Повреждения двигателей явление нежелательное и даже опасное. Но изучение повреждений бывает полезным – например, при усовершенствовании существующих агрегатов и разработке новых конструкций. Такой вот парадокс: нежелательно, но полезно.

Скажем больше: при разработке и испытаниях двигателей конструкторы могут вызывать повреждения сознательно! Это помогает анализировать процессы развития поломок и предотвратить их возникновение в дальнейшем. Такая практика красной нитью проходит через всю историю двигателестроения.

С появлением двигателей внутреннего сгорания сразу же возникли проблемы их эксплуатации. Заклинивание поршневых колец и поршней, заедание подшипников скольжения, постоянные поломки при перегреве и детонации были обычным явлением. Пришлось заниматься не только кинематикой и динамикой механизмов, физикой и химией процессов сгорания, но конструкционными материалами, технологией изготовления деталей, совершенствованием топлив и масел.

Так использование алюминиевых сплавов для изготовления поршней (а началось это во время Первой мировой войны) выявило множество проблем – как конструктивных, так и технологических. Для их решения пришлось создавать отдельные производства по разработке и изготовлению новых надежных по конструкции алюминиевых поршней.

Сегодня это разделение труда доведено до совершенства. В Германии даже плавка алюминия проводится на специальных производствах. А потом жидкий алюминий везут в больших термосах на завод, где собственно и отливают поршни. На одном грузовике размещается три термоса, и в каждом плещется пять тонн расплавленного металла.

При транспортировке температура металла ежечасно падает на 10 ^оC. Температура заливки в термос – 840-850 ^оC. Таким образом, на плече подвоза в 250-300 км потери составляют порядка 50 ^оC, но это не страшно – алюминий можно подогреть тут же на заводе. Есть и внутренние резервы – до 30% потребляемого металла завод плавит «с нуля» в собственных печах. Но это на случай логистических сбоев.

К чему столь подробное отступление? К тому, чтобы подчеркнуть: качество конечной продукции и узкая специализация тесно связаны между собой. Один готовит «правильный» алюминиевый сплав, другой делает высококачественную отливку. А в итоге – предотвращение поломок.

Но продолжим. В 1920-х годах с развитием мощных авиационных двигателей конструкторы столкнулись с ненадежной работой подшипников коленчатого вала. Эту проблему удалось преодолеть с помощью двухслойных (сталь + бронза) вкладышей, разработанных компанией Allison из США.

Серьезной проблемой стала детонация при работе бензиновых двигателей. Её удалось решить за счет добавления в бензин антидетонационной присадки – тетраэтилсвинца. Как она работает? Никакого секрета: тетраэтилсвинец эффективно замедляет реакцию окисления углеводородов. В итоге стремительное, взрывное горение топливно-воздушной смеси сменяется горением нормальным, не разрушительным для двигателя.

Идем дальше. Сильный износ цилиндров, в частности, у тракторных двигателей, ликвидировали с помощью отливки цилиндров из перлитного чугуна, разработанного фирмой Lanz.

В конце 1920-х – начале 1930-х годов, с появлением системы впрыска топлива с помощью ТНВД, дизельный двигатель перекочевал и на автомобили: сначала на грузовики, а затем и на легковые. И сразу же возникла проблема чрезмерного износа поршневых колец и стенок цилиндров. Ее решил Эрнст Мале, который спроектировал комплекс оригинальных поршней и колец для каждого типа дизеля.

Долгое время слабым местом были применяемые в двигателях эксплуатационные материалы. Значение хорошей смазки при защите от износа признавали давно, но моторные масла тех лет не удовлетворяли растущим требованиям эксплуатации. Особенно это касалось дизелей.

Добавление различных присадок к моторным маслам улучшило эксплуатационные характеристики двигателей. Одновременно совершенствовались испытания, классификация и спецификации масел. Чрезмерный износ поршневых колец и цилиндров автомобильных, танковых и авиационных двигателей во время второй мировой войны привел к разработке хромированных поршневых колец.

В 1950-х годах в Германии началось массовое применение дизельных локомотивов на железных дорогах. И тут же возникли серьезные проблемы с очисткой и фильтрацией охлаждающей жидкости в дизелях. Кавитация и коррозия приводили к повреждениям поверхности «мокрых» гильз цилиндров и водяных рубашек в блоках. Тогда же из-за термических трещин в поршнях пришлось отказаться от применения форкамерных и вихрекамерных дизелей на грузовиках.

Еще одной проблемой стали массовые поломки клапанных пружин. Это исправили за счет применения новых материалов, улучшения производственных процессов и методов испытаний. Уменьшить влияние кавитации в топливопроводах высокого давления дизелей удалось за счет дроссельных клапанов на ТНВД – с ними давление в топливопроводах резко не менялось.

Необходимость использовать тяжелые фракции нефти в четырехтактных судовых двигателях вынудила вернуться к составным поршням. А ведь в начале 1950-х от них отказались в пользу цельных алюминиевых поршней.

Флаттер поршневых колец и их термическое разрушение 1960-1970-х годах, а также полировка цилиндров в 1980-х четко показали, что трибология является одним из важнейших инструментов при создании надежных и долговечных двигателей.

Неисправности подшипников скольжения из-за чрезмерной нагрузки привели к разработке новых видов вкладышей и втулок: со специальными особо прочными покрытиями и/или с профилированной поверхностью.

При большом разнообразии двигателей – от моторчика газонокосилки до громадных судовых дизелей – конструктивные особенности агрегатов сильно различаются. Здесь учитывают и срок службы, и режимы работы, и условия эксплуатации, и техническое обслуживание.

Большие судовые двигатели нуждаются в ремонте на борту. При этом судовые механики получают помощь от специалистов заводов-изготовителей или специализированных мастерских. При нахождении судна в море его машины должны быть запущены бортовыми средствами – даже в случае серьезных повреждений. Например, причиной повреждения цилиндра может быть повышенная вибрация. При необходимости один из цилиндров можно вывести из работы отключив топливный насос. В крайнем случае можно даже демонтировать поврежденный цилиндр.

Фото: Проточка канавок под ремонтные кольца на судовых поршнях

Сухопутные стационарные двигатели, служащие для привода электрогенераторов, строительной техники и т.д., при незначительных повреждениях можно отремонтировать на месте. Однако подобный ремонт может стать причиной следующего повреждения – тут все зависит от квалификации механика. В случае серьезных поломок такие двигатели обычно доставляют в специализированную мастерскую или на завод-изготовитель.

Двигатели транспортных средств нередко ремонтируют своими силами. В этом случае опыт исполнителей работ могут сильно различаться. Как и ответственность за последствия. Диапазон – от непреднамеренных ошибок до преступной халатности.

Иногда причина возникновения ущерба заключается в тюнинге для улучшения характеристик. Это касается любого двигателя: от мопеда до грузового дизеля.

А вот производственные ошибки случаются все реже и реже.

Желание снизить эксплуатационные расходы побуждает некоторые автохозяйства использовать некачественное топливо. Также перевозчики любят «экономить» на эксплуатационных материалах. Это касается как сортов масла и сроков его замены, так и контроля за состоянием охлаждающей жидкости.

Многие повреждения являются следствием перегрузки двигателей, когда мотор слишком долго работает на максимальной мощности, особенно при неблагоприятных условиях окружающей среды – например при высокой температуре воздуха. Системы охлаждения и фильтрации оказываются здесь и жертвами, и вредителями одновременно. Несвоевременная замена фильтра может обойтись очень дорого, равно как и небольшие утечки из радиатора или патрубков системы охлаждения.

Один из специфических видов повреждений автомобильных двигателей, которые встречаются в последние годы в Германии – это атаки куниц. Куницы все чаще приживаются в городах и стремятся грызть пластиковую изоляцию электрических проводов и шланги с охлаждающей жидкостью, что приводит к коротким замыкания и утечкам антифриза.

Куницы для нас экзотика. В России их успешно заменяют крысы

Статистика ADAC показывает, что причины поломок транспортных средств в 47,5% случаев следует искать в двигателе и его системах. Что касается двигателя, причины его повреждения распределяются так:

• система зажигания 29,7%;
• система подачи топлива 13,9%;
• система впрыска 13,1%;
• система охлаждения 17,7%;
• собственно двигатель 25,6%.

А больше всего подвержены повреждениям поршни, гильзы, шатуны, коленчатый вал и подшипники.

Распределение повреждений двигателей внутреннего сгорания