То, что происходит в цилиндрах работающего двигателя внутреннего сгорания представить довольно трудно. Нет, сама схема процесса элементарно проста и известна любому школьнику, но вот если попробовать представить, как выглядят 4000 оборотов в минуту (а это 66 с копейками оборотов в секунду), то вообразить, как поршень на «раз-и» 66 раз сбегал вверх-вниз, согласитесь, довольно проблематично! Так-то если посчитать среднюю скорость движения поршня, при этих оборотах, то вроде ничего особенного, всего-то 40 км/ч. Если эту скорость примерить на автомобиль, так и вовсе медленно. Но если попробовать представить автомобиль, который разгоняется до 40 км/ч практически мгновенно и также мгновенно с этой скорости останавливается, то… так не бывает! А вот поршень именно так и поступает. 132 раза в секунду, если мы нигде не обсчитались. А при этом еще впускные клапаны открылись, цилиндр наполнился бензовоздушной смесью (ну или воздухом, если двигатель дизельный), клапаны закрылись, сжатие, зажигание, сгорание, выпускные клапаны открылись… Все это происходит невероятно быстро и строго вовремя! Не знаю, как у кого, а у нас в конторе, все признаются, что представить эту картину именно в реальной динамике, сложно. Конечно, исключить вероятность того, что мы тут все собрались, такие, с неразвитым воображением нельзя😊.
Так. Сколько у нас там температура в камере сгорания? 2000-2500℃! А температура самовоспламенения моторного масла, между-прочим, всего 350-400℃. Чего ж это оно не горит при нормальной работе двигателя? А просто не успевает. Тончайшая масляная пленка остывает быстрее, чем происходит воспламенение.
И температура плавления алюминия 660℃. Почему поршни не плавятся? Тоже не успевают. Тепло отводится в блок цилиндров и ГБЦ и далее в систему охлаждения, уходит с выхлопными газами через выпуск в окружающею среду (Грете Тунберг на радость)), а температура поршней не поднимается выше 200-350 ℃. Кроме того, поршни сделаны не из чистого алюминия, а из сплавов более устойчивых к температурам. Тем не менее, на многих двигателях приходится использовать форсунки охлаждения, а на некоторых дизелях все-таки применять поршни, частично или полностью изготовленные из стали.
А давление? В камере сгорания бензиновых двигателей оно достигает пятидесяти, а у некоторых дизельных двигателей даже двухсот бар!
Короче, там в цилиндрах творится ад! Сущий ад! Гиена огненная! И удивление вызывает, как-раз не то, что цилиндры со временем изнашиваются, а то, что это страшное устройство, называемое ДВС, где все функционирует в очень жестких режимах, где все «на грани» и погибнет, как только несколько изменится любой из многих регламентированных параметров, тем не менее работает на протяжении долгих лет и сотен тысяч километров!
А естественный износ, ну да, он существует. Куда ж ему деться при таких обстоятельствах? Хочешь не хочешь, а со временем снижается компрессия, нарушается процесс сгорания, на днищах и жаровых поясах поршней откладывается нагар, который работает, как абразив и да, возникает повышенный расход моторного масла, из выхлопной трубы начинает идти сизый дым, мощность падает, а расход топлива, наоборот, возрастает и обладатель транспортного средства задумывается о капитальном ремонте двигателя. А необходимым элементом этого ремонта является восстановление цилиндров путем расточки или гильзовки, если гильзы «сухие» или заменой гильз, если они «мокрые».
Ну, ладно. Естественный износ цилиндров – это, как говорил один некогда известный товарищ, объективная реальность, данная нам в ощущениях, однако помимо естественного износа, к сожалению, бывает еще несколько видов износа совершенно неестественного, которых хотелось бы избежать. Первый вид такого износа – абразивный.
Абразивный износ цилиндров можно грубо поделить на два варианта. Первый, когда в цилиндре оказались достаточно крупные посторонние частицы в относительно небольшом количестве (см фото 1 и 2). Это даже не износ в полном смысле слова, а просто образование вертикальных царапин.
Такую картину часто можно наблюдать в цилиндрах двигателей, которые пришлось разбирать вскоре после ремонта т.к. сразу после начала эксплуатации обнаруживался повышенный расход моторного масла, а то и пониженная компрессия. Как правило это следствие ненадлежащей очистки деталей перед сборкой. Частенько такое происходит если блок цилиндров подвергался механической обработке. Причем, совершенно неважно какой именно. Это могла быть расточка с хонингованием, и/или обработка плоскости, и/или ремонт постели коленчатого вала. В любом случае в масляных каналах после обработки остается абразивный материал от хонинговальных брусков, или шлифовального диска/камней, или просто металлическая стружка. Если не очистить каналы тщательнейшим образом все эти частицы, после запуска двигателя, вместе с моторным маслом с удовольствием отправляются в поддон картера, а часть из них вместе с разбрызгиваемыми каплями масла, естественно, попадает на стенки цилиндров. Совсем немногие частицы (но этого достаточно) оказываются между юбкой поршня и рабочей поверхностью цилиндра. Вот и все! Пожалуйте на повторную переборку двигателя.
Второй вариант – это действительно износ. В этих случаях в цилиндры попадает большое количество мелких абразивных частиц (пыли). Выглядит такой износ страшненько (см фото 3 и 4).
На этих фотографиях гильза и кольцо от поршневой в сборе для двигателя MAN D2866, производства Kolbenschmidt, после пробега 1500 км.
Ниже, у нас рабочие поверхности поршневых колец из этой поршневой. Так они выглядят, если посмотреть на них в микроскоп (см фото 5, 6 и 7).
Все помнят, как должно выглядеть сплошное маслосъемное кольцо? Если кто вдруг забыл, то вот как-то так, хотя это кольцо тоже поработало (см фото 8).
А вот поршни, при такой истории, конечно, тоже получают повреждения, но не столь убойные, как цилиндры и поршневые кольца (см фото 9) и это тоже характерный признак попадания пыли через впускной тракт. С воздухом. Где-то дырка. Или фильтр воздушный установлен не так, как следовало бы, но только пыль попадает в цилиндр сверху. Поршневые кольца героически счищают ее со стенок цилиндров и гибнут. И губят цилиндры, а вот юбки поршней более или менее сохраняются. Им достается существенно меньше абразива.
Кстати, похожая картина может наблюдаться и при переливе топлива, но есть заметная разница. При переливе топлива обязательно будут сильные потертости на юбке поршня и уж во всяком случае от антифрикционного покрытия мало что останется, а при абразивном износе такого не наблюдается.
Ну, и вот следующая история как-раз про износ в результате перелива топлива. В дизельном двигателе это иногда может выглядеть даже вот так (см фото 10, 11 и 12).
Отчего же происходит такое? Это случается с дизельными двигателями с непосредственным впрыском топлива. Неисправная форсунка может произвести впрыск топлива в одном цикле не один, а два раза. В момент этого второго «дополнительного» впрыска кислорода в камере сгорания уже практически нет. Он «выгорел» при первом впрыске. Поэтому топливо, впрыснутое повторно, не сгорает. Капельки его падают на днище поршня и сгорают позже, создавая весьма высокую температуру. Насколько высокую? Настолько, что алюминиево-кремневый сплав плавится.
А встречается еще перелив топлива в дизельных двигателях, который выглядит менее страшно, но в плане последствий, едва ли не хуже вышеописанного (см фото 13 и 14).
Это двигатель Comatsu SA6D155-4 и с одним из шести цилиндров, вскоре после капитального ремонта (300 м/ч) у него приключилась вот такая беда. Мы считаем, что это перелив топлива. Почему? А вот почему: Во-первых масло пахло соляркой, во-вторых характерный для разбавленного топливом масла износ обнаружился на вкладышах (см фото 15) и в третьих мы заказали хим. Анализ моторного масла и узнали, что оно, да, сильно разбавлено топливом (см скрин 16).
Вот на этих основаниях мы и решили, что имел место перелив топлива. Проверка форсунок наши догадки подтвердила. Но вот интересно, что при переливе топлива в цилиндре дизельного двигателя картина обычно несколько иная. Задиры начинаются с головки поршня. Так пишет, например, весьма уважаемый нами Kolbenschmidt и жизнь это обычно подтверждает. Однако в данном случае, головка поршня целая. Мы предполагаем, что так может получиться, если топливо льется струей и вообще толком не горит. Размазывается по стенкам цилиндра, смывает масляную пленку и все. Соответственно температуры высокой нет, головка поршня особо не расширяется и остается целой. Это предположение. А вы, как думаете?
Статья про износ цилиндров длинная получается! Мы решили разделить ее на две части. Продолжение следует.