Поиск по сайту

Поршень – один из основных элементов двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует энергию сгоревших газов в механическую. Условия работы поршня крайне неблагоприятные. На него действуют механические нагрузки от давления газов и сил инерции, высокие тепловые нагрузки в периоды непосредственного соприкосновения его с горячими газами при сгорании топлива и расширении продуктов сгорания. Дополнительно поршень нагревается от трения о стенки цилиндра. Поршни двигателей внутреннего сгорания должны иметь достаточную прочность, жесткость при незначительной массе (для уменьшения сил инерции), обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. В современных двигателях наибольшее распространение получили поршни из алюминиевых сплавов. Такие материалы по большинству своих параметров удовлетворяют требованиям, предъявляемым к поршням. Но одним из недостатков алюминиевых сплавов является их низкая тепловая стойкость (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 %) Из приведённых ниже рисунков видно, что температура нагрева поверхности поршня распределена неравномерно как в поперечном сечении (Рис 1), так и в окружном (Рис 2). (рис 1) (рис 2) Уровень температур в отдельных точках поршня приближается к критическим значениям. И не удивительно, что при сбоях в работе двигателя могут наступить такие условия, при которых в отдельных точках поршня металл не в состоянии противостоять высоким температурам, и мы сталкиваемся с явлением называемым «Прогар поршня». Иногда «сбои» бывают и рукотворные. К примеру, форсируя двигатель по мощности можно как побочный результат получить прогар поршней. Из вышеизложенного напрашивается вывод – перегрел двигатель – получи прогар поршня, но практика этого не подтверждает. Тут объяснение может быть простым: для того чтобы поршень прогорел требуется время, но за это время двигатель успевает выйти из строя по другим причинам - задиры головки поршня, залегания колец . То есть зафиксировать в двигателе в чистом виде явление «прогар поршня» можно когда этот дефект развивается в основном без сопутствующих дефектов (обычно задиров). Такое случается при локальных перегревах двигателя. Когда в отдельные моменты работы двигателя могут чрезмерно повышаться температуры без существенного изменения общей тепловой напряжённости двигателя. Это сбои в процессах, протекающих в камерах сгорания двигателей. В процессе горения участвует топливо и кислород воздуха. Рассмотрим каждую из составляющих процесса горения. Топливо. Топливо на перегрев двигателя может влиять прямо – некачественное низкооктановое топливо приводит к детонации двигателя и косвенно, через топливную аппаратуру – некачественный распыл топлива в результате неисправностей топливоподающей аппаратуры, использование нештатных распылителей. Детонация происходит в двигателях с внешним смесеобразованием (бензиновых). При этом процессе в реакцию одновременно вступает весь объём топливной смеси (при нормальном горении фронт пламени распространяется от свечи зажигания). Резко повышается давление и температура. При этом значение этих параметров значительно превосходят нормальные рабочие величины. В виду быстротечности процесса сильно перегреваются поверхности, контактирующие с раскалёнными газами (тепло не успевает отводиться). Высокое давление в камере сгорания способствует интенсификации прорыва газов через уплотнения (поршневые кольца) и неплотности (в клапанах). В сочетании с высокой температурой прорывающиеся газы просто вымывают металл с образованием характерных следов износа (Фото.1) Фото №1 Разрушение поршня автомобиля Мазда в результате детонации. Отчётливо просматривается след вымывания металла потоком прорывающегося газа. Неисправности топливной аппаратуры могут привести к нарушению течения процесса горения, в результате чего горение топлива растягивается по времени. Такие явления можно наблюдать на двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях). Плохой распыл топлива, попадание топлива на поршень (для тех процессов, где это не предусмотрено) приводит к перегреву днища поршня его оплавлению, прогоранию (Фото. 2). Воздух - вторая составляющая процесса горения. Недостаток кислорода воздуха приводит к изменению процесса горения. Процесс горения растягивается по времени (это касается двигателей с внутренним смесеобразованием). Далее процесс развивается аналогично процессу с некачественным распылом топлива. Причины недостатка воздуха – несвоевременное обслуживание воздухофильтров (особенно при работе в условиях повышенной запылённости), неисправности узла наддува (турбокомпрессор, нагнетатель) если такой стоит на двигателе. Фото №2 Поршень автомобиля HOWO. Оплавление днища поршня. В двигателе обнаружилось большое количество пыли, использовались нештатные распылители. Прогорание поршня обычно происходят в зонах максимальных температур (кромки камеры сгорания, зона расположения выхлопного клапана). На рис 2 видно характерное распределение температур по поверхности днища поршня. Можно с меньшей вероятностью ожидать появления прогорания на первом и последнем поршнях двигателя, поскольку их тепловое состояние не столь напряжённое, чем у поршней расположенных в средней части двигателя. Резюме - На работе поршня сказывается множество факторов и невозможно однозначно дать ответ прогорит конкретный поршень или произойдет, какой -то иной дефект. Можно оценить вероятность свершения того или иного события. И для того чтобы не допустить наступление такого неприятного события как прогар поршня необходимо соблюдать правила записанные в РЭ. Ведь прогар поршня – это чисто эксплуатационный дефект. источник: expert-machines.ru