задиры на поршне что делать
Почему на поршнях возникают задиры?
Причин тому множество. Например, такие повреждения могли случиться из-за недостаточного зазора. Еще одна причина появления задиров — работа мотора без смазки.
Зазор между поршнем и цилиндром, при эксплуатации, может недопустимо уменьшится (почти до полного исчезновения) при неправильном монтаже движущихся деталей, при перекосе гильз цилиндров или же — при перегреве. Кроме того, температура поршня во время работы, значительно выше температуры цилиндра, поэтому поршень расширяется сильнее, чем смежный цилиндр. Кроме того, алюминий, по сравнению с серым чугуном имеет удвоенное тепловое расширение, что тоже необходимо учесть. При уменьшающемся зазоре между поршнем и цилиндром сначала возникает полусухое трение, потому что масляная пленка со стенки цилиндра вытесняется расширяющимся поршнем. Поэтому несущие поверхности на юбке поршня сначала стираются до блеска. Из-за полусухого трения, и нагрева от него, температура деталей становится еще выше. Поршень оказывает все большее давление на стенку цилиндра. Масляная пленка исчезает полностью, и поршень начинает работать без смазки. В результате появляются первые задиры с гладкой темной поверхностью. В общем можно указать следующие характерные признаки задиров из-за недостаточного зазора: за участками с зеркальным блеском следуют гладкие темные задиры. Задиры имеются как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне поршня.
Задиры, из-за недостаточного зазора, на юбке поршня
Описание картины: На поверхности юбки поршня имеется несколько одинаковых задиров. Они возникли на нагруженной и на ненагруженной стороне, то есть, задирам на одной стороне поршня соответствуют задиры на противоположной стороне. Поверхность повреждений переходит от точек давления с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом.
— Недостаточный диаметр цилиндра;
— Слишком сильная или неравномерная затяжка головки блока цилиндров;
— Неровные привалочные поверхности на блоке цилиндров или на головке блока;
— Грязная или изношенная резьба в отверстиях блока или на болтах;
— Заедание болтов или неравномерная смазка на опорных поясках головок болтов;
— Использование неподходящих прокладок головки блока цилиндров;
— Деформация цилиндров в результате неравномерного нагрева из-за накипи, загрязнения или других неисправностей системы охлаждения.
Задиры, из-за недостаточного зазора, рядом с бобышками пальца (задиры под углом 45°)
Характерными являются задиры, со смещением на 45° относительно оси бобышек, причем как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне. Их поверхность переходит от точек нажима с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Поршневой палец имеет синий цвет побежалости. Это признак того, что температура пальца была слишком высокой из-за недостаточного зазора или нехватки смазки.
Появляется, когда слишком сильно нагревается зона вокруг бобышек поршневого пальца. Поскольку, в этом месте поршень отличается довольно высокой жесткостью, возникает повышенное тепловое расширение и зазор между поршнем и поверхностью цилиндра уменьшается. Относительно тонкостенная направляющая часть поршня может компенсировать повышенное тепловое расширение за счет своей эластичности. Однако, в местах перехода к жестким бобышкам металл с большим усилием давит на стенку цилиндра. Это, в конечном счете, приводит к разрыву масляной пленки и к возникновению задиров на поршне.
Возможные причины повреждения:
— Слишком высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не прогрелся. Поршень может достичь своей нормальной рабочей температуры в течение 20 секунд, в то время как холодному цилиндру для этого требуется намного больше времени. В результате поршень расширяется намного больше и быстрее, чем цилиндр. В вышеописанных местах зазор сильно уменьшается, и появляются задиры.
— Слишком плотная посадка поршневого пальца в верхней головке шатуна (горячезапрессованные шатуны). Слишком плотная посадка может привести к некруглости отверстия в шатуне и, тем самым, поршневого пальца. Это связано с различной толщиной стенок верхней головки. В направлении стержня шатуна металла больше и стенки более толстые, а в других направлениях толщина металла намного меньше. При деформации поршневого пальца зазор между ним и отверстиями в бобышках уменьшается. Поэтому в месте контакта выделяется много тепла, что вызывает избыточное тепловое расширение в этой зоне.
— Дефект монтажа при горячей посадке поршневого пальца. Кроме вышеназванного дефекта при установке пальца, необходимо обратить внимание и на то, чтобы сразу после установки пальца подшипники пальца не проверялись на свободный ход путем покачивания поршня. Сразу после монтажа холодного пальца в горячий шатун температура между обеими деталями выравнивается. И поршневой палец может стать очень горячим. Он расширяется и заклинивается в холодном поршне. Если поршень, в этом состоянии, покачать, в отверстиях бобышек может возникнуть задир, который в эксплуатации приведет к подшипников и, тем самым, к местному перегреву. Поэтому собранные детали должны остыть, а свободное перемещение поршня на пальце следует проверять только после охлаждения!
— Задиры верхней головки шатуна, из-за недостаточной смазки, при первом запуске двигателя после ремонта. При сборке поршневой палец не смазывали или смазывали недостаточно. Перед тем, как масло при первом запуске поступит во втулку ВГШ, смазка недостаточна, что вызывает заедание пальца и, тем самым, повышенное выделение тепла.
Задиры, из-за недостаточного зазора, в нижней части юбки поршня
На нижней части юбки поршень имеет типичные задиры с местами нажима на одной и на противоположной стороне. Следы переходят от места нажима с зеркальным блеском в гладкие темные задиры. Все остальные части поршня повреждений не имеют. Те же самые задиры имеет соответствующая мокрая гильза цилиндра в нижней части, там, где она уплотняется с картером, от попадания воды. Остальная поверхность гильзы цилиндра также не повреждена.
Детали имеют характерные признаки заедания из-за недостаточного зазора. Это указывает на то, что зазор между поршнем и цилиндром в нижней части, вероятно, из-за деформации цилиндра, был настолько мал, что масляная пленка разрушилась.
Возможные причины повреждения:
— Уплотнительные кольца круглого сечения не смогли нормально расшириться при работе. Неподходящие кольца круглого сечения могут привести к деформации гильзы, вплоть до полного отсутствия зазора между ней и юбкой поршня. Для получения достаточной свободы уплотнительные кольца должны заполнять примерно 70 % объема канавок;
— Для уплотнительных колец, используемых для данной цели, характерно набухание под воздействием масла. Эта особенность предусмотрена, чтобы обеспечить герметичность в течение длительного времени. Поэтому нельзя использовать дополнительный герметик;
— В проточках, для уплотнительных колец, возможно, сохранились остатки старых уплотнений;
— Уплотнительные кольца не могут обеспечить отличную герметизацию, если они были перекошены при монтаже гильзы. Поэтому их всегда надо смазывать перед монтажом.
Задиры цилиндров в двигателях внутреннего сгорания
Главная › Блог › Задиры цилиндров в двигателях внутреннего сгорания
Что такое «задиры»
В двигателях внутреннего сгорания одни детали неподвижны, а другие двигаются вращательно или поступательно. Вращательно в двигателе движутся коленчатый и распределительные валы, а поступательно – поршни и клапаны вместе с подъёмными механизмами. Есть ещё много систем двигателя, где одни детали движутся, а другие стоят – турбонаддув, масляный насос, помпа, компрессор климатической установки, генератор.
Двигатель Audi RS5 (RS4) 4.2 FSI CFSA 450hp
И, если рассматривать всё это по отдельности, то каждое место контакта металла с металлом называется «парой трения». Для того, чтобы трение в паре трения было минимальным, поверхности металлов должны быть гладкими, а между ними должна быть смазка («масляный клин» или «масляная плёнка»). Так устроен подшипник скольжения. В случае ДВС смазкой выступает моторное масло, а давление и циркуляцию масла обеспечивает масляный насос.
Почему появляются задиры
Появляются задиры из-за прямого контакта металлов в парах трения. То есть из-за «сухого трения». Оно, в свою очередь, может быть вызвано несколькими причинами – недостаточной смазкой, температурным расширением или попаданием в пару трения посторонних веществ.
Недостаточная смазка возникает при падении давления масла, неравномерности масляного клина (масляной плёнки), потери свойств масла (например, из-за содержания бензина). Перегрев масла (когда температура выше 120* на современных двигателях включается аварийный режим работы) тоже относится к недостаточной смазке.
Температурное расширение возникает из-за перегрева или ошибки конструктора.
Посторонние вещества могут попадать в пару трения вместе с грязным маслом или же через впускные/выпускные каналы (отсутствие воздушного фильтра или разрушение катализатора).
Рассмотрим все эти случаи подробнее, а также расскажем о самых нагруженных парах трения в двигателях.
Задиры в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ)
Чаще всего задиры возникают именно в цилиндрах. Из-за высоких температур пара трения поршень-цилиндр устроена сложнее, чем подшипник скольжения. И появлению задиров в цилиндрах больше подвержены двигатели с блоком цилиндров, изготовленных из алюминиевого сплава, без гильз из других металлов.
Двигатель внутреннего сгорания в вертикальном разрезе.
Речь идёт про среднюю часть двигателя – поршни и цилиндры
Поверхность цилиндра не гладкая, а с насечками, удерживающими масло. Такие насечки называются «хон».
Хон в цилиндре
Внутри цилиндров двигаются поршни. Для того, чтобы на тактах сжатия и сгорания утечка бензовоздушной смеси и энергии, высвободождающейся при сгорании, была минимальной, зазора между поршнем и цилиндром быть не должно. То есть, камера сгорания должна быть герметичной.
Поршни, соединённые с шатунами
Чтобы снизить трение поршня о стенки цилиндров применяют поршневые кольца. Именно они контактируют с хоном, и смазывается эта пара трения моторным маслом.
Поршень в разрезе. Схема расположения поршневых колец.
Поршни современных двигателей оснащаются тремя кольцами – двумя компрессионными и одним маслосъёмным.
Причины возникновения задиров в цилиндрах
Тепловое расширение поршня.
Из-за этой проблемы от задиров страдали Ауди с двигателями 3.0Т первого поколения (290 л.с.). За время выпуска двигателя было 4 ревизии поршневой группы, а каждая ревизия отличалась уменьшением диаметра поршня на 0,01 мм (одну «сотку»).
Таким образом, поршень при нагреве вставал в цилиндре «в распор» и образовывались задиры – поршень повреждал стенки цилиндров, повреждаясь при этом сам.
Так выглядят задиры в цилиндрах А так выглядят задранные поршни
Для этого случая характерно повреждение по всей площади цилиндра.
Характерный звук – цокот на холостых с частотой примерно в 1-2 Гц, похожий на гидрокомпенсатор. Но гидрокомпенсаторы в этих двигателях не цокают…
Разрушение катализаторов
Катализатор установлен в выхлопной системе достаточно близко к двигателю и состоит из керамического основания и драгоценных металлов. При перегреве керамика может разрушаться.
Передняя часть катализатора со следами начавшегося разрушения
При разрушении мелкая керамическая пыль будет затянута из выхлопной системы в камеры сгорания обратным потоком. Эта пыль попадёт между поршнем и цилиндром и будет служить абразивом.
Задиры от керамической пыли, образовавшиеся при разрушении катализаторов
В случае разрушения катализатора характерным признаком будет множество хаотично распределённых царапин в цилиндре.
Такому типу задиров чаще подвержены атмосферные (naturally aspirated) или компрессорные (с ременным приводом) двигатели. У турбированных двигателей между двигателем и катализатором установлен турбонагнетатель, через который керамической пыли пролететь намного сложнее.
Негерметичность топливных форсунок
Современные бензиновые двигатели оснащаются системами непосредственного впрыска (FSI, TFSI, TSI, DFI, GDI, а проще говоря Direct Fuel Injection). Топливная форсунка установлена соплом в камеру сгорания и может за один такт сжатия произвести несколько порций впрыска – для охлаждения воздуха, для лучшего завихрения, для более полного сгорания.
По мере износа топливных форсунок происходит потеря герметичности. Таким образом, после каждого глушения двигателя бензин стекает по стенкам цилиндров и смывает масло, необходимое для смазки пары трения между кольцом и цилиндром. А после запуска двигателя первые несколько движений поршня будут сопровождаться «сухим» трением, от которого и будут возникать повреждения на стенке цилиндра.
Задиры в цилиндрах, образовавшиеся из-за неисправности топливных форсунок
При такой неисправности характерно повреждение стенки цилиндра в одном месте по пути стока бензина из форсунки.
Возникновению задиров такого вида больше подвержены двигатели с блоком цилиндров из алюминиевых сплавов и непосредственным или комбинированным (DFI+MPI) впрыском топлива.
Затруднённое вращение поршня на поршневом пальце
Поршень на шатуне подвижен и должен легко двигаться, чтобы не создавать дополнительных потерь на трение в цилиндре. Поршень не должен прикасаться юбкой к стенке цилиндра.
В случае затруднения хода при перекладке поршень будет перекошен в цилиндре, и юбка поршня будет оставлять повреждения на стенках цилиндров.
Часто такая проблема сопровождается перегревом двигателя даже при спокойной езде.
Такие проблемы возникают из-за некачественного ремонта или вследствие перегрева.
Поломка поршневых колец / прогорание поршня
При заправке некачественным топливом возможно появление детонационного сгорания. Такое сгорание имеет намного более высокую скорость распространения волны, а также происходит несвоевременно. Итогом может стать как повреждение катализатора, так и повреждение двигателя. Катализаторы от некачественного топлива могут спечься.
Слева исправный катализатор. Справа — спекся из-за некачественного топлива.
В двигателе могут лопнуть поршневые кольца и острыми краями начать задирать цилиндр.
Так выглядят лопнувшие поршневые кольца.
В случаях продолжительной высокой нагрузки возможен прогар или оплавление поршня, который так же неизбежно приведёт к поломке поршневых колец.
А это поршень, прогоревший от некачественного топлива вследствие детонации.
В таких случаях характерный вид задиров будет представлять из себя глубокие продольные риски.
Задиры в цилиндре из-за лопнувших поршневых колец.
Как было сказано выше, причиной таких поломок чаще всего является некачественное топливо или сознательное снижение октанового числа владельцем.
Попадание посторонних предметов
Если в камеру сгорания попадут посторонние предметы, например электрод свечи или зеркало эндоскопа, то поломки избежать будет практически нереально. В самом лучшем случае мелкий предмет может пролететь через выпускной клапан и вылететь в выхлопную систему. Но такое случается редко. Чаще предмет там остаётся и разрушает камеру сгорания.
Некоторым двигателям свойственно рассухаривание клапана и падение его в цилиндр. Такую поломку отнести к задирам будет неправильно, так как при ней ломается всё, а потом уже появляются задиры.
Встречались случаи выпадения поршневого пальца из верхней головки шатуна, что приводило к перекосу поршня или же трению пальца о стенки цилиндров. Такая поломка так же приведёт к появлению полосок, но в строго определённых местах – примерно по оси вращения коленвала.
Естественный износ двигателя
При больших пробегах износ металлов в паре трения между кольцом и цилиндром будет настолько велик, что у поршня появится посторонний люфт на поршневом пальце и свободный ход в цилиндре. Его будет перекашивать при перекладке в верхней мертвой точке.
При этом появляется соответствующий цокот – поршень начинает стучать юбкой по стенке цилиндра.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
Это механизм, в котором происходит преобразование поступательного движения (движения поршня при четырёх тактах – впуске-сжатии-сгорании-выпуске) во вращательное (колёса же надо крутить, а не толкать).
Схема кривошипно-шатунного механизма. Именно здесь происходит преобразование поступательного движения во вращательное.
Коленчатый вал (8) установлен в блоке цилиндров и вращается на подшипниках скольжения (10, это называется коренные вкладыши). Гладкие поверхности шеек коленвала (10) и коренные вкладыши, установленные в блоке цилиндров, образуют пару трения. Масло между ними снижает коэффициент трения до минимально возможного.
Частота вращения коленчатого вала (коленвала) – это и есть обороты двигателя, то есть то, что мы видим на тахометре. За два полных оборота коленвала каждый цилиндр делает 4 такта.
К коленвалу на таком при помощи такого же подшипника скольжения (1, это называется шатунный вкладыш) крепятся шатуны (7). Это ещё одна пара трения.
Сверху в шатун вставлена втулка (2) и уже в неё, сквозь поршень (4) вставляется поршневой палец. Внутри этой пары так же два подшипника скольжения.
Этот узел двигателя чувствителен к стабильности подачи масла и его качеству. В случае нарушения подачи масла или сильном снижении давления происходит контакт металла с металлом («сухое трение»), который приводит к нарушению гладкости трущихся поверхностей. В итоге, даже после восстановления давления, повреждённые поверхности не восстанавливаются и коэффициент трения в этих парах будет выше, чем заложенный заводом-изготовителем. Зазоры между деталями тоже изменятся, а значит изменится и толщина масляного клина – он станет неравномерным.
Шатунный вкладыш BMW M5 e60 с пробегом 12 000 км после неправильной обкатки.
Обычно, именно в этом месте происходит заклинивание двигателя. То, что в простонародии называется «клина словил». То есть, масло кончилось и металлы прикипают друг к другу. Вращение становится невозможным.
И именно из-за зазоров и притирки этих пар трения в КШМ двигатели рекомендуется сначала обкатывать, прежде чем использовать на полную мощность.
Сложность диагностики такого вида задиров в том, что их можно диагностировать либо при полном разборе двигателя, либо по косвенным признакам – например, по состоянию отработанного масла и содержанию масляного фильтра (появится металлическая стружка).
В некоторых случаях такие задиры появляются на двигателях с непосредственным впрыском (TFSI) при износе топливного насоса высокого давления (ТНВД). По мере износа ТНВД пропускает топливо через шток, который приводит его в действие. Таким образом бензин попадает в масло и качество смазки сильно теряется. То есть, если из масляной системы доносится резкий запах бензина, следует быть готовым не только к замене насоса, но и к капитальному ремонту.
Задиры в головках блока цилиндров
В головках блока цилиндров (ГБЦ) принцип появления такой же, как и в КШМ – из-за падения давления масла в подшипниках скольжения возникает контакт металлов. Но ГБЦ наиболее удалены от масляного насоса, а значит давление масла в первую очередь падает именно там, и, соответственно, задиры появляются в первую очередь.
ГБЦ современного двигателя Audi/VW
Так выглядит ГБЦ современного, 4-ёхцилиндрового двигателя Audi/VW. Выпускной коллектор интегрирован в саму ГБЦ, чтобы уменьшить потери тепловой энергии (увеличить давление и скорость потока в выпускной системе).
ГБЦ в разборе
Первое место, где образуются задиры из-за падения давления масла или перегрева – это распредвалы (3 и 4) и пастели распредвалов (5 и 6). Они кладутся в ГБЦ (1) и накрываются крышкой (2).
Кстати, про перегрев – даже при исправной подаче масла, при отсутствии должного охлаждения (например, утечка охлаждающей жидкости (антифриза, хладагента)) перегрев приведёт к разному искривлению ГБЦ и распредвалов, вследствие чего образуются задиры и в дальнейшем это приведёт к заклиниванию валов и обрыву привода ГРМ (цепи или ремня).
Как это диагностируется? Без разбора – почти никак… Если работа без масла или в режиме перегрева была долгой, то через крышку маслозаливной горловины на кулачках распределительных валов будут видны задиры, а может быть даже изменение цвета металла.
Система смазки двигателя
На примере современного турбированного 4-ёх цилиндрового двигателя Audi/VW покажем, как выглядит и работает система смазки.
Система смазки современного турбированного двигателя Audi/VW
Желтым цветом показан канал подачи масла от масляного насоса (снизу) к масляному распределителю, состоящему из разных каналов масла, фильтра, датчиков, переключателя и охладителя.
Зеленым отмечены масляные каналы, по которым проходит уже очищенное масло. Так обеспечивается подача масла к распредвалам с системой регулировки фаз (то, что у BMW называется VANOS), к механизму газораспределения (клапаны, компенсаторы, коромысла, системы регулировки высоты подъёма клапана (AVS, VVT)) и его приводу (если он цепной или зубчатый), к коленвалу, к турбонаддуву, к балансировочным валам.
Переключатель отвечает за включение и выключение форсунок охлаждения поршней (синяя магистраль). Регулировка нужна для более быстрого прогрева и снижения насосных потерь при низких нагрузках.
После прохождения по магистралям отработанное масло стекает в поддон, а потом масляный насос поднимает его опять в фильтр и так по кругу.
Какие двигатели наиболее подвержены задирам цилиндров
Audi – все двигатели V6 / V8 / V10 выпуска 2006-2013;
BMW – 4.4T N63 2008-2017;
Porsche – 3.6 / 4.8 / 4.8Т / 3.0Т / 3.6Т;
Volkswagen – 2.5TDi 2005-2009;
Mercedes-Benz – M272 2004–2013; M273 2005–2011;
KIA/Hyundai – 2.0 G4;
Nissan – 2.5 QR25DE;
Opel GM – 2.0 до 2010 года.
Проверка на задиры
Общее описание
Как было сказано выше, задиры в КШМ и ГБЦ без разбора диагностировать достаточно сложно, так как все рабочие поверхности скрыты глубоко внутри двигателя.
Задиры в цилиндрах (в ЦПГ) можно разделить по стадиям. Начальные стадии можно будет распознать только с помощью проведения эндоскопии. А последние – по звуку работы двигателя, пропускам зажигания, откатам угла опережения зажигания (ретардам), неравномерности работы цилиндров. У двигателя появится повышенный расход масла, выхлопные газы, возможно, станут синего цвета. В масле появится металлическая стружка. Да, даже состояние свечей зажигания намекнёт на неисправность.
Подробнее о начальных стадиях. Проверка делается при помощи эндоскопа. Эндоскопия цилиндров на бензиновых моторах делается через свечные технологические отверстия и без снятия ГБЦ. И проводить эту процедуру лучше при холодном двигателе.
Камеру (эндоскоп) опускают во все цилиндры, проверяя всю площадь поверхности цилиндров. Если поршень мешает, то требуется повернуть коленвал до достижения поршнем нижней мертвой точки.
В идеальном случае двигателя с минимальным пробегом мы должны увидеть там следующее:
Так выглядит цилиндр в новом (или после ремонта) двигателе
В худшем случае увидим это:
Задиры последней стадии.
Классификация повреждений в цилиндре
Нормой считается:
Вид при разборе двигателя:
1 2 3 4 5
Вид на экране эндоскопа:
1 2 3 4 5
А вот иллюстрация, как выглядят задиры на самом деле:
А так выглядит стружка, образующаяся при задирах, в масляной системе:
Корпус масляного фильтра. Белое — стружка. Масляный поддон. Белое — стружка.
Как избежать появления задиров
Прежде всего – регулярно менять масло и следить за уровнем. Перед заменой масла следует проверять нет ли запаха бензина под крышкой маслозаливной горловины. Если же бензином пахнет, необходимо срочно менять топливный насос высокого давления. При проведении ТО и компьютерной диагностике необходимо проверить герметична ли топливная система.
В некоторых случаях запах бензина может появиться ещё и из-за поломки системы вентиляции картерных газов (ВКГ). Это характерно для автомобилей марки Mercedes-Benz.
Также важно использовать только качественное высокооктановое топливо и избегать тех моторов, где инженеры допустили конструктивный просчет. Это, например, касается моторов V6 от Ауди с компрессором 290, 300 лошадиных сил. В меньшей степени это касается двигателей с мощностью 310 и 333 л.с..
Заключение
Остается добавить, что, если двигатель исправен сейчас – это не значит, что его не «задерет» в процессе эксплуатации. Однако, если в двигателе есть какие-то риски, но он при этом исправно работает (равномерно и все показатели в норме), то скорее всего это к задирам не относится. Сейчас есть много «экспертов», которые выкладывают ролики с диагностикой на YouTube. Будьте осторожны – в большинстве случаев, к «задирам» это не имеет никакого отношения.