Как пользоваться оправкой для поршневых колец

Оправка для поршневых колец (видео)

оправка

главное хорошо смазать, чтобы поршень легко выходил с оправки, а в блоке между ним и гильзой есть уже зазор

Комментарии 7

Штука хорошая, только если блок не гильзованый, там фаски маленькие . На гильзованые точим из НОВОЙ гильзы оправку с конусом 4-5 градусов . На ответ, точили из старой — не не знаю, как сняли "ступеньку" нагортовки . Если только шлифовкой . За это деньги пару гильз можно кутить .

лучше конусный стакан, практичнее и навека ))

Что касается компрессора(а это так и называется!), их из 5-6 видов пригоден только один! Производитель не имеет значения! Обязательно наличие на стороне, обращенной к гильзе штампованных выступов, не дающмх ленте затянуться в зазор между поршнем и гильзой. (Есть и такие!)Хрповой механизм обязательно каленый-жестянка слижется после 2 комплектов колец.Проверяется при покупке надфилем. Ресурс такой приспособы-около 100 поршней, потом начинаются отказы. После первого отказа-безжалостно заменяется на новую!И тренировка НАКОШКАХ приветствуется!)))

Как пользоваться оправкой для поршневых колец

Эти детали служат уплотнителем между поршнем и цилиндром. Они ответственны за выполнение 2 функций:

1. Не дают излишкам моторной смазки спускаться в отсек внутреннего сгорания, оставляя небольшой слой смазки на стенках детали. Это делает маслосъемное кольцо.
2. Делают герметичной камеру сгорания и отводят горячие газы от поршня. Это задача для компрессионных колец.

Первое компрессионное кольцо выплавляют из надежного и прочного материала, который выдерживает большие градусы температуры, но не сильно расширяться при нагреве. Специальное покрытие на детали снижает процент трения и защищает от коррозии. Форма кольца дугообразная с концевым зазором. Это необходимо, чтобы после установки запчасть плотно прижимала поршень.

Второе компрессионное также плотно прилегает к поршню и помогает снимать излишнюю смазку. Оно не контактирует с большими температурами, поэтому изготавливают его из менее прочных материалов. Различное строение изделий объясняется разным действием.

Маслосъемное кольцо расположено ниже всех. Оно убирает излишки масла и оставляет тонкую пленку смазки, что уменьшает силу трения компрессионных и продлевает срок их службы. Смена поршневых деталей поможет вернуть мотору первоначальные качества.

Монтаж и демонтаж поршневых колец

Проведите тщательную очистку бывшего в употреблении поршня от прилипшей грязи. Обращайте внимание особенно на то, чтобы кольцевые канавки были свободны от масляного нагара и грязи. Прочистите при необходимости отверстия для обратного стока масла с помощью сверла или другого подходящего для этого инструмента.

Обращайте внимание на то, чтобы не повредить боковые поверхности канавки при удалении из них масляного нагара. У нижней боковой поверхности канавки речь идёт об уплотняющей поверхности. При эксплуатации повреждения из-за царапин могут повлечь за собой чрезмерный расход масла или усиленный прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя.

Для монтажа и демонтажа поршневых колец непременно используйте специальные щипцы для ихустановки. Другие вспомогательные средства, как, напр., петли из провода или отвёртки повреждают и поршневое кольцо и поршень.

Инструменты и приспособления для работы

Для самостоятельной замены деталей понадобятся:

1. Расширитель поршневых колец, для того, чтобы развести запчасти и не повредить их.
2. Ключ со встроенным динамометром и набор насадок под него.
3. Обжимное устройство.
4. Молоток для простукивания деталей.
5. Тиски, чтобы закрепить поршень.
6. Моторное масло для свежей обработки.
7. Ветошь, чтобы убрать старую смазку с деталей.

Возможно понадобятся еще некоторые приспособления. Но это уже дело личных предпочтений. Так как вышеуказанный инвентарь хорошо справляется с поставленной задачей.

Инструкция по правильной установке поршневых колец на поршень

Ремонт автомобиля при желании и наличии свободного времени возможно выполнять самостоятельно. Владелец транспортного средства должен соблюдать схемы, порядок и последовательность инструкции.

Подготовка

Перед предстоящим монтажом колец проводят подготовительные мероприятия:

• снимают клеммы аккумулятора, чтобы двигатель был обесточен;
• сливают масло и антифриз;
• убирают крышку цилиндра и смотрят, в каком виде находятся гильзы;
• изучают руководство по эксплуатации, которое идет вместе с новыми запчастями.

Установка на поршень

Подготовка выполнена, можно приступить к монтажу колец на поршень, для этого его закрепляют в зажиме. Деталь будет прочно зафиксирована, и не понадобится сторонняя помощь. Далее убирают остатки нагара старой смазывающей жидкости с поршня. В противном случае кольца не ровно встанут. Необходимо соблюдать очередность установки комплекта. Маслосъемное идет первым:

• устанавливают пружину;
• сверху крепят само кольцо.

Затем второе и первое компрессионные. При установке главное не перестараться и не растянуть изделия, чтобы они не дали трещину. Для этого лучше использовать расширитель поршневых кругов. С помощью этого инструмента раздвигают детали до нужного размера и насаживают на поршень.

Важным моментом является соблюдение ориентирование изделий относительно поршня. Если пренебречь этим правилом, может ощутимо возрасти расхода топливной жидкости. Если верить инструкции, расположение замков поршневых колец друг от друга должно быть на 120°. Каждое кольцо имеет свою надпись с пометками. Верхние имеют маркировку «тор», и этой стороной кольцо и должно быть направлено в сторону днища поршня.

Установка поршней в цилиндр

Специальное зажимное приспособление используют для легкого входа поршня в цилиндр. Такое устройство можно сделать из железной банки или купить в магазине. Для лучшей проходимости его изнутри смазывают машинным маслом. Затягивать гайку прибора нужно, соблюдая меру, чтобы оно сдвигалось вокруг поршня от умеренной нагрузки.

Далее слегка постукивают молотком по приспособлению, чтобы оно хорошо встало на поршень. После его снимают с опоры и убирают бугель. Заранее смазанный свежим маслом шатун надевают на поршень. Устанавливать поршень нужно ровно. Ориентиром станут соседние, если их не снимали или установили раньше.

Молотком стараются добиться равного обхвата гильзы обжимным устройством. Когда нужная плотность прилегания достигнута, нужно несильными ударами вбить деталь в цилиндр.

Далее крепится шатун. Тут тоже есть свои нюансы. Сначала наживляют шурупы стяжки вручную. Дальше можно воспользоваться динамометрическим ключом, и затянуть болты до конца. Но главное не перестараться, так как это может повлиять на работу двигателя.

В завершении собирают мотор и поддон картера возвращают на место.

Как отмечают эксперты Kolbenschmidt, во время этой процедуры поршневое кольцо подвергается самой большой механической нагрузке. Неумелое надевание колец невыгодно отражается на созданном в процессе производства контуре и распределении радиального давления кольца. В результате желаемый эффект уплотнения или проявляется лишь частично, или его нет вообще. Поршневое кольцо можно растягивать до тех пор, пока внутренний диаметр не будет равен наружному диаметру поршня. Дальнейшее растягивание ведет к деформации кольца, особенно на его спинке (рис. 1), что в установленном состоянии приводит к значительным проблемам с герметизацией.

Разрывы, отслаивание покрытия (прежде всего у колец, наполненных молибденом), меньшее усилие прижатия на спинке кольца и возникающие серповидные зазоры (рис. 2) являются проблемами, которые затрудняют работу кольца или вовсе выводят его из строя.

Специалисты Kolbenschmidt обращают самое пристальное внимание ремонтников: никогда не разгибайте поршневые кольца якобы для повышения упругости! При растягивании стыковых концов кольцо деформируется только на одном месте — в его спинке, упругость кольца из-за этого не повышается. Наоборот, при усиленном разгибании кольцо теряет свою круглую форму и никогда не сможет больше правильно уплотнять.

Шаг за шагом

Приступая к выполнению операции по монтажу и/или демонтажу поршневых колец, проведите тщательную очистку бывшего в употреблении поршня от прилипшей грязи. Особенно обращайте внимание на то, чтобы кольцевые канавки были свободны от масляного нагара и грязи. Прочистите при необходимости отверстия для обратного стока масла с помощью сверла или другого подходящего для этого инструмента.

Постарайтесь не повредить боковые поверхности канавки при удалении из них масляного нагара. У нижней боковой поверхности канавки речь идет об уплотняющей поверхности. При эксплуатации повреждения из-за царапин могут повлечь за собой чрезмерный расход масла или усиленный прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя.

Для монтажа и демонтажа поршневых колец непременно используйте специальные щипцы для их установки. Другие вспомогательные средства, такие как, например, самодельные петли из провода или отвертки, повреждают и поршневое кольцо, и поршень. В ассортименте Kolbenschmidt есть специальный монтажный набор для поршневых колец.

Никогда не натягивайте кольца рукой (исключение: маслосъемные поршневые кольца со стальными пластинками). Существует не только опасность излома кольца, его деформации и растяжения, но и риск получить ранение от острых краев кольца, если оно разломается. И учтите: быстрое надевание поршневого кольца рукой без его поломки с одной стороны действительно доказывает ловкость механика, но с другой, тем не менее, — повреждает поршневое кольцо в большинстве случаев уже при монтаже.

Кроме того, никогда не натягивайте кольца на поршень показанным способом (рис. 4). Если кольцо деформируется и не лежит ровно в канавке, то оно больше не вращается в этой канавке, изнашивается только с одной стороны или не совсем достаточно уплотняет. Тем не менее дело обстоит хуже, если с колец с молибденовым покрытием слой молибдена сходит или надламывается. Если потеря скользящего слоя не происходит уже при монтаже, то это случается, самое позднее, при обкатке двигателя. Скользящий слой отделяется и повреждает поршень и поверхность цилиндра. Поршень заедает в диаметре цилиндра, потому что горячие отработавшие газы продуваются между поршнем и стенкой цилиндра. Оторвавшиеся частички повреждают поршень и рабочие поверхности цилиндра.

Избегайте излишнего снятия и надевания поршневых колец. При каждом монтаже кольца немного деформируются. Не снимайте кольца с уже ранее собранных поршней снова, чтобы, например, их заново измерить.

Соблюдайте последовательность монтажа колец. Сначала монтируется маслосъемное поршневое кольцо, затем второе, после него — первое компрессионные поршневые кольца.

Обращайте внимание при монтаже на маркировку. «Тор» (рис. 5) означает, что эта сторона должна указывать наверх, к камере сгорания. Если вы не уверены или нет маркировки «Тор», тогда вставляйте кольцо надписью наверх. «Тор» не значит, что речь идет о первом компрессионном поршневом кольце.

Проверьте, могут ли кольца свободно прокручиваться (вращаться) в кольцевых канавках (рис. 6). Также проверьте, исчезает ли полностью кольцо по всей длине окружности в кольцевой канавке, то есть рабочая поверхность кольца не должна выходить за пределы юбки поршня (рис. 7). Это важно, так как при недостаточном зазоре на дне канавки (неправильное кольцо или нагар на дне канавки) корректная работа кольца не гарантирована.

При монтаже маслосъемных поршневых колец, состоящих из двух частей, всегда обращайте внимание на положение спирального витого пружинного расширителя (рис. 8). Концы расширителя всегда должны быть расположены напротив стыка поршневого кольца.

У состоящих из трех частей колец правильное положение пружины-расширителя является обязательным для выполнения функции удаления масляной пленки (рис. 9). В любом случае перед монтажом проверьте также у поршня с уже вставленными кольцами положение пружины-расширителя. Во время транспортировки концы пружины находятся в ненатянутом состоянии и могут находить друг на друга. Обе цветные маркировки на концах пружины должны быть видны (рис. 10). Если они не видны, то концы пружины перекрываются внахлестку и кольцо не функционирует. Все стыки маслосъемного поршневого кольца, состоящего из трех частей (обе стальные пластины и пружина-расширитель), должны вставляться смещенными на 120° по отношению друг к другу.

Сместите стыки поршневого кольца, готового для монтажа поршня, таким образом, чтобы они лежали под углом примерно 120° по отношению друг к другу. Они помогают поршню и, соответственно, кольцам при первом запуске двигателя: при первом запуске двигателя сжатие несколько ниже, так как поршневые кольца еще не приработались. При помощи смещения стыковых концов по отношению друг к другу можно помешать тому, чтобы при первом пуске двигателя слишком много газов просачивалось из камеры сгорания в картер двигателя и вследствие этого двигатель плохо заводился.

Вставка поршня во внутренний диаметр цилиндра

Если при ремонте уплотнительная поверхность блока цилиндров не подвергалась чистовой обработке, основательно очистите ее от остатков прокладки. Тщательно очистите все резьбовые отверстия от грязи, масла и охлаждающей жидкости, которая, возможно, еще там есть. Проведите всю работу по очистке, прежде чем вставлять поршни в диаметры цилиндров.

Смочите свежим моторным маслом все поверхности в поршне. Не забудьте поршневой палец и шатунный подшипник. При монтаже обращайте внимание на направление поршня (маркировка для монтажа на днище поршня, в клапанных карманах). Очистите внутреннее отверстие цилиндра еще раз ветошью и смочите его также моторным маслом.

Проверьте натяжную ленту поршневого кольца на наличие повреждений и вмятин, устраните их и при необходимости поменяйте инструмент. При монтаже поршня обращайте внимание на то, чтобы натяжная лента или коническая монтажная втулка ровно лежала на уплотнительной поверхности головки блока цилиндров.

При монтаже поршня не должно быть сильного давления. Если поршень не хочет скользить внутри цилиндра, непременно проверьте натяжную ленту поршневого кольца. Не перекручивайте место открытия ленты таким образом, чтобы оно находилось на том же месте, где и стыковые концы колец. Не устанавливайте поршни в двигатель без монтажного инструмента (риск получения травмы, опасность повреждения кольца).

Если для монтажа используется рукоятка молотка, то на днище поршня может действовать только вес самого молотка. Никогда не используйте молоток для того, чтобы силой вогнать поршень в диаметр цилиндра. Если поршневые кольца не ломаются уже при монтаже, они все-таки могут погнуться и из-за этого недостаточно хорошо выполнять свои функции (рис. 14).

Монтаж с применением силы не только вредит кольцам, но также может повредить поршень. Это важно особенно для поршней бензиновых двигателей. У них жаровые или рабочие пояса очень тонкие, и при ударе кольца легко надламываются или совсем разламываются. Результат: потеря мощности и скорый (и дорогой) ремонт.

Избегайте того, чтобы грязь и песок попадали в диаметр цилиндра после того, как поршни уже встроены. Положите при необходимости чистую ткань на/в отверстия, чтобы предотвратить загрязнение. Особенно тогда, когда работы проходят в пыльной обстановке и/или вне помещения.

Запуск и обкатка двигателя

Если речь идет о запуске двигателя, то обычно имеют в виду все двигающиеся элементы конструкции, которые должны быть подогнаны друг к другу. Это, в принципе, правильно, но особенно это касается поршневых колец. Поршневые кольца — это те элементы конструкции, которые из-за их функций подвергаются наибольшей нагрузке и должны не только приработаться к поверхности других движущихся деталей, но также еще отлично уплотнять. Поэтому поршневые кольца являются теми элементами конструкции, которые извлекают наибольшую пользу из предписанного и вместе с тем корректного запуска двигателя. Далеко не все снабжаемые маслом под давлением элементы конструкции должны так справляться при запуске с высокими нагрузками, как поршневые кольца.

Часто клиенты и техники имеют разные точки зрения на процедуру запуска двигателя и его обкатки после ремонта. С одной стороны, существует мнение, что время обкатки от 500 до 1500 км по-прежнему необходимо, с другой — что в обкатке нет никакой необходимости. Последнее высказывание следует также не в последнюю очередь из данных некоторых производителей двигателей, не предполагающих специальной обкатки мотора. Оба мнения верны и имеют свои обоснования. Здесь нужно только делать различие между совершенно новыми и отремонтированными двигателями.

Как отмечают эксперты Kolbenschmidt, сегодня совершенно новые двигатели изготавливаются с помощью самых современных методов производства. Пары скольжения выполняются так, что благодаря специальным производственным процессам изготовления элементов конструкции уже при производстве предвосхищаются и симулируются процессы, аналогичные происходящим во время обкатки двигателя. Это происходит благодаря не только специальным процессам производства (например, у рабочих поверхностей цилиндра), но и тончайшей обработке остальных движущихся деталей. При этом в основном речь идет о процессе притирки, чтобы освободить поверхности от возникших во время обработки тончайших заусенцев и неровностей. Раньше этот процесс пригонки был предоставлен скользящим друг по другу деталям, которые должны были прирабатываться во время обкатки друг к другу. Тем не менее этот процесс проходил не без значительной потери материала. Поршневые кольца теряли, к примеру, уже в течение первых часов эксплуатации значительную часть их резервов износа. Особенно в сегодняшнее время, когда дискуссии возникают из-за каждого миллиграмма выброшенных вредных веществ, требуются двигатели, которые уже с самого начала имеют определенные показатели расхода топлива и вместе с тем предельно допустимые показатели токсичности отработавших газов.

Обкатка двигателя, при которой скользящие друг по другу поверхности должны сначала благодаря трению приработаться, при этом сильно изнашиваясь, в современном моторостроении едва ли мыслима. В конце концов, конечный потребитель ожидает того, что автомобильный пробег будет во много раз больше, чем тот, который был оптимальным 25 лет назад. Не в последнюю очередь совершенно новое транспортное средство проходит, пока оно побывает в различных логистических центрах и при транспортировке, настоящий «марафон» запусков холодного двигателя. Нередко двигатель должен переносить до 150 холодных запусков без того, чтобы когда-нибудь достичь рабочей температуры. Двигатель, который еще должен был бы обкататься, имел бы в этих условиях плохой старт.

Дальнейшая причина упрощения процедуры по обкатке двигателей для совершенно новых транспортных средств состоит в том, что из-за сегодняшней интенсивности дорожного движения автомобили едва ли могут достигать пределов их мощности. Даже на скоростных автомобильных магистралях в Германии, не ограниченных пределом скорости движения, сегодня едва ли возможно развить максимальную скорость и, соответственно, использовать номинальную мощность двигателя в течение более длинного периода. Водитель, который раньше ездил на автомобиле с мощностью 30 кВт и при небольшой скорости, довольно быстро передвигался, умудрялся без проблем уже на обыкновенном шоссе использовать свое транспортное средство в течение длительного времени при полной нагрузке.

А вот отремонтированным двигателям, в которых используются новые гильзы цилиндра или у которых диаметры цилиндра до следующего размера доводятся хонингованием или растачиванием, очень необходима хорошая обкатка. На практике на предприятиях по ремонту двигателей (в зависимости от имеющегося машинного парка и производственного оборудования) не всегда возможно так точно и так чисто работать, как на производстве.

Понятно, что бывшие в употреблении двигатели после ремонта уже больше не станут новыми. Часто новые и бывшие в употреблении детали комбинируются, и двигатели по причине издержек полностью не проверяются. Поэтому обкатка необходимее всего тогда, когда подгоняются диаметры цилиндров, головки цилиндров или коленчатые валы. На практике часто невозможно достичь тех же параметров обработки, как при начальном производстве, так как их значения часто неизвестны или находящиеся в распоряжении машины допускают только стандартную обработку. По этим причинам — специалисты Kolbenschmidt особенно подчеркивают это момент — у отремонтированных двигателей рекомендуется соблюдать далее описанные предписания по их обкатке.

· Двигатель в любом случае обкатывать на дороге или испытательном стенде.

· Транспортное средство полностью не нагружать.

· Двигатель приводить в действие с постоянно переменными частотами вращения до макс. 2/3 максимальной частоты вращения.

· При езде плавно переключать с нижней передачи на верхнюю, своевременно переключать передачи.

· Никакой длительной езды вверх в гору (слишком большая нагрузка).

· Никакой длительной езды вниз с горы (слишком маленькая нагрузка и бесполезный режим принудительного холостого хода).

· Никакого использования тормозных механизмов.

· Никакой езды по скоростной автомобильной магистрали. Не развивать максимальную скорость. Избегать езды на дорогах с пробками.

· Предпочитать поездки на дальнее расстояние и свободное передвижение по городу, однако избегать передвижения по городу при крайне высокой температуре воздуха и в час пик с многочисленными остановками у светофора и простоями.

По мнению специалистов Kolbenschmidt, в период обкатки кроме всего вышеперечисленного крайне важно следить за расходом масла, который может увеличиться. Поэтому имеет смысл проконтролировать уровень масла после 50–100 км и при необходимости его добавить. При заметном падении уровня масла в дальнейшем надо уже контролировать уровень масла через более короткое расстояние. Но и «переливать» не стоит.

Хотя у современных двигателей в совершенно новых автомобилях уже в течение длительного времени нет необходимости в замене масла после первых 500–1000 км, у двигателей после капитального ремонта она все же рекомендуется. Причина этого состоит в том, что часто не все быстроизнашивающиеся детали полностью обновляются или ремонтируются. Из-за ранее случившихся повреждений двигателя часто находится еще много грязи в системе маслообеспечения/маслоподачи или присутствует пыль после чистовой обработки различных компонентов, а также металлическая пыль после приработки, которые с помощью замены масла и — что очень важно — при помощи масляного фильтра должны быть удалены из системы моторного масла.

И такой момент обязательно учтите. Длящийся часами режим работы двигателя на холостом ходу абсолютно вреден для него. При холостом ходе двигатель не обкатывается. Наоборот, он может даже получить повреждение. При режиме холостого хода подшипники и поршни плохо снабжаются маслом, так как масляный насос при частоте оборотов холостого хода поставляет небольшое количество масла. Поток масла через подшипники уменьшен и это происходит, прямо скажем, не в самый благоприятный момент. Именно теперь, когда из-за процессов пригонки деталей повышается тепловыделение по причине трения, необходимое для смазывания и охлаждения масло отсутствует.

Каналы для снабжения маслом и линии при отсутствии потока масла вентилируются и промываются неправильно. Металлическая пыль, остаточная грязь от ремонта или более раннего повреждения, которые еще находятся в системе маслоснабжения, не вымываются достаточно быстро из подшипников скольжения и не смываются со стенки цилиндра. Вся эта грязь остается на месте впуска и вызывает там уже очередной износ. Не нужно забывать также и топливную систему. Именно для дизельных двигателей с новыми или отремонтированными инжекторами важно, чтобы они правильно промывались. Впрыснутое на холостом ходу количество топлива тем не менее очень мало. Достаточно тяжелая в ходу игла распылителя при определенных обстоятельствах также не открывается или распыляет топливо неправильно.

О вреде грязи

Появление грязи в двигателе — это одна из самых частых причин его быстрого износа, а также износа поршневых колец. Повреждения от грязи имеют две основные причины.

Загрязнения проходят в камеру сгорания вместе с впускаемым воздухом. Это всегда происходит тогда, когда автовладельцы/механики пренебрегают техническим осмотром/заменой воздушного фильтра, когда автомобиль передвигается без воздушного фильтра или же если система впуска негерметична и грязь мимо воздушного фильтра попадает в камеру сгорания. Находящаяся в камере сгорания грязь попадает также в кольцевые канавки, где она, смешиваясь с имеющимся там маслом, образует абразивную пасту. Поршневые кольца стираются тогда по высоте, а кольцевые канавки расширяются. Износ, вызванный загрязнениями на поршневых кольцах, проявляется преимущественно в осевом направлении на боковых поверхностях кольца. В поперечном направлении (на рабочей поверхности) кольцо снашивается из-за возникающего полусухого трения, однако не настолько сильно, как на боковых поверхностях. Частым признаком загрязнения в кольцевых канавках являются следы на боковых поверхностях кольца, оставляемые при качении. При этом грязь, которая состоит преимущественно из мелкого песка, выцарапывает при вращении колец и перекосе поршня характерный рисунок на боковой поверхности кольца.

Так как кольца при работе прилегают в основном к нижней боковой поверхности канавки, износ появляется преимущественно на верхней боковой поверхности кольца.

Из-за более раннего повреждения и/или плохо проведенного ремонта грязь может еще находиться в системе циркуляции масла. Тогда грязь начинает с кривошипной камеры совершать на стенках цилиндров и поршней свое разрушительное действие. С помощью циркуляции загрязненного масла частицы загрязнений попадают также на все опорные места в двигателе. Хотя масло и проходит через масляный фильтр, но часто система циркуляции масла не совсем хорошо чистится. Грязь, которая находится на очищенной стороне масляного цикла, попадает на опорные места и приводит к преждевременному износу или к повреждениям.

Часто при повреждении двигателя масляный фильтр настолько засоряется пылью, появившейся при истирании, что открывается клапан байпасного регулирования. Моторное масло попадает тогда в неотфильтрованном виде к местам смазывания. Этот факт нужно принимать во внимание, чтобы избежать капитальных повреждений двигателя по причине полной потери масла в подшипниках. Часто после повреждения двигателя в масляном радиаторе и его смазочных линиях находится большое количество загрязнений. Поэтому безответственно подсоединять новый или отремонтированный двигатель к неочищенному масляному радиатору и сдавать его в эксплуатацию. Такие двигатели из-за повреждения подшипников часто не выдерживают даже испытательного пробега.

Если масляный радиатор из-за повреждения двигателя загрязняется, то нередко чистка обещает мало успеха. В этом случае лучше использовать новый масляный радиатор, чтобы исключить риск повреждения, который появляется в результате применения старого.

Повреждения от грязи, за некоторым исключением, касаются в равной мере всех внутренних отверстий цилиндров, которые делят между собой впускную трубу или впускную перемычку. У соседних внутренних диаметров цилиндров, которые снабжаются через одну и ту же впускную трубу, повреждение от грязи только в одном диаметре цилиндра практически едва ли возможно. Это важное обстоятельство, которое должно быть принято во внимание при диагностировании повреждения. Если только отдельные диаметры цилиндров подверглись сильному износу и негерметичность впускной трубы исключена, тогда, вероятно, имеется избыток топлива в камере сгорания.

Вообще, после повреждений от грязи повреждения и износ из-за избытка топлива в камере сгорания являются второй частой причиной повреждения поршневых колец. При избытке топлива в камере сгорания масляная пленка на стенке цилиндра настолько сильно повреждается, что поршневые кольца трут металлом о металл по стенке цилиндра и при этом очень быстро теряют радиальную толщину. Металлический контакт поршневых колец со стенкой цилиндра может появляться только на короткое время и только в исключительных случаях (например, при запуске холодного двигателя) и недопустим в остальных режимах эксплуатации. Срок службы поршня, поршневых колец и внутреннего отверстия цилиндра значительно укорачивается. В нормальном состоянии скользящие друг по другу детали всегда разделены масляной пленкой. При этом масляная пленка должна быть толще, чем неровности на поверхностях элементов скольжения.

При эксплуатации двигателя из-за сбоев процесса сгорания топливо часто скапливается и конденсируется на стенке цилиндра. Масляная пленка при этом разбавляется или смывается. Благодаря возникающему полусухому трению поршневые кольца полностью снашиваются уже через несколько тысяч километров. Мощность снижается, и потребление масла двигателем увеличивается.

Полусухое трение ведет к слишком сильному радиальному износу поршневых колец и наружной поверхности цилиндра. Его очень легко заметить на обоих рабочих поясках маслосъемного поршневого кольца — оба рабочих пояска полностью стерты. Такого рода радиальный износ, который появляется не только на маслосъемных поршневых кольцах, можно почти всегда зачислить на счет избытка топлива в камере сгорания.

Особенно тогда, когда износ во всех поршнях не выражен равным образом, речь идет об износе из-за полусухого трения при избытке топлива в камере сгорания. Такая ситуация случается очень даже часто и служит доказательством того, что кольца изношены вовсе не из-за предположительно плохого качества материала или неправильной обработки цилиндра. Это произошло бы тогда в равной мере со всеми поршнями и поршневыми кольцами, а не только с определенными цилиндрами.

Износ из-за полусухого трения при избытке топлива в камере сгорания происходит как у бензиновых, так и у дизельных двигателей. У бензиновых двигателей (прежде всего, у более старых карбюраторных двигателей) частые поездки на короткие дистанции и перебои в зажигании являются основными причинами. Бензиновые двигатели нуждаются для начала работы и в период прогрева в намного большем количестве топлива, чем в основном режиме. При частой езде на короткие дистанции при определенных обстоятельствах конденсированное и оставшееся на стенке цилиндра топливо не может испариться и смешивается с моторным маслом. Вследствие этого масло разбавляется, и по причине потери его вязкости появляется смешанное трение. У бензинового двигателя избыток топлива в камере сгорания появляется также из-за дефектных свечей зажигания или катушек зажигания, так как топливо не воспламеняется и не сгорает.

У дизельных двигателей впрыснутая масса топлива воспламеняется в камере сгорания в воздухе с высокой степенью сжатия. При недостаточной компрессии (плохое заполнение) или при плохом качестве топлива происходит задержка самовоспламенения, жидкое топливо сгорает не полностью и накапливается в камере сгорания.

Другими причинами для избытка топлива в камере сгорания дизельного двигателя являются:

· дефектные и неплотные впрыскивающие форсунки;

· дефект топливного насоса высокого давления (ТНВД) и ошибки при его регулировке;

· неправильно проложенные и закрепленные топливопроводы высокого давления (колебания);

· механические ошибки (удары поршня о головку блока цилиндров) из-за неправильного размера выступа поршня, вызванного чистовой обработкой уплотнительных поверхностей и применением прокладок головок цилиндров неправильной толщины;

· плохое заполнение из-за засоренных воздушных фильтров;

· плохое заполнение из-за дефектных или изношенных турбонагнетателей;

· плохое заполнение из-за изношенных или сломанных поршневых колец;

· плохое качество топлива (плохое самовоспламенение и неполное сгорание).

Также при этом виде повреждения нужно делать различие, изношен ли только один определенный или все цилиндры. Для повреждений во всех цилиндрах, скорее всего, существует глобальная причина, такая как плохое качество топлива или плохое заполнение. При повреждениях отдельных цилиндров виновниками чаще всего являются дефектные впрыскивающие форсунки, топливопроводы высокого давления, свечи зажигания или провода высокого напряжения.

Некоторые автовладельцы считают, что проведение ремонта двигателя, и в частности замена поршневых колец, должно привести к улучшению всех характеристик работы двигателя, и в том числе к сокращению расхода масла. При этом даже некоторые механики иногда придерживаются подобной точки зрения. Спешим их разочаровать. Эксперты Kolbenschmidt выносят однозначный вердикт: с уверенностью можно точно сказать, что благодаря монтажу новых поршневых колец изношенный двигатель может еще довольно долго продолжать свою работу, однако улучшение расхода масла больше невозможно.

Изломы поршневых колец возникают из-за чрезмерного износа, их вибрации либо допущенной при монтаже колец ошибки.

Изломы при работе поршневых колец не появляются без крайних условий эксплуатации. При надевании колец на поршень механическая нагрузка гораздо выше, чем во время их эксплуатации. При натягивании на поршень поршневые кольца должны выдерживать намного большее напряжение при изгибе, чем при монтаже в цилиндр. Кольцо с дефектами в структуре или с браком материала ломалось бы уже при натягивании.

Если можно найти изломанные поршневые кольца непосредственно после ремонта поршней в двигателе, то в большинстве случаев они были повреждены или сломаны при неумелом монтаже поршня или в результате использования неправильных монтажных инструментов.

Кольца могут ломаться и после длительного срока эксплуатации. Это происходит, если радиальная или осевая толщина стенки по причине износа уже значительно уменьшилась. Чаще всего кольцо из-за слишком большого зазора по высоте начинает вибрировать и не может больше противостоять той нагрузке, которой оно подвержено. При этом в большинстве случаев кольцо разламывается на много маленьких фрагментов.

Однако у колец не должна обязательно уменьшиться толщина материала, чтобы они разломались. Если в режиме эксплуатации происходят сбои процесса сгорания, то кольца по причине высокой нагрузки могут поломаться, даже если они не были изношены. Также непреднамеренное проникновение воды или масла в камеру сгорания может привести к разламыванию колец. Жидкости нельзя сжимать. Если объем жидкости превосходит объем камеры сгорания, то либо жидкость должна «протиснуться» мимо поршня, либо поршни или поршневые кольца ломаются. Шатун также может деформироваться или же разрушается стенка цилиндра/гильза цилиндра.

Как пользоваться оправкой для поршневых колец

Инструмент применяется для освобождения от углеродных, оксидных отложений и иных загрязнений поршневых канавок при производстве работ по замене поршневых колец поршней двигателей внутреннего сгорания диаметром от 51 мм до 127 мм.

В комплект поставки входят 3 шестилезвийных насадки для различных размеров поршневых канавок.

Щипцы для поршневых колец 70-108 мм

Код товара: 47675
Артикул: AI020020

Инструмент применяется для снятия и установки поршневых компрессионных и маслосъемных колец. Конструкция щипцов исключает повреждение или разрушение колец при производстве работ по их замене.

Щипцы для поршневых колец 115-180мм

Код товара: 47674
Артикул: AI020019

Инструмент применяется для снятия и установки поршневых компрессионных и маслосъемных колец. Конструкция щипцов исключает повреждение или разрушение колец при производстве работ по их замене.

Оправка поршневых колец, 4", 60-175 мм

Код товара: 48209
Артикул: AI020036

Инструмент применяется для установки поршня с кольцами в цилиндр. Оправка, высотой 100 мм, с помощью трещоточного механизма сжимает поршневые кольца до диаметра цилиндра, что позволяет легко установить поршень в блок.

Инструмент изготовлен из специальной пружинной стали, комплектуется четырехгранным ключом для регулировки размера.

Оправка поршневых колец, 4", 60 -175 мм

Код товара: 47028
Артикул: AI020041

Инструмент применяется для установки поршня с кольцами в цилиндр. Оправка, высотой 100 мм, с помощью трещоточного механизма сжимает поршневые кольца до диаметра цилиндра, что позволяет легко установить поршень в блок.

Инструмент изготовлен из специальной нержавеющей стали, комплектуется четырехгранным ключом для регулировки размера.

Оправка поршневых колец 3" 53-125 мм.

Код товара: 49149
Артикул: AI020034B (AI020034)

Инструмент применяется для установки поршня с кольцами в цилиндр. Оправка, высотой 76 мм, с помощью трещоточного механизма сжимает поршневые кольца до диаметра цилиндра, что позволяет легко установить поршень в блок.

Инструмент изготовлен из специальной пружинной стали, комплектуется четырехгранным ключом для регулировки размера..

Оправка поршневых колец нерж. сталь 3" 53-125 мм.

Код товара: 49150
Артикул: AI020039

Инструмент применяется для установки поршня с кольцами в цилиндр. Оправка, высотой 76 мм, с помощью трещоточного механизма сжимает поршневые кольца до диаметра цилиндра, что позволяет легко установить поршень в блок.

Инструмент изготовлен из нержавеющей пружинной стали, комплектуется четырехгранным ключом для регулировки размера.

Приспособление для определения верхней мертвой точки поршня новинка

Код товара: 49042
Артикул: AI020116

Изделие достаточно просто в применении и служит для определения верхней мертвой точки поршня бензиновых двигателей. Данное положение поршня необходимо для производства некоторых регулировок двигателя автомобиля, таких как установка угла опережения зажигания, регулировка клапанов ГРМ и т.д.

1 — поршень; 2 — компрессионные кольца; 3 — маслосъемные кольца; 4 — поршневой палец; 5 — стопорное кольцо; а — донышко поршня; б — юбка; в — отверстие под палец; г — термоизоляционная канавка; д — канавка для компрессионых колец; е — канавки для маслосъемных колец

Отсутствие запасных частей — больной вопрос для многих владельцев мотоциклов. И если для современной техники найти детали можно, то представьте, чего стоит найти комплектующие для мотоцикла, снятого с производства лет 20 или, тем более, 50 назад.

Понятно, что не реально изготовить в кустарных условиях поршневые кольца для импортного мотоцикла, развивающего высокие, обороты и имеющего большую удельную мощность. Но для людей, занимающихся антикварной техникой или ставящих перед собой прозаическую задачу ремонта подержанного мотоцикла для эксплуатации в хозяйственных целях, самодельные поршневые кольца могут быть единственным выходом из положения. Но и в этом случае изготовление поршневых колец упрощенным способом целесообразно лишь в качестве крайнего варианта, когда не удается обеспечить двигатель заводскими кольцами.

1. Оправка для обработки поршневых колец диаметром 78 мм по внутренней поверхности:
1 —корпус оправки; 2 —накидная гайка.
Один из общеизвестных способов изготовления поршневых колец, подобных по качеству заводским, следующий: из маслоты чугуна (отрезок литой толстостенной чугунной трубы) улучшенного качества вытачивают на токарном станке заготовки кольца диаметром несколько большим, чем требуемый; затем по окружности из кольца вырезают небольшую часть; при сведении торцов заготовки кольцо пружинит, но приобретает овальную форму. Для получения правильной окружности заготовки несколько колец надевают на цилиндрическую оправку, сводят концы в замке, зажимают с торца гайкой и протачивают снаружи до размера, соответствующего диаметру цилиндра. После этой операции кольцо становится круглым, но с различной радиальной толщиной стенки. Кольца устанавливают в оправку — трубу, закрепляют и протачивают изнутри. Они приобретают заданный внутренний диаметр и равную радиальную толщину по всей окружности. Затем шлифуют боковые поверхности колец, доводя их высоту до соответствия канавкам поршня.

Для изготовления небольшого количества поршневых колец описанный способ, требующий применения двух оправок, слишком трудоемок и дорог. Ниже рекомендуется простой способ, к которому приходится прибегать при изготовлении нескольких штук, хотя и уступающих по качеству кольцам заводского производства, но дающих, однако, возможность дальнейшей эксплуатации мотоцикла.

Кольцо, надетое на трубу для термообработки.

В качестве материала для колец подбирают болванку мелкозернистого серого чугуна. Например, для изготовления колец диаметром 76 мм можно использовать в качестве заготовки трубу с наружным диаметром 80-85 мм и внутренним диаметром 55-60 мм, Трубу следует закрепить в патроне токарного станка и за один установ проточить по наружному и внутреннему диаметрам, обеспечивая шероховатость поверхности 0,63 мкм. Наружный диаметр делается на 0,3-0,5 мм больше диаметра цилиндра. Затем следует отрезать кольца с небольшим припуском на доводку по высоте. Высоту колец подгоняют к канавкам поршня шлифованием боковых поверхностей вручную на наждачной шкурке, расстеленной на толстом стекле и доводкой на чугунной плите с абразивной пастой.
Подогнанные кольца следует разрезать ножовочным полотном, специально сточенным с боков на наждачном круге до толщины 0,5-0,8 мм. При некотором навыке можно перекусить кольца кусачками или перерубить осторожно зубилом. Подогнать зазор в замке кольца по цилиндру, в случае необходимости, припиливая надфилем торцы кольца. Выпилить надфилем выемки в замке кольца, взаимодействующие со стопорным штифтом в канавке поршня (для двухтактных двигателей).
Таким образом получается кольцо правильной формы, равностороннее, с разрезом, но не обладающее необходимой упругостью. Для придания кольцу упругости в сжатом состоянии концы его разводят в стыке в стороны на расстояние, равное примерно пятикратной радиальной толщине кольца. (Для колец диаметром 76 мм разводка на 12-15 мм). С этой целью кольца надевают на трубу подходящего диаметра, причем в месте расположения стыков колец на трубе должна быть снята лыска примерно на 1/6 окружности для того, чтобы цилиндрическая форма кольца была меньше нарушена. Вместе с трубой кольца нагревают в муфельной печи до 800-850°С, выдерживают при этой температуре 20-25 минут и охлаждают в масле. Затем следует новый нагрев до 400°С и охлаждение на воздухе.
Изготовленные кольца имеют правильную форму, однако по упругости и ресурсу уступают заводским. При сборке самодельные кольца следует надевать на поршень с повышенной осторожностью, при помощи тонких стальных пластинок, обеспечивающих минимальный развод колец в стыках.

В серьезной технической литературе для поршневых колец всех четырехтактных и спортивных двухтактных двигателей рекомендуется применять серый перлитовый чугун, следующего химического состава:

С = 3.75-3.9%; Мn = 0.5-0.75%;
Si = 2,4-2,6%; Р=0.35-0.5%;
Сr =0.25-0.35%; Ti =0,08-0.18%;
Си = 0.25-0.5%; S — не более 0.05%; Fe — остальное.

Несмотря на это, по слухам, некоторые антикварщики успешно делают кольца из канализационных чугунных труб. Следует только иметь в виду, что ездят они с такими кольцами не очень многой не спеша.

При сборке двигателя, когда необходимо установить поршни в цилиндры, поршневые кольца приходится сжимать.

Для этого требуется либо специальная оправка для колец, либо посторонняя помощь, когда обжимают со всех сторон. Приспособление для установки поршневых колец можно изготовить самостоятельно.

Для этого из мягкой жести (годится консервная банка) вырезают хомут шириной около 30 мм. и надевают его на поршень, стянув концы пассатижами. На картинке ниже пунктиром показаны линии сгиба.

Оправка для поршневых колец

Кольца при этом утапливаются в канавки, и достаточно нескольких легких ударов по днищу поршня, чтобы он оказался в цилиндре.

Монтаж и сервис поршней, поршневых колец, цилиндров двигателя

Являясь частью уплотнительной системы, к которой относятся также поршни, цилиндры и моторное масло, поршневые кольца могут выполнять свои функции только в тех пределах, которые допускаются остальными компонентами системы. Снижение эффективности одного из уплотняющих компонентов системы в результате износа приводит к снижению эффективности всей уплотнительной системы.

Возможность повторного использования подержанных деталей скольжения, сопряженных с поршневыми кольцами (поршней и цилиндров) требует выполнения тщательной проверки. Уплотнительная система эффективна настолько, насколько эффективен её самый слабый компонент. Поэтому не имеет смысла пытаться отремонтировать двигатель только путем замены поршневых колец. Если кольца изношены, то предположительно изношены также сопряженные с ними детали и поверхности скольжения. В случае дальнейшего использования изношенного поршня или изношенной гильзы цилиндра, одна лишь замена поршневых колец не обеспечит желаемого результата. Попытка устранить таким образом потерю мощности или повышенный расход масла обречена на неудачу или принесет лишь краткосрочный успех.

2. Оценка бывших в употреблении поршней

2.1. Измерение параметров и оценка состояния кольцевых канавок

Если на бывший в употреблении поршень должны быть установлены новые поршневые кольца, то пригодность дальнейшего использования поршня определяется по величине зазоров колец по высоте. Соответствующее поршневое кольцо вставляют в очищенную кольцевую канавку, как показано на Рис. 1, после чего с помощью щупа измеряют зазор. Для определения зазора нового поршневого кольца по высоте в канавке бывшего в употреблении поршня лучше воспользоваться методом, представленным на рисунке, чем монтировать кольцо на поршень. Это объясняется тем, что монтирование поршневого кольца и его повторное снятие с поршня могут привести к деформации материала, которая отрицательно повлияет на работу кольца в дальнейшем.

Рис. 1. Измерение зазора кольца по высоте

ВНИМАНИЕ!Степень износа определяется в области наружных кромок соответствующей кольцевой канавки. Это означает, что щуп толщиной 0,12 мм не должен проходить между поршневым кольцом и верхним торцом кольцевой канавки, как показано на Рис . 2. В противном случае кольцевая канавка считается изношенной.

Рис. 2. Изношенная кольцевая канавка

У кольца трапециевидного сечения, установленного в канавку и находящегося в ненапряженном состоянии, определить зазор по высоте невозможно. Вследствие трапециевидной формы кольцевой канавки, надлежащий зазор кольца по высоте в такой канавке образуется только после того, как поршень с поршневым кольцом будет установлен в цилиндр и кольцо сожмется, прилегая к стенке цилиндра. Этим объясняется сложность измерения зазора. Поэтому в данном случае проводится только визуальная проверка канавки на износ (Рис. 3).

Рис. 3. Визуальная проверка канавки

3. Оценка бывших в работе отверстий цилиндров

3.1. Блестящие рабочие поверхности цилиндров из серого чугуна

Блестящие, зеркально отполированные поверхности стенок цилиндров, на которых больше не видны риски хонингования, образуются либо в результате естественного износа после длительной эксплуатации, либо после непродолжительной эксплуатации под действием загрязнений, вызвавших полусухое трение.

Исчезновение всех рисок хонингования является однозначным признаком износа отверстий цилиндров. Последующее измерение с помощью соответствующих измерительных устройств становится излишним. В любом случае такие цилиндры необходимо заменить (путем замены гильз цилиндров) или расточить и отхонинговать заново (блоки цилиндров).

Отдельные блестящие места на рабочей поверхности цилиндра, которые образовались после сравнительно непродолжительной эксплуатации и полностью утратили структуру хонингования, являются доказательством того, что возникшее в этих местах полусухое трение вызвало повышенный износ поверхности цилиндра. Образование таких локальных блестящих мест объясняется двумя основными причинами, описанными ниже.

3.2. Образование локальных блестящих мест из-за деформаций цилиндра

Деформации цилиндра приводят к отклонению диаметра цилиндра от идеального круга в определенных местах, которые со временем приобретают блеск (Рис. 1). Следовательно, эти блестящие места образуются в местах деформаций цилиндра. Во время работы поршневые кольца двигаются по вызванным деформациями местам сужения цилиндра и снимают с них материал.

Рис. 1. Локальные блестящие места

При скольжении кольца по таким местам возникает недостаточное смазывание и полусухое трение, сопровождающееся непостоянным точечным контактом кольца со стенкой цилиндра.

Причины:

• Тепловые деформации в результате локального перегрева, вызванного ухудшением передачи тепла в охлаждающую среду (из-за наличия отложений)
• Несоблюдение заданных моментов затяжки, использование неподходящих герметизирующих прокладок и деформации, вызванные напряжениями

Меры по устранению:

• Тщательная очистка, и при необходимости, доработка посадочных мест мокрых и сухих гильз цилиндров
• Точное соблюдение заданных моментов затяжки при монтаже головки блока цилиндров
• Регулярная очистка ребер охлаждения у цилиндров с ребрами и воздушным охлаждением
• Обеспечение надлежащей работы системы охлаждения (скорость циркуляции жидкости, чистота)
• Использование предусмотренных уплотнительных колец (размеры, состав материала)

3.3. Блестящие, отполированные места в верхней части цилиндра (BORE POLISHING)

В верхней части рабочей поверхности цилиндра, в месте движения жарового пояса (Рис. 2) могут образовываться отполированные места. Причинами этого являются твердые отложения на жаровом поясе в результате неравномерного сгорания топлива, плохое качество масла или низкая температура сгорания из-за частой работы двигателя на холостом ходу или в режиме частичной нагрузки. Образующийся слой масляного нагара (Рис. 3) приводит к абразивному износу стенки цилиндра, разрушению масляной пленки, полусухому трению, повышенному износу поршневых колец и, как следствие, к высокому расходу масла.

Рис. 2. Блестящие, отполированные места в верхней части цилиндра

Рис. 3. Слой масляного нагара на жаровом поясе

Меры по устранению:

• Правильная эксплуатация двигателя
• Использование масла предписанного качества
• Использование отвечающего стандартам топлива
• Квалифицированное техническое обслуживание, проверка и регулирование системы впрыска

3.4. Износ пазухи

Износ пазухи (Рис. 1) возникает после длительной эксплуатации в зонах возврата поршневых колец в областях верхней и нижней мертвых точек. В этих областях скорость движения поршня снижается, а в точках возврата поршень на короткое время даже останавливается.

В результате этого ухудшается процесс смазывания, поскольку из-за отсутствия скорости относительно стенки цилиндра поршневое кольцо больше не скользит по масляной пленке, и возникает его металлический контакт со стенкой цилиндра.

Рис. 1. Износ пазухи

Из-за конструктивных особенностей, зона возврата поршневых колец в области верхней мертвой точки подвержена более сильному износу, так как в ней на поверхность цилиндра действует высокая температура сгорания, в результате чего ухудшается процесс смазывания.

От степени износа пазухи зависит пригодность гильзы цилиндра или, соответственно, блока цилиндров к дальнейшему использованию. В случае превышения указанных в таблице значений износа пазухи требуется замена гильзы цилиндра или, соответственно, повторное хонингование блока цилиндров. Если подобный износ возникнет в каком-либо другом месте цилиндра, то приведенные ниже предельные значения износа действительны также и в этом случае.

На Рис. 3 показаны последствия установки нового поршня в изношенное отверстие цилиндра. По причине отсутствия износа кольцевых канавок нового поршня и наличия у новых поршневых колец острых кромок, во время работы двигателя кромка поршневого кольца ударяется об изношенную кромку цилиндра. Вследствие этого возникают значительные механические усилия, сильный износ и вибрация поршневого кольца, а также повышенный расход масла.

Рис. 2. Удары поршневого кольца бывшего в эксплуатации поршня

Рис. 3. Удары поршневого кольца нового поршня

3.5. Геометрические характеристики и круглость отверстий цилиндров

Важным условием для оптимального уплотнения поршневого кольца являются геометрические характеристики цилиндра. Отклонения от цилиндрической формы, некруглости, погрешности размеров и деформации отверстий цилиндров приводят к ухудшению уплотняющей способности поршневых колец. Это вызывает просачивание

в цилиндры большего количества масла, увеличение прорыва газов, повышение температуры и снижение мощности двигателя. По этим причинам возникают преждевременный износ и, не в последнюю очередь, повреждения поршней.

Классификация некруглостей отверстий цилиндров

Различают несколько степеней некруглости отверстий цилиндров. Отверстия идеальной цилиндрической формы без каких-либо некруглостей или отклонений формы в осевом направлении классифицируются как отверстия 1-го порядка. Овальные отверстия, которые образуются, как правило, вследствие неправильной обработки или недостаточного отвода тепла, относят к некруглостям 2-го порядка. Треугольные некруглости 3-его порядка образуются чаще всего в результате комбинации деформаций 2-го и 4-го порядка. Некруглости 4-го порядка в форме квадрата возникают, как правило, в результате деформаций, вызванных неправильной затяжкой болтов крепления головки блока цилиндров.

Величина некруглости может варьироваться в пределах от нуля до нескольких сотых миллиметра. Поэтому у некоторых двигателей, имеющих малые монтажные или рабочие зазоры поршней, отклонения от круглой формы величиной более одной сотой миллиметра (0,01 мм) могут оказаться слишком большими. Ведь поршневые кольца способны надежно уплотнять поршни в цилиндрах, отверстия которых имеют лишь незначительные некруглости 2-го порядка, т. е. слегка овальную форму по диаметру или слегка трапециевидную форму в осевом направлении. Некруглости 3-го и 4-го порядка, возникающие прежде всего в результате

неправильной затяжки болтов и/или неправильной обработки, очень быстро доводят поршневые кольца до пределов их уплотняющих возможностей. Проблемы с уплотнением в цилиндрах с некруглостями обостряются в отношении современных двигателей, где высота поршневых колец в некоторых случаях не достигает даже одного миллиметра. Конструктивное уменьшение высоты поршневых колец позволяет снизить потери на трение внутри двигателя и, следовательно, расход топлива.

Уменьшение поверхностей прилегания таких поршневых колец к стенкам цилиндров требует снижения их упругости. Иначе специфическое давление колец на поверхность станет слишком большим и приведет к ухудшению трибологических свойств. Если геометрические характеристики отверстий цилиндров находятся в допуске, то вызванное конструктивными особенностями снижение упругости поршневых колец не будет иметь какого-либо неблагоприятного воздействия. Такие кольца обеспечивают оптимальное уплотнение, вызывают лишь незначительные потери на трение и отличаются длительным сроком службы. Если же отверстия цилиндров имеют отклонения от круглости, то меньшая упругость поршневых колец становится причиной того, что кольца не адаптируются к стенкам цилиндров или адаптируются к ним очень медленно, не обеспечивая надлежащего уплотнения.

1-й порядок 2-й порядок 3-й порядок 4-й порядок

3.6. Причины возникновения отклонений формы отверстий цилиндров

Отклонения формы отверстий цилиндров могут иметь следующие причины:

• Температурные деформации, возникающие в процессе эксплуатации из-за недостаточного отвода тепла вследствие неправильной циркуляции охлаждающей жидкости или воздуха у двигателей с воздушным охлаждением в случае загрязнения или замасливания ребер охлаждения. Перегрев отдельных участков рабочей поверхности цилиндра вызывает их повышенное тепловое расширение и, как следствие, отклонения от идеальной цилиндрической формы.
• Обусловленные конструкцией температурные деформации, вызванные различной степенью теплового расширения при работе двигателя
• Температурные деформации, возникающие из-за недостаточного смазывания и охлаждения во время обработки цилиндра
• Некруглости, вызванные очень высоким давлением при обработке или использованием неподходящих инструментов для хонингования
• Деформации цилиндров из-за внутренних напряжений, возникающих из-за отклонений от формы и неправильной затяжки болтов

На Рис. 1 показана деформация цилиндра 4-го порядка, обусловленная особенностями конструкции блока цилиндров, которая может возникнуть даже при корректной затяжке болтов крепления головки.

Рис. 1. Деформация цилиндра 4-го порядка

1. Сила реакции болтов крепления головки блока цилиндров
2. Усилие прижима головки блока цилиндров и её прокладки
3. Деформация цилиндра (сильно преувеличена на рисунке)

3.7. Обработка бывших в употреблении цилиндров

Часто на практике, в случае замены поршней или поршневых колец, выполняют обработку отверстий цилиндров с помощью так называемых хонинговальных щеток или подпружиненных хонинговальных брусков (Рис. 2 и 3). Однако с правильным процессом хонингования подобная обработка имеет мало общего. В этом случае более или менее изношенная рабочая поверхность цилиндра подвергается только очистке и приобретает незначительную шероховатость. Путем такой обработки невозможно улучшить геометрическую форму цилиндра, поскольку используемые подпружиненные шлифовальные инструменты точно повторяют форму любой некруглости или деформации. Кроме того, по причине незначительного давления прижима не достигается требуемая глубина шероховатости, которая способствовала бы улучшению процесса смазывания. При обработке такого рода незначительно увеличивается только сопротивление трения новых поршневых колец, благодаря чему они быстрее адаптируются к стенкам цилиндра. Таким образом невозможно устранить имеющийся износ внутренней поверхности цилиндра или уменьшить его воздействие. Обработка с помощью хонинговальных щеток или подпружиненных хонинговальных брусков не позволяет надолго повысить качество рабочей поверхности цилиндра, а только улучшает её внешний вид и слегка сокращает время приработки. Это означает, что данный метод не подходит для выполнения качественного ремонта.

Рис. 2. Подпружиненный хонинговальный брусок

Рис. 3. Хонинговальная щетка

4. Монтаж поршней и поршневых колец

Самые серьезные проблемы с поршневыми кольцами и их повреждения возникают при неквалифицированной установке колец на поршень. Именно в этом случае поршневые кольца подвергаются значительной механической нагрузке. Некачественно выполненная установка отрицательно сказывается на созданном в процессе производства контуре кольца и на распределении радиального давления. В результате этого уплотняющая функция колец осуществляется только частично или отсутствует вовсе.

Поршневое кольцо можно растягивать только до тех пор, пока его внутренний диаметр слегка не превысит наружный диаметр поршня. Дальнейшее растягивание кольца приводит к его деформации, особенно в области спинки (Рис. 1), что значительно ухудшает уплотняющую функцию кольца в установленном состоянии.

Рис. 1. Чрезмерное растягивание поршневого кольца

Возникающие при этом проблемы, такие как образование трещин, отслаивание покрытий (особенно у колец с молибденовым покрытием), уменьшение усилия прижима в области спинки кольца, вплоть до образования серповидных зазоров (Рис. 2), нарушают работу поршневого кольца частично или полностью.

Рис. 2. Образование серповидного зазора в результате чрезмерного растягивания кольца

ВНИМАНИЕ!

Ни в коем случае не растягивайте поршневые кольца с целью увеличения их упругости. При раздвигании стыковых концов кольцо деформируется только в одном месте, а именно в области спинки. Его упругость при этом не увеличивается. Возникает обратный эффект: при чрезмерном растягивании или деформировании кольцо теряет круглую форму и больше не обеспечивает надлежащего уплотнения.

4.1. Монтаж и демонтаж поршневых колец

• Тщательно очистите бывшие в употреблении поршни от загрязнений. Обратите особое внимание на то, чтобы масляный нагар и загрязнения были удалены из кольцевых канавок. При необходимости очистите также отверстия для отвода масла сверлом или другим подходящим инструментом.
• При удалении масляного нагара не повредите поверхности боковых сторон кольцевых канавок. Нижняя сторона канавки представляет собой уплотнительную поверхность. Её повреждение царапинами может вызвать при работе двигателя повышенный расход масла или повышенный прорыв газов.
• Обязательно используйте для монтажа и демонтажа поршневых колец специальные щипцы для их установки. Использование других вспомогательные средств, например, проволочных петель или отвертки, может привести к повреждению поршневых колец или поршня.
• Ни в коем случае не устанавливайте кольца вручную (исключение: маслосъемные поршневые кольца со стальными пластинками). При этом возникает не только риск поломки, деформации и перерастяжения кольца, но и опасность травмирования сломанным кольцом или его острыми краями.

Комплект для монтажа поршневых колец

Каталожный № 12 00001 16 900 (для легковых автомобилей)

Каталожный № 12 00002 16 900 (для грузовых автомобилей)

ВНИМАНИЕ!

Быстрая установка поршневого кольца вручную, выполненная без его поломки, хотя и подтверждает ловкость рук механика, но при этом часто приводит к повреждению кольца в момент монтажа.

• Ни в коем случае не устанавливайте кольцо на поршень таким образом, как показано на рисунке выше. Деформированное кольцо больше не лежит ровно в канавке, не вращается в ней, неравномерно изнашивается и больше не обеспечивает надлежащего уплотнения. Однако, дело обстоит еще хуже, когда у кольца с молибденовым покрытием происходит отслаивание или повреждение молибденового слоя. При этом нарушение антифрикционного слоя возникает если не при монтаже, то в процессе работы двигателя. Антифрикционное покрытие отслаивается, повреждает цилиндр и поршень, на котором появляются задиры, вызванные прорывом горячих отработанных газов между поршнем и стенкой цилиндра. Отделившиеся фрагменты покрытия приводят к повреждению поршня и рабочей поверхности цилиндра.
• Не снимайте и не устанавливайте поршневые кольца без необходимости. Каждый раз, при снятии или установке, кольца деформируются. Не снимайте кольца с предварительно собранных поршней, чтобы, например, проверить их размеры.
• Соблюдайте последовательность установки поршневых колец: сначала установите маслосъемное кольцо, затем второе компрессионное кольцо, и в заключение первое компрессионное кольцо.
• Руководствуйтесь установочными маркировками. «Top» означает, что эта сторона кольца должна находиться сверху и быть направлена к камере сгорания (Рис. 2). В случае сомнения или отсутствия маркировки «Top», установите кольцо надписью вверх.

• Проверьте, свободно ли кольца проворачиваются (вращаются) в кольцевых канавках.

• Последовательными нажатиями по всей окружности проверьте, утапливается ли кольцо полностью в кольцевую канавку, т. е. в месте утапливания pабочая поверхность кольца не должна выступать за край юбки поршня. Это важно, так как при отсутствии достаточного зазора до дна канавки (из-за использования неподходящего кольца или образования нагара на дне канавки) надлежащее функционирование колец не гарантируется.

• При монтаже маслосъемных поршневых колец, состоящих из 2-х частей, всегда соблюдайте правильное положение пружинных расширителей. Концы пружинного расширителя всегда должны располагаться на противоположной стороне от замка поршневого кольца.

• У колец, состоящих из 3-х частей, соблюдение правильного положения пружины-расширителя является необходимым условием для обеспечения функции съема масла. Даже в случае установки в цилиндр поршня с предварительно смонтированными кольцами, обязательно проверьте правильность положения пружины-расширителя. Во время транспортировки таких поршней, концы пружины находятся в ненапряженном состоянии, из-за чего возможно их наложение друг на друга. Обе цветные маркировки на концах пружины должны быть видны. Если любая из них не видна, то концы пружины соединены внахлестку, и кольцо функционировать не будет. Все замки состоящего из 3-х частей маслосъемного поршневого кольца (обе стальные пластинки и пружина-расширитель) должны быть установлены под углом 120° относительно друг друга.

• Сместите замки поршневых колец готового к монтажу поршня так, чтобы они находились под углом примерно 120° относительно друг друга. Это облегчит работу поршня и поршневых колец при первом запуске двигателя. Причина: при первом запуске двигателя компрессия в цилиндрах несколько ниже, так как поршневые кольца еще не приработались. За счет смещения стыковых концов относительно друг друга предотвращается повышенный прорыв газов в картер, и тем самым улучшаются условия для надежного первого запуска двигателя.

4.2. Установка поршня в цилиндр

• Тщательно очистите уплотнительную поверхность блока цилиндров от фрагментов уплотнительных прокладок, если она не была подвергнута обработке во время ремонта двигателя.
• Тщательно удалите из резьбовых отверстий загрязнения, масло и охлаждающую жидкость, если она в них имеется.
• Выполните все работы по очистке до того, как поршни будут устанавливаться в цилиндры.
• Смажьте все поверхности поршня свежим моторным маслом, в том числе поршневой палец и шатунный подшипник.
• Учтите направление установки поршня (установочные маркировки на днище поршня, клапанные карманы).
• Очистите отверстие цилиндра ветошью и также смажьте его моторным маслом.
• Проверьте вашу оправку для поршневых колец на отсутствие повреждений и вмятин. Если таковые имеются, замените инструмент.
• При установке поршня следите за тем, чтобы оправка или коническая монтажная гильза ровно прилегали к уплотнительной поверхности головки блока цилиндров.
• Не устанавливайте поршни в цилиндры двигателя без использования соответствующего монтажного инструмента (опасность получения травмы, риск повреждения колец).

Рис. 1. Слишком большая фаска по краю цилиндра: при монтаже поршневое кольцо зажимается между лентой монтажной оправки и цилиндром, блокируя поршень.

Рис. 2. Фаска небольшого размера по краю цилиндра: поршневое кольцо скользит вдоль зазора.

• При установке поршня не допускается применение значительной силы. Если поршень не заходит в цилиндр, необходимо обязательно проверить оправку. Не располагайте место открытия ленты оправки таким образом, чтобы оно совпадало со стыковыми концами колец.
• Если для монтажа используется рукоятка молотка, то на днище поршня может воздействовать только собственная масса молотка. Ни в коем случае не пользуйтесь молотком, чтобы с силой вогнать им поршень в цилиндр. Даже если поршневые кольца не сломаются от этого прямо в процессе установки поршня, они всё равно могут деформироваться, что не позволит им выполнять свои функции надлежащим образом во время работы двигателя.
• Установка поршня в цилиндр с применением силы может привести к повреждению не только поршневых колец, но и самого поршня. Это в особенной степени относится к поршням бензиновых двигателей, у которых жаровые пояса или перемычки между кольцами, как правило, очень тонкие и легко разрушаются под воздействием ударов. В результате, уже после непродолжительной эксплуатации, происходит потеря мощности и возникает необходимость проведения дорогостоящего ремонта.
• После установки поршней следите за тем, чтобы в цилиндры не попали песок и загрязнения. При необходимости накройте отверстия цилиндров чистой ветошью или заполните ей отверстия цилиндров, чтобы не допустить попадания в них загрязнений. Особенно это касается тех случаев, когда работы выполняются в пыльной среде и/или под открытым небом.

5. Запуск и обкатка двигателя

5.1. Общая информация

Под обкаткой двигателя часто имеется в виду приработка всех его подвижных деталей друг к другу. В принципе, это верно и относится прежде всего к поршневым кольцам. Ввиду своего назначения, поршневые кольца подвергаются максимальным нагрузкам и должны не только хорошо адаптироваться к поверхности сопряженной детали, но и обеспечивать после этого надежное уплотнение. Поэтому правильная и оптимальная обкатка двигателя наиболее важна именно для поршневых колец. Все остальные детали снабжаются маслом под давлением и, по сравнению с поршневыми кольцами, испытывают в процессе обкатки меньшие нагрузки.

Среди клиентов и механиков бытуют порой разные мнения о запуске и обкатке отремонтированных двигателей. Одни считают, что обкатка в течение первых 500–1500 км всё ещё необходима, а другие утверждают, что в наше время этого уже не требуется. Последнее мнение основано, не в последнюю очередь, на том, что некоторые производители двигателей специальную обкатку двигателей не предусматривают. Оба мнения верны и обоснованы. Однако необходимо делать различие между новыми и отремонтированными двигателями.

5.2. Обкатка новых двигателей

В настоящее время двигатели изготавливаются с применением новейших производственных технологий. Сопряженные подвижные детали двигателей в процессе изготовления подвергаются прецизионной обработке, благодаря чему их адаптация друг к другу, которая раньше достигалась в период обкатки двигателя, обеспечивается уже на стадии производства. Для этого используются специальные технологии изготовления, например, рабочих поверхностей цилиндров, а также высокопрецизионная обработка остальных сопряженных с ними поверхностей. В первую очередь выполняют доводку этих поверхностей, чтобы удалить с них мельчайшие заусенцы и сгладить неровности, образовавшиеся во время обработки. Раньше адаптация сопряженных подвижных деталей осуществлялась во время обкатки двигателя, что приводило, однако, к значительному износу материалов. Так, например, поршневые кольца теряли большую часть своих резервов на износ уже после нескольких часов эксплуатации. Сегодня, когда ведется борьба против каждого миллиграмма вредных выбросов, требуются двигатели, которые с самого начала эксплуатации выдерживают заданные показатели расхода топлива и ограничения по токсичности.

В современном моторостроении обкатка двигателей, во время которой происходит адаптация сопряженных поверхностей скольжения друг к другу посредством трения и повышенного износа, практически не мыслима.

Более того, конечный потребитель ожидает от двигателя ресурс, существенно превышающий тот, который считался оптимальным 25 лет тому назад. Немаловажным является и то, что новый автомобиль, прежде чем пройти путь от завода-изготовителя до различных логистических центров и, в конце концов, попасть к покупателю, испытывает колоссальные нагрузки. Нередко его двигатель должен выдержать до 150 холодных пусков, не достигая рабочей температуры. Не стоит забывать также о перевозке новых автомобилей морским путем в другие страны и на другие континенты. При таких обстоятельствах двигатель, еще требующий обкатки, не имел бы шансов на успех.

Еще одна причина снижения требований в отношении обкатки новых двигателей связана с тем, что сегодня эксплуатация автомобилей с максимальной отдачей практически не возможна из-за плотного дорожного трафика. Даже на автотрассах без скоростных ограничений редко возможно движение с максимальной скоростью или при максимальной мощности двигателя в течение длительного периода времени. Раньше продолжительное движение автомобиля с двигателем мощностью 30 кВт на более низкой в то время разрешенной максимальной скорости и при полной нагрузке была возможна даже на обычном шоссе.

Испытания двигателя на приработку и износ на испытательном стенде

5.3. Обкатка отремонтированных двигателей

В отличие от новых двигателей, отремонтированные двигатели, на которые были установлены новые гильзы цилиндров или у которых отверстия цилиндров были увеличены до ремонтного размера и подвергнуты хонингованию, требуют обкатки. Работы на предприятии по ремонту двигателей (в зависимости от имеющегося производственного оборудования) не всегда выполняются с соблюдением той же точности и чистоты, что и на заводе-изготовителе.

Бывшие в эксплуатации двигатели после ремонта не становятся новыми. Часто на них устанавливают как новые, так и бывшие в употреблении детали, а с целью снижения расходов их не подвергают тщательной и комплексной проверке. Наиболее острая необходимость в обкатке возникает в тех случаях, когда обработке были подвергнуты цилиндры, головки блоков цилиндров или коленчатые валы. Кроме того, часто на практике невозможно добиться таких же параметров обработки, что и на заводе-изготовителе, так как они в большинстве случаев не известны или имеющееся оборудование позволяет выполнять только стандартную обработку. По этим причинам рекомендуется соблюдать приведенные ниже инструкции по обкатке отремонтированных двигателей.

5.4. Рекомендации по обкатке отремонтированных двигателей

• Всегда обкатывайте двигатель в движении или на испытательном стенде.
• Загрузка автомобиля не должна быть максимальной.
• Двигатель должен работать на разных частотах вращения, при этом нельзя превышать значение 2/3 от максимально допустимой частоты вращения.
• Во время движения быстро меняйте передачи, избегайте движения на низких оборотах или, напротив, на максимальных для каждой передачи оборотах.
• Избегайте длительного движения на подъем (чрезмерная нагрузка).
• Избегайте длительного движения на спуске (недостаточная нагрузка и неблагоприятный режим принудительного холостого хода).
• Не тормозите двигателем.
• Двигайтесь по скоростным автотрассам, либо на высокой скорости – избегайте движения по дорогам, на которых образуются пробки.
• Движение по свободным дорогам без пробок является наилучшим вариантом. Избегайте движения по городу в очень жаркую погоду и в час пик, когда приходится часто останавливаться на светофорах и долго ждать.

ВНИМАНИЕ!

Для новых автомобилей предусмотрена инструкция по эксплуатации в период обкатки. Подобные инструкции существуют также для отремонтированных двигателей. При отсутствии специального стенда, позволяющего выполнить обкатку по заданной программе, двигатель необходимо обкатывать в движении.

Регулярная проверка уровня масла во время выполнения обкатки

Во время выполнения обкатки возможен повышенный расход масла. Уровень масла рекомендуется проверять каждые 50–100 км; при необходимости масло следует доливать. В случае заметного снижения уровня масла на щупе, продолжайте контроль, сократив интервалы между проверками. Не заливайте в двигатель масло выше максимального уровня.

Замена масла через 1000 км

Замена масла в современных двигателях новых автомобилей после прохождения первых 500–1000 км уже давно не требуется, однако если речь идет об отремонтированных двигателях, масло рекомендуется заменить.

Загрязнения, попавшие в двигатель в результате его предшествующего повреждения или при последующей обработке различных деталей, часто всё еще находятся в системе смазки двигателя. Кроме того, вследствие приработки замененных компонентов, в двигателе образуются металлические продукты износа. Все эти загрязнения и абразивные частицы способствуют дальнейшему износу и поэтому подлежат удалению посредством замены масла после завершения обкатки.

ВНИМАНИЕ!

В этом случае, при замене масла необходимо заменить также масляный фильтр.

ВНИМАНИЕ!

Многочасовая работа на режиме холостого хода очень вредна для двигателя!

Приработка деталей двигателя на режиме холостого хода не обеспечивается. Наоборот, в этом случае возможно его повреждение. В результате работы двигателя на холостом ходу ухудшается снабжение подшипников и поршней маслом. Это происходит из-за того, что на режиме холостого хода масляный насос подает недостаточное количество масла. Поток масла через подшипники минимален, причем в самый неподходящий момент. Ведь по причине трения деталей во время приработки образуется больше тепла, но при этом масла, необходимого для смазывания и охлаждения этих деталей, оказывается недостаточно.

Из-за недостаточного потока масла не обеспечивается надлежащее удаление воздуха из каналов подачи масла и маслопроводов, а также их промывка. Металлические продукты износа и загрязнения, попавшие в систему смазки во время ремонта двигателя или в результате его повреждения, не удаляются достаточно быстро из подшипников скольжения и со стенок цилиндров. Они остаются в местах сопряжения деталей, вызывая дополнительный износ.

Не следует забывать также о топливной системе. Особенно на дизельных двигателях с новыми или отремонтированными форсунками важно, чтобы они хорошо промывались топливом. Однако количество топлива, впрыскиваемого на режиме холостого хода, минимально. Слегка заедающая игла форсунки может при этом не открываться или быть причиной плохого распыления топлива.

6. Проблемы с уплотнением и повреждения поршневых колец

6.1. Перекос поршней

Вследствие повреждения двигателя часто происходит также изгиб/скручивание шатуна. Если во время ремонта двигателя не проверить на параллельность верхнюю и нижнюю головки шатуна или не выпрямить шатун, то при последующей работе двигателя это приведет к перекосу поршня в цилиндре. Поршневые кольца движутся в цилиндре не по кругу, а по эллипсу. С одной стороны цилиндра поршневые кольца будут прилегать к поршневым канавкам нижними кромками, а с другой – верхними. Если кольцо еще способно вращаться в кольцевой канавке, то уже вскоре его рабочая поверхность приобретет ярко выраженную выпуклую форму. Эта выпуклость значительно превысит конструктивную выпуклость и приведет к ухудшению маслосъемной функции кольца, в результате чего намного увеличится толщина масляной пленки. Кроме этого, перекос поршня вызывает насосное действие поршневых колец, что приводит к усиленному проникновению масла в камеру сгорания.

Часто перекос поршня делает вращение колец невозможным, в результате они принимают форму эллипса. Это приводит к неравномерному радиальному износу, который нередко становится причиной поломки поршневых колец.

6.2. Овальное отверстие цилиндра

В цилиндрах с овальными отверстиями снижается упругость поршневых колец, из-за чего кольца не адаптируются к стенкам цилиндров или адаптируются к ним очень медленно, не обеспечивая надлежащего уплотнения.

6.3. Заклинивание поршневых колец и помехи при их вращении

Проблемы с уплотнением в четырехтактных ДВС часто возникают в том случае, если поршневые кольца перестают свободно вращаться в кольцевых канавках. При этом неизбежны повреждения поршней и цилиндров (перегрев и образование задиров на поршнях). Кольца трапециевидного сечения (см. главу 1.3.1 «Компрессионные поршневые кольца»), благодаря особенностям своей формы, менее подвержены заклиниванию или блокированию в кольцевых канавках.

Причины блокирования колец и способы его предупреждения

• Кольца не должны заедать в канавках в осевом направлении. Необходимо обеспечить ровность поверхности колец. В любом случае необходимо избегать деформации поршневых колец из-за неквалифицированной установки их на поршни (см. 4.1 «Монтаж и демонтаж поршневых колец»).
• Размеры кольцевой канавки должны соответствовать размерам поршневого кольца.
• Кольцевые канавки должны быть свободны от загрязнений и каких-либо отложений (Рис. 1).
• Спецификация моторного масла должна соответствовать предусмотренной производителем двигателя. Несоответствующее предписанному масло способствует образованию нагара и заклиниванию колец в канавках.
• Работа двигателя с использованием растительных масел и альтернативных видов топлива.
• Погнутые шатуны и связанный с этим перекос поршней в цилиндрах.

Рис. 1. Загрязнения в кольцевой канавке

6.4. Загрязнения

Попадание загрязнений в двигатель является одной из наиболее частых причин его преждевременного износа и, следовательно, износа поршневых колец. Существуют две основные причины возникновения повреждений из-за попадания загрязнений:

Причина № 1

Загрязнения попадают в цилиндр вместе с поступающим в двигатель воздухом. Это происходит, когда пренебрегают требованиями к регулярному обслуживанию воздушного фильтра. Если двигатель эксплуатируется без воздушного фильтра или система впуска негерметична, загрязнения легко проникают в камеру сгорания, минуя воздушный фильтр. Из камеры сгорания загрязнения проникают также в кольцевые канавки и смешиваются в них с имеющимся маслом, образуя абразивную пасту (Рис. 2). Под действием этой пасты уменьшается высота поршневых колец, а кольцевые канавки расширяются (Рис. 3). Износ поршневых колец, возникающий под действием загрязнений, проявляется прежде всего в осевом направлении, на боковых поверхностях колец.

Рис. 2. Загрязнения и масляные отложения в кольцевой канавке образуют абразивную пасту.

Рис. 3. Расширение кольцевой канавки поршня из-за изношенного под действием загрязнений поршневого кольца

В радиальном направлении (в зоне pабочих поверхностей) кольца также изнашиваются – из-за возникновения полусухого трения, однако не так сильно, как в области боковых поверхностей. Частым признаком попадания загрязнений в кольцевые канавки являются накатанные частицами следы, образующиеся на боковых поверхностях колец. Эти следы представляют собой типичные царапины, которые образуются в результате наличия загрязнений в виде мелкого песка в комбинации с вращением колец и качанием поршня.

Поскольку во время работы кольца прилегают в основном к нижним боковым поверхностям канавок, износ возникает преимущественно на их верхних боковых поверхностях. На этих поверхностях образуются также накатанные частицами следы (Рис. 4 и 5).

Рис. 4 и 5. Примеры накатанных следов на верхней боковой поверхности кольца

Причина № 2

Загрязнения, попавшие в двигатель в результате его предшествующего повреждения и/или неквалифицированного выполнения ремонтных работ, всё еще находятся в системе смазки двигателя. Эти загрязнения вызывают износ, который начинается в кривошипной камере и распространяется на стенки цилиндров и поршни. Через загрязненную систему смазки частицы загрязнений попадают также во все места установки подшипников двигателя. Хотя масло фильтруется масляным фильтром, надлежащая очистка системы смазки часто не обеспечивается. Загрязнения, которые уже проникли на чистую сторону системы смазки, попадают в места установки подшипников, вызывая преждевременный износ или повреждения.

Часто при повреждении двигателя масляный фильтр засоряется продуктами износа настолько, что открывается его байпасный клапан. В этом случае моторное масло поступает в зоны смазывания неотфильтрованным.

Такая ситуация предусмотрена конструкцией двигателя, чтобы избежать его серьезных повреждений по причине полного отсутствия масла в подшипниках. Кроме того, после повреждения двигателя, большое количество загрязнений часто остается также в масляном теплообменнике и его маслопроводах. Поэтому безответственно устанавливать бывший в эксплуатации загрязненный масляный теплообменник в новый или отремонтированный двигатель и запускать его.

ВНИМАНИЕ!

Если загрязнение масляного теплообменника вызвано повреждением двигателя, то его очистка часто не дает желаемых результатов. В этом случае лучше установить новый масляный теплообменник, чтобы исключить риск возникновения повреждения, вызванного использованием старого масляного теплообменника.

6.5. Избыток топлива в камере сгорания

После повреждений, вызванных попаданием загрязнений, второй, наиболее частой причиной повреждения поршневых колец, является их износ и повреждения из-за наличия избытка топлива в камере сгорания. В результате избытка топлива масляная пленка на стенке цилиндра может пострадать настолько, что возникает металлическое трение поршневых колец о стенку цилиндра, при этом они очень быстро теряют радиальную толщину. Металлический контакт поршневых колец со стенкой цилиндра (Рис. 1) допускается только на короткое время и в исключительных случаях (например, при холодном пуске); при нормальной работе двигателя он недопустим. Под действием такого металлического контакта значительно сокращается срок службы поршней, поршневых колец и цилиндров.

В нормальном состоянии сопряженные металлические поверхности скольжения всегда отделены друг от друга масляной пленкой (Рис. 2). При этом толщина масляной пленки должна превышать высоту неровностей, имеющихся на сопряженных поверхностях скольжения.

Нарушения режима сгорания, возникающие во время работы двигателя, часто приводят к скоплению топлива и его конденсации на стенке цилиндра. Это вызывает разбавление или смывание масляной пленки.

Рис. 1. Полусухое трение: поршневое кольцо и стенка цилиндра имеют металлический контакт.

Рис. 2. Масляная пленка достаточной толщины: металлический контакт отсутствует.

Возникающее в результате этого полусухое трение приводит к полному износу поршневых колец всего за несколько тысяч километров. Мощность двигателя снижается, а расход масла повышается.

Полусухое трение вызывает значительный радиальный износ поршневых колец и поверхности цилиндра. Он легко определяется по обоим рабочим пояскам маслосъемного поршневого кольца. На Рис. 3 показаны новое и изношенное в результате полусухого трения маслосъемные поршневые кольца. Оба маслосъемных рабочих пояска изношенного кольца полностью стерты. У двигателя, в котором находилось такое кольцо, наблюдался чрезмерный расход масла. Причиной подобного радиального износа, который может затронуть не только маслосъемные поршневые кольца, почти всегда является избыток топлива в камере сгорания.

Именно в том случае, когда износ затронул не все кольца в равной степени, наличие полусухого трения, возникшего в результате избытка топлива в камере сгорания, является единственно возможным объяснением. Такая ситуация встречается довольно часто и служит доказательством того, что износ колец произошел не по причине некачественного материала или неправильной обработки цилиндра, как предполагалось первоначально. Иначе износ был бы равномерным и затронул бы все поршни и поршневые кольца, а не только отдельные цилиндры.

Рис. 3. Новое и изношенное маслосъемные поршневые кольца

Износ от полусухого трения, возникшего в результате избытка топлива в камере сгорания, встречается в равной степени как в бензиновых, так и в дизельных двигателях.

ВНИМАНИЕ!

При наличии повреждений такого типа также необходимо учитывать, все ли цилиндры изношены или только некоторые из них. Если повреждения имеются во всех цилиндрах, вероятнее всего, имеет место общая причина, например, низкое качество топлива или плохое наполнение воздухом. Если износ затронул отдельные цилиндры, то возможными причинами являются неисправности топливных форсунок, топливопроводов высокого давления, свечей зажигания или повреждения высоковольтных проводов.

Основными причинами подобного износа у бензиновых двигателей являются частые поездки на короткие расстояния (особенно у карбюраторных двигателей старых моделей) и пропуски воспламенения смеси. Бензиновым двигателям для запуска и прогрева требуется гораздо больше топлива, чем для работы при рабочей температуре. При частых поездках на короткие расстояния и при определенных условиях топливо не испаряется, а конденсируется на стенке цилиндра и смешивается с моторным маслом. В результате этого масло разбавляется и теряет вязкость, из-за чего возникает полусухое трение. В бензиновых двигателях избыток топлива в камере сгорания может быть вызван также неправильной работой свечей или катушек зажигания, так как топливо при этом не воспламеняется и не сгорает.

В дизельных двигателях впрыскиваемое топливо воспламеняется в результате смешивания с сильно сжатым воздухом в камере сгорания. Недостаточное сжатие (плохое наполнение) или использование некачественного топлива приводит к позднему воспламенению смеси, неполному сгоранию и скоплению жидкого топлива в камере сгорания.

Дополнительные причины избытка топлива в камере сгорания у дизельных двигателей:

• Неисправные и негерметичные топливные форсунки
• Неисправности топливного насоса высокого давления или его неправильная регулировка
• Неправильно проложенные и закрепленные топливопроводы высокого давления (колебания)
• Механические неисправности (удары поршня о головку блока цилиндров) из-за неправильного значения высоты выступания поршня, вызванного обработкой уплотнительных поверхностей и использованием прокладки головки блока цилиндров неверной толщины
• Плохое наполнение воздухом в результате засорения воздушного фильтра
• Плохое наполнение воздухом вследствие повреждения или износа турбонагнетателя
• Плохое наполнение воздухом в результате износа или поломки поршневых колец
• Иизкое качество топлива (плохое самовоспламенение и неполное сгорание)

6.6. Поломки поршневых колец

Поршневые кольца ломаются либо в результате чрезмерного износа, либо под действием собственных вибраций, либо вследствие неправильной установки. Если какие-либо экстремальные условия эксплуатации отсутствуют, поломки поршневых колец во время работы двигателя не возникают. Механическая нагрузка на кольца при их установке на поршень намного выше, чем нагрузка во время их работы на двигателе. При монтаже на поршень кольца подвергаются более высокому изгибающему напряжению, чем при установке в цилиндр. Кольцо с дефектами структуры или материала сломалось бы уже при установке на поршень.

Если сломанные поршневые кольца найдены в двигателе сразу после ремонта двигателя с заменой поршней, то они в большинстве случаев были повреждены или сломаны в результате неквалифицированной установки поршней или использования неподходящих монтажных инструментов. Кольца могут сломаться во время работы, после длительного срока эксплуатации. Это происходит в том случае, если радиальная или осевая толщина колец значительно уменьшается в результате их износа. Сильно увеличенный зазор кольца по высоте канавки часто приводит к тому, что кольцо начинает вибрировать и не выдерживает воздействия этой нагрузки. При этом кольцо ломается, как правило, на много мелких частей.

Поломка колец не всегда, однако, связана с уменьшением толщины материала. В случае нарушения режима сгорания, под действием высокой нагрузки могут сломаться даже неизношенные кольца. Кроме того, поломка колец может быть вызвана случайным попаданием воды или масла в камеру сгорания. Поскольку жидкости не сжимаются. Если количество жидкости превысит объем камеры сжатия, то либо жидкость выдавливается, минуя поршень, либо поршень или поршневые кольца ломаются. В этом случае может также погнуться шатун или разрушиться стенка цилиндра/гильза цилиндра.

Сломанное поршневое кольцо

6.7. Вибрация поршневого кольца

Вибрация поршневого кольца может возникать особенно на бензиновых двигателях при средней нагрузке и высокой частоте вращения коленчатого вала. Под вибрацией понимают как отделение кольца от нижней поверхности прилегания, так и утрату уплотняющей функции кольца из-за отсутствия его радиального прилегания к стенке цилиндра (уменьшение давления кольца). И то, и другое приводит к снижению мощности и высокому расходу масла, так как уплотнительная функция кольца нарушается или перестает выполняться вовсе.

Осевая вибрация поршневого кольца

Осевая вибрация поршневого кольца начинается, как правило, на стыковых концах и передается от них к остальной части кольца. Из-за своего открытого положения стыковые концы склонны отделяться от нижней опорной поверхности, особенно при неблагоприятных условиях эксплуатации. От вибрирующих стыковых концов колебание передается в виде волны к остальной части поршневого кольца.

ВНИМАНИЕ!

По причине меньших сил инерции, более плоские кольца менее склонны к вибрации. Повышенное давление прижима, действующее на стыковые концы, препятствует возникновению вибрации.

Причины возникновения осевой вибрации поршневого кольца

• Слишком большой зазор кольца по высоте
• Снижение упругости кольца (износ) и вследствие этого ухудшение усилия его прижима в области стыковых концов, особенно у поршневых колец с грушевидным распределением радиального давления
• Механический контакт поршня с головкой блока цилиндров, возникший из-за допущенных при ремонте ошибок, особенно у дизельных двигателей (Рис. 1)
• Детонационное сгорание, вызванное неправильной работой системы управления двигателем (смесеобразование, зажигание) и/или низким качеством топлива (слишком низкое октановое число, примеси дизельного топлива)
• Изношенные кольцевые канавки
• Слишком малое пространство для газов на дне канавки из-за oтложений масляного нагара (причина: слишком высокая температура сгорания) и/или некачественное моторное масло

Рис. 1. Вибрация поршневого кольца в результате механического контакта поршня и головки блока цилиндров

Радиальная вибрация поршневого кольца

В результате увеличения давления газов на рабочую поверхность кольца в процессе сгорания (Рис. 2), соотношение сил на короткое время нарушается, поршневое кольцо отделяется от pабочей поверхности цилиндра и больше не обеспечивает надлежащего уплотнения. Постоянное повторение этого процесса вызывает вибрацию поршневого кольца.

Рис. 2. Давление газов на рабочую поверхность кольца

Причины возникновения радиальной вибрации поршневого кольца

• Износ поршневого кольца (уменьшение радиальной толщины) и, как следствие, уменьшение усилия прижима кольца к стенке цилиндра, а также ослабление жесткости кольца
• Некруглость отверстия цилиндра и вызванное этим увеличение давления сгорания, воздействующего на зазор между рабочей поверхностью поршневого кольца и стенкой цилиндра
• Перекос поршня в результате изгиба шатуна: вследствие перекоса поршня траектория вращения кольца в отверстии цилиндра имеет слегка овальную форму. При этом на той стороне цилиндра, к которой поршень прилегает хуже, в зону жарового пояса и в зазор между поршневым кольцом и стенкой цилиндра проникает большее количество отработанных газов.
• Чрезмерный износ pабочей поверхности поршневого кольца в виде чрезмерной выпуклости, из-за слишком большого зазора кольца по высоте
• Повреждение кромок кольца в результате некачественно выполненного хонингования (образование металлической оболочки): кромки кольца крошатся (особенно у простых литых колец без покрытия рабочей поверхности), газы проникают в зазор и отделяют кольцо от pабочей поверхности цилиндра.

Рис. 3. Отделение поршневого кольца от pабочей поверхности цилиндра