могут быть:

• Нарушение циркуляции охлаждающей жидкости или моторного масла
• Нерабочий термостат
• Засорение радиатора
• Уменьшение уровня антифриза из-за утечки
• Повреждение помпы
• Неисправность вентилятора охлаждения и т.д.

При недостаточной смазке поршневой палец становится синим, а в зоне бобышек возникают зазоры. В зависимости от конструкции двигателя пальцы могут быть плавающими (независимыми) или неподвижно установленными в верхней части шатуна. При заклинивании первого типа пальцев во втулке шатуна происходит перегрев бобышек, из-за чего на юбке образуются задиры в области их расположения.

При перегреве головки поршня задиры образуются между нижней частью поршня и верхней канавкой компрессионного кольца. В бензиновых двигателях это происходит из-за детонации или калильного зажигания, когда происходит преждевременное воспламенение топливной смеси.

Причинами появления задиров, помимо перегрева двигателя, могут быть:

• Неисправность датчика детонации
• Использование низкооктанового топлива
• Нарушение регулировки топливных форсунок в дизельных двигателях
• Несоответствие калильного числа свечей зажигания параметрам двигателя
• Неправильно выставленный угол опережения зажигания
• Слишком обогащенная/обедненная топливная смесь

Из-за перегрева на отдельных участках нижней части поршней могут образовываться трещины, а также может оплавиться металл, из которого изготовлены детали.

При несвоевременном обнаружении детонации или калильного зажигания внутри цилиндров двигателя стоит готовиться к ремонту цилиндро-поршневой группы. Из-за подобных проблем разрушаются поршневые кольца и их посадочные места, оплавляются кромки днища, возникают прочие повреждения, которые полностью выводя из строя поршни.

В дизельных двигателях повреждения поршневых колец и их посадочных мест свидетельствует о жестком сгорании топливной смеси. То же самое может происходить из-за применения некачественного топлива, большого количества различных присадок, некорректной работы форсунок или перебоев в работе системы зажигания.

Повышенный износ поршней может возникать из-за смывания защитной масляной пленки с их стенок. Часто это происходит по причине некорректной работы зажигания, загрязнения сажевого фильтра, постоянных запусков холодного двигателя и нарушения процесса воспламенения топливной смести внутри цилиндров.

Если отсутствует механический износ цилиндро-поршневой группы, определить, нуждаются ли рабочие элементы в замене можно по состоянию поршневых колец и их посадочных мест. На практике наиболее частой причиной срочного ремонта ЦПГ является обрыв ремня или цепи ГРМ.

При повреждении поршневых кольцах на этих элементах, поршнях и стенках цилиндров начинается образовываться нагар. Компрессия снижается либо полностью пропадает, внутрь картера начинают попадать отработанные газы, увеличивается расход масла, повышается вероятность его коксования.

Значительное снижение подвижности колец влечет за собой проблемы с запуском двигателя, появление дыма в выхлопных газах.

Современные разработки

Основной задачей, над которой бьются автопроизводители – это снижение потребление топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу. Поэтому они постоянно улучшают систему питания, результатом является недавнее появление инжекторных систем с непосредственным впрыском.

Ищутся альтернативные виды топлива, последней разработкой в этом направлении пока является использование в качестве топлива спиртов, а также растительных масел.

Также ученые пытаются наладить производство двигателей с совершенно иным принципом работы. Таковым, к примеру, является двигатель Ванкеля, но особых успехов пока нет.

Как подбирать новые поршни?

Подбор поршней необходимо осуществлять в соответствии с ремонтным размером цилиндров. Цифра, на которую увеличивается диаметр детали, выбивается на ее днище. Каждый поршень подбирается индивидуально для получения зазора нужного размера. Его величина определяется путем протягивания специальной ленты-щупа между цилиндром и поршнем. Делается это при помощи динамометра с противоположной от разреза юбки стороны. Усилие на приборе при движении щупа сквозь зазор не должно превышать установленных пределов.

Более простой способ – это подбор поршня с расчетом на то, чтобы деталь свободно проходила по всей глубине цилиндра при легком нажиме руки, но не перемещалась под тяжестью собственного веса при вертикальном расположении цилиндра.

Помимо зазора, при подборе поршней нужно учитывать их вес. Максимальная разница в весе поршней одного комплекта не должна превышать 5 грамм.

Порядок работы двигателя

Итак, порядок работы цилиндров наиболее распространенных автомобильных двигателей отличается. Если сравнивать порядок работы однотипных 4, 6, а также 8 цилиндровых моторов, порядок работы цилиндров таких двигателей будет заметно отличаться. Другими словами, 4 цилиндровый двигатель и его цилиндры будут работать не в том порядке, в котором работает, например, 8-и цилиндровый аналог. Давайте разбираться.

Если же мотор 4-тактный, V-образный, 6-цилиндровый, рядный, рабочий цикл такого двигателя также проходит за 2 полных оборота коленвала или 720 градусов, однако чередование тактов осуществляется через 120 градусов. Рабочий цикл рядного 8-цилиндрового V-образного мотора получает чередование тактов через 90 градусов.

Что касается V-образного 6- цилиндрового мотора, порядок работы такого агрегата 1-4-2-5-3-6. Кстати, такие моторы хуже всего сбалансированы (за исключением 5-и, 3 и 2-цилиндровых четырехтактных двигателей). Если же рассматривать двигатель V-8, такие моторы могут иметь 2 порядка работы: 1-5-4-2-6-3-7-8 или 1-8-4-3-6-5-7-2. На самом деле, такая разница связана с тем, что в США и Европе цилиндры считаются с определенными отличиями.

Информация на поверхности поршня

Обсуждения вопроса о том, что означает маркировка на поршнях стоит начать с того, какую вообще информацию производитель наносит на изделие.

1. Размер поршня. В некоторых случаях в маркировке на днище поршня можно найти цифры, означающие его размер, выраженный в сотых долях миллиметра. Пример — 83.93. Эта информация означает, что диаметр не превышает указанного значения с учетом допуска (группы допуска обсудим чуть ниже, у разных марок машин они отличаются). Замер производится при температуре +20°С.
2. Монтажный зазор. Другое его название — температурный (поскольку может изменяться вместе с изменением температурного режима в двигателе). Имеет обозначение — Sp. Приводится в дробных числах, означающих миллиметры. Например, обозначение маркировки на поршне SP0.03 говорит о том, что зазор в данном случае должен быть 0,03 мм с учетом поля допуска.
3. Товарный знак. Или эмблема. Производители таким образом не только идентифицируют себя, но и дают информацию мастерам о том, чьей документацией (товарными каталогами) необходимо пользоваться при подборе нового поршня.
4. Направление установки. Эта информация дает ответ на вопрос — на что указывает стрелка на поршне? Она «говорит» о том, каким образом должен быть смонтирован поршень, в частности, стрелка нарисована по направлению движения автомобиля вперед. На машинах, у которых двигатель расположен сзади вместо стрелки зачастую изображают символический коленчатый вал с маховиком.
5. Номер отливки. Это цифры и буквы, схематически указывающие на геометрические размеры поршня. Обычно такие обозначения можно встретить на европейских машинах, для которых элементы поршневой группы изготавливают такие компании как MAHLE, Kolbenschm >

Кроме этих обозначений также существуют и другие, и они могут отличаться у разных производителей.

Нестандартные покрытия цилиндра

Разработчики применяют новейшие технологии и материалы для упрочнения зеркала цилиндра и его износостойкости.

Самый большой объем автомобильного двигателя – 117 литров. Такой огромный объем реализован в двигателе карьерного самосвала с 24 цилиндрами

Так внедрение кристаллов кремния в зеркало цилиндра многократно подняло ресурс двигателя, но одновременно и повысило требования к качеству масла и соблюдению температурного режима. Первые двигатели, созданные с применением этой технологии, были непригодными для ремонта и слишком дорогими. Дальнейшие разработки в этой области позволили несколько улучшить ситуацию в плане ремонтопригодности. Вместо того чтобы покрывать специальным составом поверхность цилиндров, выточенных в толще металла, в блок начали устанавливать подлежащие замене гильзы с напылением кремния.

Пошаговая схема функционирования

Работа ДВС основывается на энергии расширяющихся газов. Они являются результатом сгорания ТВС внутри механизма. Это физический процесс принуждает поршень к движению в цилиндре. Топливом в этом случае могут служить:

• Жидкости (бензин, ДТ);
• Газы;
• Монооксид углерода как результат сжигания твердого топлива.

Работа двигателя — это непрерывный замкнутый цикл, состоящий из определенного количества тактов. Наиболее распространены ДВС двух видов, различающихся количеством тактов:

1. Двухтактные, производящие сжатие и рабочий ход;
2. Четырехтактные – характеризуются четырьмя одинаковыми по продолжительности этапами: впуск, сжатие, рабочий ход, и завершающий – выпуск, это свидетельствует о четырехкратном изменении положения основного рабочего элемента.

Начало такта определяется расположением поршня непосредственно в цилиндре:

• Верхняя мертвая точка (далее ВМТ);
• Нижняя мертвая точка (далее НМТ).

Изучая алгоритм работы четырехтактного образца можно досконально понять принцип работы двигателя автомобиля.

Впуск происходит путем прохождения из верхней мёртвой точки через всю полость цилиндра рабочего поршня с одновременным втягиванием ТВС. Основываясь на конструкционных особенностях, смешивание входящих газов может происходить:

• В коллекторе впускной системы, это актуально, если двигатель бензиновый с распределенным или центральным впрыском;
• В камере сгорания, если речь идет о дизельном двигателе, а также двигателе, работающем на бензине, но с непосредственным впрыском.

Первый такт проходит с открытыми клапанами впуска газораспределительного механизма. Количество клапанов впуска и выпуска, время их пребывания в открытом положении, их размер и состояние износа являются факторами, влияющими на мощность двигателя. Поршень на начальном этапе сжатия размещён в НМТ. Впоследствии он начинает перемещаться вверх и сжимать накопившуюся ТВС до размеров, определенных камерой сгорания. Камера сгорания – это свободное пространство в цилиндре, остающееся между его верхом и поршнем в верхней мертвой точке.

Второй такт предполагает закрытие всех клапанов двигателя. Плотность их прилегания напрямую влияет на качество сжатия ТВС и ее последующее возгорание. Также на качество сжатия ТВС оказывает большое влияние уровень износа комплектующих двигателя. Она выражается в размерах пространства между поршнем и цилиндром, в плотности прилегания клапанов. Уровень компрессии двигателя является главным фактором, оказывающим влияние на его мощность. Он измеряется специальным прибором компрессометром.

Рекомендуем: Колеса и шины автомобиля. Их устройство и маркировка

Рабочий ход начинается когда к процессу подключается система зажигания, генерирующая искру. Поршень при этом находится в максимальной верхней позиции. Смесь взрывается, выделяются газы, создающие повышенное давление, и поршень приводится в движение. Кривошипно-шатунного механизм в свою очередь активирует вращение коленвала, обеспечивающего движение автомобиль. Все клапаны систем в это время находятся в закрытом положении.

Выпускной такт является завершающим в рассматриваемом цикле. Все выпускные клапаны находятся в открытом положении, давая возможность двигателю «выдохнуть» продукты горения. Поршень возвращается в исходную точку и готов к началу нового цикла. Это движение способствует выведению в выпускную систему, а затем в окружающую среду, отработанных газов.

Схема работы двигателя внутреннего сгорания, как уже говорилось выше, основана на цикличности. Рассмотрев детально, как работает поршневой двигатель, можно резюмировать, что КПД такого механизма не более 60%! Обусловлен такой процент тем, что в отдельно взятый момент рабочий такт выполняется лишь в одном цилиндре.

Не вся энергия, полученная в это время, направлена на движение автомобиля. Часть её расходуется на поддержание в движении маховика, который по инерции обеспечивает работу автомобиля во время трех других тактов.

Некоторое количество тепловой энергии невольно тратится на нагревание корпуса и отработанных газов. Вот почему мощность двигателя автомобиля определяется количеством цилиндров, и как следствие, так называемым объемом двигателя, рассчитанным по определенной формуле как суммарный объем всех рабочих цилиндров.

Дефектовка поршней

Дефектовка

— определение причин поломки мотора по состоянию его деталей. Глубоко заблуждаются те, кто считает, что перебирать старые железки просто бессмысленно, выкинем их и поставим новые. Такой подход моториста к работе нередко приводит к тому, что отремонтированный мотор снова ломается, не проехав и пары сотен километров. А всё потому, что при ремонте моторист устранил только последствия, не выявив Причины «болезни».

В поршневом двигателе внутреннего сгорания, как видно из названия, поршни стоят самыми первыми в цепочке деталей и узлов, которые превращают энергию сгорания в механическую работу. Их роль в исправной работе двигателя чрезвычайно важна, поэтому именно с поршней мы и начнем дефектовку двигателя.

Внимательно осмотрите поршни для определения их износа.

Дефект 1. Повреждения верхней части поршня

• Причины:
• Слишком высокая температура сгорания.
• Отсутствие охлаждения поршня через масляные каналы в нём.

Проверьте систему питания и при необходимости отрегулируйте. Прочистите масляные каналы. При наличии сильных повреждений замените поршни на новые.

Дефект 2. Местные задиры на поршне

• Причины:
• Недостаток смазки в паре «поршень-цилиндр».
• Повышенная температура поверхности цилиндра.
• Деформация цилиндра.

• Действия:

Замените повреждённые детали на новые. Проверьте смазку и правильность работы системы смазки (масляный насос, фильтр и т.п.).

Дефект 3. Радиальные трещины в камере сгорания

Воздействие чрезмерно высокой температуры на днище поршня — результат перегрузки двигателя.

• Действия:

Замените повреждённые детали на новые.

Дефект 4. Эрозия и выжженные места на днище поршня (для дизеля)

• Причины:
• Неправильное опережение впрыска.
• Повреждение, подтекание форсунок, неправильно установленные форсунки.

• Действия:

Проверьте и отрегулируйте систему впрыска топлива. Проверьте цилиндр на наличие повреждений. Замените повреждённый поршень.

Дефект 5. Эрозия «юбки» поршня в области отверстия подпалец

• Причины:
• Неправильная установка стопорных колец или старые стопорные кольца, в результате чего они выпали, и поршневой палец торцевой стороной контактировал с цилиндром.
• Поломка стопорных колец — как результат несоосности поршневого пальца и коленчатого вала, погнутого шатуна, из-за конусности шеек коленчатого вала или большого осевого смещения коленвала.

• Действия:

Устраните повреждения цилиндра двигателя. Проверьте соосность поршневого пальца и коленчатого вала, устраните осевой зазор на коленвале. При замене поршней убедитесь, что стопорные кольца установлены правильно.

Дефект 6. Задиры поршня с серьёзными повреждениями в нижней части «юбки»

• Причины:
• Недостаток смазки.
• Недостаточный зазор между поршнем или цилиндром.
• Деформация гильзы.
• Общий перегрев двигателя.
• Недостаточная циркуляция охлаждающей жидкости (местный перегрев).

• Действия:

Проверьте цилиндры и систему охлаждения. Замените повреждённые детали, устраните неисправности.

Дефект 7. Разрушение перемычек между канавками колец

• Причины:
• Использование топлива с низким октановым числом.
• Высокое давление сгорания — результат неправильной регулировки впрыска или использования при запуске двигателя аэрозолей, увеличивающих степень сжатия.

• Действия:

Замените поршень и кольца. Проверьте регулировки.

Дефект 8. Износ канавок под поршневые кольца

Дефекты могут быть и не столь ярковыраженными, поэтому в обязательном порядке прочистите канавки под поршневые кольца и оцените их износ. Сделать это можно следующим способом. Возьмите новый комплект поршневых колец либо калибр подходящей толщины. Кольцо вставляем в соответствующую канавку и с помощью щупа проверяем зазор между поршнем и кольцом.

Допустимый зазор — не более 0,15 мм. Если зазор больше — поршень отбраковывают, даже если по прочим пунктам проверки он вас устроил. Больший зазор говорит о полной выработке ресурса и необходимости полноценного ремонта двигателя. Если по всем вышеизложенным параметрам поршень пригоден к дальнейшей эксплуатации, необходимо провести диагностику блока. Практика показывает, что очень часто при вполне исправных поршнях блок может иметь сильный износ, и наоборот — «смерть» поршня не означает «смерть» блока.

опубликовано в журнале «Правильный Автосервис»

Принцип работы поршня двигателя

Функционал поршня – принятие давления расширяющихся газов от сгорания топливно-воздушной смеси и передача этого давления на коленчатый вал через шатунный палец и шатун. Коленчатый вал преобразует поступательное движение поршня в движение вращательное – в крутящий момент двигателя.

Поэтому так важно обеспечить надежное уплотнение камеры сгорания, иначе не удастся добиться ни высокой компрессии топливно-воздушной смеси при сжатии, ни эффективной передачи давления расширяющихся газов при сгорании. Именно для этого и предназначены уплотнительные кольца, которые устанавливаются в канавки уплотняющей части поршня.. Также эти кольца отводят тепло от стакана и передают его стенкам цилиндра, которые, в свою очередь, омываются охлаждающей жидкостью

В моторах, которые должны обеспечивать высокую тяговую нагрузку, поршни дополнительно охлаждаются маслом. Для этого со стороны коленчатого вала имеются форсунки, которые разбрызгивают масло под давлением на внутреннюю сторону днища поршня.

Также эти кольца отводят тепло от стакана и передают его стенкам цилиндра, которые, в свою очередь, омываются охлаждающей жидкостью. В моторах, которые должны обеспечивать высокую тяговую нагрузку, поршни дополнительно охлаждаются маслом. Для этого со стороны коленчатого вала имеются форсунки, которые разбрызгивают масло под давлением на внутреннюю сторону днища поршня.

Ось цилиндра должна совпадать с вертикальной осью поршня. Только в этом случае обеспечивается надежное уплотнение и полностью убирается всякая возможность заклинивания. Никакие перекосы (так называемое болтание) в цилиндре недопустимы. Если оси цилиндра и поршня не совпадают, то ухудшаются теплопередающие свойства колец, а кроме того, трение в разных частях зеркала цилиндра по окружности будет разным, станут образовываться задиры, в работе мотора появятся посторонние шумы, усилится вероятность тяжелой поломки – переклинивания поршня.

Юбка помогает предохранить двигатель от этих проблем, но лишь частично. Ведь там присутствует зазор, а потому плотной фиксации поршня в нужном положении, юбка обеспечить не может (в отличие от уплотнительных колец).

Проблемой является и несоответствие коэффициентов термического расширения у цилиндров и поршней. Во-первых, они выполняются из разных материалов, а во-вторых, они имеют совершенно разную конструкцию. В итоге инженерам приходится изобретать способы, как сделать так, чтобы нагретый поршень, с одной стороны, не заклинило в цилиндре, а с другой – не ухудшились его уплотняющие характеристики. Здесь существует два выхода.

Первое техническое решение – это овальная форма поперечного сечения юбки. Благодаря данной форме юбка нагретого поршня соответствует стенке цилиндра, что спасает от заклинивания.

Второе техническое решение – в юбку поршня вставляются стальные пластины. То есть туда добавляется материал (причем в определенном месте), что увеличивает общую теплоемкость стакана, а значит, одновременно уменьшает предельную температуру его нагрева. Это сильно снижает вероятность заклинивания.

В большинстве случаев для производства поршней используется алюминий

Этот выбор обусловлен тем, что поршень – это движущаяся часть двигателя, а значит, крайне важно максимально уменьшить его вес с учетом того, что в современных ДВС количество оборотов достигает нескольких десятков тысяч в минуту! Использование другого, более тяжелого, хоть и прочного, металла потребует усиливать и шатун, и шатунный палец, да и сам блок цилиндров. Все это приведет как к росту общего веса силового агрегата, так и к ухудшению его мощностных качеств.

Кроме перечисленных выше, инженеры реализуют в конструкции поршня и другие технические решения. Например, конфигурация нижней части юбки – она имеет форму обратного конуса. Это нужно для того, чтобы уменьшить шумовой эффект, который появляется, когда поршень достигает нижней мертвой точки. На рабочей поверхности юбки также присутствует микропрофиль, что способствует большей эффективности смазывания.

Данный профиль – это маленькие канавки, шаг которых составляет от 0,2 до 0,5 мм. Кроме того, трение снижается еще и при помощи фрикционного покрытия.