Замена поршня: когда она необходима и как ее провести?

Цилиндры, поршни, кольца и другие детали ЦПГ больше других страдают от колоссальных нагрузок и экстремально высоких температур во время работы двигателя.

Поршни, которые являются основным преобразователем энергии ДВС, постоянно контактируют с внутренними стенками цилиндра и испытывают негативные последствия трения. Его сила увеличивается при недостаточной смазке, слишком малых зазорах в цилиндро-поршневой паре, деформации элементов.

Если неисправности поршневой группы возникли впервые, ограничиваются, как правило, установкой нового комплекта колец. Сами поршни могут прослужить две таких замены, но в дальнейшем также потребуют обновления, вместе с восстановлением правильной геометрии цилиндров.

Рассмотрим некоторые технологические нюансы, связанные с износом и заменой поршней.

Особенности износа деталей поршневой группы

В поршне износу прежде всего подвергаются поршневые кольца, юбка, отверстия под палец.

• Износ колец

В результате трения о внутреннюю поверхность цилиндра кольца изнашиваются по наружному диаметру, вследствие трения о торцы канавок поршней – по высоте.

Наиболее быстро изнашиваются первое поршневое кольцо и первая канавка поршня, так как это сочленение работает в самых тяжелых температурных, абразивных и нагрузочных условиях, часто при недостаточной смазке. Кольца обычно изнашиваются быстрее канавок, теряя свою упругость и разрушаясь вследствие релаксации внутренних напряжений.

В канавках поршня больше всего изнашивается нижний торец, так как эта поверхность постоянно контактирует с кольцами (исключая такт всасывания) и подвергается усиленному давлению с их стороны.

Новое поршневое кольцо, установленное в изношенном цилиндре, деформируется значительно быстрее старого. Это объясняется тем, что оно прилегает к торцу канавки и поверхности цилиндра не всей поверхностью (из-за несоответствия форм), в результате чего удельное давление кольца резко увеличивается и распределяется неравномерно. Чтобы этого избежать, изношенные канавки восстанавливают на токарном станке, используют более высокие (ремонтные) кольца.

• Износ бобышек

Оба конца поршневого пальца работают внутри так называемых бобышек, а его средняя часть – в верхней головке шатуна. Для проверки износа этих элементов измеряют их диаметр, чтобы определить величину фактического зазора между ними и пальцем, вычисляют диаметр последнего в местах сопряжения с отверстиями.

Если результат одного из измерений выходит за допустимые пределы, поршень и палец нужно менять.

Из-за неравномерного износа отверстия в бобышках поршня со временем приобретают овальную форму. Если размер отверстий не превышает установленную норму, их форму исправляют разверткой – под размер ремонтного пальца большего диаметра. При этом диаметр втулки верхней головки шатуна тоже увеличивают.

• Износ юбки

При износе юбки на ней появляются многочисленные задиры, увеличивается зазор между ее нижней частью и стенками цилиндра – это приводит к увеличению шума работающего двигателя и к росту угара масла.

Пределом износа считается образование зазора, составляющего около 0,5 % диаметра цилиндра. Например, при диаметрах цилиндра 50, 70, 80 мм предельный зазор составит соответственно 0,25; 0,35; 0,4 мм.

Величину зазора измеряют в разных частях цилиндра – вначале в менее изношенной нижней, затем в более изношенной средней. Делают это с помощью щупа, отступив на 5-10 мм от нижнего края передней или задней стороны юбки поршня. Для полноты картины измерения проводят также с помощью индикаторного нутромера.

При допустимой величине зазора поршень подлежит замене, если наблюдаются:

• Царапины, трещины и другие повреждения на днище и жаровом поясе; вызваны они, как правило, нарушением процесса сгорания топливно-воздушной смеси
• Неравномерный износ и деформация канавок для поршневых колец, в результате чего кольца сильно вибрируют, вызывают повышенный расход масла и прорыв картерных газов
• Забитые дренажные отверстия в нижней канавке под кольцо, вызывающие угорание масла

Что нужно знать, приобретая новые поршни?

При подборе нового поршня обязательно проверяйте, чтобы его диаметр в верхней части (на участке рядом с кольцами) был меньше диаметра в нижней, т.е. чтобы по форме он представлял собой конус.

Степень конусности поршней для разных двигателей зависит от их теплового режима – чем он выше, тем конусность больше. Причина в том, что поршень нагревается неравномерно (больше всего на днище, меньше всего – на юбке), и под воздействием температур конус превращается в правильный цилиндр.

На днище поршня указан его диаметр в районе поршневых колец. Однако при выборе новой детали лучше ориентироваться на другую, наибольшую величину – диаметр нижней части юбки. В этом случае обкатка пройдет быстрее и безопаснее.

Зазор между нижней частью юбки поршня и стенками цилиндра должен составлять от 0,05 до 0,1 мм. Точное значение зависит от объема цилиндра и указано в мануале двигателя.

Проверить правильность зазора между поршнем и цилиндром несложно опытным путем: детали нагревают до 150 С, после чего поршень опускают в гильзу и следят за его положением: при нормальном зазоре поршень не заклинивает и не падает, а плавно опускается под тяжестью собственного веса.

Выбирая поршни, обращайте внимание на фирму и материал. Дешевые алюминиевые комплекты от неизвестных производителей вряд ли прослужат долго. Недорогие сплавы, из которых изготавливают такие поршни, не содержат кремния (а именно он придает деталям прочность) и не имеют должного теплового расширения.

Поршни из качественных износостойких материалов обеспечат отличные рабочие характеристики двигателя и позволят существенно увеличить межсервисные интервалы.

Как заменить поршень самостоятельно?

Для того, чтобы проверить состояние цилиндро-поршневой группы и диагностировать возможные неисправности самостоятельно, потребуются определенные навыки и знания.

Осмотр и замену поршней можно производить без снятия двигателя с автомобиля.

• Разборку ГБЦ начните со слива имеющегося внутри масла
• После демонтажа головки и поддона тщательно проанализируйте состояние прокладки ГБЦ, если оно вызывает опасения – удалите прокладку и снимите прилипшие к блоку остатки

Обязательно снимите нагар с верхней части цилиндра (например, с помощью напильника), иначе вы не сможете вытащить поршень и определить его возможную неисправность.

• Замеряйте диаметр цилиндра при помощи нутромера; убедитесь в наличии расточек: прокручивая коленчатый вал, следите за присутствием глубоких рисочек, расположенных в вертикальном положении
• Демонтируйте весь поддон: отверните крепежи на подушках ДВС, приподнимите его, раскрутите болты на поддоне и вытащите поддон
• Слейте оставшееся масло и осмотрите дно на предмет наличия металлических обломков (колец, успокоителей цепи и пр.)
• Если на дне поддона вы не обнаружили ничего металлического, тщательно осмотрите масляной пленку – если на свету она не начинает искриться, значит, вкладыши изношены и их нужно заменить
• Аккуратно достаньте поршень в сборе с шатуном и кольцами, проверьте его состояние: если на юбке имеются глубокие задиры, наблюдается прогорание днища и поверхности в зоне верхнего компрессионного кольца, износ верхней канавки под поршневое кольцо больше допустимого – проводится замена поршня
• Чтобы отделить поршень от шатуна, выньте из отверстий в бобышках стопорные кольца, с помощью пресса достаньте поршневой палец и отделите поршень от шатуна; в случае необходимости тем же прессом снимите бронзовую втулку

Поршень, палец и бронзовая втулка верхней головки шатуна работают в тесном контакте, поэтому, как правило, подлежат замене вместе.

• Перед сборкой комплекта «поршень-палец-шатун» убедитесь, что маркировка, нанесенная краской на один из бобышек поршня, торцы пальца и верхнюю головку шатуна, выполнена одной краской – это означает, что они имеют одинаковые диаметры отверстий
• Соедините поршень с шатуном, предварительно проверив их на параллельность осей (делается это с помощью контрольного приспособления с индикаторными головками)
• Запрессуйте палец в отверстия бобышек поршня и верхней головки шатуна (при это не используйте ударную технику во избежание повреждения шатуна); вставьте в канавки бобышек стопорные кольца
• Вставьте поршни с шатунами в гильзы цилиндров