Повреждения ДВС

Часть 1. Введение

Вспомнился такой случай. Работает за компьютером солидный мужчина, не последний человек в автобизнесе. И вдруг оборачивается к сотруднику и спрашивает: слушай, а дизель – это двигатель внутреннего сгорания или нет?

Случай не столько забавный, сколько настораживающий. Когда какими-либо процессами автобизнеса, будь то продажи, ремонт или обслуживание автомобилей руководят люди с минимальной технической компетенцией, это нехорошо.

Мы в «Механике» ремонтируем и восстанавливаем двигатели. И двумя руками голосуем за правильную терминологию и понимание процессов, происходящих в ДВС. Поэтому решили опубликовать ряд небольших статей об устройстве и работе двигателей. Цель – рассказать, как возникают повреждения ДВС и как их избежать.

Двигатели внутреннего сгорания существуют более 150 лет. Они представляют собой автономную тепловую силовую установку, преобразующую химическую энергию топлива в тепло, а если строго по учебнику – в теплоту. Затем часть этой теплоты переходит в полезную работу.

Для получения полезной работы в других типах машин, в частности, паровых, используется принцип внешнего сгорания. Здесь для получения рабочего тела (пара) используется парогенератор (другие названия – котел или бойлер). Полезную работу выполняет турбина или поршневая машина, а отработавший пар уходит в атмосферу или в конденсатор (замкнутый цикл).

Подчеркнем, что в ДВС выделение тепла происходит внутри самого двигателя – отсюда и термин «внутреннее сгорание». Ясно, что детали ДВС непосредственно контактируют с горячими газами, а также с агрессивными и абразивными продуктами сгорания воздушно-топливной смеси.

Особенностями поршневых двигателей внутреннего сгорания являются (см. рис. 1):

- изменение рабочего пространства при движении поршня;

- периодически прерывающийся поток рабочего тела;

- высокие температура и давление рабочего тела.

Рис. 1. Степень сжатия (отношение объемов) Е = Vmax/Vmin = (Vh +Vc)/Vc

Двигатели внутреннего сгорания – это сложные технические устройства, содержащие ряд функциональных систем. В частности, следует упомянуть следующие системы:

- питания (бензобак, топливный насос, топливопроводы, фильтры, форсунки и т.д.);

- смазки (масляный насос, маслопроводы, масляный радиатор, фильтры и т.д.);

- охлаждения (водяной насос, радиатор, термостат, фильтр антифриза и т.д.);

- впуска и выпуска (коллекторы, воздухозаборник, воздушный фильтр, дроссельная заслонка, глушитель, каталитический нейтрализатор и т.д.);

- запуска самого двигателя (АКБ, стартер, реле и т.д.);

- управления (электронные блоки, датчики и т.д.).

Двигатели состоят из множества деталей, которые конструктивно и функционально связаны и работают совместно. Эти детали подвергаются немалым термическим, динамическим и трибологическим нагрузкам. Предвидеть все негативные последствия этих нагрузок невозможно. Поэтому при создании нового двигателя инженеры-конструкторы могут лишь частично прогнозировать возможные поломки агрегата.

Ограничимся одним, но показательным примером. В большинстве своем поршни изготовлены из алюминиевых сплавов, температура плавления которых составляет немногим менее 600° С. Это гораздо ниже максимальной температуры в камере сгорания ДВС, превышающей 2000° С. Кроме того, алюминиевый поршень и чугунный цилиндр имеют разные коэффициенты температурного расширения, что требует филигранного соблюдения размеров деталей и зазоров между ними. Это очень сложная инженерная задача.

Повреждения двигателя могут возникать вследствие неисправностей вспомогательного (навесного) оборудования. Случаются поломки и от внешних условий. Например, автомобильный двигатель в отличие от стационарного не имеет прочного фундамента. Рама грузовика или несущий кузов легкового автомобиля постоянно деформируются – изгибаются и скручиваются. В итоге двигатели подвергаются вибрациям, а нередко и сильным ударам.

Автомобильному ДВС приходится работать как с постоянными, так и с резкими переменными нагрузками. Добавим сюда холодные пуски, длительный холостой ход, непрерывную работу при низких температурах и частые перегрузки. Создают проблемы плохая фильтрация воздуха, некачественное топливо и моторное масло, недостаточное охлаждение двигателя, нерегулярное ТО, низкая квалификация при обслуживании и многое другое.

В конечном итоге двигатель получает повреждения, которые могут развиваться лавинообразно. К примеру, разрушение поршневого кольца повлечет разрушение поршня, а следом и всего двигателя.

Анализ повреждений – это основа для совершенствования деталей и узлов двигателя, а также агрегата в целом. Повреждения – это индикаторы слабых мест, ошибок, допущенных при выборе материалов, конструировании, изготовлении, а также эксплуатации двигателя. Результаты этого анализа должны быть направлены на устранение причин поломок в будущем.

Продолжение следует