«Пильнуй!»
Козьма Прутков
Сучасні двигуни, виготовлені за новітніми технологіями з використанням новітніх матеріалів, достатньо надійні. У них закладається значний моторесурс, щоб найближчими роками експлуатації їх капітально не ремонтувати. Проте бувають випадки, коли двигун, загалом досить новий, чомусь швидко зношується. Причому, його «однолітки» і навіть старіші мотори, працюють цілком справно.
До дорадчої сільськогосподарської служби Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка звернулись спеціалісти з одного господарства. Стався випадок, що двигун «застукав». Тобто вкладиші колінчастого валу зносилися до критичної межі, і деталі при зміні зусиль вдаряються між собою, що призводить до катастрофічного зношування і навіть до руйнування двигуна. І як завжди, це трапилося у непідходящий момент. Коли у полі працювати треба, а не капітально ремонтувати.
Відомо, що збільшення зазору в підшипнику понад критичну величину, що становить у середньому 0,12–0,15 мм, викликає стукіт. Він зазвичай прослуховується на підвищених частотах обертання і під навантаженням, посилюючись при прогріванні двигуна, коли зменшується в'язкість оливи. Подальша експлуатація двигуна з таким підшипником призводить до лавиноподібного зростання зазору за рахунок ударних навантажень, які супроводжуються сильним нагрівом, плавленням матеріалу вкладиша і зношенням шийки валу. Завершальні стадії цього процесу - провертання вкладишів і викидання їх залишків у піддон картера з неминучим пошкодженням поверхні постелі.
Сам по собі підшипник з ладу виходить украй рідко. Якщо таке трапилося, то простою заміною вкладишів ніяк не обійтися - не допоможе. Тому важливо знайти й усунути причину, що викликала несправність. Для цього майже напевно доведеться знімати і розбирати двигун та уважно проглядати всі його деталі, насамперед вкладиші і колінчастий вал.
Причин такої несправності багато, і в основному вони є наслідком низької якості обслуговування двигуна при експлуатації. Їх можна довго перераховувати, починаючи від недостатнього рівня оливи і низької її якості до перегріву та перевантажень. Ці причини добре відомі фахівцям, і подібних випадків прагнуть не допускати.
При розбиранні вказаного двигуна виявлено значне зношення вкладишів колінчастого валу, а один із шатунних вкладишів зовсім провернуло.
Зношування - неминучий наслідок роботи двигуна, і у будь-якому випадку він поступово відбувається. У цьому випадку зношування явно не відповідало відпрацьованим мотогодинам. Більш того, в штатному режимі (окрім пуску) колінчастий вал зовсім не повинен тертися об вкладиші. Однозначно, присутні всі ознаки масляного «голодування» та абразивного зношування. Воно - вельми поширена причина пошкодження вкладишів.
Абразивні частинки викликають прискорене зношування, якщо довго не замінювати оливу і фільтр. Їх легко виявити - вони вкрапляються у м'який робочий шар вкладишів, дряпають поверхні вкладиша і валу - особливо поблизу змащувальних отворів. У результаті вкладиші вже через декілька годин роботи матимуть блідий вигляд, а на поверхні шийок розподільного валу спостерігатиметься значне зношування, якого не зустрінеш і після тисячі годин нормальної експлуатації.
Проте, достовірно відомо, що двигун працював на нормальних режимах, не перевантажувався у роботі, при ТО, яке проводилося своєчасно і порівняно недавно, замінювалась олива на нову високої якості, був встановлений новий фільтр, рівень оливи не знижувався нижче за критичний рівень. Насос і його привід - справні, а значить олива подавалася у достатній кількості під необхідним тиском. Так чому ж таке катастрофічне зношення? Перш ніж розбиратися, чому це відбувається, треба з'ясувати про значення і роботу фільтра в системі мащення двигуна.
Мінімальне тертя - довговічна робота
Надійна і довговічна робота двигуна при мінімальних втратах на тертя може бути досягнута лише за умови створення найкращих умов мащення. У двигуні ці умови забезпечуються правильним вибором сорту оливи і безперервним подаванням її під тиском до тертьових поверхонь деталей, тобто шляхом усунення сухого тертя і забезпечення рідинного і напіврідинного тертя.
Часто можна почути, що колінчастий вал опирається на вкладиші. Однак це справедливо тільки для періоду, коли двигун не працює, і колінчастий вал під дією сили ваги лежить на нижній поверхні підшипника. Їх розділяє гранична масляна плівка, а олива знаходиться у клинових зазорах по обидва боки вала.
При роботі двигуна пари «підшипник ковзання-шийка» колінчастого валу працюють в умовах рідинного (гідродинамічною) мащення, коли поверхні розділяються міцною і надійною масляною плівкою. При цьому сухе тертя, при якому виступи нерівностей поверхонь деталей, що стикаються між собою, змінюється рідинним тертям оливи. А менше тертя - це не тільки менше зношування, це ще і менший опір взаємного переміщення деталей, і, відповідно, менша витрата палива і більша потужність.
За такого режиму тертьові деталі працюють практично без спрацьовування, оскільки сила тертя при цьому не залежить від властивостей тертьових поверхонь, а визначається тільки внутрішнім тертям шарів оливи. Так повинно бути, коли олива надходить до тертьових поверхонь чиста. Але, як вже було вказано, олива також очищає зони тертя від продуктів спрацювання, які виникають під час роботи двигуна і, відповідно, сама забруднюється. Для очистки оливи від забруднень є спеціальний фільтр. Однак, як з’ясувалось, не завжди він виконує задані функції.
Очищення оливи
Для забезпечення надійної роботи двигуна необхідно перш за все захистити його тертьові поверхні від абразивних частинок. Адже якщо в двигун залита навіть ідеально чиста олива, то при його роботі вона забруднюється продуктами зношування і смолянистими речовинами. Для очищення оливи на сучасних двигунах найбільшого поширення набули паперові фільтруючі елементи, які гарантовано якісно виконують цей процес. Під час роботи двигуна олива під тиском продавлюється через пори фільтрувальної штори і очищується. При цьому домішки, що знаходяться у ній, розмір яких перевищує розміри пор, залишаються на фільтрувальному папері, а очищена олива надходить до тертьових поверхонь. З метою збільшення поверхні фільтрації, а, відповідно, зменшення опору фільтра та збільшення терміну його служби фільтрувальний папір має значну поверхню, а щоб розмістити її в обмеженому просторі - вона укладається гофрами («гармошкою»), при цьому торці ретельно ущільнюють.
Ці фільтри встановлюють у систему мащення послідовно, оскільки вони мають порівняно невеликий опір. При сильному забрудненні фільтрувального елементу, або при пуску холодного двигуна, коли збільшується опір фільтра, відкривається перепускний клапан, і олива буде надходити від насоса безпосередньо в магістраль без очищення, минувши фільтр очищення оливи.
Розміри пор фільтрувального паперу і його площа, як і тиск спрацювання перепускного клапана визначаються заводом-виробником двигуна в розрахунку, що термін заміни фільтра повинен бути гарантовано меншим, ніж термін його забруднення.
Дуже часто критерієм для вибору фільтра є його вартість. Фільтр закритий, його з середини ми не бачимо. Можемо тільки оцінити його зовнішній вигляд. Але саме внутрішні компоненти забезпечують фільтрацію, а не симпатичний вигляд зовні.
Може, винен фільтр?
«Розтин» показав, що фільтрувальний елемент деформований, і місцями навіть спостерігається відрив фільтрувальної штори від каркаса. Такого бути не повинно і, відповідно, були проведенні дослідження причин виникнення цієї несправності.
Для визначення параметрів фільтра його зразок був направлений у сертифіковану лабораторію ВАТ «УКХ ММЗ» на випробування.
В результаті перевірки встановлене наступне.
1. Гідравлічний опір фільтра при витраті 1800 л/год. становить 0,033 МПа, тоді як за вимогами технічної документації Мінського моторного заводу повинно бути не більше 0,02 МПа.
Збільшений опір фільтра більш ніж на 1/3 може відбутися унаслідок застосування фільтрувального паперу з дрібнішою пористістю або при меншій поверхні фільтрувальної штори.
До чого це призведе? В цілому збільшення гідравлічного опору фільтра в реальних умовах експлуатації двигуна при номінальній роботі насоса і не засміченому фільтрі призводить до деякого зменшення кількості оливи, що проходить через фільтр, а при зношуванні насоса (не критичному для роботи двигуна) - до зменшення кількості оливи, що подається до деталей, що труться. А цієї кількості оливи вже може бути і недостатньо для надійного мащення.
Застосування фільтрувального паперу з дрібнішою пористістю або при меншій поверхні фільтрувальної штори (менша кількість гофрів) спричиняє швидше забивання пор фільтрувального паперу, а, відповідно, різке збільшення опору фільтра і спрацьовування перепускного клапана. При цьому забруднена олива циркулюватиме в двигуні без очищення.
2. Тиск відкриття перепускного клапана становить 0,27… 0,3 МПа, тоді згідно з вимогами технічної документації Мінського моторного заводу повинно бути в межах 0,13 … 0,17 МПа. Шторка фільтрувального елементу нещільно спирається на бандаж, що негативно відбивається на міцності гофри.
До чого це призведе? Як зазначалося раніше, коли збільшується опір фільтра (при забрудненні фільтрувального елементу або при пуску холодного двигуна) олива надходить від масляного насоса безпосередньо в масляну магістраль через відкритий перепускний клапан, тобто минувши фільтр очищення оливи. Але оскільки при перепаді тиску у фільтрі при необхідному тиску 0,13 … 0,17 МПа клапан не відкриється, а відкриється лише при 0,27… 0,3 МПа, то на поверхню фільтрувального елементу (паперу, що фільтрує) діятиме тиск удвічі більший. Помножте площу поверхні паперу, що фільтрує, на тиск 0,3 МПа, і Ви отримаєте силу, з якою фільтр буде зім'ятий. У цьому фільтрі при поверхні фільтрації близько 2,5 тис. см2 виникне сила понад 7,5 т! Це все одно, що покласти фільтр під колесо трактора.
При цьому можлива деформація фільтрувального елементу і розрив паперу, а також відривання його від каркасу, оскільки шторка нещільно спирається на бандаж. Відповідно олива не тільки не очищатиметься, але і домішки, що накопичилися на фільтрі, будуть змиті і потраплять до тертьових поверхонь двигуна. Його доля вирішена заздалегідь. Водій або тракторист при цьому навіть не підозрюють про близькі проблеми, оскільки тиск оливи поки в нормі, а чергове ТО із заміною фільтра ще не скоро.
3. Загальний перетин отворів під клапаном не відповідає прохідному перетину фільтра, внаслідок чого не забезпечується повний злив оливи при відкритті клапана.
До чого це призведе? Оскільки загальний перетин отворів під клапаном не відповідає прохідному перетину фільтра, то навіть при відкритті із запізненням клапана забрудненої оливи потраплятиме до деталей менше за необхідне, що, безумовно, призведе до швидкого їх зношування.
Як запобігти неприємним наслідкам
Таким чином, можна зробити висновок, що при використанні на двигуні фільтра з параметрами, що відрізняються від заданих, відбудеться наступне.
Після проведення ТО із заміною фільтра на новий зміни в роботі двигуна спостерігатися не будуть. Тиск оливи може знаходитися у заданих межах. Проте досить фільтрувальному елементу засмітиться (що відбудеться досить швидко), його опір значно зросте, і оливи до тертьових поверхонь деталей буде надходити все менше, при цьому можливе оливне «голодування».
За підвищеного перепаду тиску зі значним запізненням відкриється перепускний клапан (якщо до того підвищеним тиском не буде розірваний або відірваний від каркасу фільтрувальний папір). При цьому неочищена олива з абразивними домішками надходитиме до деталей, що труться, - перш за все до шатунних і корінних шийок колінчастого валу та опірних шийок розподільного.
А ми упевнені, що фільтр працює. Недостатня кількість оливи і наявність абразиву в ній призводять до збільшення тертя, а, відповідно, до інтенсивного зношування і підвищеного нагріву деталей. Неприємна ситуація. Але її можна легко уникнути, використовуючи якісні фільтри і оливи при проведенні ТО двигуна.
Якщо два абсолютно однакових за габаритами і посадочними розмірами фільтри розрізняються не тільки шрифтом і емблемами, але мають і різні коди, то це означає, що принаймні один з них підробка. Адже відповідальний виробник такого не допустить, навіть якщо ці фільтри випускають у різних країнах. До зовнішніх ознак підробки відносяться неякісне завальцювання корпуса, нечіткий або нерівний шрифт, відсутність чітких граней на корпусі.
А за зовнішніми ознаками підробки, як правило, ховається і безліч невидимих дефектів. У їх числі, наприклад, неякісні гумові ущільнення, які іноді і зовсім відсутні. Відповідно олива може перетікати в обхід фільтрувального елементу. Або ж отвори в сітці з внутрішньої сторони фільтра можуть займати дуже маленьку площу, що істотно обмежує пропускну спроможність фільтруа і швидко призведе до спрацьовування перепускного клапана. Одного цього досить для того, щоб фільтр «не справлявся» зі своїми обов'язками. Не менш важлива також і якість проклеювання паперу, яка в дешевих фільтрах також не завжди виконана належним чином.
Не можна підбирати будь-який фільтр, виходячи тільки з його геометричних розмірів, оскільки однакові зовні фільтри можуть розрізнятися і пористістю, і пропускною спроможністю, і ємкістю. Це особливо важливо для дорогої техніки.
Одним із критеріїв вибору фільтра є його ціна, і якщо вона буде дуже низькою, це повинно насторожувати, оскільки для вітчизняного ринку запчастин характерна така особливість, як велика кількість дешевої продукції кустарного виробництва, що продається під різними брендами. І хоча продавці подібних фільтрів зазвичай завіряють, що вони відповідають усім вимогам, їх якість часто жахлива.
Втім, фільтри для своєї техніки кожен власник повинен вибирати сам, проте при цьому слід пам'ятати, що машині байдуже, підробка це або просто неякісний фільтр. А тому краще не ризикувати і купувати тільки якісні фільтри, звертаючи при цьому увагу не на бренд, а на те, наскільки ефективно фільтр працюватиме.
