Различают три вида задиров: из-за недостаточного зазора, от работы всухую и от перегрева. Ниже мы подробнее расскажем о каждом из этих видов, но прежде акцентируем внимание наших читателей на очень важном аспекте. Всегда помните, что ремонт поршней — процесс чрезвычайно трудоемкий, требующий безусловного профессионализма со стороны выполняющих его мотористов, а также самого современного, высокоточного оборудования и высококачественных запасных частей. Конечно, кому-то это заявление может показаться набившей оскомину банальностью, но тем не менее в контексте двигательного ремонта, сопряженного с немалыми финансовыми затратами и колоссальной ответственностью, оно приобретает особую актуальность. Клиент может «простить» плохо вымытую машину и всевозможные некритичные огрехи мелкосрочного слесарного ремонта, но, когда дело касается двигателя, ни о каких «простительных» огрехах в принципе речи не должно вестись. Результат ремонта двигателя должен быть однозначно безупречным. Поэтому лишний раз подумайте, стоит ли за него браться, если вы не уверены в своих силах, в возможностях своего персонала, как бы привлекательно ни выглядела сулимая прибыль. Помните: размер претензий, которые может предъявить сервису клиент в соответствии с действующим законодательством, напрямую зависит от стоимости выполненного ремонта. И если неустойка за неудовлетворительно проведенный слесарный ремонт не слишком велика, то за дорогостоящий двигательный ремонт она может достичь внушительных сумм.

Соответственно, прежде чем приступить к работе, осуществите всестороннюю диагностику с максимально подробным анализом выявленных повреждений. Удостоверьтесь в том, что квалификации персонала достаточно для того, чтобы отремонтировать двигатель на самом высоком качественном уровне, и в его распоряжении есть полный комплект необходимого инструментария.

Ну а о том, от чего отталкиваться в этой работе, об основных отправных точках мы вам поведаем в этой статье вместе со специалистами Kolbenschmidt (KS) — компании, предлагающей компоненты более чем для 2 тыс. различных двигателей. Все товары в синей коробке от KS отвечают высоким требованиям к качеству, экономичности и охране окружающей среды. Все оригинальные поршни KS поставляются в готовом к монтажу состоянии вместе с соответствующими поршневыми кольцами, поршневыми пальцами и фиксаторами поршневых пальцев.

 

Задиры из-за недостаточного зазора

 

Зазор между поршнем и цилиндром в процессе эксплуатации может недопустимо сузиться почти до полного отсутствия при неправильной регулировке движущихся деталей, при перекосе цилиндров или же при термической перегрузке. Кроме того, температура поршня в работе значительно выше температуры цилиндра, что в эксплуатации приводит к различному тепловому расширению поршня и цилиндра: поршень подвергается более сильному тепловому расширению, чем смежный цилиндр.

Кроме того, алюминиевые материалы, по сравнению с серым чугуном имеют двойное тепловое расширение, что, соответственно, необходимо учесть в конструкции.

При уменьшающемся зазоре между поршнем и цилиндром возникает полусухое трение, потому что масляная пленка на стенке цилиндра вытесняется расширяющимся поршнем. В результате этого несущие поверхности на юбке поршня сначала стираются до сильного блеска. Из-за полусухого трения и возникающего тепла трения температура элементов становится еще выше. Поршень при этом оказывает все большее давление на стенку цилиндра, а функция масляной пленки полностью исчезает. Поршень в цилиндре начинает работать без смазки. В результате этого появляются первые задиры с гладкой темной поверхностью. Обобщенно можно привести следующие характерные признаки задиров из-за недостаточного зазора. За местами противодействия с зеркальным блеском следуют гладкие темные задиры. Задиры при заедании из-за недостаточного зазора имеются как на нагруженной, так и на ненагруженной стороне.

 

Задиры из-за недостаточного зазора на юбке поршня

О таком виде свидетельствуют несколько одинаковых задиров на поверхности юбки поршня, причем как на нагруженной, так и на ненагруженной стороне, то есть к задирам на одной стороне поршня имеются соответствующие задиры на противоположной стороне. Поверхность задиров переходит от точек давления с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Зона колец не имеет повреждений.

Причина в том, что зазор между юбкой поршня и рабочей поверхностью цилиндра или был слишком узким, или суживался в недопустимой мере из-за перекосов, которые, возможно, возникли только при эксплуатации двигателя. В отличие от задиров в результате работы без смазки задиры из-за недостаточного зазора возникают всегда по истечении короткого времени эксплуатации после капитального ремонта двигателя.

Дефект возникает, скорее всего, из-за того, что диаметр цилиндра слишком мал; была произведена слишком сильная или неравномерная затяжка головки цилиндра (перекос цилиндра); неровных торцевых поверхностей на цилиндре или на головке цилиндров; нечистой или неравномерной резьбы в резьбовых отверстиях или на винтах головки цилиндров; заедания или неравномерной смазки на опорных поясках головок винтов. Кроме того, к появлению этого дефекта могут привести использование неправильных или неподходящих прокладок головки блока цилиндров; перекос цилиндров в результате неравномерного нагрева из-за накипи; загрязнение или другие неисправности в системе охлаждения.

 

Задиры из-за недостаточного зазора рядом с бобышкой пальца (задиры под углом 45°)

Характерными для этого повреждения являются задиры, появляющиеся, соответственно, со смещением на 45° относительно оси бобышки, причем как на нагруженной, так и на ненагруженной стороне. Поверхность задиров переходит от точек нажима с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Поршневой палец имеет синий цвет побежалости: это признак того, что в данном случае температура поршневого пальца была слишком высокой в результате недостаточного зазора или нехватки смазки.

Повреждение появляется, если зона вокруг крепления поршневого пальца слишком сильно нагревается. Поскольку в этой зоне поршень отличается довольно высокой жесткостью, возникает повышенное тепловое расширение, и зазор между поршнем и рабочей поверхностью цилиндра сужается. Относительно тонкостенная и потому эластичная направляющая часть поршня может компенсировать повышенное тепловое расширение своей упругостью. На переходе к жестким бобышкам пальца материал, однако, с большим усилием давит на стенку цилиндра, что в конечном счете приводит к прорыванию масляной пленки и к возникновению трения на поршне.

Можно выделить четыре возможные причины повреждения. Во-первых, это слишком высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не достиг рабочей температуры. Поршень может достичь своей полной рабочей температуры в течение 20 секунд, в то время как холодному цилиндру для этого требуется намного больше времени. В результате различий в тепловом расширении обоих элементов поршень расширяется намного сильнее и быстрее, чем цилиндр. Зазор поршня сильно сужается в вышеописанных местах. Появляются названные повреждения.

Во-вторых, это слишком узкая посадка поршневого пальца в головке шатуна (шатун горячего прессования). Слишком узкая посадка поршневого пальца в бобышке шатуна может привести к некруглости бобышки шатуна и тем самым также поршневого пальца. Это связано с различной толщиной стенки в бобышке шатуна. В то время как в направлении шатуна находится больше материала и имеются более толстые стенки, толщина стенки в конце шатуна намного меньше. При деформации поршневого пальца зазор в креплении пальца уменьшается. В результате этого недостаточный зазор в креплении вызывает возникновение повышенного тепла трения и, таким образом, повышенное тепловое расширение в данной зоне.

В-третьих, это задиры в бобышке шатуна из-за недостаточной смазки при первом вводе двигателя в эксплуатацию. При сборке поршневой палец не смазывается или смазывается недостаточно. Перед тем как масло при первом пуске в эксплуатацию поступает к месту опоры, нет достаточной смазки. Это вызывает заедание опоры пальца и повышенное образование тепла.

Ну и, в-четвертых, это дефект монтажа при горячей посадке поршневого пальца (шатун горячего прессования). Кроме вышеназванной смазки пальца при горячей посадке поршневого пальца бобышки шатуна необходимо обратить внимание на то, чтобы непосредственно после вставки пальца подшипник пальца не был подвергнут контролю на свободный ход путем качающего движения. То есть его не надо приводить в движение, поскольку непосредственно после вставки холодного пальца в горячий шатун температура между обеими деталями выравнивается, и поршневой палец может стать очень горячим. Он расширяется и заклинивает в еще холодном подшипнике пальца. Если подшипник в этом состоянии перемещают, здесь могут возникнуть первое трение или задир, которые в эксплуатации приводят к тяжелому ходу подшипника и тем самым к повышенному трению и образованию тепла. По этой причине смонтированные детали должны остыть, опору следует проверить на свободный ход только после остывания.

 

Задиры из-за недостаточного зазора в нижней части юбки поршня

Признак дефекта — на нижних концах юбки поршень имеет типичные задиры с местами нажима на одной стороне и на противоположной стороне. Следы переходят от места нажима с зеркальным блеском в гладкие темные задиры. Те же самые задиры присутствуют на соответствующей мокрой рабочей втулке цилиндра в нижней части, там, где она на наружном диаметре несколькими уплотнительными кольцами уплотняется к картеру от попадания воды и масла. Все остальные части рабочей втулки цилиндра не имеют каких-либо особых внешних изменений.

Тот факт, что задиры имеют характерные признаки заедания из-за недостаточного зазора как на поршне, так и на рабочей втулке цилиндра, указывает на то, что зазор между поршнем и цилиндром в нижней части, вероятно, из-за деформации цилиндра был настолько сужен, что масляная пленка прервалась.

Вызвать данное повреждение могли неправильные по размерам или неподходящие кольца круглого сечения — они могут привести к деформации рабочей втулки до полного отсутствия зазора юбки поршня. Для обеспечения достаточно большого пространства набухания уплотнительные кольца должны заполнить лишь около 70 % объема канавок.

Кроме того, критичным могло оказаться и применение дополнительного уплотнительного средства в кольцах круглого сечения. Для используемых для данной цели уплотнительных колец характерно набухание в работе под воздействием масла. Это свойство предусмотрено, чтобы обеспечить герметичность в течение длительного времени. Поэтому не разрешается использование дополнительного уплотнительного средства. Свободное пространство было бы полностью заполнено, и кольца круглого сечения не могли бы расширяться в работе.

 

Ну а кроме того, отчасти к повреждению могли привести остатки старых уплотнительных колец, сохранившиеся в пазах для уплотнительных колец в корпусе. И не забывайте — уплотнительные кольца не могут обеспечить безупречную герметизацию, если они были перекошены при вводе рабочей втулки. Поэтому они должны быть всегда смазаны средством скольжения перед монтажом рабочей втулки.

 

Задиры от работы всухую

 

Задиры от работы всухую могут возникнуть всегда, то есть и при достаточном зазоре между цилиндром и поршнем. При этом масляная пленка прерывается, часто лишь в отдельных местах, из-за высокой температуры или переполнения 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, то есть если вообще нет смазочной пленки между поршнем и цилиндром.

Обобщенно можно привести следующие характерные признаки заедания от работы всухую:

·               при полностью разрушенной масляной пленке без перехода возникают узко ограниченные задиры — в основном на юбке поршня, поверхность которых стерта и имеет темный цвет. В начальной стадии на противоположной стороне поршня задиров нет;

·               при нехватке масла признаки идентичны вышеописанным задирам от работы без смазки, за исключением цвета поверхности. Поверхность задиров почти металлически чиста и без темного цвета. Поскольку нехватка масла касается всей поверхности цилиндра, в начальной стадии часто наблюдаются задиры как на нагруженной, так и на ненагруженной стороне.

 

Задиры от работы всухую на юбке поршня

В зоне рабочей поверхности, где на юбке обычно отражается пятно контакта, могут появиться задиры, распространяющиеся частично до кольцевого поля. На противоположной стороне юбки также могут иметься небольшие задиры. Поверхность задиров не темная и имеет почти металлический блеск.

Это может произойти, если между поверхностью поршня и рабочей поверхностью цилиндра не хватало смазки. Поверхность задиров с почти металлическим блеском показывает, что в момент заедания масляная пленка еще имелась, но была уже очень слабой. В связи с незначительным повреждением здесь речь может идти о временной нехватке масла или о повреждении в начальной стадии. При дальнейшей эксплуатации двигателя с недостаточной смазкой повреждение было бы, безусловно, сильнее.

Повреждение на поршне при таком виде задира от работы всухую всегда находится в тех точках, где юбка поршня имеет контакт с цилиндром, то есть там, где при неповрежденном работавшем поршне отразилось бы обычное пятно контакта.

Повреждение возникает, как правило, из-за нехватки смазки (недостаточное количество масла в двигателе) или же слишком низкого давления масла в двигателе (масляный насос, предохранительный клапан и т. д.), поэтому из подшипников коленчатого вала не выходит достаточное количество масла. Рабочая поверхность цилиндра, смазываемая в основном разбрызгиванием масла от коленчатого вала, и по этой причине снабжается недостаточным количеством масла.

 

Односторонние задиры на юбке поршня без мест нажима на противоположной стороне

На одной стороне юбки поршня имеются сильные задиры темного цвета с сильно истертой поверхностью. В результате высоких температур на поршне в зоне заедания может быть оторван материал поршня на большой площади юбки. Характерным является полное отсутствие повреждений на противоположной стороне от задира на юбке поршня. В начальной стадии повреждения это в большинстве случаев касается также и зоны кольца.

Здесь речь идет о типичном задире от работы всухую. Повреждение появляется, если смазочная пленка разрушается хотя бы только на одной половинке цилиндра. Повреждение возникает большей частью на нагруженной стороне, реже на ненагруженной. Оно появляется или в результате локально недостаточной смазки, или в результате перегрева соответствующей стороны цилиндра. Недостаточный зазор не может быть причиной повреждения, поскольку, несмотря на сильные задиры, на противоположной стороне нет никаких мест противодействия.

К возможным причинам следует отнести частичное нарушение охлаждения из-за нехватки охлаждающего средства, воздушных пузырьков, отложений загрязнений или прочих нарушений охлаждающего контура. В цилиндрах с ребрами может возникнуть локальный перегрев цилиндра в результате отложения грязи снаружи на цилиндре, и потому может разрушиться смазочная пленка.

Также дефектные, отсутствующие или неправильно установленные воздухоотражатели в двигателях с воздушным охлаждением могут привести к возникновению описываемого повреждения. В двигателях, в которых нагруженная сторона цилиндра с конструктивно более высокой нагрузкой дополнительно опрыскивается маслом через форсунки в шатуне, это повреждение может появиться из-за забитой форсунки или недостаточного давления масла. И разбавление масла или его неподходящие марки могут привести к недостаточной смазке сначала на нагруженной стороне цилиндра с более высокой нагрузкой.

 

Места трения от работы всухую из-за переполнения топливом

На поверхности юбки поршня появляются узкие продолговатые места натира с отчетливыми границами там, где обычно находится пятно контакта поршня. Несгоревшее топливо, конденсирующееся на рабочей поверхности цилиндра, разбавляет несущую масляную пленку или смывает ее. Это приводит к работе без смазки между сопряженными деталями поршня и цилиндра. Длинные узкие места трения являются последствием. Кольцевая зона остается незатронутой от таких повреждений, потому что здесь в основном лишь поршневые кольца находятся в контакте с рабочей поверхностью цилиндра.

В местах трения из-за переполнения топливом повреждение на поршне всегда находится в зоне юбки, где юбка поршня опирается в цилиндр. При неповрежденном работавшем поршне там отражается обычное пятно контакта.

Причина повреждения — переобогащение регулировки двигателя и нарушения сгорания из-за неисправностей в системе всасывания, забитые воздушные фильтры, нарушения в системе приготовления смеси или в системе зажигания, недостаточное уплотнение и в результате этого неполное сжигание.

Кроме того, места трения могут возникнуть, когда система пуска в холодном состоянии дефектна или воздушная заслонка слишком долго включена (карбюраторные двигатели). Разбавление масла из-за частых поездок на короткие расстояния или из-за переобогащения также приводит к такому повреждению.

 

Задиры на головке поршня дизельных двигателей

Головка поршня имеет отдельные задиры, в основном на жаровом поясе. Поверхность задиров шероховата и со следами трения, отчасти даже довольно большие куски материала уже могут быть вырваны.

Из-за дефектов форсунок нераспыленное топливо разбрызгивается на стенку цилиндра и разбавляет там масляную пленку вплоть до работы полностью всухую. Материал поршней в этой зоне на жаровом поясе из-за работы без смазки получает настолько большие задиры, что происходит настоящее сваривание материала поршня со стенкой цилиндра, в результате чего более или менее крупные куски выкрашиваются из головки поршня.

К этому приводят негерметичные, загрязненные или неправильные форсунки или подтекание топлива, а также заклинивание иглы форсунки из-за перекоса корпуса форсунки (неправильный момент затяжки) либо неправильное начало нагнетания (начало подачи).

 

Задиры от работы всухую из-за прижогов на поршневых кольцах

На рабочих поверхностях колец возникают риски от заедания и прижога. Отверстия цилиндров имеют продольные риски. Сначала на жаровом поясе появляются легкие места трения. В следующей стадии места трения распространяются по всему поршню.

Такие повреждения начинаются преимущественно в фазе приработки под большой нагрузкой, если поршневые кольца из-за недостаточной приработки еще не достигают полной эффективности (преимущественно на поршнях дизельных двигателей). Протекающие мимо колец газы сгорания чрезмерно нагревают кольца и стенку цилиндра и вызывают разрушение смазки между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра. Но и нарушения режима сгорания, и повышенные температуры или недостаточное охлаждение поршня и стенки цилиндра могут отрицательно повлиять на смазочную пленку или разрушить ее. Это означает работу без смазки для поршневых колец, вследствие чего появляются так называемые прижоги. По несмазанным поверхностям цилиндра должен перемещаться и поршень, что приводит сначала к появлению трения на жаровом поясе и в дальнейшем к задирам по всей юбке поршня.

Причины:

·               чрезмерная нагрузка двигателя во время фазы обкатки;

·               структура обработанной хонингованием поверхности цилиндра не была оптимальной для хорошего сцепления (сжатие графитовых жил, образование металлической прослойки, слишком низкая шероховатость и/или неправильный угол хонингования);

·               неподходящее смазочное масло (неправильная марка и вязкость масла);

·               температура на рабочих поверхностях цилиндра слишком высока (неправильная функция в системе охлаждения или отложения в охлаждающих каналах вокруг цилиндра). Нарушения сгорания и в результате этого повышенная температура во время сжигания (обедненная смесь, калильное зажигание, подтекание из форсунок или негерметичные форсунки);

·               недостаточное снабжение маслом рабочих поверхностей цилиндров из-за недостаточного количества разбрызгивания масла от подшипников шатунов и коленчатого вала.

 

Задиры от перегрева

 

При наличии задира от перегрева масляная пленка разрушается в результате слишком высоких температур. Сначала появляются полусухое трение и отдельные места истирания. В дальнейшем поршень в цилиндре работает полностью всухую из-за дополнительного нагрева в местах истирания. Задиры имеют темный цвет и сильное истирание. В зависимости от причины повреждения заедание от перегрева начинается или на направляющей поверхности поршня, или на головке поршня.

 

Задиры от перегрева в основном на головке поршня

Признаки повреждения — сильные задиры, начинающиеся с головки поршня и заканчивающиеся в направлении конца юбки. Поверхность задиров имеет темный цвет, сильные риски, возможно с вырванными кусками. Задиры наблюдаются по всему периметру поршня. Поршневые кольца также вокруг периметра имеют задиры, причем они несколько слабее в направлении маслосъемного кольца.

Почему это происходит? Как правило, потому, что головка поршня настолько сильно разогрелась из-за очень высокой термической нагрузки от камеры сгорания, что она, с одной стороны, уменьшила зазор, а с другой — все больше и больше разрушала масляную пленку. В конечном счете это привело к комбинированному задиру вокруг всей головки поршня, появившемуся из-за недостаточного зазора и от работы без смазки. Общая нехватка зазора из-за недостаточного зазора поршня при сборке не может считаться причиной повреждения, поскольку в этом случае исходная точка повреждения находилась бы в зоне направляющей части (вспомните задиры из-за недостаточного зазора на юбке поршня).

Возможные причины:

·               длительная высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не полностью прошел обкатку;

·               перегрев в результате нарушения процесса сгорания;

·               нарушения в системе охлаждения двигателя;

·               нарушения в снабжении маслом (поршни с масляным охлаждением или с охлаждающим каналом);

·               изогнутые или забитые маслоразбрызгивающие форсунки, которые не охлаждают поршень снизу или охлаждают его лишь недостаточно;

·               использование неправильных уплотнительных колец на буртике гильзы (мокрая гильза цилиндра).

 

Задиры от перегрева в основном на юбке поршня

Однозначный признак этого дефекта — юбка поршня имеет задиры почти по всему периметру. Поверхность задиров имеет темный цвет, шероховатые и сильно истертые места. Кольцевая зона лишь незначительно повреждена истертым материалом поршня.

Из-за сильного перегрева всего двигателя нарушилась смазка во всем цилиндре. Это привело к характерным задирам от работы без смазки с сильно истертой поверхностью. Из-за отсутствия задиров на головке поршня и наличия основных повреждений в зоне юбки можно исключить перегрузку двигателя по причине нарушения режима сгорания.

Привести к задирам на юбке поршня мог перегрев двигателя из-за нарушений работы в системе охлаждения (нехватка охлаждающего средства, загрязнения, дефект водяного насоса, дефект термостата, порванный или проскальзывающий клиновой ремень, недостаточный или неправильный выпуск воздуха из охлаждающей системы). В двигателях с воздушным охлаждением — перегрев из-за отложений загрязнений на наружных сторонах цилиндра, обломавшиеся охлаждающие ребра либо отсутствие или нарушение вентиляции охлаждающего воздуха.