Износ основных деталей двигателей

Чтобы установить зависимость между пробегом автомобилей и износом основных деталей шатунно-кривошипного механизма, мы произвели микрометраж частей отдельных двигателей.

Цилиндры. Все сравнения степени износа цилиндров велись в поясе 10 мм от верхней плоскости блока, т. е. в зоне максимальной изнашиваемости.

Результаты микрометража говорят, что наибольший износ цилиндров в этом поясе - у автомобилей первой группы (в среднем - 0,133 мм). У второй и третьей он несколько меньше (в среднем - 0,124 и 0,118 мм).

Анализируя эти показатели, следует отметить высокую износостойкость стенок цилиндров.

Интенсивность износов на 1000 км пробега была: для первой группы - 0,65-0,75 мк для второй - 0,85-1,04, для третьей - 0,86-1,1 мк.

Как видим, в этом случае сравнительные износы цилиндров группы (рис. 1) автомобилей ниже, чем у второй (рис. 2) и третьей (рис. 3), у которых они почти одинаковы.

Рис. 1. Средний износ цилиндров двигателей первой группы автомобилей

Рис. 2. Средний износ цилиндров двигателей второй группы автомобилей

Рис. 3. Средний износ цилиндров двигателей третьей группы автомобилей

На основании изложенного, можно сделать следующие выводы.

Максимальный износ цилиндров во всех испытуемых двигателях - в сечении 10 мм от верхней плоскости блока.

Износ цилиндров по длине хода поршня, в зависимости от пробега автомобилей, происходит не совсем закономерно. До 120 тыс. км он протекает равномерно. От максимального износа идет постепенное уменьшение его до сечения 180 мм. После 120 тыс. км пробега кривая износа несколько меняется. Наблюдаемая убыль от максимального износа прекращается, в сечении 60 мм опять начинается возрастание, потом вновь идет постепенное уменьшение до сечения 180 мм от верхней плоскости блока.

Износы цилиндров в сечении 10 мм в плоскости коленчатого вала и в той, что перпендикулярна к нему, почти одинаковы во всех двигателях. В остальных сечениях по ходу поршня износ больше во второй плоскости.

Интенсивность износа цилиндров в сечении 10 мм от верхней плоскости блока (на 1000 км пробега) в среднем для всех групп автомобилей составляет 0,93 мк, что значительно меньше данных, полученных ранними исследованиями. Сравнительно малые износы цилиндров можно объяснить главным образом наличием гильзы из чугуна аустенитовой структуры, хромированных верхних компрессионных колец и интенсивной эксплуатацией автомобилей.

Средний износ цилиндров в поясе 10 мм от верхней плоскости блока после пробега автомобилей второй группы 135 тыс. км составил 0,141 км, что вполне допустимо при эксплуатации.

Таким образом, при пробегах автомобилей "Победа" до 135 тыс. км износ цилиндров (в поясе 10 мм) не является причиной для остановки двигателя на ремонт.

Поршневые кольца. После окончания опытных пробегов автомобилей измерены поршневые кольца по высоте и тепловой зазор в замке, определена упругость, проверена твердость и произведено металлографическое исследование структуры колец.

Износ поршневых колец по высоте во всех опытных двигателях закономерен. Максимальный - у первых компрессионных (0,1-0,2 мм), затем у вторых (0,05-0,1 мм) и почти одинаковый - у маслосъемных (0,02-0,04 мм).

Сравнивая износы у двигателей первой и третьей групп, мы видим, что они после второго этапа испытания больше у последних, несмотря на то, что машины этой группы сделали значительно меньший пробег.

Надо полагать, что основная причина повышенного износа поршневых колец по высоте в третьей группе автомобилей - разборка двигателей после первого этапа испытания.

Следует отметить, что износ канавок в поршне на всех испытуемых двигателях не превышает 0,14 мм.

Износ рабочих поверхностей первых компрессионных колец протекает в зависимости от пробега автомобилей.

После того, как машины первой группы прошли 187 тыс. км, рабочая поверхность этих колец была покрыта хромом в среднем на 22,5%, по второй группе (135 тыс. км) - на 46,2% и по третьей (121 тыс. км пробега) - на 50%.

Рассматривая увеличение тепловых зазоров в замках поршневых колец в зависимости от пробега автомобилей, в целом по группе наблюдаем такие закономерности.

Как правило, у первого компрессионного кольца это увеличение меньше, чем у второго.

Максимальное увеличение - в замке первого маслосъемного кольца.

После 135 тыс. км пробега тепловые зазоры не превышают максимально допустимых при эксплуатации (2,5 мм).

Тепловые зазоры в замках поршневых колец увеличиваются в зависимости от пробега автомобилей (рис. 4).

Рис. 4. Изменение теплового зазора в замках поршневых колец в зависимости от пробега в целом по группам автомобилей: а - первые компрессионные; б - вторые компрессионные; в - первые маслосъемные; г - вторые маслосъемные

У первых компрессионных колец двигателей второй и третьей групп это увеличение почти одинаковое.

У маслосъемных колец зазоры увеличиваются более равномерно на протяжении всего пробега.

Увеличение теплового зазора в замках поршневых колец на 10 тыс. км пробега представлено диаграммой (рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма средних износов поршневых канавок, отнесенных на 10000 км пробега автомобилей

^* (После первого этапа испытания.)

Наиболее интенсивно возрастает зазор у первых и вторых компрессионных колец двигателей третьей группы автомобилей после пробега в 121 тыс. км.

Более равномерное увеличение теплового зазора наблюдается в замках маслосъемных колец у всех двигателей.

В первой группе упругость поршневых колец, как компрессионных, так и маслосъемных, снижается равномерно, в зависимости от пробега. После того, как машины прошли в среднем 187 тыс. км, компрессионные кольца потеряли упругость примерно на 31%, а маслосъемные - на 31,7%. Приблизительно такая же закономерность в падении упругости между компрессионными и маслосъемными кольцами наблюдается и во всех остальных группах автомобилей (рис. 6, 7 и 8).

Рис. 6. Потеря упругости поршневых колец двигателей первой группы автомобилей в зависимости от пробега: 1 - первое компрессионное кольцо; 2 - второе компрессионное кольцо; 1а - первое маслосъемное кольцо; 2а - второе масло, съемное кольцо

Рис. 7. Потеря упругости поршневых колец двигателей второй группы автомобилей в зависимости от пробега: 1 - первое компрессионное кольцо; 2 - второе компрессионное кольцо; 1а - первое маслосеъемное кольцо; 2а - второе маслосъемное кольцо

Рис. 8. Потеря упругости поршневых колец двигателей третьей группы в зависимости от пробега: 1 - первое компрессионное кольцо; 2 - второе компрессионное кольцо; 1а - первое маслосъемное кольцо; 2а - второе маслосъемное кольцо

Испытанием установлено, что до 121 тыс. им пробега интенсивность падения упругости поршневых колец одинакова у всех автомобилей. С увеличением километража она значительно уменьшается по двигателям первой и второй групп.

В третьей - наоборот, повышается. Это объясняется тем, что мы после указанного пробега вскрывали двигатели, а кольца снимали с поршней, чистили, измеряли и вновь надевали. Снимание и надевание колец, очевидно, и вызвало падение их упругости.

Максимальное падение упругости наблюдается у вторых компрессионных колец.

Чтобы определить возможные изменения твердости и микроструктуры поршневых колец в связи с разными сроками их службы (по пробегу автомобилей), мы провели специальные испытания.

У двигателей всех групп автомобилей твердость компрессионных колец почти одинакова и находится в пределах 102-103,5 единицы по Роквеллу, что соответствует новым кольцам. Твердость же маслосъемных колец несколько ниже - 98-100.

На основании результатов, полученных при опытах, можно сделать следующие выводы:

При интенсивной эксплуатации автомобилей износ поршневых колец по высоте после пробега машин до 121-135 тыс. км незначительный и колеблется в пределах 0,02-0,18 мм.

Наибольший износ по высоте - у первых компрессионных колец; у маслосъемных он почти одинаковый.

Максимальный тепловой зазор в замках - у вторых компрессионных колец.

Почти одинаковые тепловые зазоры имеют поршневые кольца двигателей второй и третьей групп автомобилей после соответствующих пробегов в 135 и 121 тыс. км.

После 135 тыс. км пробега автомобилей тепловые зазоры в замках поршневых колец не превышают максимально допустимых при эксплуатации.

У поршневых колец двигателей третьей группы автомобилей во втором этапе испытания интенсивность увеличения тепловых зазоров возрастает.

Упругость поршневых колец падает в зависимости от пробега автомобилей: до 135 тыс. км максимальная ее потеря не превышает 28%.

Срок службы (пробег автомобилей) не изменяет твердости поршневых колец, если двигатель не перегревался в процессе эксплуатации.

Существенных изменений в микроструктуре поршневых колец в зависимости ют пробега автомобилей не наблюдается.

Поршневые кольца можно не менять, пока машины не пройдут в среднем 135 тыс. км, а в отдельных случаях и больше.

У поршней мы измеряли диаметры юбки (в верхней и нижней части) в плоскости, перпендикулярной к пальцу.

Рассматривая абсолютные величины износов поршневых юбок после пробега 135 тыс. км. следует признать, что они небольшие (0,140). Износы канавок по окружности во всех поршнях приблизительно равномерны.

Сопоставляя величины износов поршней и пробеги автомобилей, можно сделать следующие выводы.

Поверхности юбок поршней, расположенных в обе стороны от оси поршневого пальца, почти во всех двигателях покрыты тонким слоем нагара. Следовательно, эти поверхности во время работы не соприкасались с зеркалом цилиндра.

Максимальный износ юбки поршня - 0,19 мм - у двигателя автомобиля, прошедшего 162,5 тыс. км.

Износ юбок поршней происходит сравнительно равномерно, в зависимости от пробега автомобилей.

Средний износ юбок поршней по диаметру у автомобилей второй группы после пробега 135 тыс. км - 0,049 мм, что допустимо при эксплуатации, у третьей группы он после 158 тыс. км пройденного пути - 0,115 мм, что также не может являться причиной для замены поршней.

Другими словами, при пробегах автомобилей до 150 тыс. км поршни по износу юбок не ограничивают срока службы двигателей без разборки.

Максимальное увеличение зазора между поршневыми кольцами и канавками у двигателей третьей группы автомобилей после среднего пробега 158 тыс. км - 0,362 мм. Следовательно, поршни и по износу канавок не вызывают необходимости разборки двигателей.

Отверстия в бобышках под поршневые пальцы при пробегах автомобилей до 150 тыс. км изнашиваются очень мало, вследствие чего пальцы имеют плотную посадку.

Таким образом, поршни двигателей автомобилей "Победа" по своим износам не могут служить причиной для остановки двигателей на ремонт при пробеге до 150 тыс. км.

Поршневые пальцы. Чтобы определить износы поршневых пальцев в зависимости от пробега автомобилей, мы сделали микрометраж каждого пальца в трех его частях: по краям, в середине и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

У двигателей первой группы автомобилей после того, как они пробежали в среднем 187 тыс. км, максимальный износ поршневых пальцев - 0,025 мм.

Во второй группе после 135 тыс. км пути поршневые пальцы были в хорошем состоянии, имели равномерный износ по длине и окружности. Наибольший износ пальцев - 0,025 мм. При испытании двигателей на стенде под нагрузкой стуков в них не было.

Поршневые пальцы двигателей автомобилей третьей группы имели равномерный износ по длине и окружности; максимальный - 0,03 мм. Проверяя двигатели под нагрузкой, мы не обнаружили стуков пальцев.

Сопоставляя величины износа поршневых пальцев и пробега по трем группам автомобилей, можно сделать следующие выводы.

Износ поршневых пальцев у всех двигателей почти одинаков (в среднем - 0,025 мм).

Срок службы поршневых пальцев мало зависит от пробега автомобиля. Величина их износов после 210 тыс. км пройденного пути почти такая же, как и при пробегах в 121-164 тыс. км.

Можно считать, что поршневые пальцы в среднем служат 135-200 тыс. км.

Шейки коленчатого вала. При вскрытии двигателей мы тщательно осматривали каждый коленчатый вал, а затем производили микрометраж его шеек. Шатунные шейки всех двигателей к концу испытания были гладкие и не имели рисок и следов местных выработок.

Износ шатунных шеек отдельных групп автомобилей при соответствующих пробегах происходил равномерно и в среднем составил:

По первой группе   0,077 мм 
По второй    "    0,0745 " 
По третьей   "    0,0545 "

Коренные шейки испытуемых двигателей также были в хорошем состоянии, несмотря на большой пробег автомобилей без смены вкладышей. Осевой зазор коленчатых валов находился в пределах 0,2-0,32 мм.

Конусность и эллиптичность шатунных шеек по всем группам были в пределах, допустимых при эксплуатации (0,011-0,037 мм).

Данные средних износов шатунных и коренных шеек отдельных групп автомобилей представлены в таблице 3.

Таблица 3

На основании данных, полученных при замерах, можно сделать следующие выводы:

Все виды износов шатунных шеек не выходят за пределы допуска. Величина износа, конусность и эллипс шатунных шеек двигателей в третьей группе автомобилей меньше, чем во второй.

Таким образом, срок службы шатунных шеек коленчатого вала до первой шлифовки лежит в интервале пробегов автомобилей от 135 до 150 тыс. км.

Все значения износов коренных шеек ниже, чем допустимо в эксплуатации.

Износы коренных шеек коленчатых валов двигателей третьей группы автомобилей меньше, чем у двигателей второй группы.

Следовательно, срок службы коренных шеек до первой шлифовки также лежит в интервале от 135 до 150 тыс. км пробега, а при соответствующих благоприятных условиях интенсивной эксплуатации автомобилей может быть значительно увеличен.

Это высказывание подтверждается результатами, полученными нами по износам шеек коленчатых валов двигателей первой и третьей групп автомобилей.

Шатунные и коренные вкладыши. Тщательным осмотром, замером и специальной проверкой в Дорожной, химико-технической лаборатории Северо-Кавказской ж. д. установлено, что износ этих вкладышей при пробеге автомобиля до 121 тыс. км практически незначительный (максимально - 5 микрон).

У всех испытуемых автомобилей шатунные и коренные вкладыши работали без замены до окончания опыта.

У автомобилей третьей труппы после того, как они в среднем прошли по 121 тыс. км, шатунные и коренные вкладыши были проверены и замерены. При этом внешних нарушений рабочих поверхностей вкладышей мы не установили. Износ шеек, как шатунных, так и коренных, во всех двигателях оказался примерно одинаков и не выходил за пределы допусков.

Поэтому, чтобы установить целесообразный срок смены вкладышей, мы решили оставить их до конца второго этапа испытания.

Часть шатунных и коренных вкладышей автомобилей второй группы после пробега 131 тыс. км была исследована в лаборатории. В результате установлено:

Внешних нарушений рабочих поверхностей вкладышей нет.

Толщина слоя баббита на стальной ленте отдельных вкладышей - от 0,15 до 0,40 мм.

На рабочих поверхностях как шатунных, так и коренных вкладышей обнаружены посторонние белые включения диаметром от 0,1 до 1,5 мм.

Микротвердость основного баббитового слоя - 16,6-18,9 кг/мм², а белых включений в баббите - 13,4 кг/мм².

Верхние шатунные вкладыши имеют износ до 0,030 мм. Общее состояние как шатунных, так и коренных вкладышей двигателя после пробега 150 тыс. км удовлетворительное.

Когда автомобили в среднем прошли 150 тыс. км, давление масла при скорости 50 км/час упало примерно до 1,8 кг/см².

После первого этапа испытания давление масла в двигателях второй группы было равно в среднем 2 кг/см², в третьей - 2,27 кг/см².

Таким образом, можно сделать вывод, что при пробеге автомобиля "Победа" до 150 тыс. км падение давления масла в магистрали двигателя находится в пределах, допустимых в эксплуатации. Это еще одно из доказательств, подтверждающих возможность работы двигателя без смены вкладышей до 150 тыс. км.

На основании результатов проведенных опытов можно сделать некоторые выводы:

В южных районах при интенсивной эксплуатации автомобилей "Победа" до 120 тыс. км износ шатунных и коренных вкладышей двигателей очень мал и практического влияния на износ шеек коленчатого вала почти не оказывает.

При пробеге автомобилей от 135 до 150 тыс. км износ, конусность и эллиптичность шатунных и коренных шеек коленчатого вала двигателей находится в пределах, вполне допустимых при эксплуатации.

Следовательно, нет оснований для смены вкладышей при пробеге автомобиля до 150 тыс. км.