XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Цилиндропоршневая группа является неотъемлемой и одной из самых важных частей двигателя. К ней относятся поршень с компрессионными и маслосъемными кольцами, поршневой палец и гильза цилиндров. В процессе эксплуатации автомобиля двигатель претерпевает изменение его технического состояния и действие высоких сил и нагрузок. Поршень с поршневыми кольцами совершает возвратно-поступательные движения, в результате которых происходит сопряжение рабочих поверхностей гильзы цилиндра и поршня с кольцами, что приводит к постепенному износу деталей.

От технически исправного состояния деталей ЦПГ зависит расход топлива и моторного масла, срок службы двигателя, экологичность и экономичность и др. Поэтому анализ, возникающих неисправностей в ЦПГ является актуальной задачей.

К неисправностям поршня относят возникновения трещин поршня, прогар поршня, оплавление поршня. Иногда, при эксплуатации двигателя, поршни могут ломаться под воздействием больших сил.

Причина износа поршня, поршневых колец и цилиндров и вытекающего из этого повышенного или чрезмерного расхода масла в большинстве случаев не связана с самими конструктивными элементами. Почти всегда износ элементов вызван внешними воздействиями. Нарушения режима сгорания из-за дефектов в системе приготовления смеси, загрязнения, попадающие в двигатель извне, недостаточное охлаждение двигателя, нехватка масла, масла неподходящих марок и неправильная сборка являются основными причинами преждевременного износа и вытекающего из этого повышенного расхода масла.

Образование трещин объясняется механической или термической перегрузкой поршня.

Механическая перегрузка поршня зачастую возникает в результате модернизации двигателя:

Чрезмерное форсирование мощности (тюнинг) двигателя ведёт к перегрузке поршня, прежде всего, в направлении поршневого пальца. Следствием является разлом во втулочном отверстии или продольный надлом через поршень в направлении оси поршневого пальца.

Уменьшение веса поршневого пальца при тюнинге приводит к его овальной деформации, а в конечном результате «разрыву» поршня по направлению к поршневому пальцу.

При сокращении веса поршня, возникающие усилия перестают восприниматься им должным образом и на материале появляются трещины различной величины.

Термическая перегрузка:

Из-за сбоя в работе системы впрыска, форсирования мощности (тюнинга) или мер по облегчению запуска двигателя в камере сгорания скапливается слишком большое количество топлива, что, в свою очередь, ведёт к резкому возрастанию термических нагрузок на поршень. Таким образом, в материале образуются трещины вследствие внутренних напряжений.

Причиной возникновения неисправностей поршней могут быть потери мощности и неравномерный холостой ход. После проведения диагностики подтверждался факт о неравномерности работы двигателя. Возможны отказы: диаметральные трещины, разрушения с отсутствием части в зоне камеры сгорания, образование на стенках цилиндров задиров, дефекты форсунок и т.д.

Основными неисправностями поршней являются сквозные трещины различной величины, прогар поршня. Это может привести к локальному выкрашиванию фрагментов поршня, оплавлению материала. А также если трещина на поршне выйдет на внешнюю сторону головки поршня, то на цилиндре может образоваться задир.

Задиры от работы «всухую» могут возникать и при достаточном зазоре между цилиндром и поршнем. При этом масляная пленка прерывается, часто лишь в отдельных местах, из-за высокой температуры или переполнением топливом. В этих местах появляется трение несмазанных поверхностей поршня, поршневых колец и рабочей поверхности цилиндра, что за очень короткое время может привести к задирам с сильно потертой поверхностью. Аналогичные явления имеются при недостаточной смазке маслом, т.е. если вообще не имеется масляной пленки между поршнем и цилиндром.

При изготовлении поршней завод-изготовитель может использовать материалы, которые облегчают деталь, но при этом снижают запас прочности поршня, тем самым способствуя возникновению трещин и образованию дефекта конструкции при повышенных нагрузках на двигатель.

Причиной возникновения дефекта оплавления поршня, как правило, является использование некачественного масляного фильтра. Возможно, использовался неоригинальный фильтр или низкое качество материала фильтра. При работе двигателя происходит разрушение масляного фильтра, в результате частицы разрушенного фильтра забивают масляную форсунку.

Причины возникновения дефекта поршней указаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Причины возникновения дефекта поршней

При недостаточном количестве масла происходит оплавление поршня. Вследствие чего происходит разрушение головки блока цилиндров, клапанов, распределительного вала, шестерен, колец и др. В результате - требуется капитальный ремонт двигателя. Последствия разрушения поршня отражаются на всей цилиндропоршневой группе, требуя замену каждой детали.

Задиры могут возникать в основном на головке поршня в результате нарушения процесса сгорания, засорении масляной форсунки, вследствие установки неподходящих поршней и др.

Возникновение следов от ударов во время движения поршня может быть вызвано слишком большим выступом поршня, неверной посадкой клапана, в связи с возникновением отложений масляного нагара на головке поршня, из-за неверных фаз газораспределения и др.

Возникновение очагов направления и расплавления происходит из-за неверного количества впрыска, недостаточного сжатия, неисправностей форсунок и др.

Трещины в днище и полости камеры сгорания возникают из-за повышенной мощности, недостаточной компрессии, недостаточного охлаждения поршня, неисправностей форсунок и др.

Неверный момент начала впрыска также приводит к возникновению отказов поршня.

Вывод:

Рассмотрены основные неисправности и причины разрушения элементов двигателя, в частности, повреждения поршней, а также возможные последствия возникновения таких дефектов.

В результате проведенного анализа и собранной информации было выявлено, что в основном, неисправностями двигателя являются сквозные трещины различной величины в поршнях, прогар поршня, оплавление поршня. Выявлено, что в основном дефекты поршней возникают в следствие, использования некачественного топлива, использования некачественных расходных материалов и запасных частей, капитального ремонта двигателя (модернизация двигателя), установки усилителей мощности.

Список используемых источников:

Бюллетень технического обслуживания: «Трещина поршня двигателя 1 KD-FTV» № EG-0008T-0112. - Toyota Motor Corporation;

Володин В.М. Алюминиевые и стальные поршни для современных дизелей // Автотранспорт. – 2013. - №12;

Двигатель автомобиля [Электронный ресурс]: – Режим доступа: http://systemsauto.ru/engine/engine.html;

Ионов С.К. Поршни дизелей из нового алюминиевого сплава / С.К. Ионов // Автотранспорт. – 2015. - №11-12;

Поршень [Электронный ресурс]: – Режим доступа: http://krutimotor.ru/porshen/;

Техническая брошюра «Повреждения поршней: как выявить и устранить их». - Издатель: © MSI Motor Service International GmbH Untere NeckarstraЯe D-74172 Neckarsulm/Германия. -№ издания: 50 003 973- 09.