Почему ломает перегородки на поршнях

Описание повреждения

На одной стороне поршня поломана перемычка между канавками для первого и второго компрессионных колец. Трещина начинается на верхней кромке перемычки на дне канавки и проходит под углом в материал поршня. Вблизи нижней кромки трещина снова идет к наружной стороне и выходит наружу на нижней кромке перемычки или немного ниже на дне канавки. Продольные трещины в перемычках между канавками, ограничивающие трещину перемычки сбоку, расширены книзу. Задиры поршня или перегревы не имеются.

Оценка повреждения

Дефекты материала не являются причиной трещины перемычек, хотя это часто предполагается в случае повреждений. Такие трещины всегда являются последствием перегрузки материала. Можно подразделить эти перегрузки на 3 причины:

Детонационное сгорание:

Это означает, что октановое число топлива не покрывает потребность двигателя во всех режимах работы и нагрузки. Трещины перемычек между канавками из-за детонационного зажигания возникают большей частью на нагруженной стороне. В дизельном двигателе детонационное зажигание может быть вызвано только задержкой зажигания.

Гидравлические удары:

В неработающем или работающем двигателе жидкость (вода, охлаждающее средство, масло или топливо) попадают револьно в камеру сгорания. Поскольку жидкости не поддаются сжатию, в такте сжатия появляется огромная нагрузка на поршень и кривошипно-шатунный механизм. Неизбежным следствием являются трещины на перемычках между канавками, трещины на ступицах или повреждения на шатунах или коленчатом валу. Рис. показывает процесс поломки, который появляется при детонационном сгорании и при гидравлических ударах. Поверхности лома при этом расширены вниз, потому что усилие, вызвавшее поломку, воздействует сверху на перемычку между канавками.

Неправильный монтаж:

При монтаже поршень был не введен, а вбит, потому что поршневые кольца неправильно сжаты или были использованы неподходящие инструменты. При этом перемычки между канавками выламываются в обратном направлении, потому что давление действует не как в вышеназванных случаях сверху, а снизу.

Возможные причины повреждения

Детонационное сгорание в двигателях с принудительным воспламенением смеси

  1. использование топлива с недостаточной детонационной стойкостью. Качество топлива должно соответствовать степени сжатия двигателя, т. е., октановое число топлива должно покрывать октановую потребность двигателя во всех режимах работы.
  2. дизельное топливо в бензине и в результате этого понижение октанового числа топлива.
  3. масло в камере сгорания из-за высокого расхода масла на поршневых кольцах или на направляющей клапана понижает детонационную стойкость топлива.
  4. слишком высокая степень сжатия, вызванная остатками сжигания на днищах поршня и головке цилиндра или чрезмерным шлифованием поверхности блока и головки цилиндра в ходе капитального ремонта двигателя или с целью тюнинга.
  5. слишком большое опережение зажигания
  6. слишком бедная смесь и в результате этого повышенные температуры сжигания.
  7. слишком высокая температура всасываемого воздуха из-за недостаточной вентиляции моторного отсека или обратного напора ОГ, но и несвоевременное переключение заслонки всасываемого воздуха на летний режим или дефект автоматической системы переключения заслонки приводят к существенному повышению температуры всасываемого воздуха (особенно в старых карбюраторных двигателях).

Детонационное сгорание в дизельных двигателях

  1. некачественные или негерметичные распылители форсунки
  2. слишком низкое давление впрыска форсунок.
  3. слишком низкое давление сжатия из-за неправильных уплотнений головки цилиндра, слишком маленькие выступы поршней, негерметичные клапаны или поломанные или изношенные поршневые кольца
  4. дефектные уплотнения головки цилиндров.
  5. повреждения предкамеры.
  6. ненадлежащее или чрезмерное применение вспомогательных средств помощи (аэрозоли для помощи при пуске) при пуске в холодном состоянии.
  7. при гидравлических ударах
  8. непреднамеренное всасывание воды при переезде через воду, лужи или из-за попадания большого количества воды от брызг проезжающих впереди или мимо автомобилей.
  9. заполнение цилиндра водой при неработающем двигателе из-за негерметичности уплотнения головки цилиндра или трещин в конструктивных элементах.
  10. Остаточное давление в системе впрыскивания сбрасывается через негерметичную форсунку в цилиндр. В этом и в предыдущем случае при пуске возникают описанные повреждения.

  • В случае с разрушенными перемычками поршневых колец различают два вида разрушения в зависимости от направления разлома: сверху вниз (рис. 1a+b) или снизу вверх (рис. 2-3).
  • На днище поршня, на жаровом поясе и на боковых поверхностях канавок различимы следы эрозии.
Читайте также:  Двигатель 1 4 tsi отзывы

Возможные причины

Причиной таких повреждений являются механические перегрузки, которые, в свою очередь, возникают или вследствие нарушения процесса сгорания топлива, или из-за монтажной ошибки, или же в результате гидравлического удара.

1. Нарушение процесса сгорания топлива:

После инициирования зажигания запальной искрой в других частях камеры сгорания происходит самовоспламенение, что ведёт к примерно десятикратному повышению скорости горения топлива. Это, в свою очередь, вызывает скачкообразный рост давления до 300 бар на градус угла поворота коленчатого вала (нормальное значение — от 3 до 5 бар), а также колебания с частотами, приближающимися к ультразвуковым значениям, и перегрев по причине неравномерного процесса сгорания топлива. Следствием этих проявлений являются трещины и надломы перемычек поршневых колец и юбки поршня по направлению сверху вниз. Такой сбой работы двигателя также имеет название «детонационного сгорания топлива».

Причины детонационного сгорания топлива могут быть, кроме всего прочего, следующие:

Бензиновый двигатель:

  • Неправильный момент зажигания (раннее зажигание).
  • Слишком бедная воздушно-топливная смесь.
  • Использование топлива со слишком низким октановым числом.
  • Слишком горячий приточный воздух.
  • Слишком высокая степень сжатия.

Дизельный двигатель:

Слишком большая задержка воспламенения ведёт в данном случае (также, как и в бензиновом двигателе) к неконтролируемому сгоранию топлива с экстремальными пиками давления, а также к механическим перегрузкам перемычек поршневых колец. Причины этого явления могут быть следующие:

  • Давление сжатия слишком мало.
  • Давление впрыска форсунок слишком мало.
  • Неправильное использование средств облегчения запуска двигателя.
  • Инжекторные форсунки негерметичны.
  • Впрыск слишком большого количества топлива.

2. Монтажные ошибки:

  • Если поршневые кольца устанавливаются без монтажной оправки, тогда они зачастую не полностью встают в канавку. При последующем «хлопке» поршня во время установки, кольца начинают частично выпирать из своей штатной позиции и заклинивать на передней стороне отверстия. Таким образом, возникает типичное разрушение перемычек поршневых колец снизу вверх.
  • В случае с двухтактным двигателем направление разрушения уже иное — сверху вниз, поскольку поршень устанавливается с нижней стороны цилиндра.

3. Гидравлический удар:

Причиной данного дефекта является жидкость (вода или топливо), попавшая в камеру сгорания. Поскольку ни вода, ни топливо не подвержены сжатию, при гидравлическом ударе происходит резкое воздействие на поршень, поршневой палец, шатун, головку цилиндра, картер двигателя, подшипники и коленчатый вал (см. также статью «Гидравлический удар»). Слишком много жидкости может оказаться в камере сгорания по следующим причинам:

  • Вода попадает в камеру сгорания через систему впуска (например, при проезде по поверхности, залитой водой).
  • Вода оказывается в камере сгорания по причине дефектных прокладок.
  • Вследствие неисправной инжекторной форсунки в камеру сгорания попадает слишком много топлива.

При эксплуатации двигателя поршни могут ломаться под воздействием больших сил или в результате усталостного излома.

Излом из-за больших сил (рис, 1) вызван всегда посторонним телом, сталкивающимся при работе двигателя с поршнем. Это могут быть отломавшиеся частицы шатуна, коленчатого вала, клапанов или тому подобное. В случае попадания воды и топлива в цилиндры также может появиться излом поршня вследствие влияния больших сил. Поверхности излома вследствие влияния больших сил имеют серый цвет, без истирания и растровых линий. Поршень ломается внезапно без постепенно образовывающегося излома.

При усталостном изломе (рис. 2) на поверхности излома образовываются растровые линии, позволяющие выявить происхождение и развитие излома. Поверхности излома часто имеют блестящую поверхность и места истирания. Причиной усталостного излома является перегрузка материала поршня. Перегрузка возникает из-за детонационного воспламенения,сильных сотрясений поршня, напр., в результате сталкивания головки поршня с головкой блока цилиндров или слишком большого зазора юбки. Слишком большие деформации поршневого пальца из-за перегрузки (прогиб и деформация до овальной формы) приводят к трещинам в ступицах или в опорах. Кроме того, усталостный излом может быть вызван трещинами от термического напряжения на днищах поршня.

Читайте также:  Ауди 80 передний подшипник ступицы артикул

Поломка поршня в ступице поршневого пальца

В оси отверстия поршневого пальца показана типичная усталостная трещина ступицы в начальной стадии (рис. 2). Трещина имеет форму полукруга вокруг исходной точки. Из начальной трещины в течение короткого времени образовывается излом, который делит поршень до днища на две части, как это показано на рис. 1 (поршень разрезан для анализа снизу, первоначальная трещина проходила от отверстия для пальца до днища поршня).

рис. 2 Поперечное сечение бобышки поршня

Поломки ступиц появляются в результате перегрузки. Причиной этому может быть недостаточное снабжение маслом. Маленькая трещина в ступице пальца, возникшая из-за перегрузки, увеличивается затем также при нормальной нагрузке и в конечном счете приводит к расколу или излому всего поршня.

Возможные причины повреждения

• нарушение режима сгорания, особенно внезапное воспламенение из-за задержки зажигания.

• чрезмерное или ненадлежащее применение средств помощь при пуске в холодном состоянии.

• цилиндр при неработающем двигателе заполнился водой, топливом или маслом (гидравлический удар).

• повышение мощности (напр., электронный тюнинг

с использованием серийного поршня.

• применение неподходящих или облегченных поршневых пальцев. Из-за овальной деформации пальца происходит перегрузка опоры пальца.

Излом поршня в результате сталкивания днища поршня с головкой блока цилиндров

На поршне на рис, 1 видны следы ударов на днище поршня. Поршень ударялся как по поверхности головки, так и по обоим клапанам. Как следствие сотрясений и воздействия больших сил в работе образовался излом в направлении пальца.

В поршне на рис.2 юбка поршня имеет излом в нижней канавке маслосъемного кольца. Поверхности излома имеют характер усталостного изломе

Из-за чрезвычайно быстрых жестких ударов при сталкивании днища поршня с головкой блока цилиндров поршень испытывает такое сотрясение, что в нем появляются трещины. В поршнях с нижним маслосъемным кольцом (как на рис. 2 при этом почти всегда ломается юбка в зоне нижней канавки маслосъемного кольца. Из-за сталкивания с головкой блока цилиндров происходит перекос поршня в цилиндре и поршень в дальнейшем ударяет юбкой о стенку цилиндра. В связи с тем, что толщина материала в зоне нижней канавки маслосъемного кольца меньше, чем, напр., на жаровом поясе, поршень ломается в этой зоне.

Возможные причины повреждения

• Зазор между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров оказался недостаточным. Причины могут быть в следующем:

а) монтаж поршней с неправильной высоты головки поршня. При капитальном ремонте часто дополнительно обрабатывается торцевая поверхность блока цилиндров. Если после обработки используются поршни с первоначальной высотой головки, то выступ поршня может оказаться слишком большим. В случае ремонта поэтому предлагаются поршни с уменьшенной высотой головки, так что выступ поршня остается в пределах диапазона допуска, определенного изготовителем двигателя.

б) недостаточная толщина уплотнения головки блока цилиндров. Многие изготовители предусматривают для одного и того же двигателя уплотнения головки блока цилиндров различной толщины. С одной стороны, это необходимо для компенсации суммирования допусков конструктивных элементов при производстве, с другой стороны, для регулирования выступа поршня при ремонте. Поэтому при ремонте необходимо всегда следить за тем,чтобы использовались уплотнения головки блока цилиндров предписанной толщины материала. Только так можно гарантировать, что после ремонта будет достигнут предписанный зазор между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров. Толщина уплотнения должна быть вновь определена по указаниям изготовителя двигателя на основе выступа поршня, если в ходе ремонта предусмотрена доработка или замена блока цилиндров.

Внимание:

Контроль свободного хода, который после капитального ремонта двигателя проводится вручную прокручиванием двигателя несколько раз в холодном состоянии, не является гарантией того, что поршень после достижения двигателем рабочей температуры не столкнется с головкой блока цилиндров. Из-за нагрева поршня и шатуна они расширяются также в продольном направлении, что уменьшает зазор между днищем поршня и головкой блока цилиндров. При этом особенно в больших двигателях для грузовых автомобилей с большой высотой головки поршня появляются существенные изменения размеров, которые сокращают свободный ход поршня в верхней мертвой точке еще на несколько десятых долей миллиметра.

• слишком большой зазор в опорах шатунов или изношенный подшипник шатуна, особенно при очень высокой частоте вращения при движении в спусках.

Вымывание материала в зоне колец (поломка колец)

В участке колец в зоне первой канавки для колец вымывается материал в большом объеме до днища поршня. Канавка кольца имеет сильный осевой износ. В днище поршня имеются вмятины от кусков первого кольца. Юбка поршня имеет в некоторых местах матовый вид пемзообразной структуры.

В связи с сильным осевым износом канавки, особенно на канавке первого кольца, повреждение в описанном случае возникло,безусловно, только в результате попадания загрязнений в камеру сгорания. Загрязнения отлагаются также в канавке кольца и вызывают на кольце и в канавке кольца абразивный износ. В результате этого зазор кольца по высоте все больше повышается. Кольцо с сильно уменьшенным поперечным сечением,в конечном счете, не смогло выдержать давления сгорания и сломалось. В результате этого отломившийся кусок кольца смог еще более свободно перемещаться в увеличивающейся канавке и постоянным биением вызвал вымывание. Когда вымывание достигло днища поршня, куски поршневого кольца попали в зону между днищем поршня и головкой блока цилиндров, что привело к дополнительным повреждениям на днище поршня и головке блока цилиндров.

Возможные причины повреждения

• при сильном осевом износе канавки кольца и поршневых колец это может быть вызвано только попаданием посторонних тел в камеру сгорания, см. к этому также пункт 3.11.2 Износ поршней, поршневых колец и цилиндров вследствие загрязнений»

• при сильном радиальном износе колец без осевого износа переполнение топливом является вероятной причиной, см. к этому также пункт 3.11.3 Износ поршней, поршневых колец и цилиндров вследствие переполнения топливом»

• даже если канавки колец и поршневые кольца исправны и из короткого времени работы после капитального ремонта может возникнуть повреждение из-за неправильного монтажа поршня. Поршневые кольца могут поломаться при вставке поршня в цилиндр, если их недостаточно вдавливают в канавку. Это часто происходит тогда, когда используемая лента натяжения колец неправильно положена вокруг поршня и неправильно натянута или если используется неправильный или поврежденный инструмент для ввода поршня при сборке.

• Вибрирование колец из-за слишком большого зазора колец по высоте. Это состояние может появиться в том случае, если при ремонте двигателя установлен только новый комплект колец, хотя канавки для колец в поршне тоже уже были изношены. Кольца из-за большого зазора переходят в вибрирование и могут поломаться. Другой причиной слишком большого зазора колец по высоте может быть применение неправильного комплекта колец. Кольца могут иметь недостаточную высоту, поэтому зазор в канавке уже при сборке слишком большой.

• Кроме того, к таким повреждениям могут привести неподходящие для применения поршни. Поршни для дизельных двигателей имеют упрочняющую вставку для кольца из никелесодержащего чугуна в связи с нагрузкой и с необходимым сроком службы. Кольца без упрочняющей вставки по экономическим причинам в дизельных двигателях, как правило, применяются только в том случае, если ожидаемый срок службы скорее низок. Это касается, напр., сельскохозяйственных машин. Если такой поршень без упрочняющей вставки должен работать более длительное время или выполнять больший пробег, то износостойкость канавок для колец может оказаться недостаточной для предусмотренного срока службы двигателя. В какойто момент размеры канавок из-за естественного износа увеличатся настолько, что появляется вибрирование и кольца ломаются.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector