Важная деталь мотора

От того, насколько качественно поршень изготовлен, правильно установлен в цилиндр, собран с шатуном, будет зависеть как его долголетие, так и надежная работа мотора в целом. Качество изготовления поршней особенно важно, когда речь идет не о серийных, изготавливаемых массово моторах, а силовых агрегатах, выпущенных ограниченной серией, предназначенных для монтажа под капоты «заряженных» версий автомобилей. На такие «горячие версии» практически всегда имеется устойчивый спрос, а значит и отдельные короткие «ветки» сборочных конвейеров моторных заводов будут иметь постоянную загрузку.  
Поскольку от поршней зависит так много, то изготовители моторов часто предпочитают заказывать производство и разработку (проектирование) данных деталей специализированным фирмам, которые занимаются изготовлением именно данной группы автокомпонентов. Такие компании, обладая достаточно «гибкой» технологической линией и быстро перенастраиваемым производственным оборудованием, имеют возможность не просто оперативно вносить изменения в конструкцию поршней по первому требованию мотористов, но и изготавливать сложные изделия сравнительно небольшими партиями, не заламывая при этом цены. Фактически, даже крупные торговые сети имеют возможность заказать у специализированных производственных фирм поршни для того или иного массового мотора. Разумеется, изготовление и реализация будет производиться под своим брендом. Так часто и рождаются новые марки.

При неаккуратной обработке поверхности цилиндра и, в частности, использовании хонгинговальных брусков низкого качества не удается создать микрорельеф, задерживающий масло. В итоге даже высококачественный и дорогущий поршень, имеющий на своей поверхности самые современные покрытия, не проработает и половины своего ресурса.

Большое значение при обработке цилиндров двигателя играет не только то, какие бруски «заряжены» в хонинговальную головку, но и насколько совершенно оборудование, на котором производится технологическая операция.

Обратите внимание на конструкцию этого поршня. В нижней части его юбки, которая к слову имеет нестандартную для современных поршней форму, имеется дополнительная канавка под установку маслосъемного кольца. Для отвода смазки на его дне выполнены отверстия.

Поршни при практически одинаковой конструкции имеют разную высоту и массу. Каждый из них предназначен для своего, оригинального мотора. Заметим, что масса поршней строго рассчитывается с учетом характеристик двигателя.

Прежде чем принять решение о замене поршней, необходимо произвести замер цилиндра в трех поясах, согласно руководству по ремонту ДВС. При применении качественных моторных масел и их своевременной замене износ цилиндров даже при пробегах за 200–300 тысяч километров минимален.

При ремонте моторов, блоки которых имеют гильзы мокрого типа, имеет смысл менять всю цилиндропоршневую группу в сборе. Таким образом, не только упрощается сама процедура ремонта двигателя, но и сокращается вероятность ошибки при проведении ремонтных работ, в том числе расточных и хонинговальных.

Обратите внимание на темные места в зоне расположения первого компрессионного кольца. Это признак того, что данные участки детали были усилены технологией лазерного легирования, в ходе которой происходит «переплавка» металла с внесением определенных химических элементов.

В моторах, оснащаемых системами наддува, поршневая группа работает со значительно большими нагрузками, чем в «атмосферниках». Именно по этой самой причине их поршни изготавливаются усиленными.

Чтобы новые поршни исправно служили, необходимое условие – рассточка блока цилиндров с соблюдением перпендикулярности осей цилиндров и коленчатого вала. Для этого важно не только иметь современное рассточное оборудование, но и правильно базировать обрабатываемую деталь.

Только качественные головки способны обеспечить правильную геометрию цилиндра. Любое отклонение приведет к ускоренному износу поршня и его колец.

Стоит отметить, что в данном случае выпущенная по индивидуальному заказу продукция может отличаться от той, что производится по чертежам оригинальных деталей. То есть по чертежам компонентов, идущих на сборочный конвейер. И зачастую отличия эти весьма и весьма существенны. Особенно, если рассматривать автокомпоненты, предназначенные для серьезной доработки (модернизации) серийных силовых агрегатов. Речь, разумеется, идет не о тюнинге, а инжиниринге силовых агрегатов. Все вносимые в конструкцию поршней изменения направлены на улучшение тех или иных параметров детали. Благо, как утверждают некоторые инженеры и технологи, изменять параметры поршня, например его геометрические размеры и вес, можно достаточно в широких рамках. Главное, чтобы при этом не нарушился рабочий процесс мотора и, в частности, не происходило изменение такого важного параметра, как степень сжатия. Именно по этой причине также крайне не желательно вносить изменения в форму расположенной в поршне камеры сгорания. Речь в данном случае,  разумеется, идет о моторах с воспламенением от сжатия. Процесс смесеобразования в дизелях весьма «тонок» и любое неумелое вмешательство в него может привести к ухудшению смешивания впрыскиваемого в цилиндр топлива с воздушным зарядом. Это, в свою очередь, отразится как на скорости горения топлива, так и на полноте его сгорания. В конечном итоге мотор не просто потеряет мощность, но и будет плохо пускаться, станет расходовать больше топлива, а его экологический класс снизится, причем не на одну, а более ступеней.

Однако не только геометрия и вес поршня играют важную роль в обеспечении надежной и безотказной работы силового агрегата. Не менее важно, чтобы при производстве был правильно подобран и сплав, из которого отливаются детали. Ведь поршень обязан стойко переносить высокую температуру, возникающую в цилиндре при горении топливовоздушной смеси, а также без последствий воспринимать резко (взрывообразно) растущее давление газов. Причем процессы нагрева/охлаждения, а также роста и падения давления носят цикличный характер, а значит, сплаву приходится работать в особо жестких условиях. Не станем забывать и то, что воздействие на днище поршня раскаленных газов в процессе работы мотора вызывает так называемую газовую коррозию, которая не должна наносить детали какого-либо вреда, даже если имеет место быть нарушение теплового режима работы двигателя. Не будем забывать и то, что случав,  когда в результате отказа (сбоев в работе) системы охлаждения или взрывного сгорания топливовоздушной смеси (детонации), наблюдался локальный перегрев деталей и происходило оплавление поршня, предостаточно.    

Возвращаясь к разговору о геометрии поршня, добавим, что она должна быть не просто оптимальной с точки зрения обеспечения герметичности газовых стыков и, соответственно, гарантирования достижения заданной конструктором мотора степени сжатия, но также и обеспечивать минимальные механические потери, возникающие при движении поршня в цилиндре. Ведь, по сути, мы рассматриваем движущийся в цилиндре поршень с кольцами как линейный подшипник скольжения. Чем точнее он будет рассчитан, качественнее изготовлен, тем меньше будут механические потери и, соответственно, ниже расход топлива. А последний показатель, применительно к современным моторам, крайне важен, так как хоть и косвенно, но указывает на совершенство технологий и конструкции силового агрегата. Кроме всего прочего, грамотный расчет геометрии поршня, а он, как известно из теории, не является абсолютным цилиндром и имеет конусность и овальность, напрямую влияет на скорость изнашивания детали и срок ее службы. Современные моторы, к слову, обладают значительным ресурсом, измеряемым не одной сотней тысяч километров пробега. А термин «миллионник», то и дело фигурирует в речах менеджеров, продающих автомобили, когда они дают оценку установленному под капотом машины силовому агрегату.

Однако сам по себе поршень, даже изготовленный с учетом всех, действующих на него сил, и скрупулезно просчитанный с точки зрения теплового расширения материалов, не может самостоятельно обеспечить требуемый уровень герметичности газового стыка. В этом ему помогают поршневые кольца, и в частности те, что расположены в верхней, ближней к дну части. Такие называются компрессионными. Не трудно догадаться, что чем больше колец будет иметь поршень, тем более высокий показатель герметичности будет обеспечивать конструкция. Однако не будем забывать и то, что с ростом количества колец станет увеличиваться и сопротивление движению поршня в цилиндре. Выходит, что с точки зрения механики, чем меньше поршневых колец, тем лучше. Нельзя не упомянуть и то, что ситуация с сопротивлением движению поршня улучшается и при уменьшении толщины поршневых колец. Чем меньше площадь контакта поршневого кольца со стенкой гильзы цилиндра, тем меньше трение. И мотористы это хорошо знают. Недаром поршневые кольца моторов болидов «Формулы 1» тонкие, как лезвия бритвы! Глядя на них, возникает мысль, что перед нами самое что ни на есть ювелирное изделие. Что, в принципе, недалеко от истины. Возникает резонный вопрос – а почему бы не перенести гоночные технологии на гражданские моторы, обеспечив тем самым им прибавку мощности путем сокращения сил трения в цилиндропоршневой группе? Увы, это невозможно, а причиной тому является то, что срок жизни тонкого кольца, да и  гоночного мотора в целом, в лучшем случае одна гонка (!), в то время как гражданский силовой агрегат обязан верой и правдой трудится сотни тысяч километров. Чем тоньше кольцо, тем быстрее оно будет изнашиваться, что для массово производимых моторов просто неприемлемо. Кроме того, чего греха таить, стоимость «формульных» поршневых колец никоим образом не вписывается в рамки бюджета «гражданских» двигателей, а на увеличение себестоимости продукции промышленники идут крайне неохотно, так как это ухудшает привлекательность их продукции по отношению к изделиям конкурентов. А стоимость, при сравнении продукции «одноклассников» весьма существенный аргумент в конкурентной борьбе.

Пытливый читатель, прочитав представленные выше доводы, непременно задаст вопрос – а насколько в стоимостном выражении вырастет цена силового агрегата, если стандартные поршневые кольца будут заменены на «хайтековые»? Увы, дать на него ответ не представляется возможным и не потому, что стоимость сверхтонких колец неизвестна. Отнюдь, ее можно достаточно легко просчитать. А дело в том, что для внедрения в мотор тонких поршневых колец необходимо также модернизировать сам поршень, в канавки которого эти кольца будут устанавливаться. Причем канавки обязаны иметь строго определенные размеры, гарантирующие подвижность колец в строго рассчитанных допусках. А теперь представьте, насколько точным должен быть станок, на котором выполняется данная механическая операция, и сколько будет стоить резец? А если ко всему прочему область канавки по технологии должна быть усиленной, например, лазерным методом (локальной плавки) легирования сплава? Представляете, в какие деньги выльется производство такого поршня?

Идем дальше. Помимо снижения трения, тонкие кольца, вследствие малой массы, обладают также и небольшой инерцией, что крайне важно для высокооборотистых моторов, но не критично для большинства гражданских двигателей. Стоит ли говорить, что чем тоньше кольцо и уже канавка, в которой оно сидит, тем выше вероятность того, что при заправке машины топливом несоответствующего качества, а также применению масел с более низким, чем требуется, классом произойдет залегание колец со всеми вытекающими последствиями. Опять, таки, стоит ли усложнять работу мотору, применяя в нем сверхсовременные технологии? Пожалуй, нет. Кстати, приведенные выше изменения в конструкции поршня вследствие использования тонких поршневых колец, как видим, уже привело к значительному усложнению технологии производства автокомпонентов и, как следствие, существенному росту их стоимости. И, наконец, последнее, чем миниатюрнее канавка поршня, тем выше вероятность ее деформации при воздействии на поршень высоких температур. А если она произойдет, то кольцо банально заклинит и нормальная работа мотора нарушится, как пострадает и герметичность газового стыка.

Не менее ответственным элементом, от которого зависит ресурс поршня, является поршневой палец, который связывает его с шатуном. Самое важное это при изготовлении поршня обеспечить правильную посадку пальца в бобышках. Если «плавающий» палец окажется зажат, то разрушения поршня и вызванных этим задиров на рабочей поверхности гильзы цилиндра, увы, не избежать, как и капитального ремонта мотора.  Если же с двигателем произошла такая неприятность, не стоит расстраиваться, так как современные технологии ремонта позволяют в прямом смысле этого слова возродить силовой агрегат из пепла. Главное – это купить качественные запасные части. Ремонт мотора есть процедура весьма затратная по стоимости выполняемых работ. Поэтому, с одной стороны, если уж мотор «вскрыли», то имеет смысл заменить в нем все изношенные детали, чтобы дать силовому агрегату вторую молодость. Однако «капиталка» по полной программе нужна далеко не каждому мотору. Всегда нужно подходить к ремонту взвешенно, особенно если эксплуатировать автомобиль вы планируете не продолжительное время. Так, если поршень сохранил свою геометрию и не имеет видимых следов износа – риски, потертости, задиры на юбке или выкрашивание перегородок канавок поршневых колец, то зачастую мастера ограничиваются заменой поршневых колец (компрессионных и маслосъемных). Заметим, что стоимость колец, относительно цены работы, включающей в себя частичную разборку силового агрегата, не велика. Так, за комплект поршневых колец производства немецкой компании Goetze для мотора автомобиля Ford Focus II рабочим объемом 1,6 литра просят в среднем около 1000 рублей. Не понятно почему, но тот же самый комплект от той же фирмы, но для 1,4 литрового мотора нам предложили уже за полторы тысячи рублей. Чем это объяснить? Тем, что менее мощный мотор в процессе эксплуатации сильнее нагружается и соответственно интенсивнее изнашивается? И, следовательно, спрос на кольца для него выше, что и отразилось на их стоимости. Может это и так, только современные технологии в производстве моторов, не будем это забывать, делают силовые агрегаты даже небольшого объема весьма выносливыми. Если необходимо «перекольцевать» 75-сильный 1,6 литровый мотор автомобиля Skoda Octavia, то цена комплекта от того же Goetze обойдется в половину дешевле, чем на Ford Focus. Причем 500 руб. просили как за кольца номинального размера, так и ремонтного (0,5). Примерно в те же деньги (плюс/ минус 50 «рэ») продавцы оценивали и продукцию с логотипом Mahle и Kolbenschmidt. Реальную экономию на покупке запасных частей обещали кольца в упаковке Autowelt. За такие просили примерно 350 рублей. Подчеркнем, что речь идет о деталях на один (!) цилиндр. Поэтому при расчете полной стоимости запасных частей умножайте указанную сумму на четыре. Что касается поршней, то продукция лидеров рынка, таких как Mahle и Kolbenschmidt обойдется по 100 долларов за штуку.