ГлавнаяВаз 2110Маркировка шатунных вкладышей

Маркировка шатунных вкладышей


Авто зона - Ремонт Honda CR-V - Двигатель и его системы - Двигатель

Поршневые кольца заменяют при ремонте шатуннопоршневой группы, при их износе или повреждении. Также кольца заменяют при капитальном ремонте двигателя.Для выполнения работы потребуются:— микрометр с пределом измерений 75—100 мм;- нутромер.

Снятие

1. Снимаем головку блока цилиндров (см. «Головка блока цилиндров — снятие и установка»).2. Снимаем поддон картера двигателя (см. «Поддон картера — снятие, замена прокладки и установка»).3. Снимаем Маслозаборник (см. «Маслозаборник — снятие и установка»).4. Надев шкив и повернув коленчатый вал за болт крепления его шкива ключом на 19 мм, устанавливаем поршень первого цилиндра в нижнее положение.5. Ключом на 12 мм отворачиваем две гайки крепления крышки шатуна первого цилиндра.6. Снимаем крышку шатуна.7. Деревянным бруском или ручкой молотка выталкиваем поршень вверх.

8. Извлекаем поршень в сборе с шатуном из цилиндра.9. На поршне маркером помечаем порядковый номер цилиндра, из которого он был вынут.10. Аналогично извлекаем остальные четыре поршня.

Разборка и проверка
На шатунах имеется маркировка отверстия нижней головки диаметра нижней (см. табл. 8.1.4). Цифра нанесена одновременно на поверхности шатуна и её крышки. Необходимость при сборке совместить части цифры исключает неправильную установку крышки, а также установку крышки не на свой шатун.

1. Извлекаем вкладыши из шатуна и его крышки.2. Фиксируем поршень за шатун в тисках.3. Слегка раздвинув замок кольца, снимаем верхнее компрессионное кольцо.4. Аналогичным образом снимаем нижнее компрессионное кольцо.5. Маслосъёмное кольцо — составное, снимаем верхний кольцевой диск маслосъёмного кольца......расширитель и нижний кольцевой диск маслосъёмного кольца.

6. Аналогично разбираем три других поршня.7. Микрометром измеряем размер юбки поршня первого цилиндра.

При ремонте двигателя В20В измерения следует выполнять на расстоянии 15 мм от нижней кромки юбки поршня, а на двигателе B20Z — 20 мм.

8. Нутромером определяем износ стенок первого цилиндра.

Измерения выполняем в двух плоскостях — вдоль и поперек блока цилиндров. Замеры повторяем в четырёх поясах (в верхней, в средней и в нижней частях цилиндра). Неравномерность износа цилиндров не должна превышать 0,05 мм.

9. Чтобы получить зазор между стенками поршня и цилиндра, из значения максимального размера диаметра цилиндра вычитаем размер юбки поршня.10. Аналогичные измерения выполняем для других цилиндров.

Размеры поршня и цилиндра

Если износ стенок цилиндров не превышает допустимых значений, то, для того чтобы восстановить рекомендуемые зазоры между стенками цилиндров и поршнями, следует заменить поршни новыми. Если все размеры не превышают допустимые значения, достаточно заменить поршневые кольца.

1. Микрометром определяем овальность и конусность шатунной шейки коленчатого вала.

Конусность шейки коленчатого вала не более 0,04 мм, а допустимая овальность — 0,01. Если превышен любой из указанных допусков, необходимо заменить коленчатый вал. При замене шатунных вкладышей их необходимо подобрать под размеры соответствующих шеек коленчатого вала.

2. Определяем маркировку шатунных шеек коленчатого вала (маркировка выполнена буквой, выбитой на приливе коленчатого вала возле соответствующей шейки, на фото выделено рамкой).

На соседнем приливе коленчатого вала цифрой нанесена маркировка размера шейки коренного подшипника.

3. Подбираем размеры шатунных вкладышей в соответствии с маркировками диаметра шатунных шеек коленчатого вала и маркировками отверстий нижних головок шатунов (см. табл. 8.1.4).

Шатунные вкладыши по размеру разделены на группы, обозначенные цветом. Маркировка вкладышей выполнена краской определённого цвета, которая нанесена на их боковых кромках.

Таблица 8.1.3 Размеры поршня и цилиндра
Размер номинальный максимально допустимый
Диаметр юбки поршня, мм 83,98-83,99 83,97
Диаметр цилиндра, мм 84,00-84,02 84,07
Зазор между стенками цилиндра и поршнем, мм 0,01-0,04 0,05
Таблица 8.1.4 Таблица для подбора шатунных вкладышей
Маркировка нижних головок шатунов 1 2 3 4
Маркировка шатунных шеек коленчатого вала Маркировка шатунных вкладышей
А или I Красный Розовый Жёлтый Зелёный
Вили II Розовый Жёлтый Зелёный Коричневый
С или III Жёлтый Зелёный Коричневый Чёрный
В или III Зеленый Коричневый Чёрный Синий
Сборка

1. Тщательно очищаем поршень от нагара и отложений.2. Осматриваем поршень, шатун и палец (трещины на них недопустимы).3. Перед установкой новых колец набором щупов измеряем зазор между поршневым кольцом и стенкой канавки, в которую кольцо будет установлено.

Если зазор превышает максимально допустимый, поршень подлежит замене.

4. Для подбора поршневых колец по тепловому зазору устанавливаем по очереди кольца в цилиндр блока на глубину 15-20 мм и набором плоских щупов определяем зазор в замке.5. Надеваем кольца на поршень: начинаем с маслосъёмного кольца, затем нижнее компрессионное и в последнюю очередь верхнее компрессионное кольцо. При этом компрессионные кольца ориентируем заводской маркировкой вверх.

Верхние компрессионные кольца имеют фаску с верхней стороны внутренней кромки. Нижние компрессионные кольца двигателя В20В выпуска имеют скос наружной кромки. Кольца установлены широкой стороной вниз. На деталях двигателя B20Z, дополнительно выполнена кольцевая проточка снизу наружной кромки колец. При установке неоригинальных колец ориентируйте их так, как указано на упаковке.

Таблица 8.1.5 Допустимый тепловой зазор в замке поршневых колец
Наименование кольца Зазор, мм
номинальный максимально допустимый
Верхнее компрессионное кольцо 0,20-0,30 0,60
Нижнее компрессионное кольцо 0,40-0,55 0,70
Маслосъемное кольцо 0,20-0,50 0,70

6. Поворачиваем их замки так, чтобы они располагались под утлом 90° относительно друг друга (замок расширителя должен находиться развернутым на 90° относительно замка верхнего компрессионного кольца, замки дисков маслосъёмного кольца смещены относительно замка расширителя на 15° в противоположные стороны).7. Наносим чистое моторное масло на стенки цилиндра...

...и наружную поверхность поршня.8. Надеваем оправку на поршень и обжимаем ею кольца, периодически слегка постукивая ручкой молотка по оправке для самоустановки колец.9. Вытираем насухо постели вкладышей в шатуне и крышке и устанавливаем в них вкладыши.10. Покрываем чистым моторным маслом внутреннюю поверхность вкладышей.11. Устанавливаем поршень в цилиндр блока.

Стрелка на днище поршня должна быть направлена в сторону шкива коленчатого вала. При этом надпись PNA на шейке шатуна также должна быть обращена в ту же сторону. Если условие не соблюдается, значит поршень на шатун был установлен неправильно.

12. Прижимая оправку к блоку и постукивая рукояткой молотка по днищу поршня, утапливаем поршень в цилиндр (при этом контролируя продвижение шатуна к шейке коленчатого вала).

13. Устанавливаем на шатун крышку (так, чтобы части цифры, обозначающей маркировку диаметра отверстия нижней головки, совпали см. выше) и затягиваем гайки крепления моментом 31 Н•м.14. Другие три поршня собираем и устанавливаем аналогично.15. Далее собираем двигатель в последовательности, обратной разборке.

www.auto-zone.by

шатунный, коренной, их размеры и маркировка

1442 Просмотров

Рассматривая двигатель автомобиля, нельзя не упомянуть замысловатое устройство и большое количество составных частей самого силового агрегата. Здесь одновременно функционируют система питания, охлаждения, зажигания и смазки, которые в совокупности обеспечивают исправную работу двигателя и высокий ресурс его работы. Одни из сотен составных деталей, без которых работа двигателя оказалась бы невозможной — это вкладыши коленвала. Сегодня мы рассмотрим назначение и принцип работы коренного и коленчатого вкладышей, узнаем, что такое ремонтные комплектующие и выясним, о чем может сказать маркировка приобретенной детали.

Назначение

Коленвал предназначается для того, чтобы трансформировать движения, совершаемые поршнями при горении топливовоздушной смеси и ее расширении, в энергию вращения. Именно по этой причине коленвал имеет достаточно сложную геометрическую форму и большое количество колен, которые соединяют его как с шатунами, так и с корпусом ДВС — отсюда и возникло само название вала.

Коленчатый вал двигателя является одной из тех частей, которые находятся в постоянном движении и вращаются с достаточно высокой скоростью. Это приводит к высоким нагрузкам на металл коленчатого вала и корпус двигателя, в связи с чем возникает риск преждевременного износа детали.

Чтобы избежать какого-либо отрицательного эффекта, который может произвести постоянное трение вала о металлический корпус двигателя, инженерам пришлось прибегнуть к применению сразу нескольких функциональных решений.

  • Во-первых, в двигателе сконструировали систему масляных каналов, по которым смазка постоянно циркулирует с большой скоростью и предотвращает трение и перегрев всех, без исключения, подвижных деталей.
  • Во-вторых, поверхности, которыми друг с другом трутся подвижные детали, облачили в так называемые вкладыши, которые выполняют функцию прокладок между металлическими составляющими. Материал, из которого будут изготовлены эти вкладыши, должен обладать антифрикционным свойством, то есть минимально подвергаться какому-либо трению.

Именно с целью предотвратить трение и износ деталей и придумали вкладыши — коренной и шатунный. Первый тип разделяет непосредственно вал и корпус двигателя, к которому он закреплен. Второй тип прокладывается между телом вала и шатунами, которые соединяют его с поршнем. Таким образом, даже при больших оборотах не происходит большого трения, и система не выходит из строя.

Ключевой момент

Как стало понятно, вкладыши постоянно подвергаются трению и нагреву. Безусловно, антифрикционные свойства и большое количество обволакивающей детали смазки приводит к серьезному снижению трения и износа металла. Но, тем не менее, постепенно металл шеек стирается и требует замены вкладышей на новые, полностью соответствующие старым по размерам и маркировке.

Как определить неисправность? На самом деле, первым и самым очевидным признаком износа вкладышей является характерный стук двигателя при любых оборотах. Причем при повышении последних стук учащается и становится более явным.

К сожалению, капитального ремонта двигателя в этом случае не избежать, и придется быть готовым выложить за работы немалую сумму денег.

Как же производится замена старых вкладышей на новые? Оказывается, этот процесс не так прост, как это может показаться на первый взгляд. Так, каждый новый вкладыш имеет собственную маркировку, которая позволяет судить о его диаметре: это необходимо для того, чтобы выяснить, насколько та или иная деталь подходит конкретной модели авто.

Когда деталь приобретена, необходимо приступать к работе. После снятия коленчатого вала, он подвергается тщательной очистке от следов металла и масла и, затем, шлифовке. Зачем это нужно? Дело в том, что из-за постоянного трения, шейки коленвала подвергаются износу. С течением времени на них появляются небольшие канавки, которые делают поверхность трения шершавой. Это приводит к еще большему износу подвижных частей двигателя и усилению посторонних шумов.

Именно на этом этапе необходимо быть наиболее внимательным.  Дело в том, что, в зависимости от модели, коленчатый вал допускает определенное количество шлифовок.

В этой связи даже у одной и той же модели конечный размер так называемых ремонтных вкладышей может быть различным. Поэтому наборы, которые продаются в автомагазинах, чаще всего имеют ровно столько вкладышей в наборе, сколько расточек допускает коленчатый вал.

Каждый коренной и шатунный вкладыш имеет собственную маркировку. Ориентируясь на нее, можно сделать вывод, какая по счету расточка подойдет для того или иного вкладыша и деталь с какими параметрами необходимо использовать для ремонта.

Резюме

Подбор деталей для ремонта двигателя — это ответственный процесс, который под силу лишь человеку, обладающему определенными знаниями. Имея навыки в расшифровке маркировки, которую имеют вкладыши коленвала, можно безошибочно сделать выбор деталей для замены и избежать ошибок, которые могут привести к печальным последствиям для двигателя.

portalmashin.ru

Вкладыши коленвала - что это такое?

Двигатель внутреннего сгорания – сложный механизм, состоящий из не одной сотни деталей. И все они до одной важны для сбалансированной и корректной работы сложной системы, в той или иной степень. Но в тот же момент ни в коем случае нельзя равнозначно расценивать степень важности каждой из них. Одним из самых важных элементов, безусловно, является коленчатый вал и все его детали, что сопрягаются с ним, который передаёт энергию сгорающего топлива на колёса, тем самым вращая их. Речь далее пойдёт о составляющих данного механизма, а именно о вкладышах коленвала, что представляют собой небольшие полукольца из мягкого металла с антифрикционным покрытием. Во время длительной работы мотора машины именно они должны самыми первыми покидать свой пост, а не шейки коленчатого вала.

Что такое ремонтные вкладыши коленвала, их виды

По сути, вкладыши коленвала – это подшипники скольжения для шатунов, что вращают коленчатый вал. Данное вращение является результатом микровзрыва в камерах сгорания цилиндров двигателя. В этой системе довлеют высокая скорость и большие нагрузки, в результате этого приходится минимизировать трение деталей, ибо в противном случае двигатель попросту выйдет из строя, причём мгновенно. Для того, чтобы трение было максимально снижено, все значимые детали двигателя внутреннего сгорания облачены в так называемую «масляную пелену» - тонкую микронную плёнку, что обеспечивается специальной системой смазки автомобильного двигателя. Появление плёнки, что обволакивает металлические детали, возможно только в том случае, если давление масла достаточно сильное. И между шейкой коленвала и его вкладышами так же присутствует подобная масляная прослойка. И только благодаря ей сила трения минимизируется, насколько это возможно. Из этого можно сделать вывод, что вкладыши коленвала представляют собой определённую защиту, действие которой увеличивает срок эксплуатации такой важной для мотора детали.

Для начала, вкладыши коленвала необходимо условно разделить на две категории: шатунные и коренные. Шатунные вкладыши, как мы говорили выше, расположены между шатунами коленвала и его шейками. Коренные же в свою очередь играют сходную роль, но располагаются они между коленчатым валом и местами его прохода через корпус ДВС.

Для разных двигателей на заводах изготавливают вкладыши коленвала, которые различаются между собой своим внутренним диаметром. Ремонтные вкладыши имеют отличия друг от друга и, безусловно, от новых, установленных на только что выпущенный автомобиль. Их минимальное различие исчисляется с отметки в четверть миллиметра и нарастает с аналогичным шагом. Таким образом, мы имеем размерный ряд ремонтных вкладышей коленвала с шагом в 0,25 мм по внутреннему диаметру: 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм и т.д.

Причины замены вкладышей коленчатого вала?

В условиях экстремальных температурных и физических нагрузок, что постоянно переносит коленчатый вал, помогают ему удержаться на оси, обеспечивая деятельность кривошипно-шатунного механизма, только лишь вкладыши коленвала. Коренные и шатунные шейки работают по принципу внутренних обойм, а вкладыши коленвала выполняют функцию наружных, соответственно. В системе моторного блока продумана целая сеть маслопроводов, через которые на вкладыши подаётся моторное масло под большим давлением. Оно то и создаёт ту самую микроскопическую плёнку, о которой говорилось выше, что и позволяет вращаться коленвалу.

Первопричиной замены вкладышей коленвала является их физическое изнашивание. Каково бы ни было желание уберечь вкладыши от износа, но физика есть физика. Поверхности шеек вкладышей коленвала со временем стираются, увеличивая между ними зазор, что приводит свободному ходу коленвала и меньшей подаче масла из-за резкого снижения давления. А это уже приводит к поломкам автомобильных двигателей.

Второй причиной вынужденного ремонта является проворачивание вкладышей коленчатого вала. О таких ситуациях доводилось слышать, наверное, каждому автовладельцу, но вот о причинах данного положения вещей знают, увы, но далеко не все. Так как же и почему это случается? Тончайшая пластина вкладыша ложиться в импровизированную постель. Наружные стенки полуколец обрамлены специальными выступами, которые в новом двигателе упираются во фронтальные части блока. При определённых условиях усики попросту не выдерживают вкладыш, и он начинает проворачиваться, слипаясь с шейкой коленчатого вала. Если такое случилось и вкладыш повернуло, двигатель попросту перестаёт функционировать. Типичными причинами таковой поломки являются:

- предельная вязкость смазки, попадание в неё абразивных соединений или вообще её пропадание;

- недостаточный натяг установленных крышек подшипников;

- слишком жидкая смазка и эксплуатация двигателя в режимах постоянных перегрузок.

Как определить износ вкладышей коленвала и помочь механизму?

После того как случилось так, что ремонт двигателя уже неизбежен, возникает вопрос о том, как же определять далее износ коленвальных вкладышей и какого размера необходимо их будет приобретать для следующей замены? В основном для замеров используется микрометр, но всё же достаточно точно это вычисляется и визуально, как говорится «на глаз». Сразу же оцените возможность следующей расточки коленчатого вала.

Незамедлительная замена необходима в случае поворота вкладышей коленвала. Показателем данной проблемы послужит громкий стук коленвала и постоянные попытки мотора заглохнуть. Если заклинит шейки, то ехать Вам дальше уже не получится никак. В любом из случаев следует проводить детальный осмотр механизмов. Если Вы обнаружите на шейках волнообразные рытвины, которые вполне осязаются руками, то не избежать расточки коленвала и последующей установки ремонтных вкладышей соответствующего размера. Настоятельно рекомендуем приобретать вкладыши только по факту его расточки. Ведь большой износ может повлечь провести данную процедуру на один, а то и на два размера.

Как поставить вкладыши на коленвал – порядок действий?

По большей части случаев заменять вкладыши коленвала автолюбители отправляются на СТО. Но при сильном желании каждый из Вас, кто имеет навыки ремонта и неплохого обращения с инструментом, вполне справиться в данной ситуации с возложенной на него задачей. Для этого необходимо просто соблюдать последовательность следующих действий:

1. Самое первое и важное – это проверка зазора между коленвалом и его вкладышем. Для этого необходимо воспользоваться калиброванной проволокой из пластмассы, что расположена на соответствующей шейке. После крышку с вкладышем установите и затяните с нужным усилием, которое равно 51 Н·м (измерение данной величины можно произвести при помощи динамометрического ключа). После того как крышка снята, размер зазора будет равен степени сплющивания проволоки. Чтобы оценить данный параметр необходимо воспользоваться номинальным зазором, который соответствует каждой автомобильной марке. И если степень сплющивания проволоки говорит о том, что зазор более номинального, значит необходима установка ремонтного вкладыша.

2. После того как все зазоры были проверены, следует снять шатуны со всех шеек, демонтировать коленвал и расточить его. Шлифовка коленчатого вала производится на центростремителе, наличием которого, конечно, похвастает не каждый. Поэтому данную часть процедуры лучше сделать у мастера. После того как коленчатый вал расточили, можно заняться подбором ремонтных вкладышей. Тут снова Вам придёт на помощь микрометр и дальнейшая примерка ремонтных вкладышей коленвала.

3. Когда вкладыши окончательно подобраны, следует производить монтаж коленвала в обратном порядке. Когда элементы вставлены в свои посадочные места, закрутите крышки коренных подшипников.

4. Далее решаем вопрос установки вкладышей коленвала и шатунов на свои места. Для этого вкладыши просто смазываем моторным маслом и закручиваем их крышки. Так что, как Вы видите их установка занимает очень мало времени, в отличии от подготовительных работ и приготовлений.

Помните, что коленвал – одна из самых дорогих деталей каждого автомобиля. Кроме того он испытывает огромные нагрузки. А посему стоит принимать все возможные меры, дабы продлить его эксплуатационный период. И актуальным действием будет своевременная расточка коленчатого вала, которая сыграет основополагающую роль. После выполнения данной процедуры все шейки снова идеально гладкие и готовы к последующим «рабочим будням».

Важно! Автомобильный двигатель – агрегат достаточно сложный и специфичный. Многие автолюбители и умельцы полностью разбирают, ремонтируют и собирают его, можно сказать с закрытыми глазами. Но установка вкладышей коленвала требует дополнительных специальных навыков. Лучше доверить эту работу опытному мотористу. Нужно это во избежание недостаточного или избыточного натяга, что может привести к проворачиванию вкладышей.

Как правильно подобрать вкладыши коленвала?

Какой бы ни была причина разборки автомобильного двигателя и замены вкладышей коленвала, тут без его шлифовки не обойтись. Новые вкладыши монтируют либо на новый коленвал, либо уже на расточенный. Даже если повреждениям подвержена лишь одна шейка, то шлифовальную подгонку под неё обязаны пройти и все остальные.

При сборке мотора на конвейере производится установка стандартных вкладышей коленвала. Например, для моделей ВАЗ вкладыши выпускают в четырёх ремонтных вариациях. Следовательно, и растачивать коленвал можно будет не более четырёх раз. Двигателям, которые устанавливают на ГАЗ и Москвич доступны пятая и шестая расточки до 1,25 и 1,50 мм. Размеры коленвальных вкладышей определяет только тот, кто производил расточку коленвала. В зависимости от глубины повреждений шеек, шлифовка может уйти на два размера вперёд. Вкладыши продаются комплектно для всех, как для коренных, так и для шатунных шеек.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?Да Нет

auto.today

Коренные и шатунные вкладыши | Oil-club.ru

 

Как часто в разговорах и бывалых водителей и механиков, и новичков можно услышать фразу: «Движок стуканул!» или «Провернуло вкладыш». И все, или почти все, понимают, что разговор идет об аварии двигателя внутреннего сгорания, а именно, о выходе из строя подшипников скольжения коленчатого вала, будь то коренных, или шатунных. Эти аварии занимают одно из первых мест по частоте из всех серьезных происшествий с двигателем. Причем, чего греха таить, вину за происшедшее чаще всего возлагают на моторное масло. «Я, мол, залил масло такое-то, вот его качество и виновато!». А между тем, с одной стороны, имеется достаточное количество причин выхода из строя подшипников коленчатого вала, и далеко не все из них напрямую связаны с качеством моторного масла, а с другой стороны, имеется громадный опыт безаварийной эксплуатации таких же подшипников с не укладывающемся в нашем представлении пробегом в один, два и даже более миллионов километров.

Так какие же факторы могут стать причиной выхода подшипников из строя? Как по внешнему виду аварийного подшипника можно выявить эту причину? Как добиться того, чтобы за время эксплуатации автомобиля исключить хотя бы этот тип аварии двигателя? Вот с этими вопросами мы и попытаемся разобраться в этой статье.Но для начала посмотрим, как устроен обычный подшипник коленчатого вала.

Рис. 1. Типичная конструкция коренного подшипника

На рисунке показан типичный состав слоев (от коленчатого вала по направлению к ложу подшипника) и их толщина:

  1. Защитный оловянный слой толщиной 1 микрон;
  2. Покровный слой — сплав медь (3%) – олово (8-12%) — свинец (до 100%), толщина 12-25 микрон;
  3. Никелевая прокладка (никелевый барьер), толщина 1-2 микрон;
  4. Вкладыш подшипника — сплав меди (69-75%), свинца (21-25%) и олова (3-4%), общей толщиной 250-400 микрон;
  5. Стальная основа толщиной 2-4 миллиметра и
  6. Защитный оловянный слой толщиной 0.5 микрон.

В некоторых случаях вкладыш подшипника изготавливают не из меди, свинца и олова, а из специального алюминиевого сплава.Такая конструкция подшипника обеспечивает его следующие положительные характеристики:Согласованность покровного слоя: мягкий гладкий материал этого слоя должен поддаваться (изнашиваться) для соответствия отклонениям размеров вала и незначительной несогласованностью с осью вращения, особенно при обкатке. Материал покровного слоя легко поддается без ущерба шейке вала.Поглотительная емкость покровного слоя: мельчайшие частицы твердых веществ (грязи, продуктов износа и т.п.) могут поглощаться мягким материалом покровного слоя и покрываться мягкой пленкой, предотвращая вредные задиры, а, следовательно, износ шейки вала и самого подшипника.Стойкость к заклиниванию: задир, истирание и рифление поверхности может вызываться твердофазной сваркой между скользящими поверхностями в случае, когда масляная пленка между подшипником и шейкой вала тонка или разорвана. Основной компонент покрытия, а именно, свинец является мягким металлом, который может работать в условиях граничной (плохой) смазки при запуске или останове двигателя. Исследователи подтвердили, что пленка с малым напряжением сдвига (т.е. покровный слой) на металле с высоким напряжением сдвига (т.е. на вкладыше) обеспечивает наименьшее трение. Опыт эксплуатации показывает, кроме того, что подшипники дизельных двигателей до 1996 года, не содержащие покровного слоя, часто заклинивали и проворачивались, особенно при запуске.Коррозионная устойчивость покровного слоя: Она необходима для предотвращения коррозионного разъедания медно-свинцового вкладыша. Свинец легко поддается разрушению окисленным маслом или маслом с недостаточным общим щелочным числом (TBN), и значит, не способен бороться с кислотными продуктами сгорания топлива. Без покровного слоя, свинец вкладыша будет энергично растворяться, вызывая снижение его прочностной структуры. Для снижения разъедания покровного слоя, свинец в нем сплавлен с устойчивым к кислотам оловом, который, кроме того, упрочняет структуру покрытия.Никелевый барьер: тонкий слой никеля между покровным слоем и вкладышем необходим для предотвращения миграции олова из покровного слоя в медно-свинцовый вкладыш при высоких рабочих температурах, а также со временем. Без никелевого барьера олово из покровного слоя будет проникать в материал вкладыша и образовывать нежелательные хрупкие сплавы с медью. При диффузии олова в медь наблюдаются два вредных эффекта. Уменьшение количества олова в сплаве покровного слоя уменьшение коррозионную устойчивость этого слоя. С другой стороны, хрупкие интерметаллические сплавы олова с медью могут вызывать проворачивание подшипника в случае, если до них достанет шейка вала. Чтобы избежать необходимости нанесения никелевого слоя, некоторые изготовители подшипников применяют свинцово-индиевый покровный слой.Защитный слой: оловянное покрытие, которое защищает подшипник от атмосферной коррозии (ржавление стальной основы) и позволяет длительное хранение в обычных условиях.Подшипники с алюминиево-кремниевым сплавом применяются реже медно-свинцовых. Они значительно сильнее подвергаются кавитации в высокоскоростных высоконагруженных двигателях. Технология их изготовления несколько сложнее, так как для того чтобы на алюминиевый сплав вкладыша нанести покровный слой приходится использовать специальную технологию для получения высококачественного сцепления.Полевые испытания выпускаемых в США дизельных двигателей показали, что подшипники этих двигателей могут работать 1 миллион (1.6 млн. км) и более миль без замены. Но чтобы достигнуть такого срока службы, требуется комбинация нескольких факторов:

  1. Качественные подшипники, которые правильно установлены.
  2. Коленчатый вал с правильными контурами шеек с соответствующим качеством обработки поверхности.
  3. Надлежащая практика технического обслуживания по срокам замены масляного и воздушного фильтров.
  4. Рекомендованные изготовителем двигателя интервалы замены масла.
  5. Предотвращение попадания в моторное масло охладителя и топлива.
  6. Использование масла соответствующих градаций вязкости SAE и стандарта качества API.
  7. Контроль эксплуатационных условий двигателя для исключения сильной перегрузки, чрезмерных оборотов, перегрева двигателя.

Эксперимент проводился в транспортных парках, имеющих грузовики Cummins, Detroit Diesel, Caterpillar и Mack. В результате этого испытания было упразднено ранее действующее правило «критерия обобщенного износа» в 300 000 миль (483 000 км), т.е. после такого пробега двигатель ставился на капитальный ремонт.Испытуемые двигатели имели мощность 220-260 кВт (300-365 л.с.) с заменами масла в интервале от 15 000 до 32 000 миль (23 000 – 50 000 км). Однако подшипники одного из новых грузовиков Mack проработали 1 млн. миль при интервалах смены масла в двигателе через 50 000 миль (80 000 км). Более чем десятилетние полевые испытания показали, что при соответствующей эксплуатации наиболее нагруженные подшипники, а именно, шатунные, имеют безаварийный пробег от 1 до 1.5 млн. миль (до 2 400 000 км)!Такие интервалы безаварийной работы моторных подшипников не в последнюю очередь зависят от улучшения в стандартах качества масел API. Внутри этой системы определены строгие проверочные испытания, в том числе и на коррозию подшипников. Это тесты:

  • моторный бензиновый тест L-38 на износ подшипника
  • стендовый тест Cummins на коррозию подшипника
  • дизельный тест Mack T-9.

 

Тест L-38

Тест L-38 был разработан для оценки влияния смазочного материала на медно-свинцовый подшипник и стабильность масла к сдвигу. Все моторные масла, имеющие действующие спецификации API (CD, CF-2, CF-4, CG-4, SH, SJ) должны пройти тест L-38 на износ подшипника. Тест использует одноцилиндровый двигатель Labeco, который был разработан в 1950 году и до сих пор работает на этилированном бензине. Для теста используются медно-свинцовые подшипники без покровного слоя.Цель теста – оценить коррозионную способность окисленного смазочного материала на подшипник. Окисленное масло содержит в своем составе органические кислоты, корродирующие свинец. Для этого температура масла в главной масляной магистрали двигателя L-38 поддерживается при 143°С во время всего 40-часового испытания. Двигатель гоняется при очень маленькой нагрузке при 3150 об/мин. Эти скорости и нагрузки гарантируют постоянный поток масла вдоль поверхностей подшипника. Если масло окисляется, то коррозия верхних и нижних подшипников произойдет однородно поперек вкладышей. Уровень воздействия определяется потерей веса подшипника до и после испытания.В современных высококачественных маслах (т.е. API CF-4/CG-4/SH/SJ) окисление масла хорошо подавляется ингибиторами окисления, моющими и противозадирными присадками. Однако, в масле могут происходить сложные химические взаимодействия с образованием продуктов, способных корродировать медно-свинцовый сплав, или активная сера из пакета присадок будет разрушать вкладыш подшипника. В этом случае тест L-38 еще до поступления масла в продажу будет гарантировать, что его состав правильно сбалансирован по присадкам.В 2001 году этот тест должны перевести на неэтилированный бензин для новой бензиновой спецификации API SL. 

Стендовое испытание на коррозию Cummins

В 1985 году было установлено коррозионное разрушение бронзового пальца ролика толкателя клапанов. Это разрушение было обусловлено высокими уровнями дитиофосфата молибдена, добавляемого к маслу API CD/SF в качестве присадки для экономии топлива. Масла, использующие эту присадку, проходили тест L-38.Такой бронзовый палец изготавливается из сплава, содержащего 95% меди и 5% олова и используется во многих дизельных двигателях и по сей день. Однако, дитиофосфат молибдена вызвал серьезный коррозионный износ пальца, образуя легко изнашиваемый сульфид меди.Такое разрушение можно смоделировать в стендовых испытаниях и этот тест добавился при испытании масел API CG-4/CH-4. В тесте используются четыре металлических пластины из чистых свинца, меди и олова и фосфористой бронзы. Эти пластины погружаются в 100 мл масла, нагретого до 135°С с барботажем воздуха на 168 часов. По окончанию теста масло анализируется на содержание в нем вышеназванных металлов, а пластинка меди – на изменение цвета. 

Тест Mack T-9

Хотя тесты L-38 и Cummins успешно применяются для исключения коррозии подшипников, они ничего не могут сказать о продленных интервалах смены масла, в результате которых общее щелочное число (TBN) масла может упасть ниже допустимого уровня и вызвать кислотное разрушение подшипников.Тест Mack T-9 имеет продолжительность 500 часов. За это время, масла прошедшие тесты L-38 и Cummins, но имеющие недостаточное общее щелочное число вызовут износ колец и гильз и коррозию подшипников. Тест был введен в спецификацию CH-4 и из-за него TBN масел CH-4 возрос до 9-12.5.Тест Mack T-9 показал, что он является точным инструментом для измерения коррозии медно-свинцовых подшипников с оловянно-свинцовым покрытием. Двигатель Mack 1994 года, рядный, 6-ти цилиндровый, 12-ти литровый развивает мощность 269 кВт (350 л.с.) при 1800 об/мин. Устанавливаются такие моторные условия, что первые 75 часов теста протекают при расчетной нагрузке, а остальные 425 часов при максимальном вращающем моменте (1250 об/мин) с 15% передозировкой топлива, что дает возможность получить 290 кВт мощности (390 л.с.). Максимальное давление сгорания в этих условиях 20.7 МПа. Понятно, что пиковый вращающий момент производит высокий износ колец и гильз, а также высокий износ подшипников. Температура масла в главной масляной магистрали 104°С, содержание серы в топливе 0.05 вес. %.Высококачественные моторные масла, прошедшие эти тесты, в сочетании с высококачественными подшипниками и соответствующей практикой техобслуживания позволят эксплуатировать двигатели до пробега в 1 млн. мильОднако за длительный период наблюдений набрались факты выхода моторных подшипников из строя. Далее приводится анализ причин, вызвавших эти аварии. 

Утечка охлаждающей жидкости (антифриза)

Коррозия подшипников, обусловленная утечкой охлаждающей жидкости на основе гликолей (антифриз и т.п.) обычно совершенно очевидна. Корродируют все медно-свинцовые подшипники (шатунные, коренные и полуподшипники опоры вала), а также масляный радиатор.Подшипники имеют яркий медный цвет. Здесь наблюдается полная потеря покровного слоя. На микрофотографиях сканирующей электронной микроскопии можно было увидеть значительную коррозию меди и свинца.

Рис. 2. Электронная микрофотография коррозии шатунного подшипника, вызванная утечкой гликолевой охлаждающей жидкости. Увеличение 150х.

Этиленгликоль, основа охлаждающих жидкостей, при попадании в моторное масло в столь суровых условиях (высокая температура и сильное насыщение воздухом) легко окисляется до щавелевой и муравьиной кислот. Это относительно сильные органические кислоты и легко реагируют с окислами меди и свинца. Химическое коррозионное разрушение органическими кислотами, как полагают, продолжает воздушное окисление меди и свинца. Образовавшиеся соли легко растворяются в потоке масла и уносятся с поверхности подшипника. В результате – яркая свежая поверхность металла, открытая для дальнейшего разъедания. 

Миграция олова из покровного слоя

Подшипники были возвращены с полевых испытаний после проворачивания при относительно малом пробеге в 280 000 миль (450 000 км). Исследования показали, что два разных поставщика снабжали данные двигателя подшипниками, и подшипники одного из них выходили из строя чаще и в динамометрических, и в полевых испытаниях. Все они демонстрировали удаление покровного слоя.Ни один из этих аварийных подшипников не имел никелевой прослойки между покровным слоем и вкладышем. При исследовании новых подшипников было установлено, что при их производстве олово из покровного слоя продиффундировало в сплав вкладыша и прореагировало с медью. Рентгеновский дифракционный анализ показал на границе раздела покровного слоя и вкладыша слой интерметаллического соединения толщиной 2 μm состава εCu3Sn. В этом случае покрытие содержало 7% олова. Другой же подшипник, содержащий в покровном слое 19% олова, образовал слой интерметаллида толщиной 1.2 μm.Интерметаллическое соединение εCu3Sn является весьма твердым веществом с высокими фрикционными свойствами. И если в результате коррозии подшипник теряет покровный слой, то шейка коленчатого вала, войдя в контакт с твердым интерметаллидом, проворачивает подшипник и приводит к аварии двигателя. Решение проблемы – использование прослойки из никеля толщиной 1-2 микрона между покровным слоем и вкладышем в медно-свинцовых подшипниках. Никелевая прослойка выполняет функцию барьера, не позволяющему олову покровного слоя диффундировать во вкладыш со всеми вытекающими последствиями. 

Потеря подшипником покровного слоя из-за незначительных утечек охлаждающей жидкости

Ранее мы рассмотрели коррозию подшипников из-за значительной утечки охлаждающей жидкости. Но оказывается, что и небольшие количества жидкости в моторном масле могут вызвать аварию подшипников.Аварийные подшипники были лишены покровного слоя с частичным или полным обнажением металла вкладыша красного цвета. Исследование подшипников сканирующей электронной микроскопией показало наличие белых сферических частиц (шариков) со средними размерами от 15 до 40 микрон. Эти шарики не только поглощались покровным слоем, но и как бы пахали его. В результате, покровный слой был удален как бы абразивным износом, хотя и не в классическом смысле режущим действием шлифовальным зерном, но деформацией и вспахиванием мягкого материала такими шариками.Было ясно, что сферические частицы были тверже покровного слоя, а по своему химическому составу (кальций, фосфор, сера и др.) они образовались из присадок моторного масла. Эти частицы назвали «масляными шариками».Лабораторные исследования показали, что «масляные шарики» можно получить энергичным перемешиванием 2% гликоля с обычным моторным маслом в лабораторном стакане при 150°С в течение 2 часов.

Рис. 3. Электронная микрофотография «масляных шариков» вмурованных в покровный слой и вспаханный слой. Увеличение 1000х.

Механизм их образования следующий. Моторное масло в работающем двигателе энергично перемешивается вращающимся коленчатым валом и ударами шатунов. При наличии в масле небольшого количества охлаждающей жидкости или воды, они распределены в объеме масла в виде микроскопических капелек. Так как растворимость веществ присадок в воде значительно большая, чем в масле, в этих капельках сосредотачивается большая концентрация химических компонентов. При высокой температуре очень быстро протекают химические реакции между веществами присадок, приводящие, в конечном счете, к образованию весьма твердых по своей природе фосфорным соединениям кальция и цинка. И как только такая капелька «рассола» попадет на поверхность масла или на поверхность горячей детали, вода мгновенно испаряется и остается сферический комочек твердого вещества – «масляный шарик». Ну а дальше все просто. Попадая с потоком масла в зазор между шейкой коленчатого вала и подшипником, эти шарики начинают вести свою разрушительную работу – покровный слой подшипника по мере размеров «шариков» или поглощает их, если они меньше его толщины, или слой вспахивается, если «шарики» более крупные. Вспаханный слой обладает значительно худшей адгезией (прилипанием) к нижележащему вкладышу и начинает энергично смываться. Результат видели многие водители и механики – поверхность подшипника из серебристой становится сплошь красной или пятнистой. А в этом случае и до «стука» недалеко.Однако, иногда наблюдается потеря покровного слоя на краях шатунных подшипников. Этот феномен не приводит, как правило, к аварии, но вызывает интерес механиков-мотористов. Это явление вызывается постелью шатунного подшипника, не являющейся совершенно ровной и прогибающейся по краям, где она менее жестка. Часто повышенная нагрузка на краю подшипника вызывается вогнутой поверхностью шейки вала, которая объясняется чрезмерной полировкой шейки в середине. Кроме того, масляная пленка на краю подшипника минимальна по толщине и несущей способности из-за срыва подъемной силы масляного клина на открытом участке. 

Нарушение сцепления: отделение медно-свинцового сплава вкладыша от стальной основы

Достаточно редко, но наблюдается выход одного подшипника за другим в совершенно нормальных условиях эксплуатации. На таких подшипниках невооруженным глазом видны открытые свищи на поверхности вкладыша и рядом по направлению вращения коленчатого вала вчеканеные в покровный слой выколовшиеся фрагменты вкладыша. Другие же фрагменты, унесенные потоком масла, могут явиться причиной вторичных повреждений. Микроскопические исследования поперечного среза такого свища показывают наличие пустоты. Оплавленный вид стенки раковины (свища) дает основание предположить о производственном дефекте таких подшипников при литье. 

Рис. 4. Расслоение. Показана дыра в медно свинцовом сплаве и соответствующий кусок из этой дыры. Увеличение 3х.

Кавитационные повреждения подшипников

 Кавитация, или правильнее, кавитационная эрозия, не вызывает аварии подшипника, но результатом ее является пятнистый вид поверхности подшипника. Обломки слоев подшипника, образовавшиеся в результате кавитационной эрозии, попадают между шейкой вала и покровным слоем и впечатываются в него.

Рис. 5. Прогрессирующая кавитационная эрозия алюминиевого шатунного подшипника вблизи поверхности разъема.

Кавитационная эрозия – результат действия микроструй высокого давления, образующихся в момент схлопывания пустот в объеме масла в зоне отрицательного давления. В масле в подшипниках отрицательные давления возникают в двух случаях – при вибрации и наличии быстро разбегающихся трущихся поверхностей, разделенных масляной пленкой. Разрыв непрерывной жидкой фазы в области пониженных давлений порождает образование пустот в виде пузырьков, которые с огромной скоростью схлопываются при попадании в область повышенных давлений. В этот момент образуется реактивная микроструя, несущая огромную (для размеров пузырька) энергию. Ее направление и удар могут быть направлены в любую сторону, но если струя попадает на поверхность мягкого покровного слоя подшипника, она как кумулятивный снаряд, разрывает ее. Микрооспины разрушений постепенно разрастаются, объединяются и вот они уже становятся заметны невооруженным глазом. В микротрещины между поврежденным покровным слоем и вкладышем проникает масло, ослабляя силы сцепления покрытия с вкладышем. Кроме того, тепловые перепады влияют на масло и металл, опять же раскачивая зоны сцепления двух слоев. Через некоторое время крупные куски покровного слоя отваливаются и уносятся потоком масла, вызывая затем вторичные разрушения, или вчеканиваются в еще целую поверхность покрытия, меняя ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Подшипники выходят из строя.По данным исследователей процесса кавитационной эрозии подшипников, она может происходить в результате:

  • флуктуации (колебаниям) давлений в потоке масла из-за особенностей поверхности подшипника и шейки вала, таких как канавок и сверлений;
  • инерционных эффектов масла внутри сверлений шатуна, используемых для подачи масла к шатунному пальцу и для охлаждения поршня;
  • вибрации шейки вала в пределах зазора подшипника.

Зона скопления кавитационных повреждений в основном сосредоточена на верхнем шатунном подшипнике из-за упругой деформации верхнего бугеля при различных тактах двигателя, вызывающей образование пустот и их схлопывание в масляной пленке. Кроме того, не последнее место в образование пустот занимает и сверление шейки вала для подачи масла к подшипнику.Хотя кавитационная эрозия наблюдалась и на медно-свинцовых подшипниках, более часто она проявляется на алюминиевых подшипниках из-за их более низкой усталостной прочности. 

Абразивный износ покровного слоя

Это один из самых распространенных механизмов аварии подшипников. Однако этот тип аварий в настоящее время с успехом устраняется применением превосходных систем фильтрации моторного масла. Современные двигатели работают с 25-40 микронными полнопоточными фильтрами в комбинации с 10-15 микронными байбасными фильтрами. В некоторых случаях 25-40 микронные фильтры объединены с центрифужными фильтрами.Однако, поломки подшипников, обусловленные грязью, происходят в очень мощных двигателях. С середины 90-х годов мощности транспортных грузовиков и внедорожных транспортных средств значительно возросла. Из-за увеличения нагрузок на подшипники, некоторые производители двигателей склоняются к «напыленным покрытиям» для увеличения их грузоподъемности. Эти гетерогенные алюминиево-оловянные покрытия имеют большую стойкость к износу и усталости, но меньшую поглотительную способность для грязи. Их безаварийная работа еще в большей степени зависит от чистоты двигателя и очистительной системы моторного масла.

Рис. 6. Поверхность шатунного подшипника. Показан абразивный износ вблизи масляного отверстия.

Начиная с 1991 года, растет уровень сажи в моторном масле. Это вызвано ограничениями по выбросам окислов азота в атмосферу с выхлопными газами. Для снижения уровня окислов азота в выхлопных газах необходимо снизить температуру сгорания топлива в цилиндрах дизельных двигателей. Для этого применяют более поздний впрыск топлива. Но в этом случае, вместе со снижением уровня окислов азота, происходит повышенное образование сажи, которая накапливается в моторном масле. Весьма актуальным становится вопрос борьбы с сажевым износом подшипников, и особенно подшипников и деталей кулачкового вала газораспределительного механизма верхнего расположения. 

Разрыв масляного потока: авария одиночных подшипников

Во время эксперимента встречались случаи выхода одиночных подшипников из строя без видимых причин. Анализ аварийных подшипников показал наличие контакта «металл-металл» между подшипником и шейкой вала. Вид такого подшипника приведен на рис. 7.Очевидно, несущая способность масляной пленки в какие то моменты оказывалась недостаточной. Такое может произойти из-за не соответствующей подачи масла, чрезмерной нагрузки, неточного попадания размеров в допуски, перегрев подшипника или какой-нибудь комбинации перечисленных факторов.На ряде внедорожных транспортных средств, все такие аварии происходили во время резкого снижения нагрузки в процессе работы. Проворачивало только по одному подшипнику, в то время как остальные были в хорошем состоянии. Это значит, что количества масла, поступающего на аварийный подшипник, вдруг стало недостаточно. На минимальную величину масляной пленки могут влиять два основных фактора – вибрация мотора и разбаланс распределения нагрузки. При этом может произойти разрыв масляного потока. У подшипника, к которому на мгновение не поступает масло, резко подскакивает температура. Увеличение температуры производит двойной эффект: понижение вязкости масла и уменьшение зазора между подшипником и валом. С уменьшением вязкости масла происходит изтоньшение масляной пленки, а с уменьшением зазора уменьшается количество поступающего масла. Такой цепной процесс быстро приводит к заклиниванию и проворачиванию подшипника.

Рис. 7. Авария подшипника распределительного вала. Показан размазанный свинец вблизи центра подшипника, расплавленный свинец вокруг масляного отверстия и на краю подшипника.

Исследования показали, что температура подшипника начинает резко возрастать при достижении потока масла некоторого критического значения. Кроме того, температура подшипника была обратно пропорциональна потоку масла, и находится в прямой зависимости от удельной нагрузки и поверхностной скорости.Как видно, причин выхода из строя подшипников скольжения коленчатого и распределительного валов достаточно много. Но сейчас уже имеется большой опыт работы таких подшипников при пробеге 1 миллион и более миль. Залог такого пробега кроется в качественном изготовлении деталей двигателя и правильной эксплуатации.

М. Н. Чистяков, техн. специалист фирмы «Май Тау»Источник: J. A. Mc Geehan and P. R. Ryason «Million Mile Bearings: Lessons From Diesel Engine Bearing Failure Analysis»

http://www.autolub.info/

www.oil-club.ru