Инженерные решения в области
смазочных материалов и клеев-герметиков

Юбка поршня: возможные дефекты и их профилактика

При недостаточном уровне моторного масла на юбках поршней, которые работают в контакте со стенками цилиндра, образуются задиры и другие повреждения. В данной статье подробно рассматриваются их причины, а также способы профилактики.

Поршни являются основными рабочими элементов различных компрессоров, насосов и двигателей внутреннего сгорания. Главной функцией этих деталей является преобразование энергии сжатого газа в механическую.

Поршень в цилиндре совершает возвратно поступательные движения. Он состоит из трех основных элементов: днища, которое воспринимает термические нагрузки и газовые силы, уплотняющей части, которая изолирует картер от прорыва газов, и направляющей части, служащей для поддержания положения поршня в цилиндре, не допуская его раскачивания в самых нижних и верхних точках движения.

В головку поршня входят днище и уплотняющая часть с маслосъемными и компрессионными кольцами. Вся нижняя направляющая часть входит в юбку.

Функции и конструкция юбки поршня

Юбка поршня обеспечивает его прямолинейное движение в цилиндре. Она также передает на его стенки боковое усилие, которое зависит от процессов, протекающих в рабочей полости, и положения поршня.

Боковые поверхности юбки также отводят тепло от поршня и его колец к цилиндру. Чем больше боковая поверхность, тем меньше стук поршня при износе верхней головки шатуна и втулки, утечки газов, лучше теплоотдача.

Если юбка поршня слишком длинная, то его масса увеличивается, возрастает трение о стенки цилиндра, что является нежелательным, особенно в мощных двигателях. Поэтому в некоторых силовых агрегатах, особенно на спортивных автомобилях, ненагруженные части юбки срезаются по диаметру. Т-образные поршни вообще не имеют юбок, но, из-за недостаточного смазывания у них часто возникают проблемы, которые связанны с повышенным трением.


Т-образный поршень

В нижней части юбки поршней дизельных двигателей устанавливается дополнительно маслосъемное кольцо. Это обеспечивает улучшенное смазывание цилиндра и снижает вероятность попадания масла в его рабочую полость.

Поршневые пальцы располагаются в бобышках с отверстиями на юбках поршней. Они соединяются с днищем поршня массивными литыми ребрами. Так как в местах приливов вес материала больше, то от воздействия высоких температур образуются деформации в плоскости бобышек.


Строение поршня двигателя

Снизить термические нагрузки и напряжения в районе приливов позволяют прямоугольные углубления 0,5-1,5 мм (холодильники). Их проделывает в процессе литься или фрезерованием. Помимо охлаждения они укорачивают поршневой палец и передают газовые силы ближе к оси шатуна. Это позволяет разгрузить днище поршня.

Ось поршневого пальца в большинстве поршней имеет смещение, что позволяет сравнять боковые давления на юбку в процессе работы. Поэтому монтаж детали производится по специальной метке, которая нанесена на днище поршня – стрелкой в сторону свободного конца коленвала.

Конусовидная форма юбки поршня позволяет сократить тепловой зазор без риска образования задиров. В районе днища ее диаметр меньше на несколько сотых миллиметра. Это нужно для того, чтобы расширение поршня при нагреве происходило равномерно.

Плоскость юбки, перпендикулярная оси поршневого пальца, имеет овальную форму, что позволяет компенсировать износ стенок, интенсивность которого выше там, где больше нагрузки – в плоскости движения шатуна.


Сегодня производители поршней для снижения износа, увеличения КПД и мощности двигателя еще на заводе обрабатывают поверхности деталей специальными антифрикционными покрытиями (АФП).

Антифрикционное покрытие MODENGY Для деталей ДВС

Одним из покрытий, используемых для покрытия поршней является MODENGY Для деталей ДВС. Оно изготовлено на основе графита и дисульфида молибдена. Состав создает на поверхностях юбок защитный полимерный слой, снижающий трение, быстрый износ и образование задиров.

MODENGY Для деталей ДВС отличается низким коэффициентом трения, работает в широком диапазоне рабочих температур, а одного баллончика 250 мл хватает на обработку 1 м2 поверхности. Отверждение покрытия происходит как при комнатной температуре, так и нагреве.

Для очистки обезжиривания и подготовки юбок поршней и других металлических поверхностей рекомендуется использовать Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он отлично удаляет загрязнения и образует пленку, которая обеспечивает высокую адгезию покрытия и увеличивает его срок службы.


При массовом производстве поршней используются жидкие покрытия. Их нанесение осуществляется методом трафаретной печати, что делает процесс эффективным и быстрым.

Особенности поршней в форсированных двигателях

При определенной длине шатуна и окружности вращения коленчатого вала возникает риск его контакта с юбкой в самой нижней точке движения поршня. Это особенно актуально для фосированных силовых агрегатов. Решение данной проблемы – изменение хода поршня и расположения пальца, который соединяет шатун с поршнем.


Поршень форсированного двигателя

В нижней части каждого цилиндра мощных ДВС находятся специальные контроллеры, которые препятствуют контакт шатуна и коленвала с блоком. В нижней части юбки располагается соответствующий зазор, предотвращающий контакт поршня с шатуном при его вращении вокруг коленчатого вала.

Очень важно при выставлении зазора между шатуном и юбкой соблюсти постоянство зазора по всем сторонам юбки, что позволяет обеспечить сохранность балансировки шатунно-поршневой группы. Если этого не сделать, может произойти разбалансировка деталей и двигатель выйдет из строя.

Виды повреждений юбки

Задиры на юбке поршня с двух сторон

Могут возникать вследствие перегрева двигателя. Причиной этого является недостаточный зазор между внутренней поверхностью цилиндра и поршнем, а также нарушение процесса сгорания топлива.

В случае, если последняя причина исключена, перегрев может быть вызван недостатком или плохой циркуляцией охлаждающей жидкости, некорректной работой вентилятора. Неправильная обработка отверстия цилиндра также приводит к нарушению монтажного зазора и перегреву.


Задиры на юбке поршня с двух сторон

Алюминий, из которого производятся современные поршни, из-за воздействия высоких температур расширяются в 2 раза больше, чем цилиндр, изготовленный из чугуна. Поэтому слишком высокая термическая нагрузка может стать причиной образования задиров на юбке.

Предотвратить задиры при замене деталей ЦПГ следует учитывать величину монтажного зазора и диаметр поршня. Помимо этого, нужно регулярно проверять состояние помпы, вентилятора, термостата и уровень охлаждающей жидкости.

Задир на юбке поршня со стороны наибольшей боковой нагрузки

При работе поршня возможно появление задиров на той его стороне, на которую воздействует наибольшая нагрузка. Причиной этого является недостаточное смазывание, вызванное низким уровнем масла, слишком долгим прогревом, засорением масляного канала в форсунке и/или шатуне.

При заливке в двигатель некачественного или неподходящего масла также может возникать усиленное трение поршня о стенки цилиндра.


Задир на юбке поршня со стороны наибольшей боковой нагрузки

Ребристый цилиндр ДВС с воздушным охлаждением может перегреться, например, из-за загрязненных охлаждающих ребер или сорванных дефлекторов.

В целях профилактики односторонних задиров следует следить за уровнем и качеством моторного масла, контролировать его давление, регулярно проверять пропускную способность масляных каналов в шатуне.

Несимметричное пятно контакта на юбке

Боковой увод поршня в цилиндре можно определить по состоянию жарового пояса юбки: с одной стороны он гладкий, а с другой загрязнен масляным нагаром. Это также свидетельствует о том, что зазор с одной стороны слишком велик, и через него проникают горячие газы, разрушающие масляную пленку. 

Несимметричное пятно контакта на юбке поршня

Поршневые кольца при таких отклонениях вибрируют, перемещаются с перекосом и вызывают насосный эффект, который ведет к повышенному расходу масла.

Непараллельное расположение отверстий в большой и малой головке шатуна, его деформация и перекос его головки также вызывают боковой увод поршня.

Из-за выработки вкладышей гнездо коренного подшипника может иметь скошенную опору.


Избежать вышеописанных проблем позволяет соосная обработка шатуна, коленвала и гнезда коренного подшипника, а также их правильный монтаж. Важно следить за тем, чтобы на шатуне не было изгибов, болты головки цилиндра были затянуты в соответствии с указанными производителем параметрами. При установке двигателя следует обеспечивать чистоту и обязательно убирать остатки прокладочных материалов.

Задиры на нижней части юбки

Они возникают из-за недостаточного локального зазора между отверстием цилиндра и поршня, что свидетельствует о слишком тесном охвате гильзы. Причиной этого служит неправильно подобранное уплотнительное кольцо, применение дополнительных прокладок, смещение уплотнения.


Задиры поршня

Эту проблему можно решить путем правильного протягивания болтов головки. Монтаж гильз цилиндров мокрого типа сначала следует осуществлять без прокладок. Таким образом можно своевременно выявить недостаточный зазор.

Сильный износ юбки с матовой и шершавой поверхностью

Данная проблема возникает из-за повышенного расхода масла, недостаточной мощности ДВС и сложностей с его запуском. Шершавые борозды и участки на юбках сопровождаются образованием больших зазоров на поршневых кольцах, их осевым и радиальным износом.


Матовая и шероховатая поверхность юбки поршня

Причиной таких повреждений является абразивный износ поршней. Загрязнения проникают в камеру сгорания из моторного масла при сильном износе третьего поршневого кольца или через систему впуска цилиндра, что свидетельствует о износе первого поршневого кольца.

Проверка состояния воздушного фильтра и герметичности системы впуска позволяет избежать таких проблем. Перед установкой двигателя нужно также очищать всасывающие трубы и картер двигателя от загрязнений.

Продольные глубокие борозды по всему диаметру и длине юбки

Они являются причиной утончения и ухудшения свойств масляной пленки из-за большого содержания топлива в масле. Это является следствием неправильно настроенной системы впрыска, которая при холодном пуске ДВС подает в камеру сгорания переобогащенную смесь.


Сильный износ юбки поршня с матовой и шершавой поверхностью

Загрязненный топливный фильтр могут неправильно работать инжекторные форсунки. Из-за малого зазора поршень ударяет по головке цилиндра, тем самым провоцируя неконтролируемый впрыск форсунок.

Перебои в зажигании являются следствием малого давления сжатия по причине негерметичности прокладки ГБЦ или клапана, наличием большого зазора в верхней метровой точке между ГБЦ и днищем поршня, разрушения поршневых колец, неисправности свечей зажигания и общего износа двигателя.

Профилактика этих неисправностей заключается в правильной настройке системы впрыска, диагностике свечей зажигания и форсунок, своевременной замене топливных фильтров.