1. Неисправности (на примере двигателей ЯМЗ)
2. Типы поршней
2.1. ПОРШНИ УПРАВЛЯЕМОГО РАСШИРЕНИЯ Поршни с кольцевой вставкой, которая управляет тепловым расширением. Вставки выполнены из серого чугуна. Главная цель этого кольца уменьшить тепловое расширение алюминиевого сплава поршня, так как чугун имеет относительно небольшое расширение и малую теплопроводность, вставка тем самым сдерживает металл сохраняя форму. Производство таких поршней более затратное, соответственно и выше цена готового продукта. Основной недостаток, это невозможность изготовления кованного поршня, так необходимого для турбированых двигателей, большая масса поршня. Такой тип поршней больше уходит в далекое прошлое.
2.2. АВТО ТЕРМИЧЕСКИЕ ПОРШНИ Авто термические поршни, имеют разделение(пропил) между кольцевым поясом и юбкой в канавке маслосъемного кольца, юбка держится в районе бобышек. Это позволяет снизить теплопередачу от кольцевого пояса поршня к его юбке, тем самым достигается более стабильная форма юбки. Стальная вставка в районе бобышек, контролирует тепловое расширение и увеличивает прочность. Такие поршни не способны выдерживать огромные нагрузки из-за «пропила», в работе отличаются низким шумом и относятся к более современным типам.
2.3. ПОРШНИ DUOTHERM Чем- то похожи на авто термические, но вместо пропила в юбке имеют стальную вставку по всему диаметру. Таким образом ограничивая температурный переход от кольцевого пояса к юбке и контролирую форму по всей окружности.
2.4. ПОРШНИ С ПЕРЕГОРОДКАМИ Этот тип поршней имеет большой холодильник и узкую часто овальную форму юбки. Поршень спроектирован так что при тепловом расширении он меняет свою форму из овальной в правильную круглую. В дополнение к такому типу поршней еще есть вариант со скошенной юбкой к вершине поршня. имеет более широкую часть юбки снизу сужаясь к кольцевому поясу. У поршней для двигателей с очень высокой выходной мощностью (больше, чем 100 кВт/л) может быть выполнен охлаждающий канал.
2.5. КОВАННЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ ПОРШНИ В двигателях с очень большими удельными нагрузками - такими как турбонадув или впрыск закиси азота используют кованные поршни. Преимуществом несомненно является прочность кованного алюминиевого сплава. Выдерживают более высокую температуру и лучше противостоят детонации. Из недостатков отмечается более высокая цена, невозможность применения некоторых технологий, например, некоторые из тех что описаны выше из-за технологического процесса изготовления.
3. Из чего сделан и состав
3.1. Чугун Отличается большой прочностью, износостойкостью и невысоким коэффициентом линейного расширения. Последнее свойство обеспечивает возможность работы таких поршней с малыми зазорами, благодаря чему достигается хорошее уплотнение цилиндра. Однако вследствие значительного удельного веса чугунные детали используют лишь в тех двигателях, где возвратно движущиеся массы имеют силы инерции, составляющие не более шестой части сил давления на днище поршня газов. Кроме того, из-за низкой теплопроводности разогрев днища чугунных деталей в процессе работы двигателя достигает 350-450 °С, что особо нежелательно для карбюраторных вариантов, так как приводит к калильному зажиганию.
3.2. Поршень — это трехсоставная деталь, то есть его конструкция включает три компонента, выполняющих различные функции, и две части: головку, в которую объединяют днище и уплотняющую часть, и направляющую часть, представленную юбкой.
3.2.1. Днище Может иметь различную форму в зависимости от многих факторов. Например, конфигурация днища поршней двигателя внутреннего сгорания определяется расположением прочих конструктивных элементов, таких как форсунки, свечи, клапаны, формой камеры сгорания, особенностями протекающих в ней процессов, общей конструкцией двигателя и т. д. В любом случае она определяет особенности функционирования.
3.2.2. Уплотняющая часть Здесь находятся маслосъемные и компрессионные кольца. У деталей первого типа каналы имеют сквозные отверстия для поступления внутрь поршня удаленного с поверхности цилиндра масла, откуда оно попадает в поддон картера. Некоторые из них имеют ободок из коррозионностойкого чугуна с канавкой для верхнего компрессионного кольца.
3.2.3. Направляющая часть (юбка) Имеет бочкообразную (криволинейную) либо конусообразную форму для компенсации температурного расширения. На ней находятся два прилива для поршневого пальца. На этих участках юбка имеет наибольшую массу. К тому же там наблюдаются наибольшие температурные деформации при нагреве. Для их снижения используют различные меры. В нижней части юбки может находиться маслосъемное кольцо.
3.3. Материалы Поршень двигателя может состоять из различных материалов. В любом случае они должны обладать такими качествами, как высокая прочность, хорошая теплопроводность, антифрикционные свойства, сопротивляемость коррозии и низкие коэффициент линейного расширения и плотность. Для производства поршней используют сплавы алюминия и чугун.
3.4. Алюминий Данный материал используют для поршней наиболее часто. Это объясняется небольшим удельным весом (алюминиевые детали легче чугунных на 30%), высокой теплопроводностью (в 3-4 раза больше, чем у чугуна), обеспечивающей разогрев днища не более чем до 250 °С, что предоставляет возможность увеличения степени сжатия и обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, и высокими антифрикционными свойствами. При этом алюминий имеет больший в 2 раза, чем у чугуна, коэффициент линейного расширения, что вынуждает делать большие промежутки со стенками цилиндров, то есть размеры поршней из алюминия меньше, чем из чугуна, для одинаковых цилиндров. К тому же такие детали имеют меньшую прочность, особенно в нагретом состоянии (при 300 °С она снижается на 50-55%, тогда как у чугунных — на 10%).
4. Поломка поршневых колец, возможно разбивание межкольцевых перемычек поршня частями разрушенного кольца.
4.1. Чрезмерный износ деталей ЦПГ из-за низкого качества фильтрации воздуха или нарушения герметичности впускного тракта, приведшего к пропуску в цилиндры двигателя нефильтрованного воздуха.
4.1.1. Проверить состояние элементов воздухоочистителя и герметичность впускного тракта автомобиля
5. Повышенный износ колец, канавок поршня и гильз.
5.1. Низкое качество фильтрации воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.
5.1.1. Проверить состояние элементов воздухоочистителя и герметичность впускного тракта автомобиля.
6. Износ маслосъемных колец вплоть до срабатывания хромированного покрытия.
6.1. Низкое качество фильтрации картерного масла.
6.1.1. Необходима проверка состояния элементов масляного фильтра и перепускного клапана.
7. Закоксование (зависание) компрессионных колец.
7.1. Переработка масла или использование масел, не соответствующих заводской инструкции по эксплуатации.
8. Обрыв поршня по бобышкам поршневого пальца.
8.1. Обрыв является следствием задира и заклинивания поршня в гильзе.
8.1.1. Обрыв происходит чаще на многоцилиндровых двигателях.
9. Задир цилиндрической части поршня с переносом его материала на поверхность гильзы.
9.1. Возможные причины появления дефектов
9.2. 1. Неправильно подобран зазор в системе поршень-гильза (меньше или больше рекомендуемого).
9.3. 2. Перегрев двигателя в эксплуатации.
9.3.1. Задир начинает развиваться на участках поршня, расположенных под углом 45° к оси кольца.
9.4. 3. Зависание (закоксовывание) колец в канавках из-за недопустимой переработки картерного масла или применения масла, не соответствующего заводской инструкции по эксплуатации.
9.4.1. Задир может быть только на головке или на всей поверхности юбки поршня.
9.5. 4. Увеличена цикловая подача топлива секций ТНВД.
9.5.1. Необходима проверка и регулировка ТНВД на стенде.
9.6. 5. Превышение номинальной частоты вращения коленчатого вала (более 2100 мин.) из-за неисправности регулятора ТНВД.
9.6.1. Проверить и отрегулировать максимальную частоту вращения при испытаниях ТНВД на стенде.
10. Обгорание днища поршня.
10.1. Увеличение угла опережения впрыска топлива от нормы, повышение цикловой подачи секций ТНВД.
10.1.1. Проверка регулировок ТНВД на стенде.