Куда ни кинь, везде клин, или Почему его дал поршень?

22614 19

Поршни не единственные детали, которым при работе двигателя достается по полной программе и от высоких температур, и от механических нагрузок. У клапанов газораспределительного механизма, например, жизнь не слаще, но не всегда устранение проблем, связанных с клапанами, сулит такие же немалые денежные затраты, как это практически гарантированно бывает, если выйдет из строя поршень.

Особенно опасен для кошелька владельца автомобиля выход поршня из строя в моторе, технология изготовления которого исключает возможность восстановительного ремонта, чем страдает большинство современных двигателей, ведь последствия проблемы в большинстве случаев распространяются на рабочие поверхности цилиндров. Случись что с поршнями в таких силовых агрегатах, придется думать, что лучше - покупка нового шорт-блока, представляющего собой блок цилиндров в сборе с кривошипно-шатунным механизмом, либо поиск для замены "бэушного" мотора. Но что губительно для поршней?

Функциональное назначение поршня - быть подвижной стенкой камеры сгорания. Поршень воспринимает давление продуктов сгорания топлива и под его действием перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю, приводя тем самым в движение шатун и коленчатый вал. Так в двигателе тепловая энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу.

Однако на поршень помимо давления воздействует и высокая температура продуктов сгорания. От вызываемого нагревом температурного расширения, которое могло бы привести к заклиниванию поршня в цилиндре, поршень защищают конструктивно, придавая боковой поверхности поршня бочкообразную форму с максимальным диаметром, смещенным к нижней части юбки. В нормально работающем поршне на обеих сторонах юбки в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, всегда имеются небольшие матовые натиры.

Другими словами, форма учитывает, что головка поршня, расположенная выше зоны канавок под поршневые кольца, нагревается сильнее, чем юбка. Помимо этого, на днище может быть нанесено теплоизоляционное покрытие, а также предусмотрено охлаждение внутренней поверхности поршней моторным маслом.

Когда термическая нагрузка по каким-то причинам превысит расчетную величину, жди беды. Зазор между поршнем и стенками цилиндра станет меньше, чем должен быть. На случай трения на юбки многих поршней наносится специальное антифрикционное покрытие, но и оно, если выдавливание из зазора масла приведет к полусухому трению поршня о стенки цилиндра, не спасает от появления дополнительного источника тепла, нагревающего поршень и вызывающего дальнейшее увеличение его размеров. Закончиться этот процесс может возникновением задиров на трущихся поверхностях, а то и вовсе заклиниванием поршня.

Характер задиров может подсказать, что их вызвало. Например, в случаях, когда задиры появились на обеих сторонах юбки и распространяются на всю поверхность юбки в стороны от плоскости, проходящей через центр поршня перпендикулярно оси поршневого пальца, высока вероятность, что виновником случившегося был общий перегрев двигателя.

Причин у перегрева - воз и маленькая тележка: убыль охлаждающей жидкости из-за течи, наружное загрязнение радиатора и внутреннее засорение рубашки охлаждения накипью, неисправности водяного насоса, термостата, электродвигателя вентилятора, клапанов в пробке расширительного бачка…

Во избежание повторения эксцесса после ремонта первопричину перегрева необходимо найти и устранить.

Однако если на поверхности юбки в зоне плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, задиров нет, а они появились в виде полос, расположенных примерно напротив бобышек под поршневой палец, сам палец к тому же посинел, это указывает на проблемы со смазкой пальца, предназначенного для шарнирного соединения поршня с шатуном.

В зависимости от конструкции мотора пальцы бывают плавающими либо установленными в верхнюю головку шатуна с натягом. Обычно указанному характеру задиров на юбке поршня предшествует заклинивание плавающего пальца во втулке шатуна, следствием чего становится локальный перегрев бобышек поршня и появление задиров напротив них на юбке.

Появление задиров на поверхности между днищем и канавкой для верхнего компрессионного кольца, называемой огневым, или жаровым, поясом, свидетельствует о перегреве головки поршня. Предшествовать такому перегреву могут нарушения в процессе сгорания. У бензиновых двигателей аномалиями, вызывающими перегрев головки поршня, являются детонация или преждевременное воспламенение смеси вследствие калильного зажигания. 

Способствовать детонационному сгоранию и калильному зажиганию может общий перегрев двигателя, однако хватает и других причин: использование бензина с низким октановым числом, применение свечей, калильное число которых не соответствует рекомендациям фирмы-изготовителя двигателя, неправильная регулировка угла опережения зажигания, неисправность датчика детонации, излишнее обеднение или обогащение горючей смеси…

У дизелей виновниками перегрева головки поршня чаще всего бывают льющие топливные форсунки.

Однако поскольку в таких случаях перегреваются отдельные зоны днища поршня, рост температуры в них может вызвать не задиры на огневом поясе, а появление трещин на острых кромках камеры сгорания, выполненной в днище, и плавление материала поршня.

В запущенных случаях поршень способен прогореть насквозь. 

Если детонации и калильному зажиганию в бензиновом двигателе вовремя не "укоротить руки", они тоже могут выступить в роли плавщиков кромок днища поршня и разрушителей поршневых колец и перемычек между канавками под кольца в поршне. 

На поршнях дизелей поломка колец и межкольцевых перемычек указывает на жесткое сгорание рабочей смеси, вызывающее большие ударные нагрузки. Причинами подобного явления могут быть неправильный угол опережения впрыска, использование дизельного топлива с низким цетановом числом либо регулярное и неумеренное разбавление топлива бензином или керосином, практикуемое в зимний период эксплуатации, а также применение препаратов, которые предназначены для облегчения запуска зимой.

Продолжительные неудачные попытки запуска холодного двигателя, льющие топливные форсунки, безрезультативные и из-за этого часто повторяющиеся регенерации сажевого фильтра, перебои с зажиганием и воспламенением в одном или нескольких цилиндрах - все это причины разжижения масла и смывания его пленки топливом со стенок цилиндра. Чем помимо износа может закончиться полусухое трение юбки поршня, говорилось выше.

При отсутствии причин, ускоряющих механический износ, регламентирующими срок службы поршня является, как правило, размеры и состояние канавок под поршневые кольца.

А как канавка в поршне может вызвать преждевременный выход поршня из строя, мы рассказывали в статье "Разборка ABW.BY. Необычный виновник большого расхода моторного масла".

Однако, как показывает практика клиентских обращений на СТО для ремонта, связанного с выходом поршней из строя, самая распространенная причина поломки поршня - механическое повреждение днища. Главные "обидчики" поршней - клапаны ГРМ в случаях, когда рвется ремень или цепь их привода, на ремне обрезаются зубья, ремень или цепь перепрыгивают через зубья звездочек, ломается распредвал.

В статье "Почему из свечей зажигания вывалились электроды?" мы рассказывали о том, как виновниками повреждения днища поршня могут оказаться свечи зажигания.

А на этом фото представлен поршень, в котором льющая форсунка не только начала оплавлять кромки камеры сгорания, но и вызвала перегрев и разрушение калильного штифта свечи накаливания, остатки которого затем внесли свою лепту в повреждение днища поршня.

Познакомить владельца с тем, как выглядят поршни в двигателе его автомобиля, могут и другие причины, ведь безупречно исполнять свои обязанности поршень способен только в паре с поршневыми кольцами, а они тоже горазды на "сюрпризы". Самый вероятный из них - износ колец, ведущий к потере компрессии, увеличению расхода масла на угар и прорыву отработавших газов в картер.

Помимо этого, из-за сильного нагрева масло, особенно если оно не отличается качеством, способно коксоваться в канавках поршня, из-за чего кольца теряют подвижность в канавках и перестают эффективно уплотнять надпоршневое пространство, что опять-таки ведет к проблемам с компрессией, а затем к ухудшению запуска, потере мощности, сильному дымлению.

Известны случаи, когда поршням и кольцам приходилось страдать от крошек керамики, забрасываемой в цилиндры из катализатора, от воздушных заслонок, оборвавшихся и прилетевших из впускного тракта… Как видим, причин, способных досрочно прервать карьеру поршня, немало. А избежать проблем можно единственным способом - следить за состоянием всех систем, которые обеспечивают нормальную работу двигателя, ибо даже то, что кажется пустяком, может нанести поршню ущерб, от которого он не оправится.

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора
ABW.BY

Пожалуйста, подождите...