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

Смотрите также

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Он воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, а затем передает его 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 легкостью и термостойкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

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

Устройство поршня

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 бензиновых двигателях, 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 всего 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 двигателя. 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 и 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 (за 12 часов), так и при нагреве до +200 °С (за 20 минут).

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 двигателя, 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 двигателя 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 поршней возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступов поршней.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршней продуктами износа, образующимися во время приработки двигателя.

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 некачественной охлаждающей жидкости, 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 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Причина выхода из строя дизельного двигателя

Дизельные двигатели непрерывно совершенствовались, и впоследствии, их стали устанавливать на тракторы и большегрузные автомобили. Настоящий дизельный бум пришелся на нефтяной кризис 70-х – 80-х годов прошлого века, когда во многих странах серьезно озаботились стоимостью бензина и стремительно ухудшающейся экологической обстановкой в мегаполисах. Это и стало точкой отсчета для массового появления дизельных двигателей на легковых автомобилях.

В СССР на многочисленных съездах КПСС неоднократно поднимался вопрос о дизелизации парка легковых автомобилей, инженеры проектировали малолитражные дизельные двигатели. Правда, в массовое производство они так и не пошли. Почти половина выпускаемых в те годы легковых автомобилей японских и европейских марок оснащалась дизельными двигателями. Многие из них до сих пор колесят по дорогам России и СНГ.

Какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый?

Споры по этому вопросу не утихают по сей день. Безусловно, дизель обладает рядом многих несомненных преимуществ. Но, наряду с высоким крутящим моментом и топливной экономичностью, дизели более шумные, развивают сравнительно низкую мощность, сложнее в ремонте и настройке. И все-таки многие поклонники дизельной тяги готовы мириться с этими недостатками ради расхода 4-5 литров солярки на сотню километров.

Признаки скорой гибели дизеля.

Из-за конструктивной схожести многих узлов и агрегатов с бензиновыми двигателями, некоторые признаки износа дизельного во многом похожи. Но есть и специфические, проявляющиеся только на дизелях. Ниже описаны основные признаки надвигающегося капитального ремонта дизеля, а также способов их выявления на ранней стадии.

Нарастающий «тракторный» шум.

Размеренное «тракторное» рокотание – это вечный спутник авто с дизельным двигателем. Именно так «звучит» топливная аппаратура, сердцем которой является топливный насос высокого давления (ТНВД). И любое изменение в его звучании свидетельствует о нарастающее неисправности. Опытный водитель сразу же услышит эти изменения и выяснит, с чем они связаны. Выявление стуков и шумов, доносящихся от кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, а также подшипников различных узлов дизеля производится тем же методом, что и на бензиновом двигателе. Для этих целей желательно использовать специальный электронный или акустический стетоскоп с щупом для удобства доступа к различным точкам двигателя. Любые посторонние шумы в двигателе и его агрегатах – очень веский повод для его полной диагностики.

Дымление на перегазовках.

Повышенная дымность дизеля измеряется специальным оптическим прибором. Причины сильного дымления могут быть столь разнообразны, что могут быть как следствием низкого качества солярки (высокое содержание парафинов), нарушения регулировки клапанов, топливной аппаратуры, поломки, залегания или сильного износа поршневых колец. Что касается дизеля, то дымление дымлению – рознь. Одно дело, когда дымит дизель перегруженного КамАЗа, а другое – когда дымит BMW X5.

Как же определить, скоро ли будет нужен ремонт дизельному двигателю?

Один из самых простых способов – оценить дымление при перегазовке. Для этого надо запустить двигатель, прогреть его до рабочей температуры. Затем несколько раз нажать на педаль подачи топлива и отпустив ее подождать, когда восстановятся холостые обороты. Легкие клубы сажи для старого дизеля являются нормой.

Густой черный дым – признак неправильной работы топливной аппаратуры или плохого качества топлива. Насторожить должен белесый или сизоватый дым с характерным резким запахом жженой резины. Сизый дымок, выходящий из выхлопной трубы даже после установления холостых оборотов – вероятный признак того, что ваш дизель «кушает» моторное масло. В ряде случаев это можно вылечить заменой синтетики на более качественную полусинтетику. Но, в большинстве случаев, как и в бензиновом силовом агрегате, могут быть виноваты маслосъемные колпачки и поршневые кольца.

Форсунки «плюются» соляркой.

Солярка распыляется в цилиндры дизеля под очень высоким давлением. Любое нарушение впрыска влечет за собой нарушения в работе всего дизеля. Если по какой-то причине форсунка не может осуществить впрыск необходимой порции топлива, то для сброса давления в топливной магистрали имеется специальный клапан, который открываясь, отводит излишки топлива в сливную магистраль.

Один из самых доступных способов проверки топливной аппаратуры дизеля – определение количества солярки, стекающей от форсунок в «обратку». Для этого необходимо взять несколько двадцатикубовых медицинских шприцев по количеству цилиндров. Затем, выдвинуть поршень у каждого из шприцев, а сами шприцы присоединить к сливным патрубкам форсунок, после чего запустить дизель и дать поработать ему на холостых оборотах 5 – 7 минут. После чего измерить количество солярки, попавшей в каждый шприц. В норме в каждом шприце должно быть не больше 5 мл дизельного топлива. Большие показатели могут свидетельствовать о засорении игл форсунок, а также о других неисправностях системы впрыска.

Дизель часто перегревается.

Вообще, дизельный двигатель нельзя назвать чемпионом по выделению избыточного тепла. Об этом знают многие владельцы дизельных авто, особенно в условиях суровой и холодной зимы. В некоторых случаях даже остро стоит проблема обогрева салона. Чтобы перегреть дизель даже в жару – надо постараться. Тем не менее – если стрелка показателя температуры охлаждающей жидкости стремится к отметке 120 С, есть повод задуматься. Перегрев дизеля чреват перекаливанием компрессионных колец, декомпрессией и как следствие – полная потеря работоспособности. В любом случае, если дизель часто перегревается при заведомо исправном термостате, чистом радиаторе и рекомендуемой марке охлаждающей жидкости, есть серьезный повод для диагностики.

Падение тяги и мощности.

«Правильная» скорость ее горения в дизеле зависит от множества факторов: температуры, давления и даже влажности окружающего воздуха. Например, при подъеме на большие высоты, где выражено сильное разрежение воздуха и низкое атмосферное давление, потеря мощности дизелей будет более выраженной, чем бензиновых двигателей. Также, мощность и тяга дизеля во многом зависит и от качества топлива. Это особенно заметно при низких температурах.

Но, кроме всего, снижение тяги и мощности может быть следствием потери компрессии или неисправности топливной аппаратуры. И если двигатель перестал развивать необходимую мощность без влияния заморозков или замены топлива, — это и есть повод для полной диагностики во избежание скорой его гибели.

Затрудненный пуск при заведомо исправной электрике.

Если дизельный двигатель пускается очень неохотно, аккумулятор заряжен, свечи накаливания исправны, а на улице при этом – лето, то стоит серьезно задуматься о полной проверке его топливной аппаратуры. Для выявления причины затрудненного пуска для начала следует попытаться прокрутить коленчатый вал дизеля вручную. Если при этом коленчатый вал дизеля проворачивается с очень большим усилием, при этом известно, что капитальный ремонт был давно, а компрессионные кольца не менялись, тогда у вас есть веский повод посетить СТО, причем добираться к месту ремонта лучше всего не своим ходом, а на буксире или эвакуаторе.

«Дизелинг» дизеля.

За этой игрой слов скрывается довольно серьезная проблема, проявляющаяся в продолжающихся вспышках в цилиндрах дизеля после прекращения подачи топлива. В некоторых случаях это может привести к тому, что дизель начинает идти «вразнос», выжигая моторное масло. Легкий «дизелинг» проявляется в том, что двигатель продолжает несколько секунд работать после отключения подачи топлива. Причин может быть несколько: неисправны клапаны форсунок, нарушение температурного режима дизеля вследствие различных причин, сильная закоксованность поршней и головки блока цилиндров, снижение компрессии и пр. В любом случае, продолжение вспышек в цилиндрах после прекращения подачи топлива – это серьезный сигнал для владельца. Своевременное выявление и устранение причин дизелинга спасут вас от разочарований и более серьезных затрат на ремонт.