Юбка поршня: возможные дефекты и способы их предупреждения
- Строение и функции юбки поршня
- Особенности поршней форсированных двигателей
- Типичные виды деформации юбки и причины их возникновения
Поршень является одной из основных деталей насосов, компрессоров и поршневых двигателей внутреннего сгорания. Его основная функция – преобразование энергии сжатого газа в энергию поступательного движения или наоборот (в компрессорах).
Поршень состоит из:
- Днища, воспринимающего газовые силы и тепловую нагрузку
- Уплотняющей части, препятствующей прорыву газов (компрессионные и маслосъемные кольца)
- Направляющей части, поддерживающей положение поршня в самых верхних и нижних точках движения
Днище и уплотняющая часть образовывают головку поршня, нижняя направляющая часть – юбку. Рассмотрим ее строение, функции и возможные дефекты подробнее.
Строение и функции юбки поршня
Юбка отвечает за прямолинейное движение поршня в цилиндре. Она передает его стенкам боковое усилие, величина которого зависит от положения поршня и особенностей протекания рабочих процессов.
Боковая поверхность юбки отводит тепло от поршня и колец к цилиндру. Чем больше эта поверхность, тем лучше теплоотдача.
Однако слишком длинной юбка быть не может, так как при этом увеличивается масса поршня и усиливается его трение о стенки цилиндра. Именно поэтому в некоторых, особенно спортивных и высокофорсированных ДВС, ненагруженные части юбки срезаются по диаметру, а современные Т-образные поршни вообще не имеют юбок.
Стандартные поршни еще на заводе-изготовителе обрабатываются специальными антифрикционными покрытиями (АФП), что позволяет предотвратить их усиленный износ, тем самым увеличив КПД и мощность двигателя.
Сегодня возможность продлить срок эксплуатации поршней имеют не только их производители, но и все автовладельцы. АФП приобрели всеобщую доступность благодаря российской компании Моденжи, занимающейся их разработкой и производством. Для юбок поршней она выпускает антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Состав на основе мелкодисперсного дисульфида молибдена высокой степени очистки и графита создает на поверхностях юбок прочный защитный слой, предотвращающий их трение о стенки цилиндра, возникновение задиров и быстрый износ.
Покрытие MODENGY Для деталей ДВС отверждается в условиях нормальной температуры, что особенно удобно для частного использования. Аэрозольная упаковка позволяет обходиться минимальным набором инструментов при работе.
Состав обладает низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур и небольшим расходом.
Для очищения, обезжиривания и подготовки юбок поршней к нанесению покрытия применяется Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он обеспечивает прочное сцепление АФП с поверхностью и длительный срок его службы.
На юбке расположены бобышки (приливы) с отверстиями для поршневого пальца. С днищем поршня они соединены массивными литыми ребрами. В области приливов вес материала больше, чем в других местах, поэтому деформации от воздействия высоких температур наиболее часто появляются именно в плоскости бобышек.
Для снижения напряжения в районе приливов имеются прямоугольные углубления 0,5-1,5 мм, сформированные литьем или фрезерованием – так называемые «холодильники». Они служат для охлаждения поршня и способствуют передаче газовых сил ближе к оси шатуна, что разгружает днище поршня.
Ось пальца в большинстве поршней смещена в целях уравнивания боковых давлений на юбку в момент сжатия и рабочего хода. Именно поэтому он монтируется по метке, нанесенной на днище, а не произвольно.
В целях сокращения теплового зазора без риска возникновения задиров юбке поршня придают легкую конусную форму, сужая на несколько сотых миллиметра у днища. Это необходимо для того, чтобы поршень при неравномерном нагреве расширялся одинаково.
В плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, юбка испытывает самые большие нагрузки, поэтому имеет форму овала – для компенсации износа стенок.
Особенности поршней форсированных двигателей
При определенной длине шатуна и окружности вращения коленчатого вала возникает риск его контакта с юбкой в самой нижней точке движения поршня. Особенно это актуально для высокофорсированных двигателей. Проблема решается путем изменения хода поршня и расположения пальца.
Форсированные двигатели в нижней части каждого цилиндра оснащают контроллерами, не позволяющими коленчатому валу и шатуну контактировать с блоком. Нижняя часть юбки поршня имеет зазор, который препятствует ее контакту с шатуном, вращающимся вокруг коленвала.
При выставлении зазора очень важно соблюсти его постоянство по всем сторонам юбки. Тем самым обеспечивается сохранность балансировки шатунно-поршневой группы.
Типичные виды деформации юбки и причины их возникновения
При низком уровне масла в двигателе на юбке поршня, которая постоянно контактирует со стенками цилиндра вместе с поршневыми кольцами, возникают различные повреждения. Рассмотрим наиболее типичные деформации и причины их возникновения.
- Двусторонние задиры на юбке поршня
Основная причина возникновения задиров – перегрев двигателя. Он может стать следствием недостаточного зазора между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра, а также нарушения различных процессов: сгорания топлива, циркуляции охлаждающей жидкости, работы вентилятора.
Алюминий, из которых изготавливаются современные поршни, под воздействием высоких температур расширяется в два раза больше, чем серый чугун цилиндра, поэтому задиры на юбке могут возникать из-за слишком высокой термической нагрузки.
Для профилактики задиров при установке деталей ЦПГ необходимо учитывать диаметр поршня и величину монтажного зазора. Кроме того, следует регулярно контролировать уровень охлаждающей жидкости, состояние помпы, термостата, вентилятора.
- Задиры на стороне наибольшей боковой нагрузки на юбку поршня
Причина чаще всего заключается в низком уровне масла, слишком долгом прогреве двигателя, засоренном масляном канале шатуна и/или форсунки.
Использование моторного масла плохого качества или несоответствующего класса так же может вызвать усиленное трение поршня о стенки цилиндра.
Ребристый цилиндр двигателя с воздушным охлаждением может перегреваться из-за сорванных дефлекторов или загрязненных охлаждающих ребер.
Для профилактики появления односторонних задиров на юбке необходимо исключить масляное голодание двигателя, контролировать его давление, проверять масляные каналы в шатуне на пропускную способность.
- Несимметричное пятно контакта на юбке поршня
Масляный нагар на одной из сторон жарового пояса юбки свидетельствует о боковом уводе поршня в цилиндре.
Если одной стороной он прилегает к стенке, то с противоположной имеет большой зазор, через который проникают горячие выхлопные газы, выжигающие масляную пленку.
При таких геометрических отклонениях поршневые кольца также двигаются с перекосом, вибрируют и вызывают насосный эффект, ведущий к увеличенному расходу масла.
Боковой увод поршня может происходить из-за непараллельного расположения отверстий в головке шатуна, ее перекоса или деформации.
Если гнездо коренного подшипника имеет скошенную опору (по причине выработанных вкладышей), он может располагается на картере с перекосом, что ведет к непрямолинейному движению поршня.
Во избежание смещения поршня гнездо коренного подшипника, коленчатый вал и шатун должны иметь соосную обработку и монтаж. Необходимо затягивать болты головки цилиндра в соответствии с указаниями производителя, следить за тем, чтобы шатун не имел изгибов, обеспечивать чистоту при монтаже двигателя.
- Задиры с четкими границами только на нижнем участке юбки поршня
Образуются вследствие недостаточного локального зазора между поршнем и отверстием цилиндра, обусловленного, в свою очередь, слишком тесным охватом гильзы. Это происходит из-за использования неправильно подобранного (слишком толстого) уплотнительного кольца, применения дополнительных прокладочных средств, смещения уплотнителя.
Во избежание недостаточного зазора, который может вызвать деформацию цилиндра, болты головки следует затягивать в соответствии с предписаниями. Гильзы цилиндров мокрого типа монтируются вначале без прокладок.
- Сильный износ юбки поршня, поверхность шершавая и матовая
На появлении такой проблемы указывает повышенный расход масла, сложности с запуском ДВС (особенно при низких температурах), его недостаточная мощность.
Возникновение шершавых участков и борозд на юбках обычно сопровождается появлением больших зазоров на поршневых кольцах, их радиальным и осевым износом.
Данные повреждения возникают вследствие абразивного износа поршней. Загрязнения проникают в камеру сгорания через систему впуска цилиндра (в этом случае первое поршневое кольцо изношено значительно сильнее, чем третье) или из моторного масла (тогда сильнее всех изношено третье кольцо).
Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проверять герметичность системы впуска и работоспособность воздушного фильтра. Перед монтажом следует очищать от загрязнений картер двигателя и всасывающие трубы.
- Глубокие продольные борозды по всей длине и диаметру юбки поршня
Такие следы износа вызваны утончением и ухудшением свойств масляной пленки вследствие слишком высокой доли топлива в масле.
Причиной может являться также неправильно настроенная система впрыска, которая при холодном пуске двигателя подает в камеру сгорания слишком насыщенную смесь.
Инжекторные форсунки могут работать неправильно из-за засора топливного фильтра – при слишком малом зазоре поршень бьет по головке цилиндра, провоцируя тем самым неконтролируемый впрыск форсунок.
К перебоям в зажигании приводит слишком низкое давление сжатия из-за негерметичности клапана или прокладки головки цилиндра, неправильной настройки фаз газораспределения, наличия слишком большого зазора между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров, дефектов поршневых колец, неисправности свечей зажигания, общей изношенности двигателя.
Профилактика дефекта состоит в правильной настройке системы впрыска (обогащения смеси при холодном пуске и т.п.), своевременном обследовании инжекторных форсунок и свечей зажигания, соблюдении интервалов замены топливных фильтров.