Общая информация об изломах поршней
При работе двигателя поршни могут ломаться от воздействия силы или в результате усталостного излома.
Поломка от воздействия силы (рис. 1) всегда вызывается инородным телом, сталкивающимся с поршнем при работе двигателя. Инородными телами могут быть отломавшиеся части шатуна, коленчатого вала, клапанов и тому подобное. В случае попадания воды или топлива в цилиндры также возможна поломка поршня от воздействия силы.
Поверхности излома в результате поломки от воздействия силы имеют серый цвет, без истирания и растровых линий. Поршень ломается внезапно, без постепенно образующегося излома.
При усталостном изломе (рис. 2) на поверхности излома образуются растровые линии, позволяющие выявить происхождение и постепенное развитие излома. Поверхности излома часто имеют блеск и места истирания. Причиной усталостного излома является чрезмерная нагрузка на материал поршня.
Чрезмерная нагрузка возникает из-за:
- детонационного сгорания;
- сильных сотрясений поршня, например, в результате сталкивания головки поршня с головкой блока цилиндров;
- дефектов материала;
- слишком большого зазора между юбкой поршня и цилиндром.
Слишком большие деформации поршневого пальца из-за чрезмерной нагрузки (прогиб и овальная деформация) приводят к образованию трещин в бобышке или опоре. Кроме того, усталостные изломы могут быть вызваны трещинами от термических напряжений на днищах поршней.
Излом поршня в бобышке поршня
Описание повреждения
- Образование так называемого излома в виде трещины, проходящей до днища поршня. Последствие: поршень ломается на две части (рис. 1).
- Усталостная трещина бобышки в области средней оси отверстия для поршневого пальца (рис. 2 и 3).
Оценка повреждения
Усталостные изломы бобышки появляются в результате чрезмерной механической нагрузки. Следствиями постоянной чрезмерной нагрузки на материал поршня являются повышенные переменные нагрузки при изгибе и усталость материала. Недостаточное снабжение маслом способствует образованию излома: малая трещина в бобышке поршня постепенно увеличивается даже при нормальной нагрузке. В конечном счете это приводит к расколу поршня.
Возможныe причины
- Нарушения режима сгорания, особенно внезапное воспламенение из-за задержки зажигания.
- Чрезмерное или ненадлежащее применение средств для облегчения пуска при запуске холодного двигателя.
- Цилиндр при неработающем двигателе заполнился водой, топливом или маслом (гидравлический удар).
- Повышение мощности (например, электронный тюнинг) с использованием серийного поршня.
- Применение неподходящего или облегченного поршневого пальца. Из-за овальной деформации поршневого пальца подшипник пальца подвергается чрезмерной нагрузке.
Kизлом поршня в результате сталкивания днища поршня с головкой блока цилиндров
Описание повреждения
- Следы ударов на днище поршня (рис. 1), торцевой поверхности головки блока цилиндров и обоих клапанах (без рис.).
- Излом в направлении поршневого пальца вследствие сотрясений и воздействия силы.
- Юбка поршня имеет излом в нижней кольцевой канавке для масла, поверхности излома имеют характер усталостного излома (рис. 2).
Оценка повреждения
Причиной являются продолжительные жесткие удары при сталкивании днища поршня с головкой блока цилиндров. При этом поршень подвергается такому сотрясению, что в нем образуются трещины. Кроме того, происходит перекос поршня в цилиндре, а юбка поршня ударяется о стенку цилиндра. В поршнях с нижним маслосъемным поршневым кольцом (рис. 2) при этом часто ломается юбка в области нижней кольцевой канавки для масла.
Возможныe причины
- Слишком большой зазор в опорах шатунов или сработавшийся шатунный подшипник, особенно при движении на спуск на очень высоких оборотах.
- Слишком малый зазор между днищем поршня и головкой блока цилиндров (минимальное расстояние между днищем поршня и головкой блока цилиндров) в верхней мертвой точке поршня. Возможные причины:
- Поршни с неверной высотой головки поршня. При ремонте двигателя часто дополнительно обрабатывается торцевая поверхность блока цилиндров. Если после обработки используются поршни с первоначальной высотой головки, то выступ поршня может оказаться слишком большим. Поэтому на случай ремонта предлагаются поршни с уменьшенной высотой головки, так что выступ поршня остается в пределах диапазона допуска, установленного изготовителем двигателя*.
- 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 деталей при производстве, а с другой стороны, для регулирования выступа поршня при ремонте. Поэтому при ремонте необходимо следить за тем, чтобы использовались уплотнения головки блока цилиндров только с предписанной толщиной 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.
* Фирма Motorservice поставляет для многих дизельных двигателей поршни с уменьшенной высотой головки (KH-). Подробности см. в каталоге фирмы «Поршни и компоненты».
Внимание
Контроль свободного хода, который проводится вручную прокручиванием двигателя в холодном состоянии, не является гарантией того, что поршень при достижении рабочей температуры не будет сталкиваться с головкой блока цилиндров. Причина: удлинение поршней и шатунов из-за теплового расширения. В результате этого уменьшается расстояние между днищем поршня и головкой блока цилиндров. Особенно в двигателях для коммерческих автомобилей с большой высотой головки поршня появляются существенные изменения размеров, из-за которых свободный ход поршня в верхней мертвой точке уменьшается еще на несколько десятых долей миллиметра.