У любителей прогуляться с дрелью по поршню одними из основных аргументов в пользу этого чудодейства являются уменьшение изнашивания юбки поршня, интенсификация отвода тепла от поршня в масло и исключение задиров на юбке при любых обстоятельствах. Самый главный озвучиваемый фактор при разборке поработавшего мотора с дырявыми поршнями звучит так: «смотрите – юбка-то не задрата» (лексика сохранена оригинальная).
И тут я наткнулся на сообщение о двигателе с дырявыми поршнями после пробега что-то около 70000 км и после перегрева «мама не горюй».
Ну, что такое 70000 км для отремонтированного мотора я знаю не понаслышке и как отражается перегрев на двигателе тоже маленько знаю.
Поэтому начнем разбираться.
Вид обсуждаемого поршня представлен на рисунке 1
Для начала о перегреве «мама не горюй». Сказать то можно всё что угодно, но есть вещи, с которыми не поспоришь. Нагрев поршня идет с днища и только ненормальный будет оспаривать это. В любом двигателе у любой конструкции поршня температура юбки не превышает, более чем на 5-10 градусов, температуру стенки цилиндра, а именно 85-100 градусов. Это данные не только из книжек и учебников, но и из моего личного опыта, когда я работал стендовым инженером в институте.
Почему же юбка поршня не столь уж горяча, как нам иногда думается. А дело в том, что львиная доля тепла от поршня отводится через поршневые кольца. И доля эта составляет 65-75% и это не домыслы, полученные после задумчивого ковыряния в носу, а опубликованные результаты исследований, вошедшие во все учебники по двигателям еще с довоенного времени. Струйное масляное охлаждение поршня, в основном, добавляет очень мизерный процент с тепловой баланс поршня, поэтому струйное охлаждение днища поршня на двигателях Отто можно назвать экзотикой. Кроме того, цель масляного струйного охлаждения вовсе не отвести тепло от юбки, а снизить температуру поршня в зоне верхнего кольца до температуры меньшей температуры коксования масла. В этом основная цель масляного охлаждения. На дизельных двигателях масляное охлаждение применяется гораздо шире. Это связано с тем, что у дизельных двигателей камеру сгорания размещают внутри тела поршня и из-за этого существенно возрастает температура в зона верхнего компрессионного кольца. Кольцо перестает справляться с теплоотводом, поэтому в теле поршня выполняют масляный кольцевой канал (масляную галерею), в который масло впрыскивается через форсунку, а сливается через дренажное отверстие.
Теперь надо разобраться от чего происходит перегрев двигателя:
1) когда владелец эксплуатируем машину, не заботясь о её состоянии, (катается по пашне, часами буксует в грязи и пр.) т.е. добровольно и целенаправленно гробит свою машину.
2) когда машина технически не исправна. Не отрегулировано зажигание и подача топлива, забит радиатор снаружи или изнутри, не в должном режиме работает вентилятор. Т.е., иными словами, когда владелец раздолбай.
3) есть еще один случай – аварийное повреждение системы охлаждения из-за старости авто, или от иных причин, не зависящих от водителя (например, лопнувший патрубок системы охлаждения, пробитие радиатора камнем или железякой во время движения). Тут уж ничего не скажешь, но мы не об этом.
С этим разобрались. Перегрев двигателя в подавляющем ряде случаев дело рукотворное. Перегрев (не считая аварий) никогда не бывает «как снег на голову». Он развивается быстро, но не внезапно. И я с трудом могу представить себе долбоящера за рулем машины, у которой из-под капота валят клубы пара, а он едет и констатирует: вот это перегрев – мама не горюй!!! А ну ка еще газку поддам….
Поэтому, когда стрелка полезла в красную зону или уперлась в красной зоне, но из системы охлаждения не выкинуло ее всю жидкость, то это еще не очень-то и перегрев. Как правильно перегревать мотор я напишу отдельную статейку, а мы сейчас не об этом.
Итак, по каким-то причинам стрелка поползла в красную зону, ну или даже уперлась там в ограничитель. Что происходит в цилиндрах? Поршни начинают сильнее нагреваться. Вспомним, что поршни делают , чаще всего, из алюминиевых сплавов, а любой алюминиевый сплав при температуре выше 250 градусов прочным и твердым назвать язык не поворачивается. Это уже приближение к пластилину. С другой стороны, у алюминиевых сплавов температурное расширение весьма значительное. Поэтому при нагреве частей поршня выше расчетной температуры он увеличится в размере и начнет затираться о стенки цилиндра. Если при этом иметь в виду, что, как ни крути, а самая горячая часть поршня, это его огневое днище, и она же размягченная почти до состояния пластилина, то ясно, что размазывание поршня по цилиндру в случае перегрева прежде всего должно начаться с головки поршня. Собственно, именно так и написано во всех учебниках и в каталогах повреждения деталей (да, да существуют и такие).
Еще один аспект, про который знают только специалисты. Поршень, условно говоря, висит на пальце, как ком мокрого белья на веревке. Под действием давления газов поршень обвисает и выдавливается в бока. Для лучшего восприятия этой дурной фразы возьмите толстую губку и перегните ее пополам через палку и посмотрите куда выдавит её боковые стороны. Примерно то же происходит и с поршнем, ну конечно это происходит не столь величественно как с губкой. Деформации измеряются сотыми и десятыми долями миллиметра, но всё же….
Из сказанного следует, что при штатном режиме поршень расширяется в направлениях, отстоящих от оси пальца, примерно, на 45 градусов. При нештатных нагрузках или превышении рабочей температуры именно в этих местах возникает задир поршня (рис.2).
На рисунке представлена иллюстрация из каталога повреждений деталей цилиндро-поршневой группы фирмы Kolbenshmidt (Motorservis). На ней отчетливо видна зона начала задира (над верхним кольцом) и зоны по бокам от поршневого пальца.
У поршня с дырками часть тела поршня по бокам от пальца удалена при конструировании поршня. Эти выборки именуют холодильниками и они предназначены для исключения задиров в этих местах (рис.1 красные стрелки). Но … верхняя часть поршня совершенно свободна от следов задира, что свидетельствует о том, что особого перегрева не было. Так что опять сказки для пупсиков.
Теперь о снижении изнашивания юбки поршня за счет дырок. Я полагаю, что любой человек имеющий отношение к ремонту двигателей знает, что при нормальной эксплуатации черное антифрикционное покрытие юбки сохраняется в целости и через 200000 км пробега. Потертое, но в целости (рис. 3.)
На выложенном в интернет поршне мы видим полностью стертое антифрикционное покрытие на большей части площади юбки. Более того полностью отсутствует созданный на заводе изготовителе микрорельеф, удерживающий масло. Глубина микрорельефа как правило от 0,05 мм до 0,2 мм. Остатки этого микрорельефа показаны на рисунке 1 желтыми стрелками.
Поскольку у любителей дырявить поршни из мерительного инструмента есть только глаза и пальцы, то информации о зазоре имевшим место у этого поршня с цилиндром нет и быть не может. Для них ведь есть только один критерий – задрато или не задрато. И тем не менее, даже если предположить, что глубина микрорельефа была всего 0,05 мм, то это означает, что зазор между поршнем и цилиндром за 70000 км вырос с 0,01-0,02 , как проповедуют сверлители дыр, до 0,11-0,12 мм. Т.е. в ШЕСТЬ раз!!! И это в самом лучшем случае. Почему же это произошло! Отверстия в поршне, как любые неоднородности в движущейся жидкости работают как завихрители и снижают грузоподъемность масляной пленки. Как следствие – металлический контакт поршня с цилиндром и запредельный износ его.
Человек, называющий себя автором идей сверления дырок в поршнях, решил обосновать образование проплешины на поршне перегревом типа «мама не горюй», но перегрева, как показано выше, не было. Так что тут, как всегда, подмена фактов и обман. Или самообман, что тоже не очень хорошо.
Ну и кстати о дырках в юбке поршня. Это идея принадлежит Рикардо, который запатентовал ее чуть не сто лет назад. Однако ни разу ни на одном двигателе идея внедрена не была. Видимо вовремя одумался Рикардо...