Диагностика и анализ неисправностей: Заламывание поршневых колец

Обнаружились случаи заламывания поршневых колец. Это касается поршневых групп мотокос с диаметром цилиндра 40 мм. Причина неисправности в неточности изготовления поршней, а в частности нарушение посадочных размеров для замков поршневых колец. Как можно определить правильность размеров и вычислить заведомо неисправный поршень?

Для начала частично соберем поршень, поставим кольца и палец (стопорные кольца устанавливать не обязательно). Вставим поршень в цилиндр, выровняв по горизонтали, т.е. придадим ему рабочее положение (Рис.1). Во впускном окне будет хорошо видно неисправен поршень или нет (Рис.2). В неисправном поршне кольцо будет выпадать во впускное окно (Рис.3). На Рис.4 более укрупненный участок выпадения кольца.

На конкретном примере были проведены замеры неисправного поршня. С одной стороны замок был расположен относительно оси пальца на удалении 16,3 мм (Рис.5). С другой стороны расстояние между осью пальца и замка было 13,1 мм (Рис.6). Тот замок, у которого получилось большее удаление от оси пальца и выпадал во впускное окно. Впускное окно на Рис.5 и 6 обозначено красным цветом. При сравнении исправного поршня с неисправным заметно существенное смещение в положении замков (Рис.7).

Дополнительно усугубляет ситуацию фаска впускного окна со стороны стенок цилиндра. Само окно в ширину имеет размер в 23 мм, а края фаски 25 мм (Рис.8). Т.е. к тем неточностям в изготовлении поршней добавляется дополнительно по одному миллиметру на каждую сторону. В эту фаску и проваливается край кольца (Рис.9).

Такое явление можно рассмотреть на конкретном примере (Рис.10). Край кольца попадал в фаску, от чего стало образовываться затирание (показано красной стрелкой). На Рис.11 показан путь края кольца. По красной линии видно место заваливания кольца в фаску. На первом этапе работы двигателя заваливания может и не произойти. Но учитывая то, что место для замка поршневого кольца находится на грани фола, т.е. у самого края окна, все может закончится повреждением. Здесь хочется отметить еще один неприятный момент. Поршневое кольцо имеет некоторую осевую подвижность. Это обусловлено температурными требованиями, т.е. имеется необходимый температурный зазор, позволяющий кольцу перемещаться вдоль канавки. Добавим к этому небольшую выработку в процессе притирания ЦПГ, что несомненно увеличит эту подвижность (Рис.12). В результате получаем смещение кольца в сторону окна с возможным повреждением ЦПГ.

На Рис.13 показано такое перемещение по оси поршня. Для наглядности показано проворачивание поршня, кольца при этом находятся неподвижно. В действительности положение поршня ограничено шатуном, а кольца могут смещаться в пределах показанного люфта. На верхнем рисунке палец поршня параллелен цилиндру, на нижнем рисунке видно осевое проворачивание в пределах люфта по кольцам.

Бывают и другие случаи, когда кольцо попадает не во впускное окно, а в боковые, перепускные окна. Для начала следует обратить внимание на Рис.14. На нем видно как исполнен замок поршневых колец. Сам штифт замка, если смотреть на него в радиальном направлении, слишком глубоко посажен и в замковой части выступает лишь незначительная его часть. Выборка в поршневом кольце под штифт слишком большой и не соответствует диаметру самого штифта. Для лучшей наглядности на Рис.15 белой контурной линией показана эта проблема. В результате у поршневого кольца есть дополнительная степень свободы, позволяющая ему перемещаться в пределах канавки поршня, в конкретно взятом случае, на 2,3mm (Рис.16). По итогу видим такую картину (Рис.17).

Провели измерения, по итогу получили такие данные. Края между боковыми перепускными окнами расположены друг от друга на расстоянии 32mm (Рис.18_красные метки). Штифты по габаритным точкам имеют расстояние в 33mm (Рис.18_синие метки). Исходя из этих данных мы понимаем, что кольцо не будет обжато цилиндром по всему своему ходу. И как только попадет в зону перепускного окна, край его сразу зацепится за торцевую часть этого окна. Результат - обламывание кольца с повреждением ЦПГ (Рис.19).

 

 Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Рис.12

Рис.13

Рис.14

Рис.15

Рис.16

Рис.17

Рис.18

Рис.19