Цилиндропоршневая группа. Износ. Способы проверки износа
И что бы далее понимать друг друга, давайте определимся с некоторыми понятиями, терминами и определениями.
Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определённой последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом. Рабочий цикл четырёхтактного двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода (расширения) и выпуска.
Поршень, движущийся в цилиндре, проходит расстояние равное расстоянию между верхней и нижней мёртвыми точками.
Это расстояние называется ходом поршня . Двигатели, у которых ход поршня меньше его диаметра, носят название «короткоходных». За один ход поршня кривошип коленчатого вала проходит расстояние равное двум его радиусам, т.е. совершает полуоборот (180°)
Объем цилиндра , заключённый между крайними положениями поршня в цилиндре (между мёртвыми точками) называют рабочим объёмом цилиндра (Vр). Сумма рабочих объёмов всех цилиндров двигателя, равняется рабочему объёму двигателя, называемому иначе как «литражом двигателя».
Сумма рабочего объёма цилиндра (Vр) и объёма камеры сгорания (Vксг) равняется полному объёму (Vп).
Литраж двигателя (рабочий объём) указывается в технической характеристике автомобиля.
Чем больше литраж двигателя, тем выше его мощность и удельный расход топлива.
Камерой сгорания называют объём цилиндра над поршнем, при положении поршня в верхней мёртвой точке. Топливно-воздушная смесь в цилиндре сжимается поршнем как раз до этого объёма и сгорает в этом объёме после воспламенения. Отношение объёма смеси, поступившей в цилиндр на такте впуска, к объёму смеси, сжатой до объёма камеры сгорания при такте сжатия, называют степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается смесь и определяется по формуле n = Vп/Vксг.
Степень сжатия бензиновых двигателей лежит в пределах 8 – 12, дизельных – в среднем 18 – 22. От степени сжатия зависит топливная экономичность и мощностные характеристики двигателя. Степени сжатия двигателей ограничиваются, у бензиновых двигателей – свойством применяемого топлива (бензина), у дизельных – конструктивными особенностями применяемых материалов, из которых изготавливаются детали двигателя и которые с повышением степени сжатия должны выдерживать большие нагрузки. Свойства бензинов описываются октановым числом бензина, характеризующим его антидетонационную стойкость. Антидетонационная стойкость топлива тем выше, чем больше его октановое число (А –80, 93, 95, 98 и др.). Конструкция двигателя предполагает применение бензина со строго заданным октановым числом (регламентируется заводом изготовителем). Применение бензина с меньшим октановым числом приведёт к работе двигателя с детонацией и, как следствие, к преждевременному износу, или поломке двигателя. Высокооктановые бензины при сгорании выделяют больше тепла.
Детонационное сгорание рабочей смеси (детонация) предполагает нехарактерно быстрое сгорание (взрыв) топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя, приводящее к повышению нагрузок, в первую очередь на детали цилиндропоршневой группы. Скорость распространения фронта пламени, сгорающего в цилиндре топлива, может возрастать с 40 м/сек. до 2000 м/сек. и более. Признаком работы двигателя с детонацией являются характерные и хорошо прослушиваемые стуки, получившие название детонационных стуков. Детонационные стуки возникают вследствие вибрации стенок цилиндра и других деталей ЦПГ под воздействием «ударной волны». Причиной детонации может быть:
применение топлива с октановым числом ниже рекомендованного инструкцией производителя перегрев двигателя , перегрузка двигателя по оборотам или крутящему моменту чрезмерно раннее зажигание, а также та или иная совокупность перечисленных явлений.
Работа двигателя с детонацией может сопровождаться перегревом двигателя, падением его мощности и высоким расходом топлива.
Следствием работы двигателя с детонацией могут быть поломки перемычек между кольцами на поршнях, поломки самих колец, оплавление кромки и/или прогорание днища поршня.
Калильное зажигание — самопроизвольное и несвоевременное воспламенения смеси от сильно нагретых деталей двигателя (юбки свечи, кромки поршня, кромки клапана, тлеющего нагара и т.п.).
Причиной появления калильного зажигания может быть: повышенное нагароотложение на днищах поршней несоответствие свечей зажигания данному типу двигателя
На работающем двигателе, при движении поршня к нижней мёртвой точке силы, действующие на поршень, прижимают его к правой стенке цилиндра, а при движении к верхней мёртвой точке, к левой. При переходе поршня через мёртвые точки происходит изменение опоры поршня (перекладка поршня) с одной стенки цилиндра на другую.
Изменение направления действия сил в цилиндре приводит к неравномерному износу цилиндр а (под овал и под конус с образованием износного уступа в верхней части цилиндра).
Давление, создаваемое поршнем в цилиндре в конце такта сжатия называется компрессией .
Величина компрессии зависит от: степени сжатия двигателя состояния деталей цилиндропоршневой группы и клапанов.
Измеряя компрессию в цилиндрах двигателя, мы только косвенно можем судить о степени изношенности соответствующих деталей или об их неисправности.
Фазы газораспределения
Это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек.
Как видите, существует достаточно много нюансов, из-за которых может происходить износ ЦПГ и снижаться свойства работы камеры сгорания и, значит, свойства двигателя в целом.
Он перестает «работать нормально», как обычно говорят.
О способах проверки износа ЦПГ говорилось уже много, но это не значит, что сказано уже всё и говорить больше не о чем.
Говорить о чем есть.
Например, о «степени сжатия».
Одни говорят, другие повторяют, что «степень сжатия двигателя не меняется на протяжении всей эксплуатации двигателя».
Неправильно . Меняется. Пусть по-разному, больше или меньше, но меняется.
Например, от величины нагара в камере сгорания и на клапанах.
И после пробега автомобиля в сто или двести тысяч километров, после эксплуатации и обслуживании автомобиля «по-русски», степень сжатия будет отличаться от той, которая была вначале, когда автомобиль сошел с конвейера.
И если уж мы заговорили о нагаре, то надо обязательно упомянуть о другой его отрицательной стороне – уменьшении теплоотвода в стенки.
По этой причине температура топливо-воздушной смеси и давление в конце такта сжатия повышается, что может провоцировать возникновение детонации.
Косвенно наличие нагара в камере сгорания можно определить при помощи т.н. «калильного теста».
Это когда отключаем катушку зажигания (и не забываем про обязательные условия безопасного отключения) и запускаем двигатель.
Если завелся или сделал попытки завестись, то можно предположить о наличии нагара в камере сгорания.
Более точную проверку по нагару можно провести при помощи автомобильного эндоскопа, например, такого: http://www.autodata.ru/autodata.ru/endoscope.pdf. Или других, коих существует великое множество.
На этом рынке приборов цена = качеству и возможностям устройства.
Состояние цилиндро-поршневой группы обычно проверяют при помощи компрессометра.
Однако эта проверка является весьма относительной, так как на её показания влияют разного рода причины, например:
— насколько сильно она может «раскрутить» двигатель при проведении теста
— разряженная или «полумертвая» батарея не даст возможность провести тест правильно
Неточные выводы
Невозможность установления точной причины пониженной или увеличенной компрессии: если компрессию измерить на холодном и горячем двигателе, то её величина будет разной. На «холодном» двигателе – меньше, на «горячем» больше. И причина здесь не только в величине сжатия холодного или горячего воздуха поступающего в цилиндры, а и в клапанах, имеющих разный коэффициент расширения при разных температурах.
Состояние дроссельной заслонки: при открытой или закрытой показания будут разными.
Состояние «обратного» клапана самого компрессометра: если он «пропускает», то показания будут неверными.
Нельзя провести тест, если стартер неисправен или двигатель снят с автомобиля для ремонта.
Нельзя определить состояние деталей группы поршня: поршень, поршневые кольца (компрессионные и масляные), стопорные кольца и заглушки. Эти детали определяют герметичность рабочей полости.
Кроме того, неточные показания компрессометра могут быть вызваны не только износом гильз цилиндров, поршней, компрессионных колец, но и другими причинами:
нарушение тепловых зазоров в клапанном механизме износ направляющих втулок клапанов
прогорание клапана или поршня негерметичность впускных и выпускных клапанов дефекты прокладки ГБЦ закоксовывание поршневых колец или их физическое разрушение
И не стоит забывать, что при проведении теста при помощи компрессометра, надо опираться не на «количественные» показания прибора ( цифры на шкале ), а обращать внимание на разность показаний между цилиндрами и выводы делать только из этих данных.
Что бы избежать таких погрешностей измерения и более точно определить состояние цилиндро-поршневой группы, применяется пневмотестер – « индикатор утечек в надпоршневом пространстве » .
 |
 |
Надо сразу отметить, что пневмотестер не заменяет компрессометр , это совершенно другой прибор с другими целями и задачами.
Устройство и принцип работы замечательно простой:
два манометра соединенных между собой через каллибровочное отверстие (стрелка на фото вверху) регулятор давления на входе соединительные шланги
При проведении измерений надо обращать внимание на инструкцию в прибору: каждый производитель делает свое каллибровочное отверстие и полученные данные необходимо интерпретировать через инструкцию к устройству.
Далее и обязательно:
прогреваем двигатель до рабочей температуры фиксируем коленчатый вал от проворачивания выставляем поршень проверяемого цилиндра в ВМТ в конце такта сжатия
Если показания двух манометров одинаковые – утечек нет.
Если разные – есть.
По разности давлений (показаний прибора), можно судить о состоянии ЦПГ.
Можно косвенно определить состояние ЦПГ по звуку, назовем это — «по шипению», что будет означать утечку в том или ином месте, к примеру, если мы слышим звук из: клапанной крышки: неплотное прилегание поршневых колец, прорыв газов в картер выхлопной трубы: негерметичность выпускного клапана пузыри в расширительном бачке охлаждающей жидкости: прокладка ГБЦ перетекание воздуха в соседний цилиндр – прокладка между цилиндрами
Вот так или приблизительно так звучал ответ на вопрос по износу ЦПГ и способах его проверки на курсах обучения автомобильной Диагностике преподавателем Козырой Андреем Николаевичем .
Большая выработка в цилиндрах
В порцессе вскрытия обнаружились ранее неизвестные обстоятельства и появились новые задачи…
Так, я узнал, что дрыгатель неслабо насиловали, но в тоже время пытались делать капремонт — о чем свидетельствует ВТОРОЙ ремонтный комплект поршневых колец. Примечательно, что поршня остались номиналы — т.е. бывший хозяин решил сэкономить…
Еще одна особенность нашего, национального, воспитания.
По ГБЦ мы имеем мертвые клапаны — толком не работали на выпуск. Зато порадовали впускные. В принципе это все не страшно — станок все вылечит.
Гидрокомпенсаторы умерли
Маслосъемные колпачки естественно под замену
а теперь самое фиговое…
Выработка в цилиндрах: 0.5! 0.3, 0.3, 0.3
Была вторая расточка — сейчас цилиндры на 81.5 (плюс выработка), надо точить до 82, но в природе не существует PG-шных поршней с диаметром 82…
Собсно есть несколько вариантов:
1. Ищем поршни с требуемыми параметрами, но двигатель оснащен компрессором, поэтому х\з
2. Гильзование блока под номинальные поршни на 81. Сейчас в продаже есть поршни фирмы Mahle Kolben идут в комплекте с поршневыми кольцами и пальцами.
3. Гильзование блока под старые поршня. с этом случае мы меняем поршневые кольца на номинал. Вариант плох тем — что в старых поршнях есть выработка от колец…
Как видно из всех трех вариантов — я в неприятной ситуации…
Все три способа лечения были предложены работниками автосервиса + человек, который занимается расточкой, объяснил мне плюсы и минусы каждого варианта. Посовещавшись с отцом, ни к чему не пришли — он против гильзования — он в молодости работал токарем и не верит в гильзу толщиной 1.5 мм, глубоко внутри, я разделяю его точку зрения…
Собственно вопросы — Есть ли какие-то еще варианты? То, что мне предложили — развод али нет?
Дефектовка двигателя: блок цилиндров
Блок цилиндров – самая важная часть автомобильного двигателя. Именно он служит «базой», основой всего мотора. Если блок выйдет из строя, автовладельца ждут немалые проблемы – не столько технические, сколько юридические, поскольку блок цилиндров – номерная деталь, и этот номер указан в регистрационных документах на автомобиль. Грамотная дефектовка блока цилиндров позволит определить не только причины выхода мотора из строя, но и его пригодность для дальнейшей эксплуатации.
Дефект 1. Глубокие задиры на поверхности цилиндра
Причины:
• Ослаблена посадка поршневого пальца в верхней головке шатуна или нарушена его фиксация в бобышках поршня.
• Перегрев двигателя, в результате которого разрушаются поршни.
• Попадание в цилиндры двигателя посторонних предметов.
Действия:
Замените шатуны или поршни. Проверьте систему охлаждения и при необходимости отремонтируйте ее. При наличии подобных повреждений блок цилиндров ремонтируется гильзовкой.
Дефект 2. Царапины на поверхности цилиндра
Причины:
• Поломка поршневых колец.
• Поломка перемычек на поршнях между канавками под поршневые кольца.
• Перегрев двигателя.
• Длительная эксплуатация мотора с поврежденным воздушным фильтром или вовсе без него.
Действия:
Проверьте правильность установки системы зажигания и при необходимости отрегулируйте ее. Применяйте бензин с предписанным октановым числом. Проверьте систему охлаждения и при необходимости отремонтируйте ее. При наличии подобных повреждений блок цилиндров, как правило, ремонтируется расточкой в следующий ремонтный размер или гильзовкой.
Дефект 3. Выработка поверхности цилиндра
Причины:
• Неисправность системы питания.
• Неисправность системы зажигания.
Действия:
Проверьте систему питания, отремонтируйте и отрегулируйте ее. Проверьте и отрегулируйте систему зажигания. При сильном износе поверхности цилиндров блок ремонтируется расточкой в следующий ремонтный размер или гильзовкой. Примечание: Косвенным признаком сильного износа является отсутствие на поверхности цилиндров сетки хона. Проверку выработки, эллипсности и конусности каждого цилиндра следует выполнять так: с помощью индикаторного нутромера, настроенного на требуемый размер, промеряем каждый цилиндр в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в верхней, средней и нижней частях цилиндра. Особенно сильный износ наблюдается, как правило, в зоне верхней мертвой точки, то есть там, где «останавливается» верхнее компрессионное кольцо. Если выработка в цилиндрах превышает 0,1 мм, а эллипсность составляет более 0,05 мм, блок ремонтируется расточкой и последующей хонинговкой в следующий ремонтный размер или гильзовкой.
Дефект 4. Трещины в цилиндрах
Причины:
• Перегрев двигателя.
• Разрушение поршня и шатуна в результате гидроудара или попадания посторонних предметов в цилиндр.
Действия:
Как правило, при наличии трещин в цилиндрах блок не ремонтируется, а списывается. В исключительных случаях поврежденный цилиндр можно загильзовать. Проверьте и отремонтируйте систему охлаждения. Проверьте целостность впускного и выпускного трактов. Замените поврежденные детали.
Примечание: Определить наличие трещин в блоке цилиндров и их размеры можно с помощью опрессовки.
Дефект 5. Трещины на верхней плоскости блока, в районе отверстий под болты головки
Причины:
• Блок перед сборкой был плохо промыт и не продут, в результате чего осталась жидкость или грязь в резьбовых отверстиях для болтов, крепящих головку блока.
• Неправильная затяжка болтов головки блока.
• Перегрев двигателя.
Действия:
Требуется замена блока цилиндров. В исключительных случаях возможна заварка трещин и последующая механообработка блока.
Дефект 6. Трещины, пробоины и обломы приливов на других поверхностях блока цилиндров
Причины:
• Обрыв шатуна.
• Разрушение поршня.
• Последствия аварии, в которой произошла деформация моторного отсека.
• Общий перегрев двигателя.
• Неправильная затяжка крепежных болтов.
Действия:
Требуется замена блока цилиндров. В некоторых случаях возможна заварка трещин и последующая механообработка блока.
Дефект 7. Разрушение резьбы в крепежных отверстиях
Причины:
• Неправильная затяжка крепежных болтов.
Действия:
Рассверлите отверстия и нарежьте резьбу большего диаметра. Возможна установка футорок.
Дефект 8. Износ постелей коренных вкладышей и дополнительных валиков.
В обязательном порядке проверьте состояние посадочных мест под коренные вкладыши и втулки распредвала и вспомогательных валов. Особенно важна эта процедура для двигателей тяжелых грузовиков и строительной техники. Крышки коренных опор и их посадочные места тщательно очищаются от загрязнений, после чего крышки устанавливаются на свои места, а крепежные болты затягиваются предписанным моментом с помощью динамометрического ключа. Индикаторный нутромер настраивается на требуемый размер (номинальный диаметр постели коленчатого вала). Промеряем каждую опору в нескольких плоскостях. Отличия полученных размеров от номинального не должны быть более 0,02 мм. В противном случае необходимо произвести операцию по ремонту постели коленчатого вала.
Подобным же образом проверяются и посадочные отверстия под различные втулки. Их можно отремонтировать путем установки новых втулок с увеличенным наружным диаметром.