Какой вид износа имеет гильзы двс
Перейти к содержимому

Какой вид износа имеет гильзы двс

  • автор:

Условия работы и основные требования, предъявляемые к материалу гильз блока цилиндров Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — A. H. Крутилиh, M. И. Курбатов, М. И. Курбатова

Повышение надежности втулок цилиндров судовых дизелей (обзор)
Современные технологии повышения долговечности поршневых колец
Исследования процесса изнашивания гильз блоков цилиндров дизельных двигателей
Повышение надежности ведущих деталей рабочих устройств судов технического флота
Конструкционные материалы для поршней ДВС
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The conditions of work and main requirements to material of the cylinders block liners are given.

Текст научной работы на тему «Условия работы и основные требования, предъявляемые к материалу гильз блока цилиндров»

ДГТТгГ: rr ГСГЗГШГРГТГС

The conditions of work and main requirements to material of the cylinders block liners are given.

А. Н. КРУТИЛИН, М. И. КУРБАТОВ, М. И КУРБАТОВА, БИТУ

УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛУ ГИЛЬЗ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ

Технический прогресс в области двигателест-роения, направленный на увеличение удельной мощности современных двигателей, связан с ростом давлений и тепловой напряженности деталей цилиндропоршневой группы, что неизбежно приводит к ухудшению условий трения и интенсификации износа гильз цилиндров и поршневых колец.

Несмотря на постоянное совершенствование конструкции двигателей, технологии их производства и ремонта, вопросы повышения износостойкости деталей цилиндропоршневой группы продолжают привлекать исследователей и практиков. До сих пор в технической литературе не существует общепринятого критерия износостойкости для различных процессов изнашивания. Нет единой точки зрения и на особенности износа пары трения гильза цилиндров — поршневое кольцо. При трении протекают одновременно различные процессы разрушения. Различают хрупкий, вязкий, полидеформационный или усталостный характер разрушения. Первые два вида разрушения имеют место при однократном контактировании микровыступов, остальные — после определенного числа циклов. Если напряжения в очаге касания выше предела текучести, но ниже предела прочности, то разрушение носит полидеформационный характер, а при напряжениях ниже предела текучести — усталостный. Уменьшение величины износа возможно при снижении уровня хрупкого и вязкого разрушения.

Достижения в области физики твердого тела, физико-химической механики, металловедения и технологии производства позволяют с новых позиций объяснить механизмы повреждений трущихся поверхностей и выбрать эффективные способы борьбы с износом.

Сопряжение гильза цилиндра — поршневое кольцо работает при нестационарных тепловых, нагрузочных, скоростных режимах, масляном

голодании, воздействии абразивной и газовых сред, возникновении микросхватывания с различной интенсивностью разрушения. Этому сопутствуют необратимые процессы усталости и охрупчивания, постоянно происходящие в тонких поверхностных слоях. Условия трения по высоте цилиндра различны. Наиболее неблагоприятные условия трения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания возникают при реверсировании в зонах минимальных скоростей движения поршня и особенно у камеры сгорания, где температура поверхностей трения цилиндра и колец достигает 350°С, максимальное давление — 6—16 МПа.

Как показывают исследования, около мертвых точек всегда наблюдается почти полное разрушение масляной пленки. В области повышенных скоростей движения поршня несущая способность пленки возрастает и может достигнуть величины, присущей режиму трения в случае полужидкостной смазки.

В процессе эксплуатации двигателей на трущихся поверхностях протекают сложные физико-химические процессы, приводящие к износу и разрушению их поверхностного слоя, т.е. к изменению размеров и геометрии сопряженных деталей. Характер протекания этих процессов, в свою очередь, определяет мощностные и экономические показатели работы двигателя.

Наибольшее влияние из внешних факторов на интенсивное протекание изнашивания за счет микросхватывания оказывают абразивное воздействие твердых частиц и температура в зоне фрикционного контакта. В зависимости от свойств материалов и условий трения этот вид изнашивания может протекать на атомарном, ионном, субмикро- и макроуровнях с различной интенсивностью, достигая в экстремальном случае катастрофической формы — задира.

В зависимости от режимов трения в цилиндре двигателя, свойств материалов втулки, поршня и поршневых колец можно наблюдать различную

интенсивность массопереноса с одной поверхности трения на другую и разные размеры разрушения сопряженных поверхностей, реализуемые в макро-, микро- и субмикрообъемах.

Абразивное изнашивание деталей цилиндропор-шневой группы вызвано в основном частицами минерального происхождения, проникающими вместе с воздухом в цилиндр. Максимальный износ находится в верхней части гильзы, сильно изнашиваются верхнее компрессионное кольцо и канавка под него в поршне. Абразивное изнашивание протекает в процессе микрорезания и царапания поверхности детали твердыми абразивными частицами.

Коррозионно-механический износ гильз цилиндров состоит во взаимодействии материала поверхностей, трения с газообразными и жидкими продуктами сгорания топлива, окисления масла и воды. Условия для его развития создаются при холодных запусках двигателя. Продукты сгорания топлива и смазки, взаимодействуя с конденсатом, образуют разбавленные растворы органических и неорганических кислот. В результате на внутренней поверхности гильз цилиндров развиваются процессы электрохимической коррозии.

Коррозионно-механический износ состоит обычно из двух фаз: фазы воздействия агрессивного вещества на металл и образования оксидной пленки, и фазы удаления этой пленки с поверхности трения. Считается, что для гильз цилиндров двигателей основное значение имеет электрохимическая коррозия, являющаяся результатом взаимодействия с металлом слабых кислот, растворенных в воде и сконденсировавшихся на стенках цилиндров. Практика показывает, что в настоящее время доля коррозионно-механическо-го изнашивания резко уменьшилась. Природа коррозионно-механического износа гильзы изучена еще недостаточно и не все процессы объяснимы с точки зрения износа. Нельзя рассматривать только коррозионно-механический износ гильзы без учета остальных факторов.

Анализ причин преждевременного износа гильз цилиндров показывает, что нарушение работоспособности обусловлено также кавитационными процессами и образованием трещин на зеркале гильзы в результате термоциклической усталости ее материала.

Кавитационное разрушение гильз цилиндров возникает в системе охлаждения двигателя под воздействием высокочастотных вибраций цилиндров, возмущаемых ударами поршня о стенки цилиндров в верхней мертвой точке. Вибрация вызывает в водяной рубашке образование и схло-пывание кавитационных пузырей, что обусловливает кавитационную эрозию. Механизм разрушения металла при кавитации очень сложен и зависит от многих факторов, например, интенсивности и частоты вибрации поверхности, давления в среде и свойств материала разрушаемой поверхности.

Разрушение стенок и гильз цилиндров под воздействием кавитационной эрозии существенно снижает срок службы и надежность двигателей внутреннего сгорания. Практика эксплуатации двигателей показывает, что до 50% гильз, находящихся в работе, имеют кавитационные разрушения.

Кроме различных видов износа и кавитационной эрозии, значительное влияние на долговечность гильз цилиндров оказывают частые теплосмены, которые неизбежно происходят при эксплуатации двигателя. В результате в процессе работы происходит изменение макро- и микроструктуры сплава.

Рассмотренные выше виды износа цилиндров относятся к режимам эксплуатации двигателей. Молекулярно-механический износ и микросхватывания поверхностей кольца и цилиндра наблюдаются при недостаточной смазке верхней зоны цилиндра. Коррозионно-механический износ наблюдается при нарушении теплового режима двигателя. Абразивный износ является следствием плохой очистки воздуха, т.е. в первую очередь недостаточного уплотнения картера.

Во всех случаях эксплуатации и при любом доминирующем виде износа гильза изнашивается неравномерно по длине образующей цилиндра, имеет место ярко выраженный максимум в верхней части, в зоне между верхними мертвыми точками первого и второго компрессионного колец. Возникновение неравномерного износа цилиндра вызывает повышение износа всех деталей цилиндропоршневой группы и резкое уменьшение надежности их работы.

За рубежом в основном применяют гильзы без термической обработки только для двигателей, работающих в условиях большой запыленности, используют закаленные гильзы. Гильзы имеют твердость НЯС 50-55 при объемной закалке и НЯУ 800 при поверхностной. Большое внимание уделяют распределению остаточных напряжений в гильзах цилиндров. При литье в песчано-глинис-тую форму остаточные напряжения не превышают 50 МПа, поэтому они не могут оказать существенного влияния на изменение геометрии в процессе эксплуатации и на возможный процесс трещино-образования. В большинстве заготовок гильз, полученных центробежным способом литья, остаточные напряжения также малы ~120МПа, т.е. не превышают предела прочности материала (180-220 МПа). Суммарные напряжения, возникающие при последовательном снятии растягивающих слоев у одной из поверхностей посредством механической обработки, а также появление дополнительных напряжений от зажима заготовки на станке и усилия резания, в результате перераспределения напряжений могут превысить предел прочности материала. В ряде случаев это приводит к разрушению гильзы. Склонность к трещинообразованию отдельных гильз центробежного литья связана с наличием в них неблагоприятного распределения остаточных напряжений.

Таким образом, исходя из реальных условий эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, требования к гильзам цилиндров можно сформулировать следующим образом:

• высокая механическая, статическая и усталостная прочность;

• кавитационная и термоциклическая стойкость;

• высокая износостойкость и низкий коэффициент трения;

• стабильность свойств в процессе эксплуатации;

• хорошая обрабатываемость резанием;

• технологичность получения заготовок.

В практике мирового двигателестроения для гильз цилиндров в качестве материалов применяются сырые, легированные и высокопрочные чугу-ны. Чугун лучше других материалов удовлетворяет требованиям, предъявляемым к деталям цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания, работающих в условиях граничной смазки.

Большинство производителей обеспечивают получение во втулках средне- и мелкопластинчатых включений графита завихренной формы, структурно свободный цементит вообще не допускают вследствие возможного выкрашивания его в зоне скольжения. Действуя как абразив, он может вызвать задиры и повышенный износ. Содержание феррита не более 5%, так как он способен пластически деформироваться, наклёпываться и схватываться, приводя к неравномерному и интенсивному износу.

Содержание фосфора выбирают с учетом его влияния как на образование сетки фосфидной эвтектики, повышающей износостойкость, так и воздействием его на прочность, которая с увеличением содержания фосфора повышается.

Основными элементами, с помощью которых регулируют структуру металлической основы, а также количество, размер и форму графита, являются углерод, кремний и марганец. Содержание этих элементов выбирается с учетом толщины стенки гильзы. Применительно к деталям, работающим на износ, установлено, что увеличение общего содержания углерода повышает износостойкость, улучшает антизадирные свойства вследствие увеличения количества графита. Однако содержание углерода рекомендуется ограничивать, так как его чрезмерное содержание может привести к укрупнению графитных включений, которые легко выкрашиваются в процессе эксплуатации, сильно разрыхляя металлическую основу чугуна.

Марганец предупреждает выделение феррита, способствует отбелу и в известных пределах весьма благоприятно влияет на износостойкость деталей цилиндропоршневой группы, его содержание рекомендуют поддерживать в пределах 0,4—0,7%.

шгггг:гг п^штптп / то

Присадкой повышенных количеств марганца можно значительно повысить прочность чугуна при малой степени измельчения графита.

В качестве легирующих элементов чаще всего применяют различные сочетания хрома, никеля, меди, ванадия, титана, молибдена, сурьмы и некоторых других элементов.

Анализ микроструктуры металлической матрицы чугунов, используемых для изготовления гильз цилиндров, свидетельствует о том, что практически все они перлитного класса. Закаленные гильзы используют только для двигателей, работающих в условиях большой запыленности. Термическая обработка позволяет значительно ослабить отрицательное действие таких факторов, как колебание химического состава, влияние температуры перегрева и заливки металла, некачественные эксплуатационные материалы, фильтры и т.п. Однако в процессе поверхностной термообработки, хотя и в меньшей степени, а объемной в большей наблюдается значительное коробление гильзы.

Бейнитный чугун имеет более высокую стойкость к абразивному изнашиванию и задиру, чем более мягкие марки чугуна, а это позволяет удвоить срок службы гильз. Мартенситная закалка еще более увеличила бы износостойкость (срок службы увеличивается в 5 раз), но полученная таким образом структура имеет небольшую стойкость к интенсивному задиру и ей необходим отпуск между 300 и 500°С для снижения твердости до 250-350 НВ.

Промышленное использование легирования ограничивается непостоянством получаемых результатов, что подтверждается практикой работы заводов при производстве заготовок для гильз цилиндров тракторных и автомобильных двигателей. Накопленный опыт применения чугунов для гильз цилиндров двигателей позволяет сделать вывод о том, что каждый из этих сплавов обеспечивает надежную работу гильз в течение 4,5-5,5 тыс. ч при условии равномерного распределения структурных составляющих, вредных примесей и неметаллических включений на рабочих поверхностях, а также применение совершенных фильтрующих устройств двигателей и высококачественных горючих и смазочных материалов. Равномерность свойств по сечению гильзы не является оптимальной. С эксплуатационной точки зрения можно считать, что оптимальной структурой на внутренней поверхности гильзы является бейнитная или мартенситная, а с наружной стороны — ферритная как наиболее теплопроводная структурная составляющая.

Получение высоких эксплуатационных свойств гильз цилиндров может быть достигнуто только за счет правильно выбранного технологического процесса и строгой оптимизации химического состава и структуры.

Молекулярно и коррозионно-механическое изнашивание гильз цилиндров

Исследования гильз после эксплуатации в дорожных условиях показывают, что на поверхности трения кроме рисок, оставленных абразивными включениями, практически всегда наблюдаются следы схватывания в виде комет и пятна коррозионного воздействия. В условиях образования в цилиндрах конденсата или перегрева и недостаточного охлаждения при эксплуатации двигателя их изнашивание происходит при преобладании соответственно коррозионно- и молекулярно-механического воздействия. Однако, интенсивность изнашивания при отсутствии абразивных частиц примерно на один порядок меньше, чем интенсивность при ведущем абразивном изнашивании.

Молекулярно-механический характер износа гильз двигателя исследователи объясняют тем, что к концу хода поршня толщина масляной плёнки уменьшается. У самой ВМТ масляная плёнка выдавливается компрессионными кольцами, и они отделяются от стенки гильзы очень тонкой, а местами и порванной плёнкой масла, что создаёт непосредственный контакт между рабочими поверхностями гильзы и колец и, таким образом, вызывает схватывание. Этому также способствуют остановка кольца, сдувание с поверхности трения смазочного материала прорывающимися в зазор между кольцами и стенкой цилиндра агрессивными отработавшими газами, высокая температура в момент сгорания смеси. На поверхности цилиндров всегда отчётливо видны зоны остановки всех поршневых колец как при положении поршня в ВМТ, так и НМТ. Этот факт свидетельствует о том, что самое интенсивное взаимодействие поверхностей трения происходит при остановках и сменах движения поршневых колец.

Кроме того, при относительном скольжении сопряжённых поверхностей вследствие деформирования металла в тонком поверхностном слое генерируется тепло, которое распределяется между трущимися телами, частично рассеиваясь в окружающую среду. В результате отдельные выступы претерпевают сильную пластическую деформацию, а иногда оплавляются. Повышение температуры приводит к увеличению её градиента (на зеркале цилиндра температура может достигать более 700°C, в локальных объёмах – до 1000°C и более, а в слоях, удалённых от поверхности трения на 1,5-2,0 мм, 300°C), вследствие чего в поверхностных слоях элементов пары трения возникают значительные термические напряжения.

Циклические напряжения

Циклические напряжения приводят к образованию трещин на поверхности трения. Микротрещины, особенно в условиях возвратно-поступательного движения колец, превращаются в макротрещины, способствующие разрушению поверхностного слоя трения. Достигнув определённых размеров, они облегчают процесс отрыва наклёпанных участков поверхностного слоя металла.

Пластическая деформация

Пластическая деформация металлической основы приводит также к «замазыванию» включений графита, исключая их из процесса трения как источник твёрдой смазки. Кроме того, «замазываются» образующиеся в результате постепенного «выполировывания» графита на поверхности трения впадины от его включений и служащие резервуарами для удержания смазочного материала. А то и другое предотвращает процесс схватывания элементов пары трения.

Разрушенная масляная плёнка не защищает металл в верхней части гильзы от коррозии. Наибольший износ имеет место на той стороне стенки гильзы, которая расположена против впускного клапана с некоторым смещением максимума к продольной оси блока цилиндров. В результате удара горючей смеси о стенку гильзы, расположенную против впускного клапана, на стенке остаётся часть топлива. Перемешиваясь с маслом, это топливо разжижает масляную плёнку, покрывающую стенки цилиндра, частично смывая её, что приводит к коррозии под воздействием коррозионно-активных веществ.

Корозионное изнашивание чугунов

В процессе коррозионного изнашивания чугунов агрессивная среда (газы, слабые растворы кислот и катализаторы коррозии – окислы свинца и ванадия) проникает вглубь металлической матрицы по границам графитовых и неметаллических включений. Чем крупнее включения, тем активнее идёт это проникновение.

Поэтому замазывание и выполировывание графитовых включений в результате пластического деформирования тонких слоёв металлической матрицы оценивается специалистами двояко. С одной стороны, выполировывание графитовых включений способствует предотвращению процессов схватывания поверхностей трения, но при этом открывается доступ агрессивной среде (жидкой и газообразной) вглубь металла. С другой стороны, при замазывании графитовых включений создаются благоприятные условия для схватывания, но одновременно затрудняется процесс окислительного разрушения, так как включения графита закрыты для проникновения агрессивной среды вглубь металлической матрицы.

В верхней части гильзы (камере сгорания) на поверхности трения всегда находятся окисные плёнки. Эти плёнки под воздействием поршневых колец, деформации гильзы и абразивных частиц растрескиваются и отделяются с поверхности трения и впоследствии могут также явиться абразивными частицами. Обнажённая металлическая поверхность вновь окисляется и процесс повторяется, вызывая износ. Взаимодействие металла со слабоконцентрированными растворами серной и сернистой кислот как по всей поверхности зеркала гильзы, так и в местах его локального повреждения (различные каверны, борозды, места схватывания поверхностей трения) является одной из главных причин коррозионного изнашивания цилиндров. В этом случае наличие серы обусловлено введением в моторные масла антизадирных присадок, содержащих её соединения.

Известно также, что коррозонно- и молекулярно-механическое изнашивание гильз двигателей, работающих на газообразном топливе в 1,5-2,0 раза меньше износа гильз двигателей, работающих на жидком топливе. Их износостойкость выше благодаря нескольким факторам: 1) газообразное топливо имеет более высокое октановое число и менее склонно к детонации, чем бензин, следовательно, меньше выкрашиваются в результате взрывного характера горения горючей смеси частицы металла; 2) рабочая среда в цилиндрах менее агрессивна, а значит, ниже её коррозионно-эрозионное воздействие; 3) рабочая газовоздушная смесь, не имея жидкой фазы, меньше смывает масло с рабочих поверхностей гильз, поэтому отсутствует граничное трение, что предотвращает процесс схватывания; 4) ниже тепловая напряжённость гильз цилиндров.

Таким образом, после эксплуатации в дорожных условиях на рабочей поверхности гильз цилиндров наблюдаются следы абразивного изнашивания, коррозионного воздействия и следы схватывания поверхностей трения. Как правило, они проявляются комплексно, но каждый из видов может быть ведущим или сопутствующим в зависимости от условий и режимов работы двигателя при эксплуатации автомобиля. Процессы износа гильзы цилиндра обусловлены физико-механическими свойствами металлической матрицы чугуна, которые определяют преобладание того или иного вида изнашивания её рабочей поверхности.

Неравномерный износ цилиндра

Неравномерный износ цилиндра

Отверстия цилиндра имеют признаки неравномерного износа в виде отдельных блестящих полированных мест. Поршень не имеет признаков износа или мест истирания. Двигатель теряет масло в точках стыка, особенно, на радиальных уплотнительных кольцах для вала. На рис. четко видна коррозия на наружном периметре гильзы, которая после установки в цилиндр вызвала некруглость цилиндра.

Оценка повреждения

Неравномерный зеркальный внешний вид поверхности скольжения на рабочих поверхностях цилиндра всегда является признаком перекоса цилиндра. Слишком мокрые или сухие гильзы цилиндров могут иметь перекос уже непосредственно после сборки. Поршневые кольца не могут безупречно герметизировать перекос цилиндра ни относительно масла, ни относительно газов сжигания.

Масло проходит мимо поршневых колец, попадает в камеру сгорания и сжигается. В результате газов сжигания, протекающих в большом объеме мимо поршня, также повышается давление в блок-картере. Это избыточное давление приводит к потере масла в различных местах стыка двигателя, особенно на радиальных уплотнительных кольцах для вала. Кроме того, масло продавливается во впускной и выпускной коллекторы через направляющую клапана, всасывается двигателем и сжигается или выбрасывается.

Возможные причины повреждения
  1. Неравномерная или неправильная затяжка болтов головки блока цилиндров
  2. В базовых отверстиях картера в сухих втулках в эксплуатации часто появляются существенные неровности из-за контактной коррозии (коррозия в посадке, рис.). В таком случае базовое отверстие цилиндра должно быть тщательно очищено. Если эта очистка сама не обещает успеха, необходимо доработать базовые отверстия цилиндра и затем установить гильзы цилиндра с избыточным наружным размером.

Рекомендация:

В блоках цилиндров без гильз с цилиндрами, просверленными непосредственно в блоке цилиндров, рекомендуется перед обработкой цилиндров навинтить на торцевую поверхность блока цилиндров нажимную пластину. Эта нажимная пластина имеет те же отверстия, что и блок цилиндров за исключением водяных каналов, ее толщина составляет несколько сантиметров.

Благодаря навинчиванию и заданной затяжке с моментом затяжки болтов головки блока цилиндров создаются условия напряжений при обработке цилиндра, как будто установлена головка блока цилиндров. Перекосы в отверстиях цилиндров, которые могут возникнуть при затяжке болтов головки, создаются таким образом в определенном виде и учитываются при обработке. Это обеспечивает (при условии правильной обработки) максимальную круглость и цилиндричность отверстия цилиндра при последующей эксплуатации двигателя.

  • неплоские торцевые поверхности блока цилиндров и головки блока цилиндров.
  • нечистая или перекошенная резьба болтов головки блока цилиндров
  • неподходящие или неправильные уплотнения головки блока цилиндров.
  • дефектная опора буртика в картере, неправильный выступ буртика и перекос и/или износ нижней направляющей буртика могут быть причиной существенного перекоса цилиндра.
  • слишком слабая или слишком прочная посадка буртика в картере (в сухих гильзах цилиндра).
  • отдельно стоящие цилиндры с ребрами должны точно плоскопараллельно прилегать к картеру и к головке блока цилиндров. Если несколько цилиндров имеют общую головку блока цилиндров, необходимо обратить внимание на то, чтобы цилиндры с ребрами имели равную высоту. Наличие и расположение воздухоотражателей имеет большое значение в такой конструкции.

Основные эксплуатационные дефекты гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей

Захаров, Ю. А. Основные эксплуатационные дефекты гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей / Ю. А. Захаров, Р. Р. Булатов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 5 (85). — С. 148-150. — URL: https://moluch.ru/archive/85/15984/ (дата обращения: 11.03.2024).

Техническое состояние гильз цилиндров во много определяет тягово-экономические показатели двигателя и его ресурс. Различают несколько основных эксплуатационных дефектов гильз ДВС, классификация и причины возникновения, которых, а также способы устранения рассмотрены в данной статье.

Ключевые слова: гильза цилиндра, двигатель внутреннего сгорания, эксплуатационный дефект, расход топлива, компрессия, износ, трещины.

Гильза цилиндра двигателя внутреннего сгорания представляет собой цилиндрическую вставку, формирующую рабочий объем двигателя и определяющая положение поршня при его движении. От технического состояния гильз цилиндра ДВС зависят такие параметры как мощность, расход топлива, компрессия, расход масла и так далее [1–3].

Основные дефекты гильз цилиндров ДВС, образующиеся при эксплуатации: трещины, износ наружной поверхности, излом бурта, износ посадочных поясков, износ внутренней (рабочей) поверхности.

Трещины на поверхности гильз цилиндров могут возникать от перегрева ввиду превышения предельно допустимой нагрузки на двигатель, неполноценной работы системы охлаждения, под воздействием ударных нагрузок, из-за «размораживания» охлаждающей жидкости двигателя или при нарушении технологии ремонта (перетяжка болтов, перекосы при запрессовке и так далее) [4–6].

В результате чрезмерного нагрева, а иногда и от резкого охлаждения в гильзах появляться микротрещины, которые под действием температуры и ударных нагрузок могут привести к физическому разрушению гильзы, что в конечном итоге вызовет потерю работоспособности цилиндропоршневой группы и двигателя в целом.

При дефектации трещины в гильзах можно обнаружить с помощью рентгенографического исследования, с помощью ориентирования металлических опилок вдоль трещины под воздействием магнитных полей или путем применения смазок и жидкостей, имеющих высокую проникающую способность. При обнаружении трещин гильзы не подлежат ремонту или восстановлению и выбраковываются [4, 7].

2. Износ наружной поверхности.

Как правило, большая часть наружной поверхности находиться в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью, в связи с этим, основными причинами повреждения этой поверхности гильз является квитанционное изнашивание и коррозионные процессы. Величина повреждений наружной поверхности может быть значительно снижена путем применения специализированных охлаждающих жидкостей (антифризов), имеющих в своем составе антикоррозионные, противопенные и другие присадки [2, 5–8].

Наличие дефектов наружной поверхности гильз может приводить к протечкам охлаждающей жидкости в картер двигателя и взаимодействия с моторным маслом, в результате чего образуется масляная эмульсия, не способная полноценно выполнять свою работу. Либо возможно загрязнение охлаждающей жидкости моторным маслом.

Устранение таких дефектов возможно путем нанесения полимерных композиций на изношенные поверхности [1–3, 7–8].

Основными причинами излома бурта гильзы являются: наличие посторонних частиц при запрессовке; неровности и перекосы в области седла буртика в блоке цилиндров; неподходящая по высоте и размерам прокладка головки блока цилиндров; нарушения технологии обработки при ремонте и восстановлении.

Иногда головка блока цилиндров имеет канавку по всему периметру, в которую входит противопожарный борт, причем головка и гильза цилиндра не должны соприкасаться. Если вследствие перекоса или повреждения головка блока требует выравнивания, канавка должна быть пропорционально увеличена. В противном случае есть опасность того, что усилие будет направлены не на прокладку, как должно быть, а на противопожарный борт гильзы цилиндра.

Если данный дефект гильзы не будет вовремя обнаружен, то после пуска двигателя сломанная гильза сдвинется в направлении коленчатого вала, и как только место излома окажется на высоте первого поршневого кольца, поршневое кольцо выскочит выше места излома. При обратном ходе поршня он вдавит гильзу цилиндра. Вращающийся коленчатый вал разобьет гильзу, поршень и шатун также будут повреждены.

Устранить такой дефект можно с помощью пластической деформации, наплавки или приварки стальной ленты с последующей механической обработкой.

4. Износ посадочных поясков гильзы.

Износ посадочных поясков частично связан с кавитационным изнашиванием. Признаком дефекта гильз являются глубокие раковины на поверхности поясков, что является следствием явления кавитации или коррозии.

В процессе работы возникает вибрация гильзы, что также вызывает износ посадочных поясков гильзы.

В реальных условиях эксплуатации двигателей возможно появление овальности посадочных поясков гильзы, вызванное кавитационным разрушением или отложением накипи в зазорах посадочных поясков гильзы в блоке.

Устранить подобный дефект можно также с помощью пластической деформации, наплавки или приварки стальной ленты с последующей механической обработкой.

5. Износ внутренней поверхности цилиндров.

Во время работы двигателя зеркало цилиндров подвергается абразивному и механическому изнашиванию вследствие проникновения в двигатель пыли. Много пыли попадает в цилиндры с воздухом через впускной трубопровод, если имеются неплотности в месте его крепления, или с топливом и маслом при их небрежном хранении.

Механическое изнашивание зеркала гильзы цилиндра больше в верхней части, чем в нижней, так как в верхней части давление значительно выше. Когда в конце такта сжатия в цилиндре сгорает рабочая смесь, то резко повышается давление образовавшихся горячих газов, и первое компрессионное кольцо сильно прижимается к зеркалу цилиндра.

В ВМТ скорость поршня снижается до нуля, масляная пленка выгорает, и первое поршневое кольцо вступает непосредственно в контакт с зеркалом цилиндра. При движении поршня вниз (в первый момент) происходит интенсивное изнашивание зеркала цилиндра и поршневого кольца.

Кроме износа по длине также наблюдается износ в направлении, перпендикулярном оси коленчатого вала, т. е. овализация гильз. Овализация гильз цилиндров вызывается как неравномерностью изнашивания, так и остаточными деформациями, возникающими от сил давления газов и бокового усилия поршня. Наибольшая овальность гильзы происходит в верхнем поясе в зоне расположения верхнего поршневого кольца при положении поршня в верхней мертвой точке.

Устранить износ внутренней поверхности гильзы можно с помощью растачивания, хонингования, шлифования, наплавки, осаждением гальванопокрытий, металлизацией [8].

Таким образом, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания при работе испытывают большие нагрузки, они подвержены пяти основным эксплуатационным дефектам, каждый из которых имеет свои причины для появления и может быть устранён тем или иным способом, применяемым в авторемонтном производстве.

1. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления корпусных деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 202–204.

2. Захаров, Ю. А. Основные дефекты корпусных деталей автомобилей и способы их устранения, применяемые в авторемонтном производстве [Электронный ресурс] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов // Инженерный вестник Дона: электронный научный журнал. № 4, 2014. URL: www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_48_Zaharov.pdf_b512b82f57.pdf

3. Захаров, Ю. А. Упрочнение деталей автомобилей типа «вал» и «ось» [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 20. — С. 141–143.

4. Захаров, Ю. А. Основные способы упрочнения рабочей поверхности гильз цилиндров двигателей автомобилей [Текст] / Ю. А. Захаров, Л. А. Рыбакова // Молодой ученый. — 2015. — № 2. — С. 157–160.

5. Голубев, И. Г. Мониторинг технологических процессов восстановления деталей [Текст] / И. Г. Голубев, В. В. Быков, А. Н. Батищев, В. В. Серебровский, И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. — Москва: МГУЛ, 2000.– С.31.

6. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов [и др.] // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 56–58.

7. Захаров, Ю. А. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей автомобилей [Электронный ресурс] / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Инженерный вестник Дона: электронный научный журнал. № 4, 2014. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2676 (дата обращения 12.01.2015).

8. Захаров, Ю. А. Устройство для восстановления внутренних цилиндрических поверхностей деталей мобильной техники гальваномеханическим осаждением покрытий [Электронный ресурс] / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын, Г. А. Мусатов // Инженерный вестник Дона: электронный научный журнал. № 1, 2015. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2015/2752 (дата обращения 04.02.2015).

Основные термины (генерируются автоматически): износ, наружная поверхность, поршневое кольцо, посадочный поясок гильзы, внутреннее сгорание, гильза цилиндра, охлаждающая жидкость, верхняя часть, коленчатый вал, моторное масло.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *