Коренные вкладыши что это

Проворот вкладышей

Причины проворота вкладышей

Двигатель является основным агрегатом современного автомобиля. Именно он, за счет постоянного сжигания топливно-воздушной смеси, вырабатывает энергию, которая позволяет транспортному средству передвигаться. Часть ее уходит на питание навесного оборудования и бортовой сети, а также зарядку аккумуляторной батареи. Силовые установки могут отличаться по типу топлива, объему камеры сгорания, количеству цилиндров, наличию или отсутствию наддува (турбины или компрессора). Однако основной принцип действия неизменен – в цилиндр поступают в нужных пропорциях горючее и воздушная масса. Происходит возгорание (за счет искры или высокой температуры), в результате которого выделяется энергия. Она заставляет поршень двигаться вниз (от верхней мертвой точки к нижней).

Поршни сопряжены с шатунами, которые установлены на коленчатом валу. Благодаря их движению этот элемент вращается, перерабатывая энергию в крутящий момент. Конечно, современные моторы представляют собой большое количество деталей, без которых их работа была бы просто невозможна. Однако именно кривошипно-шатунный механизм является основой любого двигателя внутреннего сгорания. Также стоит отметить, что эти элементы – наиболее нагружены. Они подвергаются как термическим воздействиям (например, средняя рабочая температура бензинового силового агрегата колеблется рядом с отметкой 100 градусов), так и механическим – при взаимодействии деталей происходит трение, которое не может не сказываться негативным образом на состоянии компонентов системы.

Для обеспечения свободного хода коленчатого вала используются специальные подшипники скольжения, которые называются вкладышами. Существуют два типа таких элементов – шатунные и коренные. Первые устанавливаются между шейками вала и шатунами, вторые – в тех местах, где вал соприкасается с блоком ДВС. На эти детали также подается смазочный материал, что позволяет избежать повышенного трения между компонентами и, как следствие, избежать их ускоренного износа. Однако, безусловно, говорить о том, что воздействие полностью нивелировано, нельзя. И, даже несмотря на очень серьезный запас прочности, такие детали имеют ограниченный ресурс.

Однако существуют факторы, которые способны серьезно сократить жизненный цикл этих деталей. В первую очередь, конечно же, стоит отметить неправильный выбор смазочного материала. Слишком густое или слишком жидкое масло не может создать нужную пленку, способную защитить элементы от повышенного трения. Отметим, что речь идет не о конкретных характеристиках состава, а о том, что каждый ДВС требует определенного типа смазки. Также нельзя не сказать и о низком уровне масла – при постоянном голодании износ подвижных элементов происходит гораздо быстрее.

Стоит сказать и об ошибках при выполнении капитального ремонта двигателя. Например, вкладыши могут быть попросту неправильно затянуты. В этой связи под серьезной нагрузкой их срывает с посадочного места. В целом, именно эта ситуация и называется среди автолюбителей проворотом вкладышей. Явным признаком такой неполадки может быть стук при работе ДВС, а также отказ в запуске. Конечно, при обнаружении посторонних шумов следует незамедлительно прекратить эксплуатацию автомобиля, поскольку она может существенно усугубить ситуацию. В этом случае правильным решением станет транспортировка машины до места проведения ремонта на эвакуаторе.

Симптомы проворота вкладышей

К сожалению, проворот вкладышей – это поломка, которая происходит мгновенно. То есть, каких-либо проявлений дефектов до момента выхода деталей из строя обычно не наблюдается. Поэтому подготовиться (даже морально) к такому происшествию не получится. Пожалуй, исключением можно назвать ситуацию, при которой Вы владеете автомобилем с очень большим пробегом. В таком случае возможна поломка элементов по причине достижения максимальной выработки. Нужно понимать, что ни один агрегат, даже самый надежный, не способен работать вечно.

При провороте вкладышей появляется сильный стучащий звук, который сопровождает работу мотора. Он исходит от нижней части ДВС (блока). Однако нередко происходит заклинивание коленвала или обрыв шатуна. Эта ситуация, конечно, намного серьезнее. Мотор в таком положении запускаться не будет. Однако торопиться приобретать запчасти не стоит – для начала необходимо провести тщательную диагностику. Отметим, что стук при работе силовой установки может иметь и другие причины. Например, такой же симптом характерен для растянувшейся цепи газораспределительного механизма. Однако в этом случае он будет идти от верхней части ДВС.

Точная диагностика требует частичной дефектовки ДВС. К сожалению, иначе увидеть состояние вкладышей не представляется возможным. Конечно, это непростая операция сама по себе, поэтому опытные мастера для начала исключают все остальные возможные причины возникновения таких стуков. Также грамотные специалисты поступают и при подозрении на заклинивание коленчатого вала, ведь отказ в запуске мотора может быть вызван и другими дефектами.

Последствия проворота вкладышей для двигателя

Важную роль при возникновении серьезных поломок играют действия водителя. Во-первых, необходимо следить за поведением своего автомобиля и внимательно относиться к появлению нештатных ситуаций. Во-вторых, если присутствие ошибок в работе системы очевидно – эксплуатацию транспортного средства необходимо прекратить. Если этого не сделать – последствия могут быть гораздо серьезнее, поскольку в таком случае многократно возрастает нагрузка как на поврежденную деталь, так и на сопряженные с ней.

Последствия такой поломки в любом случае будут весьма серьезными, поскольку речь идет об основных деталях двигателя. Однако нужно отметить, что выход из строя шатунных вкладышей – это меньшая проблема, чем появление дефектов коренных. В этом случае есть возможность заменить элемент новым и продолжить эксплуатацию. Однако стоит оговориться, что при таком решении ресурс пары шатун-вкладыш будет существенно ниже, чем при замене обоих элементов. Но при провороте вкладыша может также быть поврежден и замок. В этом случае, к сожалению, не обойтись без расточки коленвала и установки ремонтных вкладышей.

Однако подобная операция требует демонтажа и дефектовки ДВС. Естественно, этого очень сложный и дорогостоящий процесс. Нередко владельцы возрастных автомобилей предпочитают не проводить капитальный ремонт мотора, а приобретают бывший в употреблении агрегат в сборе. Конечно, его точный остаточный ресурс определить невозможно, но при выборе надежных поставщиков есть большая вероятность найти достойный экземпляр.

Самостоятельный ремонт. Порядок замены шатунных вкладышей

Если Вы имеете достаточно опыта и времени, а также профессиональный инструмент под рукой, есть смысл взяться за подобную работу самостоятельно. При других условиях подобные попытки приведут лишь к усугублению ситуации. Также, безусловно, необходимо приобрести комплект запчастей и расходных материалов. Отметим, что элементы стоит предпочесть оригинальные, поскольку в случае экономии это сложное мероприятие придется достаточно скоро повторять. Следовательно, вся осуществляемая работа будет бесполезна.

Рассмотрим основные этапы:

• Слив смазочного материала
• Демонтаж защиты
• Частичный или полный демонтаж подрамника
• Отсоединение подушек ДВС
• Демонтаж поддона картера
• Установка шатуна в нижнюю мертвую точку
• Демонтаж вкладыша
• Очистка поверхностей
• Установка новых элементов
• Сборка
• Заправка смазки

!Важно! Перед установкой новых вкладышей их необходимо обильно смазать маслом. В противном случае возможны повреждения уже при первом запуске ДВС.

При выполнении операций встречаются серьезных сложности:

• Демонтаж элементов ходовой части. На некоторых автомобилях этот процесс можно вовсе выделить в отдельное мероприятие ввиду его масштаба и сложности.
• Если автомобиль имеет серьезный пробег, возможно прикипание болтов и других крепежей.
• После демонтажа вкладыша необходимо тщательно осмотреть состояние коленвала. Если на поверхности есть серьезные повреждения – без шлифовки обойтись не удастся.

!Важно! Шлифовка коленвала предполагает его выемку. А эта операция потребует демонтажа и дефектовки ДВС.

Также есть некоторые тонкости подобных работ:

• Вкладыши меняются комплектом. Во-первых, все они имеют примерно одинаковый уровень износа. Во-вторых, работа слишком трудоемкая, поэтому проводить ее повторно выйдет куда дороже.
• После выполнения операций стоит заменить смазочный материал и фильтрующий элемент. Велика вероятность, что в состав успели попасть продукты износа.
• Также необходимо установить новые прокладки (например, уплотнитель поддона), поскольку эти элементы являются одноразовыми.

Стоимость замены шатунных вкладышей

При необходимости серьезного ремонта ДВС существует два основных пути – пытаться сэкономить, приобретая дешевые запчасти и поручая работу гаражным мастерским или выполнить операцию в соответствии с техническими требованиями. Отметим, что первый вариант имеет право на существование, например, если Вы собираетесь сразу после ремонта продать автомобиль. В противном случае рекомендуется привлечь грамотных мотористов. Отметим, что обращение к официальным дилерам будет пустой тратой времени. Чаще всего они попросту отказываются от выполнения подобных операций, настаивая на замене агрегата.

Естественно, это не означает, что даже грамотный ремонт дает только кратковременный эффект. Дилер хорошо зарабатывает на других услугах, поэтому часто не желает загружать своих мастеров такими сложными задачами. Поэтому оптимальным решением будет поручить эту работу опытным профессионалам крупного техцентра. Например, Вы можете обратиться за помощью к мастерам специализированного автосервиса Кволити Моторс. Здесь такая операция стоит от 8.000 рублей, а после ее выполнения предоставляется длительная гарантия, что не даст Вам поводов усомниться в качестве выполненной работы.

Источник

Провернуло вкладыши шатунные

Иногда водители ощущают характерное стучание во время работы двигателя. Двигатель по-прежнему работает, но с стуком. Причиной этого может являться проворачивание шатунных вкладышей.

Что значит провернуло вкладыши

В конструкции двигателя есть такие сопряженные детали, как вкладыши и шейки коленчатого вала. Для шатунных шеек предназначены шатунные вкладыши, для коренных — коренные. Коленвал — это деталь, которая берет на себя большие нагрузки и которая сажается на подшипники, только это не подшипники качения, а скольжения. Эти подшипники скольжения называются вкладышами. Хотя вкладыши — это наиважнейшая деталь в сопряженных парах деталей, но конструкция их довольна проста.

На фото показаны изношенные вкладыши шатуна

Материалы для изготовления вкладышей используют следующие:

Рабочая поверхность вкладышей наносят специальное антифрикционное покрытие.

На простом языке неполадки связанные с коренными и шатунными вкладышами называют проворачивнием, «провернуло вкладыши» или «что-то стучит внизу двигателя».

Если провернуло шатунные вкладыши, то в этом случае ремонт сделать легче, чем, если бы провернуло коренные вкладыши. Такие неполадки и поломки считаются серьезными. В основном, это происходит по причине использование некачественно моторного масла. Подробный расклад по расшифровке маркировки моторных масел должен знать каждый водитель, поскольку там есть очень много нюансов, которые вы раньше не знали.

Отличие коренных вкладышей от шатунных

Шатунные вкладыши устанавливаются в постели между шатуном и шатунной шейкой коленчатого вала. Коренные вкладыши устанавливаются на коренные шейки коленвала ДВС.

Коренные от шатунных отличаются диаметрами и толщинами пластин. Коренные толще и в них есть масляные каналы через которые масло от коренного вала подается к шатунным подшипникам.

Почему проворачивает шатунный вкладыш

Вкладыши шатунов и коленвала ДВС — это подшипники скольжения, которые должны обильно смазываться, чтобы выполнять свои функции. Шейки коленвала и оверстия шатуна сидят плотно без люфта и зазоров, но благодаря смазке сила трения сопряженных пар минимальна.

Проворот вкладышей шатуна и коленчатого вала требует немедленного ремонта. Нельзя эксплуатировать автомобиль с такими поломками в двигателе, потому как может произойти дальнейшее разрушение деталей или узлов ДВС. Эту поломку определяют на слух, слышен стук коленвала и шатуна.

Вкладыши, они же подшипники скольжения сажают в места, которые называют постелями вкладышей. Вкладыши должны быть зафиксированы. Если на вкладышах есть отверстия, они должны быть совмещены с отверстиями сопряженной детали.

А известно ли вам, что за проходимость и управляемость автомобилем отвечает вид блокировки и перенатяг дифференциала.

Основные причины проворота вкладышей:

Коленчатый вал вращается относительно вкладышей, поверхность которых защищена антифрикционным (противотрущимся) материалом. Чтобы вкладыши не смещались и не проворачивались вместе с коленвалом ДВС, они удерживаются специальными усиками. Также они устанавливаются в натяжку, которые рассчитали заводы-изготовители.

Чем больше нагрузка на коленвал, тем меньше создается масляная пленка (прослойка, подушка). А если еще присутствует превышенная вибрация, то происходит разрушение масляного защитного слоя и резко повышается сила трения, из-за чего вкладышу все труднее и труднее удержаться в постели, усик предназначенный для защиты от проворота не может удерживать вкладыш.

Как правило, причиной проворачивания вкладышей является отсутствие смазки. Для смазки на коренных вкладышах предусмотрены отверстия, на шатунных — пазы. Если эти каналы для подачи масла закупорены, отверстия и каналы полностью или частично забиты, сила трения трущихся деталей повышается, появляется эффект масляного голодания. Из-за отсутствия смазки сильно нагреваются пара вкладыш-коленвал. Во время нагрева трущиеся детали прилипают друг к другу. После такой сварки начинают проворачиваться вкладыши.

Что делать, если провернуло шатунный вкладыш

При обнаружении симптомов проворота вкладышей следует доехать до автосервиса или до своего гаража, если собираетесь заменить их своими руками, а лучше заглушить двигатель и транспортировать на буксире или эвакуатором, если есть возможность.

Проворот вкладышей шатунных менее затратный и трудоемкий, если прекратить эксплуатацию при обнаружении стуков, чем проворот вкладышей коренных. Если не обращали внимание на посторонние стуки в двигателе и продолжали ездить в таком состоянии, то, возможно, провернутые шатунные вкладыши приведут к дорогостоящему капитальному ремонту двигателя.

В основном, если провернуло один шатунный вкладыш, то его меняют на новый и, на этом ремонт закончен. В таком случае, так как сам шатун не менялся, ресурс отремонтированной пары шейка коленвала-шатун будет меньше положенного.

Желательной работой по замене шатунного вкладыша является и замена соответствующего шатуна. Часто бывает, что, если провернуло шатунный вкладыш, то ломается замок шатуна.

Оптимально-эффективным ремонтом с проблемами вкладышей считается расточка коленчатого вала и замена вкладышей с шатунами. Шейка коленвала на котором сидел провернутый вкладыш имеет задиры, царапины. Поэтому надо проводить шлифовку коленвала. Все шатунные вкладыши имеют одинаковые размеры и полностью взаимозаменяемы между собой.

Порядок замены шатунных вкладышей в гаражных условиях:

Замена вкладышей без разборки, если нет износа коленвала

Посмотрев, это 8-ми минутное видео по замене шатунных вкладышей, даже новичок может разобраться с таким ремонтом. Поэтому, рекомендую, не поленитесь и посмотрите это видео.

Из этого видео, вы узнаете, что для снятия коренных вкладышей не обязательно снимать коленвал. При помощи нехитрых манипуляций легко можно проверить состояние коренных подшипников и, если они изношены, заменить их не разбирая полностью двигатель.

Как менять шатунные и коренные вкладыши показаны на примере автомобиля Хонда Аккорд.

Источник

Коренные вкладыши что это

Коренные вкладыши двигателя предназначены для размещения коленчатого вала двигателя в блоке цилиндров двигателя и обеспечения вращения коленчатого вала.

Для чего нужны коренные вкладыши двигателя?

Коренные вкладыши двигателя являются по своей сути подшипниками скольжения и обеспечивают надежное вращение коленчатого вала при наличии значительных скоростей и нагрузок. Конструкция коленчатого вала и вкладышей предусматривает подачу масла в места сопряжения вкладыша и шеек коленчатого вала с целью образования масляной пленки и снижения трения.

Сам вкладыш остается неподвижным относительно двигателя, поскольку зафиксирован в специально подготовленных для этого местах, называемых постелями. Дополнительно, на поверхность вкладыша наносится специальное антифрикционное покрытие.

Как часто менять коренные вкладыши двигателя?

Конструкция коренных вкладышей двигателя со временем остается традиционной – это подшипник скольжения, представляющий из себя согнутый металлический лист определенного радиуса с нанесенным антифрикционным покрытием.

Коренные вкладыши работают в очень тяжелых условиях. Поэтому, к вкладышам, а также к их установке предъявляются очень серьезные требования. Теоретически долговечность вкладышей сравнима со сроком службы двигателя, т.е. более 200 тыс. км. Необходимость замены коренных вкладышей возникает в случае их износа (как правило, в случае недостаточной смазки либо некачественного материала). В случае недостаточной смазки, за счет увеличения силы трения между вкладышем и шейкой, вкладыши может сорвать со своего места в блоке цилиндров, при этом может быть поврежден сам блок.

Необходимость замены коренных вкладышей возникает также при ремонте (шлифовке) шеек коленчатого вала, так как в этом случае меняется размер шеек. В этом случае требуется установка вкладышей другого размера. Некачественная сборка двигателя, несоблюдение технологии изготовления и размеров отдельных деталей, перегрев двигателя и изменение его геометрических параметров так же может привести к износу или повреждению коренных вкладышей.

Источник

Oil-club.ru

Полезные статьи:

Последнее с форума

Поиск

Ссылки

Коренные и шатунные вкладыши

Из опыта пробега подшипников скольжения ДВС на расстояние в миллион миль и более

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:

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:

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:

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. миль
Однако 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.

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»

Источник