![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216536.jpg)
19.1. Конструкция поршня дизеля: 1. Усилительное ребро бобышки поршневого пальца; 2. Усилительное ребро днища поршня; 3. Днище; 4. Отверстия для стока масла; 5. Бобышка поршневого пальца; 6. Усилительный пояс юбки; 7. Юбка; 8. Канавка под поршневое кольцо; 9. 4-я канавка; 10. 3-я канавка; 11. 2-я канавка; 12. Верхняя канавка
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216537.jpg)
19.2. Типовые вставки под поршневые кольца: 1. Кольцевая вставка; 2. Верхняя опорная площадка поршневого кольца; 3. Вторая опорная площадка поршневого кольца; 4. Третья опорная площадка поршневого кольца; 5. U-образная выборка; 6. Четвертая опорная площадка поршневого кольца
Причины повреждения поршней
На рисунке 19.3 показаны типичные повреждения поршней из-за заводского брака, или в результате нарушения технического обслуживания.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216538.jpg)
19.3. Повреждения поршней: а) Задиры по краям отверстия под поршневой палец, b) Задиры по всей поверхности поршня, с). Задиры на боковых поверхностях (на упорной и противоположной сторонах), d) Выгорание наружной части днища, е, f). Повреждение днища, g) Поломка поршневых колец
Причинами повреждений на рисунке 19.3а являются перегрев из-за низкого уровня охлаждающей жидкости, недостаточного поступления охлаждающей жидкости, длительного пуска холодного дизеля или нарушение зазора между поршнем и пальцем против нормы.
Причинами повреждений на рисунке 19.3б являются перегрев из-за нарушения нормальной работы системы охлаждения (низкого уровня жидкости, засорение каналов системы и радиатора), системы смазки, системы питания (отказ турбокомпрессора, выход из строя форсунки, неправильная регулировка топливного насоса впрыска), а также частые остановки перегретого дизеля.
Из опыта эксплуатации, выходу из строя дизеля очень сильно способствую следующие факторы:
1. Частые остановки перегретого дизеля.
2. Повышение оборотов свыше 1000 об/мин на холодном двигателе (когда стрелка указателя температуры еще не отклонилась).
3. Чрезмерное пользование средствами, облегчающими пуск двигателя (например, эфиром).
4. Неправильная регулировка регулятора подачи топлива.
5. Отсутствие ухода за выхлопной системой.
6. Попадание в двигатель грязи.
Причинами повреждений на рисунке 19.Зв являются сколы на поршневых кольцах, чрезмерное попадание топлива в камеру сгорания, деформация поршня под действием теплового расширения или деформация гильзы цилиндра или уплотнительных колец гильзы.
Выгорание днища (Рисунок. 19.4г) обусловлено детонацией, малой подачей воздуха, чрезмерным использованием эфира при запуске дизеля, чрезмерным попадание топлива в камеру сгорания, неисправностью форсунки или расширением сопла форсунки.
Повреждение днища (Рисунок. 19.3д) обусловлено неправильной установкой поршневых колец, и, как результат, их поломкой, повреждением клапана или направляющей втулки клапана, сильным износом шатунных подшипников, попаданием посторонних частиц с топливом или воздухом.
Повреждение днища с поломкой канавки под поршневое кольцо (Рисунок. 19.Зе) обусловлено неправильной установкой компрессионных поршневых колец, поломкой кольца при установке, либо дефектом литья (брак изготовителя). Кроме того, такой дефект может быть результатом частого использования эфира при запуске двигателя или детонации.
Если на поршне обнаруживаются отложения черного или коричневого цвета, то это свидетельствует о прорыве газов из-за ослабления поршневых колец, низкого качества масла, нарушения периодичности замены масла и перегрева дизеля.
Повреждения поршневых колец
Истирание поршневых колец (Рисунок. 19.4) является основной причиной затрудненного пуска двигателя, снижения мощности, повышения расхода масла и снижения компрессии в цилиндрах.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216539.jpg)
19.4. Истирание поршневых колец
Усиленный износ поршневых колец обусловлен ненормальными зазорами между поршнем и цилиндром или зазорами в стыках поршневых колец, которые не были выдержаны при сборке, применением некачественного масла, ненормальной работой систем охлаждения, смазки и питания. Дополнительными причинами усиленного износа колец являются неправильная регулировка насоса впрыска, выход из строя турбокомпрессора, термостата, неправильная обкатка двигателя, длительное простаивание дизеля в начале его эксплуатации.
Залипание поршневых колец исключается установкой замков. Причиной поломки поршневых колец могут быть поломка днища поршня или детонация. Как правило, поломка колец обусловлена неправильной их установкой при сборке. Реже причиной поломки является выработка в верхней части цилиндра, - если буртик не удалить, то верхнее компрессионное кольцо поломается.
Форсунки для охлаждения поршней
Охлаждение поршней масляными форсунками применяется в основном на мощных дизелях с турбонаддувом. На рисунке 19.5 показана схема охлаждения поршня дизеля Caterpillar серии 3500. Струя масла попадает в вертикальный канал поршня, откуда масло проходит через канавку в днище поршня, охлаждая верхнюю часть поршня и кольца.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216540.jpg)
19.5. Схема охлаждения поршня масляной форсункой (дизель дизеля Caterpillar серии 3500): 1. Канавка поршня; 2. Вертикальный канал; 3, 4. Струи масла 1 и 2
Подача масла к форсункам обеспечивается либо из смазочной магистрали распредвала, либо из масляного коллектора. В двигателях большой мощности предусмотрен перепускной канал, закрываемый клапаном. При запуске дизеля клапан закрывается, обеспечивая быстрое повышение давления масла в магистрали дизеля. Когда давление масла достигает 275,8 кПа, перепускной клапан открывается и масло поступает в охлаждающие форсунки.
Внимание! Поврежденную или сдеформированную форсунку (например с нарушением юстировки сопла) следует заменить, ремонтировать форсунку самостоятельно запрещается.
Проверка и ремонт поршней
Поршни следует заменить при обнаружении следующих дефектов.
1. При повреждении отверстия под палец, канавки подкольцо, или днища.
2. При поломке любой части поршня.
3. При внедрении в юбку или в днище поршня металлических частиц.
4. При обнаружении заметных следов соприкосновения днища поршня с головкой клапана.
5. При ослаблении посадки в поршне металлической вставки под поршневое кольцо.
6. При обнаружении на юбке поршня следов прихвата и задиров.
7. Если износ канавок под^поршневые кольца превышает норму.
Нагар в канавках под кольца удаляется специальным приспособлением или обломком старого поршневого кольца, при этом следует соблюдать осторожность, чтобы не удалить из канавок металл. Дренажные отверстия для стекания масла очищаются растворителем или сверлом, диаметр которого равен диаметру дренажного отверстия.
Внимание! Очищать поршни растворителем крайне не рекомендуется, так как в некоторых растворителях содержатся агрессивные вещества, которые могут повредить поверхность поршня. Также не следует применять для очистки поршня металлические щетки, так как на части поршней имеется антифрикционное покрытие, которое может быть повреждено.
После очистки поршней проверьте состояние бобышек поршневых пальцев и износ канавки под кольцо (рисунок 19.6). Износ канавки не должен превышать 0.152 мм, в противном случае поршень замените.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216541.jpg)
19.6. Проверка износа канавки под поршневое кольцо
Как правило, наибольший износ имеют канавки верхнего и нижнего компрессионных колец, что является основной причиной необходимости замены поршня. Канавка под маслосъемное кольцо, юбка или отверстия под палец изнашиваются гораздо слабее. Изготовители не рекомендуют устанавливать поршни с восстановленными канавками.
Проверьте зазор между поршнем и цилиндром, измерив диаметр поршня и сравнив его с диаметром гильзы цилиндра. Зазор в среднем должен быть около 0,152 мм, но не менее 0,050 мм. Диаметр поршня измеряется в соответствии с указаниями по ремонту. Например, диаметр поршня с овальной юбкой измеряется под прямым углом по отношению к оси поршневого пальца. Диаметр прямых или конусных поршней измеряется в местах А и В (Рисунок. 19.7).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216542.jpg)
19.7. Проверка диаметра прямых или конусных поршней
Внимание! Диаметр должен измеряться при температуре 21°С.
Для прямых поршней овальность не должна превышать 0,001 мм. Зазор между поршнем цилиндром для прямых поршней должен измеряться как показано на рисунке 19.8. При измерении этим способом поршень и гильза смазываются маловязким маслом и вставьте в цилиндр щуп толщиной 0,1 мм с динамометром. Опустите поршень в цилиндр на глубину 50 мм от разъемной плоскости блока цилиндров так, чтобы ось пальца была параллельна оси коленвала. Далее вытяните щуп и проверьте показание динамометра, которое должно соответствовать норме (на самом деле, зазор примерно на 0,025 мм превышает толщину щупа). Измерения следует повторить в направлении перпендикулярном первому, повернув поршень и переставив щуп. Если зазор превышает 0,254 мм поршень (а иногда и гильзу) следует заменить.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216543.jpg)
19.8. Проверка зазора между поршнем цилиндром: 1. Показание динамометра, которое должно соответствовать норме; 2. Поверните измерения в направлении перпендикулярном первому, повернув поршень и переставив щуп; 3. Щуп
Проверка диаметра отверстия под палец и диаметра пальца
Измерения выполняются при температуре 21°С. Диаметр отверстия под палец измеряется нутромером (рисунок 19.9). Допустимая овальность пальца 0,025 мм, на пальце не должно наблюдаться следов коррозии. В противном случае палец следует заменить. Крайне не рекомендуется разворачивать отверстие под палец и устанавливать ремонтный палец, так как при выполнении этой процедуры возможно нарушение соосности, что приведет к заклиниванию поршня и разрушению шатунных подшипников.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216544.jpg)
19.9. Измерение внутреннего диаметра отверстия под поршневой палец
Сборка поршня открытого типа с шатуном
Перед сборкой убедитесь в правильной ориентации шатуна и поршня. При сборке шатуна бывшего в употреблении с новым поршнем следует проверить посадку пальца в шатуне (Рисунок. 19.10а). Следует учитывать, что на некоторых дизелях перед установкой пальца поршень рекомендуется нагреть до 99°С. При установке пальца в поршень должно прикладываться значительное усилие от руки. В шатуне посадка пальца сравнительно слабее.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216545.jpg)
19.10. а) Проверка посадки поршневого пальца; б) Проверка герметичности стопорного кольца поршневого пальца: 1. Асбестовая перчатка; 2. Манометр; 3. Присоска; 4. Вакуумный насос
Зажмите поршень в тиски с мягкими губками, смажьте отверстие в поршне, палец и втулку головки шатуна маловязким маслом.
В канавку на поршне вставьте стопорное кольцо. Втолкните палец в поршень так, чтобы он немного выступал из бобышки, сориентируйте шатун и оденьте его на выступающую часть пальца. Втолкните палец с усилием до упора в стопорное кольцо. Установите второе стопорное кольцо. Убедитесь в наличии зазоров между стопорным кольцом и пальцем, а также между шатуном и бобышкой поршня.
Внимание! При сборке с шатуном поршня, в котором предусмотрены выборки под головки клапанов, выставьте выборки так, как указано в пособии по ремонту. Проверьте ориентацию шатунов и поршней. Как правило, номер на шатуне обращен в сторону распредвала на однорядных дизелях и в наружную сторону на V-образных дизелях.
На дизелях Detroit стопорное кольцо служит также для предотвращения попадания воздуха из воздушной коробки в картер коленвала. После установки второго стопорного кольца на этих дизелях проверьте герметичность с помощью вакуумного насоса и манометра (Рисунок. 19.10б).
Сборка плавающего (крейцкопфного) поршня с шатуном
Установите поршень на чистую поверхность и вставьте втулку подшипника на половину длины (Рисунок. 19.11).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216546.jpg)
19.11. Сборка плавающего (крейцкопфного) поршня с шатуном: 1. Юбка; 2. Палец; 3. Головка; 4. Уплотнительное кольцо; 5. Поршень; 6. Втулка
Внимание! Зазор между краем втулки и канавкой в днище поршня зависит для каждого двигателя разный.
Между юбкой и поршнем устанавливается уплотнительное кольцо с внутренним скосом или кольцо с меткой ТОР. Смажьте уплотнительное кольцо и канавку. С помощью приспособления установите уплотнительное кольцо в днище так, чтобы скошенная часть или метка ТОР были обращены к верхней части днища поршня. Кольцо не должно заедать в канавке, а зазор не должен превышать предельно допустимый. Смажьте поверхность, к которой прилегает уплотнительное кольцо в юбке. Сожмите кольцо и оденьте юбку на днище. Юбка поршня должна свободно поворачиваться от руки.
Совместите юбку и днище, смажьте отверстие под палец, палец и втулку и установите палец по месту. Установите на болты шатуна регулировочные шайбы, смажьте резьбы, совместите отверстия в шатуне в пальце и затяните пальцы от руки. Зажмите шатун в тиски и затяните болты с заданным моментом. Установите стопорное кольцо и проверьте его герметичность.
Конструкции поршневых колец
Поршневые кольца изготавливаются из чугуна или ковкой стали с добавлением углерода, хрома, ванадия, кремния, фосфора, хрома, меди, молибдена. Почти все компрессионные кольца хромированы, или имеют плазменное напыление для повышения износостойкости. В последнее время в дизелестроении стали широко применяться профильные поршневые кольца (Рисунок. 19.12), которые устанавливаются по краю днища поршня. Такая конструкция исключает образование воздушной подушки в пространстве между боковой стенкой в верхней части днища и цилиндром (так называемого "спертого воздуха"). Согласно утверждениям некоторых изготовителей при такой конструкции обеспечиваются 5%-экономия топлива и 50%-снижение дымности дизеля.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216547.jpg)
19.12. Конструкция поршневых колец (установка профильного поршневого кольца показана в среднем ряду справа): 1. Боковой зазор; 2. Кольцо с гладкой поверхностью; 3. Внутренний зазор; 4. Кольцо с конической поверхностью; 5. Кольцо с внутренней фаской; 6. Замок; 7. Полузамок; 8. Секционированное кольцо; 9. Кольцо; 10. Направляющая; 11. Расширитель; 12. Днище поршня; 13. Профильное кольцо; 14. Прилегающее кольцо; 15. Направляющая; 16. Радиальный расширитель; 17. Пружина; 18. Чугунное кольцо; 19. Подпружиненное кольцо; 20. Расширитесь; 21. Разделительное кольцо; 22. Направляющая; 23. Секционированное кольцо; 24. Расширитель (предусмотрен на части поршней); 25. Нижнее кольцо; 26. Паз; 27. Выборка; 28. Вентилируемое кольцо
Все кольца рассчитаны на определенное усилие растяжения и имеют строго определенную толщину. В свободном состоянии кольца имеют овальную форму.
Компрессионные и маслосъемные кольца
Компрессионные кольца обеспечивают уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Кроме того, эти кольца обеспечивают удаление избыточного масла и создают тонкую пленку, которая препятствует трению металла о металл. Деформация компрессионных колец при установке не допускается, так как ослабление статического давления кольца приводит к повышению расхода масла. Наоборот, при большом статическом давлении кольцо быстро повреждается и изнашивается, - на нем образуются сколы и задиры.
Маслосъемные кольца ограничивают попадание избытка масла на компрессионные кольца и обеспечивает смазку поршня и цилиндра. Избыточное масло, которое не удаляется компрессионными кольцами, попадает в камеру сгорания.
На рисунке 19.13 показано маслосъемное кольцо, установленное в поршне. Когда поршень движется вниз, масло снимается со стенок цилиндра и попадает в каналы кольца, затем в отверстия в поршне и стекает в поддон. С другой стороны, масло также отводит тепло от поршня.
Иногда для маслосъемных колец применяют экспандер, который прижимает скребковые кольца к цилиндру со строго определенным усилием.
Проверка зазора в стыках поршневых колец
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216548.jpg)
19.13. Действие маслосъемного кольца при движении поршня вниз (а) и вверх (b)
Этот зазор необходимо проверить перед установкой поршня в сборе в цилиндр. Если зазор мал, то кольца, поршень и цилиндр будут повреждены. При слишком большом зазоре падает компрессия в цилиндрах, ускоряется отложение нагара в камере сгорания и на днище поршня.
Вставьте кольцо в соответствующий цилиндр и протолкните поршнем на глубину, равную половине хода поршня. Кольцо должно быть установлено перпендикулярно стенкам цилиндра. Щупом измерьте зазор в стыке кольца (Рисунок. 19.14).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216549.jpg)
19.14. Измерение зазора в стыке поршневого кольца: 1. Щуп; 2. Кольцо; 3. Блок цилиндров; 4. Гильза
Кольцо при необходимости можно подпилить, зажав надфиль в тиски. Ширина надфиля должна быть равна зазору в стыке кольца. Материал кольца снимается в направлении от наружной поверхности к внутренней.
Не допускается подпиливание торцов хромированного кольца, так как впоследствии хромовое покрытие отслоится, что приведет к повреждению поршня или гильзы.
Установка колец на поршень
Смажьте поршень и кольцо маслом для двигателя. Установите поршень с шатуном в тиски так, чтобы юбка поршня опиралась на лапы тисков. Оденьте самое нижнее кольцо. Как правило, компрессионные кольца имеют маркировку Т или точку, или фаску (выборку) на внутренней части. При установке фаска или маркировка должна быть обращена к днищу поршня. Скребковое компрессионное кольцо (у этого кольца выборка выполнена снаружи) должно устанавливаться выборкой в сторону юбки.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216550.jpg)
19.15. Установка поршневых колец: 1. Приспособление для снятия и установки поршневых колец; 2. Компрессионное кольцо (хромированное); 3. Компрессионные кольца; 4. Маслосъемное кольцо
При установке составного маслосъемного кольца следует учесть, что торцы расширителя не должны перекрываться. Торцы должны быть расположены над отверстием поршневого пальца, в стыке расширителя должна просматриваться цветовая маркировка. Установите направляющую так, чтобы стык располагался под углом 45° к оси пальца. Стык второй направляющей должен располагаться противоположно стыку первой направляющей.
На некоторых дизелях Detroit предусмотрено два трехэлементных маслосъемных кольца.
На части этих дизелей также устанавливаются трехэлементное маслосъемное кольцо в нижней канавке и двухэлементное маслосъемное кольцо в следующей снизу канавке. Кольца на этих дизелях одеваются в соответствии с указаниями по ремонту.
После одевания колец проверьте свободу их проворачивания в канавке, убедитесь, что при сжатии кольца зазор между поверхностью поршня и кольцом составляет 0,05 мм.
Расстановка стыков поршневых колец
Расстановка стыков поршневых колец выполняется в соответствии с указаниями по ремонту дизеля. Стыки не должны совпадать, и не должны также располагаться над отверстием под палец, на упорной поверхности поршня и на поверхности ей противоположной.
Установка поршня с шатуном в цилиндр
Снимите с шатуна крышку. Проверните коленвал и установите шатунную шейку в НМТ. Проверьте расстановку стыков поршневых колец, убедитесь, что номер шатуна соответствует номеру цилиндра. Вложите в шатун и крышку вкладыши подшипников, смажьте вкладыши. Сориентируйте шатун, обожмите кольца приспособлением и введите шатун в цилиндр. При сборке рекомендуется одеть на резьбовые части болтов отрезки шланга,«чтобы не поцарапать стенки гильзы.
Сориентируйте поршень. Если в поршне предусмотрены масляные форсунки, то примите меры к тому, чтобы не погнуть трубки форсунок. При необходимости поверните поршень на несколько градусов, чтобы при сборке не задеть форсунки (Рисунок. 19.16).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216551.jpg)
19.16. Установка поршня: 1. Шатун повернут, чтобы не задеть форсункой о край цилиндра
Рукояткой молотка втолкните поршень так, чтобы днище стало заподлицо с разъемной плоскостью блока цилиндров. Если поршень не поддается, то причинами могут быть неправильная установка колец, несоответствие зазора в стыках норме, загрязнение канавок под кольца. В этом случае поршень с шатуном следует достать и устранить дефект.
Притяните шатун к шейке, убедившись в чистоте поверхности вкладыша. Установите крышку шатуна (номер на крышке должен соответствовать номеру шатуна, номера должны оказаться друг напротив друга и указывать в ту сторону, которая указана в руководстве).
Смажьте резьбы болтов крышки. Проверьте зазор между подшипником и шатунной шейкой таким же способом, который использовался для определения зазора в коренных подшипниках. Для нового коленвала зазор не должен превышать 0,076 мм. Предельный зазор не должен превышать 0,18 мм. Проверьте осевой люфт шатуна в шейке, который должен быть не более 0,13 мм для однорядного двигателя и не более 0,12 мм для V-образного.
При сборке двухтактных дизелей Detroit вставьте поршень в сборе с шатуном в гильзу (Рисунок. 19.17). Установите гильзу на деревянный брусок так, чтобы маркировка гильзы была обращена в сторону угла бруска. На 1-м этапе расставьте стыки поршневых колец, смажьте поршень и компрессор колец и введите поршень с шатуном в компрессор (оправку для сжатия колец). Далее установите оправку на гильзу и введите поршень до освобождения компрессора (предварительно убедившись, что номер на шатуне обращен в сторону маркировки на гильзе). Снимите крышку шатуна и достаньте компрессор. Установите верхний шатунный вкладыш и введите поршень так, чтобы кольца прошли входное окно гильзы. Установите гильзу в сборе с шатуном и поршнем в блок цилиндров.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216552.jpg)
19.17. Установка поршня в гильзу при сборке двухтактных дизелей Detroit: 1. Этап 1; 2. Этап 2
Совместите метки на блоке цилиндров и соответствующей гильзе и вставьте гильзу так, чтобы фланец гильзы зашел в расточку цилиндра. Установите крышку шатуна с вкладышем и затяните болты с заданным моментом. Чтобы предотвратить смещение гильзы при проворачивании коленвала во время установки второго поршня, гильзу следует закрепить зажимом.
Износ поршней
Двигатель автомобиля иногда сравнивают с сердцем человека. Действительно, он работает постоянно, пока машина движется. Правда, такое сравнение не вполне корректно. Ведь сердце, как и всякий живой организм, непрерывно самовосстанавливается: в нем постоянно идут процессы отмирания старых клеток и замещения их новыми, молодыми. Чего никак не скажешь о неживом механизме -об автомобильном двигателе. Он, несмотря на все наши старания, изнашивается практически необратимо. Однако интенсивность такого износа, ресурс двигателя до капитального ремонта, как и долговечность всего автомобиля в целом, во многом зависят от того, насколько качественно он сделан и грамотно эксплуатируется.
Особенно подвержены износу главные детали двигателя - поршни с поршневыми кольцами, шатуны и цилиндры. Работа поршней двигателя наиболее впечатляет. Ведь, двигаясь возвратно-поступательно между верхней и нижней мертвыми точками, они покрывают огромное расстояние. Так, при частоте вращения коленчатого вала 5000 об/мин и ходе поршня в 75 мм суммарный путь поршня в минуту составляет 375 м. За час работы это расстояние будет уже 2 км 250 м, а за месяц эксплуатации по 8 часов в день, исключая выходные, поршень переместится на 460 км. При интенсивной работе автомобиля за 5 лет (а именно такую продолжительность эксплуатации автомобиля до капремонта подтверждает статистика) поршень покроет расстояние в 24 000 км!
Итак, износ поршня и сопряженных с ним деталей неизбежен. Однако величины износа поршневых групп (поршни-поршневые кольца) до капитального ремонта двигателей различных фирм весьма отличаются друг от друга. Так, предельный износ поршней и поршневых колец двигателей Mercedes-Benz, Volkswagen, BMW, большинства американских и японских фирм наступает после пробега около 300 000 км. В то же время двигатели других, скажем, менее совершенных моделей, нуждаются в замене поршней и поршневых колец уже после 50 000 км пробега (почти в 10 раз меньше!).
В чем же тут причина? И как зависит долговечность этих деталей от условий эксплуатации? Для ответа на эти вопросы рассмотрим две типичные конструкции поршневых групп бензинового двигателя и дизеля. Напомним, прежде всего, что давление газов внутри цилиндров этих двигателей в начале рабочего хода отличается примерно в два раза. В карбюраторном двигателе или в двигателе с непосредственным впрыском бензина оно составляет 40-55 кг/см2, в дизеле - это 70-80 кг/см2. Поэтому и поршни бензинового и дизельного двигателей отличаются один от другого, хотя главные конструктивные решения у них одинаковы.
Типичный поршень карбюраторного двигателя отлит из алюминиевого сплава и покрыт снаружи слоем олова для улучшения прирабатываемости к зеркалу цилиндра. Его верхняя часть - головка - имеет меньший на 0,1 мм диаметр, чем внутренний диаметр цилиндра. Это сделано для предотвращения заклинивания головки в цилиндре при разогреве. В кольцевых канавках размещены два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Нижняя часть поршня - юбка - в поперечном сечении овальна, а по высоте имеет коническую форму: в верхней части - меньший диаметр, чем в нижней. Кроме того, внутри бобышек поршня с отверстиями под поршневой палец вплавлены две стальные терморегулирующие вставки. Все это сделано для предотвращения увеличения трения между юбкой и зеркалом цилиндра при нагревании поршня. Имея меньший, чем у алюминия, коэффициент теплового расширения, эти вставки стягивают юбку в направлении, перпендикулярном оси поршневого пальца.
Отверстие под поршневой палец в современных двигателях обычно смещают от оси симметрии в правую сторону двигателя. Для правильной сборки поршня с шатуном и установки их в цилиндр двигателя около отверстия бобышки имеется метка, которая должна быть обращена в сторону передней части двигателя. Такое смещение делают для уменьшения боковой составляющей силы давления газов, прижимающей поршень к одной из сторон цилиндра на такте "рабочий ход".
Шатун также должен быть правильно сориентирован в двигателе. На его передней стороне имеется отверстия для направленной струи масла на нагруженную сторону зеркала цилиндра (в некоторых двигателях это отверстие отсутствует). Вкладыши и крышка нижней головки шатуна также имеют соответствующие метки для правильной сборки. От точности изготовления поршня и верного подбора его к отверстию цилиндра существенно зависит его дальнейшая работоспособность и долговечность. Ведущие автомобилестроительные фирмы применяют сегодня систему, в соответствии с которой поршни по наружному диаметру разбиты обычно на пять или шесть классов через 0,01 мм. Кроме того, они разделены на 3-4 категории через 0,004 мм в соответствии с диаметром отверстия под поршневой палец. Цилиндры двигателя также имеют подобное же разделение на пять классов. Такая система позволяет наиболее точно подобрать поршень соответствующего класса к любому, даже изношенному цилиндру, и палец нужной категории к отверстию в бобышках и к шатуну. Для капитального ремонта двигателей, заключающемся обычно в расточке цилиндров, фирмы выпускают ремонтные поршни увеличенных размеров.
Поршень современного дизеля рассчитан на восприятие более высоких давлений, поэтому он имеет большую толщину днища и бобышек. Кроме того, конструкция поршня дизеля несколько отличается от рассмотренной ранее. Главное отличие - это размещение камеры сгорания непосредственно в головке поршня. Поскольку сгорание происходит при нахождении поршня вблизи верхней мертвой точки, горячие газы сильней нагревают головку поршня, а стенки верхней части цилиндра нагреваются относительно меньше, чем в бензиновых двигателях. Для надежного уплотнения поршня в цилиндре на его наружной поверхности сделаны пять канавок под поршневые кольца. В трех верхних канавках установлены компрессионные кольца. В нижних канавках размещены два маслосъемных кольца. Многие фирмы изготавливают компрессионные кольца прямоугольного сечения, практически ничем не отличающиеся от колец бензиновых двигателей. Однако более прогрессивной, хотя и более дорогой, является конструкция с конусной верхней рабочей поверхностью. Угол наклона образующей конуса у таких колец делают обычно 10°. Применение конусных колец обеспечивает некоторое увеличение их долговечности, поскольку на такте "рабочий ход" составляющая силы давления газов на конусную поверхность кольца дополнительно прижимает его к зеркалу цилиндра. Особенностью обслуживания и ремонта поршней с конусными компрессионными кольцами является точный контроль зазоров. Зазоры между канавкой и маслосъемными кольцами контролируют так же, как и в бензиновых двигателях.
Силы трения между поверхностями юбки поршня и зеркала цилиндра у дизелей выше, нам в бензиновых двигателях. Для увеличения долговечности на поверхность юбки поршней в современных фирмах наносят слой специального коллоидно-графитового покрытия. Оно намного улучшает прирабатываемость поршня к цилиндру и удлиняет срок его работы до капитального ремонта. Подобную же обработку трущихся поверхностей поршней применяют сегодня и на бензиновых двигателях.
Кроме износа поверхностей юбки, изнашиваются также канавки под компрессионные кольца поршня. Кроме того, изнашивается канавка под маслосъемное кольцо, хотя такой износ обычно куда меньше. При износе канавок кольца начинают все более интенсивно перемешаться вниз и вверх по высоте канавки, и все более ощутимым становится так называемое насосное действие колец. Это проявляется во все более увеличивающемся расходе картерного масла двигателя. Попадая в камеру сгорания, оно сгорает там, образуя сизый дым, выходящий из выхлопной трубы автомобиля. При Значительном износе канавок замена колец на новые мало улучшает ситуацию. Наступает Объективная необходимость в замене всей поршневой группы с весьма желательной расточкой цилиндров на ремонтный размер. Все описанные виды износа - это естественный и, к сожалению, неотвратимый процесс.
С естественным износом двигателя можно успешно бороться, продлевая его работоспособность. Америк тут открывать не следует. Просто нужно скрупулезно выполнять требования по эксплуатации автомобиля, пользоваться качественным маслом и масляными фильтрами, грамотно регулировать топливную аппаратуру. Хорошие результаты дает применение качественных модификаторов масла и топлива, препаратов, изменяющих микроструктуру поверхностных слоев трения двигателей.
Наряду с этим износ двигателя, как и всего автомобиля в целом, во многом зависит от водителя, от его квалификации и технической грамотности. Ведь не зря же автомобили одной и той же марки у одних водителей служат долго и безотказно, у других - ремонтируются чуть ли не каждую неделю. Опытный водитель почти никогда не допускает работы двигателя с перегрузкой, а тем более - детонацией. Он постоянно слушает, как работает ej-о двигатель, и немедленно реагирует на перегрузку, сопровождаемую гулким, низкотональным звуком на пониженной частоте вращения коленчатого вала. Режим разгона автомобиля также сопровождается повышенным износом двигателя. Здесь напрашивается аналогия с лошадью и наездником: заботливый хозяин не будет без особой нужды хлестать своего четвероногого друга, заставляя его бежать с места в карьер, особенно когда лошадь еще не разогрелась. Конечно, в критических ситуациях водитель может себе позволить лихо, предельно резко разогнать автомобиль. Но если такой крутой стиль езды входит в привычку, ремонт двигателя у такого лихача наверняка обеспечен вдвое раньше, чем это предусмотрено техническими условиями.
Зачастую наблюдается и другой, не предусмотренный никакими инструкциями вид износа. Это аварийная поломка шатунно-поршневой группы и, прежде всего, колец и перемычек кольцевых канавок поршня. В бензиновых двигателях это связано прежде всего с детонацией. Напомним, что детонация - это взрывоподобное сгорание горючей смеси в цилиндре, сопровождаемое скачкообразным повышением давления в камере сгорания. Это равносильно резкому удару увесистой кувалдой по неподвижному поршню и кольцам. Детали, естественно, не рассчитаны на нагрузку и могут поломаться, повредив затем острыми осколками зеркало цилиндра. Причин детонации несколько. Однако главные из них - эта работа двигателя на бензине с более низким, чем это предусмотрено техническими условиями, октановым числом, а также перегрев и работа на богатой горючей смеси. Опытный водитель обязан слышать детонационные стуки при работе двигателя и немедленно уменьшать подачу топлива при разгоне, а затем устранять причины детонации. Звук детонации - это высокотональные металлические щелчки, совпадающие по частоте с оборотами коленчатого вала. Они могут быть еле слышны на фоне других звуков работающего двигателя, особенно - при слегка раннем зажигании, и пропадать при совсем незначительном уменьшении подачи топлива (газа). Такая еле заметная детонация свидетельствует о правильно отрегулированном угле опережения зажигания, но бывает и так, что детонационные стуки появляются сразу же при нажатии на педаль газа, что, конечно же, недопустимо, и продолжать движение в таком режиме равносильно разбиванию молотком внутренностей двигателя.
Дизельные двигатели не столь чувствительны к изменению состава дизельного топлива, хотя и в них случаются неприятности, ведущие к повышенному износу деталей кривошипно-шатунной группы. Это, прежде всего, перегрев двигателя и связанное с ним уменьшение вязкости масла, особенно,если оно невысокого качества. Повышенный износ может быть следствием и неправильной регулировки насоса высокого давлении, и ухудшения распыления топлива в камерах сгорания из-за нарушения работы форсунок. И, конечно же, многое зависит от самого водителя.
Итак, из всего вышесказанного можно сделать такие обобщенные выводы. Долговечность вашего автомобиля, а равно как и всего транспортного средства в целом, зависит от двух факторов: от качества изготовления, за которое ответственна фирма-производитель, и от уровня технической эксплуатации, за который, в конечном счете, ответственен водитель. Об этом нужно помнить как при покупке автомобиля, так и при подготовке и обучении водителей.