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

VIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ КОМАНДИРА ВОЙСКОВОЙ ЧАСТИ

VII. ПРЕДЛОЖЕНИЯ КОМИССИИ

VI. ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ ДОРАБОТОК

V. ПРИЧИНЫ ДОСРОЧНОГО ИЗНОСА ИЛИ ПОВРЕЖДЕНИЯ

IV. ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(№ бюллетений доработок)

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Председатель комиссии: __________________________________________________

Члены комиссии: ____________________________________________________________________________

(должность, воинское звание, подпись, фамилия)

____________________________________________________________________________

(должность, воинское звание, подпись, фамилия)

Акт составлен в ____ экз.

экз. № 1 __________

экз. № 2 __________

экз. № 3 __________

(СТАРШЕГО НАЧАЛЬНИКА)

М. П. ____________________________________________________________________________________________________________

(должность, воинское звание, подпись, фамилия)

Сдал: _____________________________________________________________

(должность, воинское звание, подпись, фамилия)

Принял: _____________________________________________________________

(должность, воинское звание, подпись, фамилия)

«____» ________________ 200 г.

1. Акт предназначен для оформления установленных технического состояния, потребности в ремонте и списания вооружения и техники, учитываемых по номерам и техническому состоянию.

2. Акт составляется комиссией воинской части (соединения), объединения:

при передаче вооружения и техники внутри воинской части (склада) – в одном экземпляре и утверждается командиром части (начальником склада);

при передаче вооружения (техники) из одной воинской части в другую, сдаче в ремонтную часть (предприятие) объединения (центра) – в трех экземплярах и утверждается командиром воинской части. Первый экземпляр акта представляется вышестоящему органу управления соответствующей службы, второй направляется вместе с вооружением (техникой), третий остается в воинской части;

при переводе вооружения (техники) в низшую категорию ранее установленного срока, продлении ресурса и срока эксплуатации – в двух экземплярах. Оба экземпляра представляются вышестоящему органу управления соответствующей службы. После утверждения старшим начальником первый экземпляр акта возвращается в воинскую часть (на склад);

при списании вооружения (техники), снятого с оснащения войск, а также прошедшего в негодность при испытаниях или по истечении установленного срока эксплуатации – в двух экземплярах. Оба экземпляра акта направляются в установленном порядке на утверждение начальнику, которому представлено на это право. После утверждения первый экземпляр возвращается в воинскую часть (на склад);

при списании утраченного или преждевременно пришедшего в негодность вооружения (техники) – в двух экземплярах и утверждается командиром воинской части (начальником склада). Первый экземпляр вместе с ходатайством направляется старшему начальнику на получение инспекторского свидетельства.

Подпись командира воинской части в разделе VIII и подпись начальника, утвердившего акт, заверяются мастичными гербовыми печатями.

3. В графе 2 раздела I акта первой строкой записывается базовый образец вооружения (техники, оборудования), на который оформляется акт. Последующими строками записываются его комплектующие изделия, учитываемые по номерам (двигатели, агрегаты, орудия, пусковые установки, пулеметы, радиоэлектронные приемно-передающие устройства, узлы и т.п.), техническая документация.

4. В разделе III акта записываются недостающие детали и предметы ЗИП (карточка некомплектности прилагается к акту), а также техническая документация и горючее, передаваемые с вооружением (техникой). Здесь же записываются номера покрышек колес и процент их износа.

5. В разделе IV записываются: дата и место выхода вооружения (техники) из строя; техническое состояние при наружном осмотре, пуске двигателя и испытании пробегом (рабочим режимом).

6. В разделе V записываются причины досрочного износа или повреждения и данные о проведенном расследовании. На базовый образец, на котором смонтирована система, дается отдельное заключение о его техническом состоянии, определяются категория и вид необходимого ремонта. В этом случае дополнительный экземпляр акта направляется начальнику службы, в котором учитывается базовый образец.

7. При изготовлении бланков акта на автомобильную технику не печатаются: обратная сторона первого листа; наименование второго, третьего и четвертого реквизитов пунктов 4, 8 и пункт 6 раздела II; раздел VI.

8. При составлении акта на списание производственного оборудования в разделе VIII при необходимости главный бухгалтер (начальник финансовой службы) подтверждает его балансовую стоимость и сумму износа.

Двигатель каждого автомобиля представляет собою достаточно сложное устройство, от работы которого зависит комфорт Вашего передвижения. Поэтому очень важно своевременно производить обслуживание мотора и качественно выявлять возникающие неисправности, делать профилактику. Необходимо знать, что целесообразно регулярно, согласно регламенту, производить замену масла и топливного фильтра, это уже является залогом успеха долговечности мотора. Если же сделать это не вовремя, то происходит повышенный износ двигателя, что значительно быстрее приведет к его выходу из строя. Это возникает потому, что масло уже не способно в полной мере проявлять свои моющие способности и полноценно смазывать трущиеся части, а значит, в отдельный момент появляется сухое трение, а это приводит к задирам и разрушению тех деталей, которые имеют наивысшую нагрузку. Также сработанное масло должно проходить требуемую фильтрацию, чего не сможет обеспечивать не замененный фильтр. Так мелкие металлические частицы, включения, будут «налипать» на детали, что также быстрее приведет к сухому трению. Любому маслу, которое отработало свой срок службы, свойственно отлагать смолистые вещества, которые способны достаточно легко закупоривать каналы для прохождения масла в двигателе. По этой причине смазка не сможет в полном объеме поступить к парам трения, а значит, этот факт вызовет ускоренный износ деталей и даже к вероятному клину мотора. Аналогичные последствия могут быть и для мотора, в котором залито масло по своему типу и классу не соответствует конкретному двигателю.

Текущий ремонт, регулировка двигателя, должны производиться своевременно и квалифицированно. Если данные работы выполнены не правильно, ускоренного износа мотора не избежать. Можно привести яркий пример со «стучащим» распредвалом. В данной ситуации, вследствие возникшей проблемы, будет происходить значительное засорение масла металлическими частицами, продуктами стука. Другой пример – не правильная работа системы охлаждения, что может привести к раннему перегреву мотора. Запустив эту проблему, можно получить деформацию головки блока цилиндра по причине его перегрева, что, как правило, приводит к образованию в ней микротрещин.

Опытные автолюбители знают, что на долговечность мотора влияет стиль езды. Так более агрессивный, скоростной, спортивный стиль приведет к значительным оборотам вращающихся частей, а значит и скорому их выходу из строя вследствие износа. Указанные режимы уменьшат долговечность мотора до 30%. В холодное время суток, запуск мотора может быть серьезно осложнен. Данный факт вызван изменением вязкости мотора так, что провернуть коленвал становится очень и очень трудно. На помощь придет Вам теплый гаражный бокс, либо специальные устройства, рассчитанные на дистанционное включение и прогрев мотора, масляного картера. Сравнить износ мотора при запуске на холодную ниже 20 градусов можно сравнить с пробегом автомобиля более 500 км.

Не рекомендуется эксплуатировать автомобиль в зимнее время года, если он Вам необходим только на передвижение по короткому расстоянию. Причиной этому является появление отложений в смазке и появление конденсата, который привозит к «поражению» поршневой группы двигателя коррозией.

Если Вы чувствуете, что мотор работает не стабильно и, вероятнее всего, требуется ремонт, как же определить его объем, потребуется ли капиталка?

Здесь важно предварительно произвести диагностику по нескольким направлениям. Обнаружение низкого давления системы смазки двигателя, ярко выраженный стук в кривошипно-шатунной системе, скажет о повышенном износе вкладышей и шейки коленвала, возможный выход из строя подшипников скольжения. В этом случае проводят замеры биения шеек коленвала и величину износа цилиндровой группы, после чего уже принимаются соответствующие меры по ремонту.

Капитального ремонта Вам гарантированно не избежать, если после эксплуатации мотора произошло заклинивание двигателя, обрыв шатуна, разрушение поршневой группы, колец. Зачастую при таких симптомах большие повреждения получают цилиндры и коленвал.

Несвоевременная замена масла и масляного фильтра приводит к работе пар трения в неблагоприятных условиях. Это связано с ухудшением свойств моторного масла (меняется его вязкость, вырабатываются присадки, повышается склонность к образованию отложений на деталях и в каналах системы смазки и т.д.) и большим количеством продуктов износа в смазочной системе (в загрязненном масляном фильтре открывается перепускной клапан и масло проходит мимо фильтрующего элемента).

Использование некачественного масла вызывает ускоренный износ и быстрый выход двигателя из строя. Масло, не обладающее всем комплексом свойств, необходимым для нормальной смазки пар трения, не предотвращает образование задиров и разрушение рабочих поверхностей высоконагруженных деталей (детали газораспределительного механизма, поршневые кольца, юбки поршней, вкладыши коленвала, подшипники турбокомпрессора и т.д.). Повышенная склонность некачественных масел к образованию смолистых отложений может привести к закупориванию масляных каналов и оставить пары трения без смазки, что вызовет их ускоренный износ, образование задиров и заклинивание. Подобные эффекты возможны в случае применения масла, не соответствующего данному двигателю по классу качества (классификации API, ACEA и т. д.). Например, когда вместо рекомендованного масла по API класса SH/CD используется более дешевое SF/CC.

Неудовлетворительное состояние воздушного или топливного фильтра (дефекты, механические повреждения), а также различные неплотности соединений впускной системы приводят к попаданию абразивных частиц (пыли) в двигатель и интенсивному износу, в первую очередь цилиндров и поршневых колец.

Несвоевременное устранение неисправностей в двигателе или неправильные регулировки ускоряют износ деталей. Например, “стучащий” распределительный вал является источником непрерывного загрязнения системы смазки металлическими частицами.

Неверная установка угла опережения зажигания, неисправности карбюратора или системы управления двигателем, применение не соответствующих двигателю свечей зажигания вызывают детонацию и калильное зажигание, грозящие разрушением поршней и поверхностей камер сгорания.

Перегрев двигателя из-за неисправностей в системе охлаждения может привести к деформации головки блока цилиндров (ГБЦ) и образованию в ней трещин.

Пленка масла в парах трения при недостаточном охлаждении становится менее прочной, что приводит к интенсивному износу трущихся деталей.

У дизелей прогары поршней и другие серьезные дефекты возникают в результате неисправностей топливной аппаратуры.

Режимы эксплуатации автомобиля также влияют на скорость износа двигателя. Работа двигателя преимущественно на максимальных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала может заметно снизить его ресурс (на 20--30% и более). Превышение допустимого числа оборотов приводит к разрушению деталей. Около 70% износа двигателя приходится на режим пуска.

Особенно способствует снижению ресурса холодный пуск, если в двигатель залито масло с несоответствующей вязкостно-температурной характеристикой. При температуре -30градусов он эквивалентен (по износу) пробегу в несколько сотен километров. Связано это, прежде всего, с высокой вязкостью масла при низкой температуре -- для его поступления (прокачки) к парам трения требуется больше времени.

Короткие поездки на непрогретом двигателе зимой способствуют появлению отложений в системе смазки и коррозионному износу поршней, их колец и цилиндров.

Печальная история: от двигателя (нового, умеренно б/у или капитально отремонтированного) ожидали многих лет и многих сотен тысяч километров надежной и честной работы, а он в одночасье задымил, потерял мощность, стал капризничать при запуске, есть масло и в итоге встал.

Сейчас подавляющее большинство пользуется автомобилями, которые создавались в странах, на десятки лет опередивших нас в повальной автомобилизации населения. И построены эти автомобили на принципах, близких к тем, которые бытуют в авиации — ДИАГНОСТИКА ПО РЕГЛАМЕНТУ .
Те, кто бывал за границей, знают, что там чаще всего люди приезжают в сервис с вопросом, посмотрите, все ли в порядке. Особенно это имеет место в Германии.

Двигатель. Что является наиболее частой причиной преждевременного износа двигателя?

2. Перегрев двигателя.

Накопление нагара — процесс постепенный. Причин много и все мы их разбирали. Для одним типов двигателей это более актуально, для других менее. Наиболее остро проблема стоит для двигателей с непосредственным впрыском топлива
Часто говорят, что двигатели стали менее надёжными. А я бы сформулировал иначе. Двигатели стали более требовательными и на нашем топливе и в наших условиях чистку от нагара надо делать раз в 10 тысяч, тогда и проблем не будет.
Кроме того, ошибки датчиков топливной аппаратуры, засорение воздушного фильтра и много другое сильно влияет на накопление нагара.
Перегрев. Это явление крайне редко возникает внезапно. Оно обычно «подкрадывается» очень постепенно в виде мелких подтеков антифриза, которые могут быть, как заметными и проявляться лужей под машиной, так и попаданием антифриза в камеру сгорания, которое чаще всего можно увидеть только эндоскопом через свечное отверстие.

«Вскрытие» нескольких двигателей с подобными симптомами на первый взгляд всегда дает более менее похожую картину — сильный износ цилиндро — поршневой группы. Однако, катастрофический износ далеко не всегда прямое следствие длительной и интенсивной эксплуатации. Нередко поршневая группа, а вместе с ней весь мотор умирают скоропостижно. В таких случаях крайне важно понять, что именно вызвало данный износ, с тем, чтобы при ремонте устранить причину. В ином случае ремонт превращается в бесконечное и бесперспективное устранение последствий.

Рассмотрим несколько характерных примеров:

Интенсивный износ в результате смывания топливом смазки со стенок цилиндров.

Ошибки в работе топливной аппаратуры, «льющая» форсунка, пропуски воспламенения или неточности в установке угла опережения впрыска приводят к образованию в надпоршневом пространстве избыточного количества несгоревшего топлива. Попадая на стенки цилиндров частички топлива смешиваются с масляной пленкой, существенно снижая ее смазывающие свойства. В результате в самой нагруженной верхней зоне цилиндра поршневые кольца поршневые кольца работают в условиях недостаточной смазки.

Существенный избыток топлива

Он способен полностью смыть масляную пленку, и условия работы колец в таком случае близки к режиму сухого трения. В таких случаях наблюдается интенсивный износ поршневых колец, с образованием характерной острой кромки. Гильза цилиндра в верхней зоне работы колец приобретает критический износ (около 0,2 мм) буквально за 500 — 800 км пробега. Юбка поршня на первоначальной стадии серьезно не страдает. Позднее на юбке поршня появляются характерные темные пятна с вертикальными рисками, обозначающие зоны трения в условиях недостаточной смазки. При исследовании под микроскопом на юбке поршня удается обнаружить внедренные частички продуктов износа поршневых колец. Масло двигателя «умершего» по вышеописанным причинам обычно имеет значительные примеси топлива. Так что вместе с чёрным дымом переобогащённого выхлопа в трубу вылетает не только сажа и не сгоревшая солярка, но и значительная часть ресурса мотора.

Быстрые и печальные последствия вызывает попадание в двигатель абразива.

Не трудно посчитать, что за каждую минуту работы безнаддувный дизель прокачивает через себя количество воздуха, равное произведению рабочего объема на 1/2 оборотов. Например V раб — 12 литров, обороты 2000 об/м, т.е. 12 м2 в минуту или 720 м3 в час. Достаточно весьма низкой концентрации твердых частиц в таком объеме потребляемого воздуха, чтобы накопившийся абразив буквально съел двигатель изнутри. Не аккуратная установка воздушного фильтра, неплотные хомуты, трещины в соединительных гофрах, возможность подсоса воздуха в двигатель мимо фильтра — все ведет к быстрой гибели мотора от «дорожного» абразива.

Опасность попадания технического абразива в мотор во время техобслуживания или ремонта.

Таким несчастьям одинаково может быть подвержен и трактор в пыльном поле и роскошный катер в нейтральных водах. Сколько раз приходилось наблюдать как стремление старательного владельца легковушки «полирнуть» шкуркой впускной коллектор, или грамотно и аккуратно притереть по плите корпусные детали карбюратора, приводит к почти мгновенной (200 — 500 км) гибели мотора. Удалить технический абразив «сполоснув бензинчиком» невозможно. В современной практике моторного ремонта само стремление что-либо притереть (например, клапаны) вызывает недоумение, но тем не менее, таким коварным путем частички абразива иногда ухитряются попасть в двигатель.

Дальше образуется следующая картина: твердые частицы попадая в зону трения вызывают интенсивный износ. Поршневые кольца интенсивно изнашиваются не только по радиальной толщине, но и по высоте. При этом максимальный износ получает первое компрессионное кольцо, так как именно оно подвергается воздействию твердых частиц в первую очередь. Интенсивный износ первого кольца по высоте появляется в результате накапливания твердых частиц в зазоре между кольцом и кольцевой канавкой поршня. Торцовые поверхности кольца быстро получают значительные отклонения от первоначальной геометрической формы и размеров. Стремительно увеличивающийся зазор вызывает интенсивное разбивание кольцевой канавки.
При попадании в двигатель абразива интенсивный износ рабочих поверхностей колец сопровождается образованием многочисленных вертикальных рисок. На кромках колец возникает микро облом или микрозаусенцы. Зона максимального износа цилиндров обычно находится ниже, чем в вышеописанном случае износа в результате избытка топлива и приходится примерно на середину рабочей высоты цилиндра. Рабочая зона юбки поршня получает повреждения в виде многочисленных вертикальных рисок, придающих юбке поршня матовый серый цвет. При исследовании под микроскопом на юбке поршня обнаруживаются внедрившиеся твердые частицы — убийцы мотора и виновники данного вида износа.

Количество таких включений на юбке поршня обычно не велико — всего лишь несколько точек на 1 см2, однако если учесть, что внедрилась в материал юбки поршня небольшая часть от всего попавшего в мотор абразива, а также учесть, что в среднем на 100 км пробега поршень совершает около 200 тыс. двойных ходов, то становится очевидно даже небольшое количество твердых вкраплений на юбке поршня однозначно указывает на абразивный характер интенсивного износа. Часто пресловутая ванночка с бензином, в которой вчера <сполоснули> притертый клапан, а сегодня механик другой смены промыл что-либо перед сборкой мотора и является истиной причиной <необъяснимых> износов.

Последним, и возможно самым наглядным индикатором наличия абразивного износа является

Характер повреждений поршневого пальца.

Судите сами: если палец имеющий поверхностную твер-дость обычно около 54:60 HRC за короткое время получил аномально большой износ, поворачиваясь в <алюминиевых> бобышках поршня, следовательно в зоне трения присутствовали частицы, значительно более твердые, чем сам материал поршневого пальца. На практике случалось, к сожалению, разбирать случаи и со злонамеренным нанесением в моторы порошков или пасты.

В этой ситуации. безусловным благом было бы создание серьезной специализированной научно-экспертной лаборатории. Но пока такой организации не создано транспортникам и ремонтникам во многих спорных ситуациях приходится разбираться самостоятельно.

Сами по себе дефекты в механической части двигателя, как известно, не появляются. Практика показывает: всегда есть причины повреждения и выхода из строя тех или иных деталей. Разобраться в них непросто, особенно, когда повреждены составляющие поршневой группы.

Поршневая группа — традиционный источник неприятностей, подстерегающих водителя, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. Перегрев двигателя, небрежность в ремонте, — и пожалуйста, — повышенный расход масла, сизый дым, стук.

При «вскрытии» такого мотора неминуемо обнаруживаются задиры на поршнях, кольцах и цилиндрах. Вывод неутешителен — требуется дорогостоящий ремонт. И возникает вопрос: чем провинился двигатель, что его довели до такого состояния?

Двигатель, конечно, не виноват. Просто необходимо предвидеть, к чему приводят те или иные вмешательства в его работу. Ведь поршневая группа современного двигателя — «материя тонкая» во всех смыслах. Сочетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давления газов, и инерции, действующими на них, способствует появлению и развитию дефектов, приводящих в конечном счете к выходу двигателя из строя.

Во многих случаях простая замена поврежденных деталей — не лучшая технология ремонта двигателя. Причина-то появления дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

Чтобы этого не случилось необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитывая возможные последствия своих действий. Но и этого недостаточно — необходимо выяснить, почему возник дефект. А здесь без знания конструкции, условий работы деталей и процессов, происходящих в двигателе, как говорится, делать нечего. Поэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать…

Как работает поршень?

Поршень современного двигателя — деталь на первый взгляд простая, но крайне ответственная и одновременно сложная. В его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

И в какой-то степени поршень формирует облик всего двигателя. В одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: «Покажи мне поршень, и я скажу, что у тебя за двигатель».

Итак, с помощью поршня в двигателе решается несколько задач. Первая и главная — воспринять давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давления через поршневой палец шатуну. Далее эта сила будет преобразована коленвалом в крутящий момент двигателя.

Решить задачу преобразования давления газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнения движущегося поршня в цилиндре. Иначе неминуем прорыв газов в картер двигателя и попадание масла из картера в камеру сгорания.

Для этого на поршне организован уплотнительный пояс с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профиля. Кроме того, для сброса масла в поршне выполнены особые отверстия.

Но этого мало. В процессе работы днище поршня (огневой пояс), непосредственно контактируя с горячими газами, нагревается, и это тепло надо отводить. В большинстве двигателей задача охлаждения решается с помощью тех же поршневых колец — через них тепло передается от днища стенке цилиндра и далее — охлаждающей жидкости. Однако в некоторых наиболее нагруженных конструкциях делают дополнительное масляное охлаждение поршней, подавая масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. Иногда применяют и внутреннее охлаждение — форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Для надежного уплотнения полостей от проникновения газов и масла поршень должен удерживаться в цилиндре так, чтобы его вертикальная ось совпадала с осью цилиндра. Разного рода перекосы и «перекладки», вызывающие «болтание» поршня в цилиндре, негативно сказываются на уплотняющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигателя.

Удерживать поршень в таком положении призван направляющий пояс — юбка поршня. Требования к юбке весьма противоречивы, а именно: необходимо обеспечить минимальный, но гарантированный, зазор между поршнем и цилиндром как в холодном, так и в полностью прогретом двигателе.

Задача конструирования юбки усложняется тем, что температурные коэффициенты расширения материалов цилиндра и поршня различны. Мало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разнятся во много раз.

Чтобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигателях принимают меры по компенсации его температурных расширений.

Во-первых, в поперечном сечении юбке поршня придается форма эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси пальца, а в продольном — конуса, сужающегося к днищу поршня. Такая форма позволяет обеспечить соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, препятствуя заклиниванию.

Во-вторых, в ряде случаев в юбку поршня заливают стальные пластины. При нагревании они расширяются медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

Использование легких алюминиевых сплавов для изготовления поршней — не прихоть конструкторов. На высоких частотах вращения, характерных для современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихся деталей. В подобных условиях тяжелому поршню потребуется мощный шатун, «могучий» коленвал и слишком тяжелый блок с толстыми стенками. Поэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходится идти на всяческие ухищрения с формой поршня.

В конструкции поршня могут быть и другие «хитрости». Одна из них — обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за «перекладки» поршня в мертвых точках. Улучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности — микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение — специальное антифрикционное покрытие. Профиль уплотнительного и огневого поясов тоже определенный — здесь самая высокая температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает вероятность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивания). Нередко стойкость огневого пояса повышается анодированием.

Все, что мы рассказали, — далеко не полный перечень требований к поршню. Надежность его работы зависит и от сопряженных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршня, способ фиксации), состояния поверхности цилиндра (отклонения от цилиндричности, микропрофиль). Но уже становится ясно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в условиях работы поршневой группы быстро приводит к появлению дефектов, поломкам и выходу двигателя из строя. Чтобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждения деталей определить, почему, к примеру, возник задир или…

Почему прогорел поршень?

Анализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок делятся на четыре группы: нарушение охлаждения, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорания и механические проблемы.

Вместе с тем многие причины возникновения дефектов поршней взаимосвязаны, как и функции, выполняемые его различными элементами. Например, дефекты уплотняющего пояса вызывают перегрев поршня, повреждения огневого и направляющего поясов, а задир на направляющем поясе ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

В конечном счете это может спровоцировать прогар огневого пояса.

Отметим также, что практически при всех неисправностях поршневой группы возникает повышенный расход масла. При серьезных повреждениях наблюдаются густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. В некоторых случаях прослушивается стук поврежденного поршня, особенно на непрогретом двигателе.

Иногда характер дефекта поршневой группы удается определить и без разборки двигателя по указанным выше внешним признакам. Но чаще всего такая «безразборная» диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. Поэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Нарушение охлаждения поршня — едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: «радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос») либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир — схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.

После остывания форма поршня редко приходит в норму: юбка оказывается деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. Дальнейшая работа такого поршня сопровождается стуком и повышенным расходом масла.

В некоторых случаях задир на поршне распространяется на уплотнительный пояс, завальцовывая кольца в канавки поршня. Тогда цилиндр, как правило, выключается из работы (слишком мала компрессия), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Недостаточная смазка поршня чаще всего характерна для пусковых режимов, особенно при низких температурах. В подобных условиях топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаются, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

Двухсторонний задир юбки обычно встречается при длительной работе в режиме масляного голодания, связанного с неисправностями системы смазки двигателя, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшается.

Недостаток смазки поршневого пальца — причина его заклинивания в отверстиях бобышек поршня. Такое явление характерно только для конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Этому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому «прихваты» пальцев чаще наблюдаются у относительно новых двигателей.

Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания — частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание — к прогарам.

У дизелей чрезмерно большой угол опережения впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давления в цилиндрах («жесткость» работы), что также может вызвать поломку перемычек. Такой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизеля.

Днище и огневой пояс могут повреждаться при слишком высокой температуре в камере сгорания дизеля, вызванной неисправностью распылителей форсунок. Аналогичная картина возникает и при нарушении охлаждения поршня — например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждения. Задир, возникающий на верхней части поршня, может распространяться и на юбку, захватывая поршневые кольца.

Механические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Например, абразивный износ деталей возможен как «сверху», из-за попадания пыли через рваный воздушный фильтр, так и «снизу», при циркуляции абразивных частиц в масле. В первом случае наиболее изношенными оказываются цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором — маслосъемные кольца и юбка поршня. Кстати, абразивные частицы в масле могут появиться не столько от несвоевременного обслуживания двигателя, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др.).

Редко, но встречается эрозия поршня у отверстия «плавающего» пальца при выскакивании стопорного кольца. Наиболее вероятные причины этого явления — непараллельность нижней и верхней головок шатуна, приводящая к значительным осевым нагрузкам на палец и «выбиванию» стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигателя старых (потерявших упругость) стопорных колец. Цилиндр в таких случаях оказывается поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

Иногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. Такое чаще всего происходит при неаккуратной работе во время обслуживания или ремонта двигателя. Гайка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто «провалить» днище поршня.

Рассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго.

Электроника.
Тут все проявляется чаще всего ещё более ярко. Большая часть отказов в начале проявляется в виде ошибок, которые стираются и человек уезжать успокоенным. Но практика показала, что любое, самое незначительное отклонение от нормы является признаком некой тенденции. Можно долго не обращать внимание на лёгкие «тычки» коробки, которые легко устраняются перепрошивкой или в крайнем случае, профилактикой платы. Но достаточно быстро это приведёт к необходимости переборка коробки.

Ошибки в газораспределении часто являются признаком износа цепи, шестерен, а потом кончаются переборкой мотора на сотни тысяч рублей. Такие работы, как замена ремня ГРМ вообще должны проводится «в автоматическом режиме» до пробега 80 тысяч. Что бывает при обрыве знают все.

Имея возможность сравнивать то, сколько расходуют на содержание автомобилей те, кто не выключил в своем сознании старый алгоритм подхода к содержанию автомобиля и тех, кто «приезжает на диагностику», могу сказать, что расходы первых в сумме за время обладания автомобилем примерно на 30-50% обычно больше, чем у вторых.

Правила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин появления дефектов. Тем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называется, со всеми вытекающими последствиями.

Хотя это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо:

1. содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать,

2. излишне не нагружать холодный двигатель,

3. избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания.

При ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполнять еще несколько правил. Главное, на наш взгляд, — нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Эпидемия «болезни малых зазоров», когда-то поразившая многих механиков, все еще не прошла. Более того, практика показала, что попытки «поплотнее» установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигателя и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваются обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. Правило «лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше» работает всегда и для любых двигателей.

Остальные правила традиционны:

качественные запасные части,

правильная обработка изношенных деталей,

тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

Изначально умные люди ставили двухрядную цепь и сдвоенные шестерни. Нагрузка на каждый зуб и звено цепи была маленькая и проблемы цепей не было в природе.

Сейчас под лозунгом снижения веса и металлоемкости, а также экологии, двигатели стали такими, как мы их видим.

После 120 тысяч пробега надо менять поголовно не дожидаясь ухода меток и обрыва или перескока.

Уход метки от нормы хоть на миллиметр- причина для замены.

Андрей Гончаров, эксперт рубрики «Ремонт автомобилей»