Download - Mecanismul Motor

Transcript

2. MENTENABILITATEA MECANISMULUI MOTOR

2.1. Aspecte caracteristice

În procesul funcţionării motoarelor cu ardere internă, piesele

componente ale mecanismului motor sunt supuse intens la solicitări termice, mecanice, chimice sau combinate. Solicitările sunt variate, ca urmare a rezultatului interacţiunii factorilor constructiv - tehnologici (dimensiuni şi forme geometrice, jocuri constructive, calitatea materialelor, etc.) şi a factorilor exteriori legaţi de mediu şi condiţiile de utilizare a motoarelor. Efectele acestei interacţiuni asupra mecanismului motor le reprezintă modificările dimensiunilor pieselor şi ale structurii materialelor.

De asemenea, datorită proceselor de lucru din motor au loc diferite depuneri (reziduuri carbonoase sau gelatinoase) pe suprafeţele metalice care vin în contact cu fluidul proaspăt şi cu uleiul de ungere motor. Aceste depuneri au influenţă atât asupra creşterii solicitărilor termice cât şi asupra îmbunătăţirii proceselor şi caracteristicilor motorului.

Piesele componente ale mecanismului motor prezintă straturi superficiale cu structuri atomice de obicei uniforme şi dorite (ex. tratamente termice, straturi de crom dur pentru segmenţi, cadmierea pieselor, etc.) care sâ fie favorabile atât proceselor termice din motor, cât şi proceselor tribotehnice din timpul funcţionării, în scopul asigurării performanţelor dinamice, economice şi de durabilitate ale motorului.

La schimbările în starea tehnică a pieselor mecanismului motor participă atât factorii pasivi care apar numai în timpul realizării proceselor în motor (ex. compuşii chimici ai sulfului, peroxizii, acizii volatili, etc.) cât şi factorii activi legaţi de regimurile la care sunt supuse motoarele (ex. sarcină, turaţie, temperatură, etc).

În procesul funcţionării motoarelor de automobil există o serie de factori care influenţează direct schimbările în starea tehnică a pieselor mecanismului motor, şi anume: a). factori constructivi: structura atomo - moleculară a materialelor utilizate şi a straturilor superficiale de protecţie a componentelor mecanismului motor (calitatea materialului), presiunea specifică, viteza de alunecare relativă, jocurile iniţiale. b). factori tehnologici: tipul, nivelul şi calitatea gradului de netezire (rugozitate) al suprafeţelor prelucrate mecanic (ex. cilindri, segmenţi, fusuri paliere sau manetoane, etc), calitatea asamblării.

c). factori de exploatare: regimurile la care sunt supuse motoarele, privind: sarcina, turaţia şi temperatura, calitatea şi cantitatea combustibilului şi a lubrifiantului folosit în exploatare, respectarea periodicităţii lucrărilor de mentenanţâ şi calitatea acestora, gradul de colmatare a filtrelor, etc.

Schimbările în starea tehnică la mecanismul motor după criteriul frecvenţei şi importanţei lor pot fi clasificate în următoarele grupe, astfel: uzuri (54,2 %), deformări (10,4 %), înţepeniri - ruperi (18,9 %), depuneri carbonoase în camera de ardere, etc. 2.2. Uzarea pieselor mecanismului motor

Procesul general de uzare reprezintă un fenomen complex, de natură fizico - chimică care conduce la modificarea caiacteristicilor dimensionale, de formă şi de stare iniţială a suprafeţelor pieselor. În general deosebim două categorii de uzări: uzările normale şi uzările de avarie.

Uzarea normală este un proces tribologic, ca rezultat al acţiunii frecării, al căldurii, al fenomenlor chimice sau electrochimice, influenţat de calitatea materialelor, de gradul netezirii suprafeţelor prelucrate supuse frecării, de tratamentul straturilor superficiale, de respectarea prescripţiilor de întreţinere tehnică.

Uzarea de avarie (accidentală) reprezintă procesul de creştere intensă a uzurii normale, ca urmare a influenţei nerespectarii regimului de funcţionare normală, a nerespectarii regimului de monitorizare a întreţinerii tehnice şi a calităţii şi cantităţii materialelor folosite în timpul utilizării automobilului.

În fîg. 2.1 se prezintă curbele caracteristice ale uzurii medii statistice U(t), viteza de uzare vu(t) şi a intensităţii momentelor de cădere λ(t) pentru piesele mecanismului motor: - faza I - a: uzura de rodaj Ur creşte rapid, conform curbei OA, unde contactele dintre suprafeţele în frecare au loc numai pe vârfurile asperităţilor rezultate de la prelucrările mecanice; pe măsura netezirii asperităţilor creşte suprafaţa de contact, iar presiunea specifică de contact se micşorează, - faza a II-a: uzura normală Ulim, în timpul utilizării normale t2, a cărei variaţie este curba AB, înclinată cu unghiul a care redă caracterul uzurii lente, - faza a III - a, în care se produce uzura anormală (de avarie, Ua), unde creşterea este rapidă, determinând jocuri exagerate în cuplele de frecare.

Fig. 2.1. Variaţia U, vu, λ pentru piesele mecanismului motor

PR – perioada de rodaj, PUN – perioada de uzare normală, PUA – perioada de uzare accelerată

Timpul maxim de utilizare normală t, funcţie de procesul uzării

pieselor mecanismului motor poate fi exprimat cu ajutorul relaţiei de mai jos:

α+⋅

α=

limlim

Ut (2.1)

unde: tr, timpul de rodaj αu, unghiul ce exprimă viteza de uzare, a cărei variaţie depinde de regimurile de utilizare şi de nivelul de întreţinere tehnică:

UUtg

−

−=α (2.2)

unde: Ulim, valoarea uzurii maxime admise în exploatare, U1, valoarea uzurii iniţiale.

λ(t)

vu = f(t)

PR PUN PUA

vu,

λλλλ

A1 B1

ulim

t1 t2

tlim

t [h],

L [103

km]

αu

2.2.1. Procesul uzării corozive a pieselor mecanismului motor

Uzarea corozivă reprezintă rezultatul corodării suprafeţelor metalice

de către diverşi agenţi chimici agresivi, având efect asupra dimensiunilor, formelor geometrice şi asupra stratului superficial care-şi micşorează rezistenţa mecanică.

Procesul de uzare corozivă la piesele mecanismului motor se produce sub acţiunea vaporilor de apă, a produselor volatile acide (H2S04) sau a sulfurilor metalice (SMe), care apar în timpul arderii fluidului proaspăt, iar la temperaturi subcritice condensează pe pereţii camerei de ardere sau în carterul inferior, favorizând coroziunea mecanico-chimicâ a pieselor mecanismului motor (cilindri, segmenţi, piston).

Reacţiile chimice care determină substanţele corozive sunt:

(n) H2S + (n) Me — (n) SMe + H2 / (2.3) unde SMe se elimină odată cu deplasarea pistonului în cilindru,

S02 + 2H20 — H2S04 + H2 / (2.4)

Vaporii de acid sulfuric, H2S04, au efect coroziv (electrolitic), îndeosebi la pornirea motoarelor la rece, la porniri dese sau la funcţionarea motoarelor în regimuri de temperaturi scăzute.

Cilindrii motorului pot fi uzaţi nu numai pe suprafeţele de lucru ci şi pe cealaltă suprafaţă care vine în contact cu lichidul de răcire, unde se poate produce o reacţie chimică de formare a precipitatului de hidroxid de magneziu sau de calciu (reziduuri tip tartru) şi respectiv molecule de acid clorhidric care prezintă acţiune corozivă asupra materialului cilindrului in zona de contact cu lichidul de răcire.

Reacţia chimică de formare a precipitatului este:

MgCl2 + H20 — Mg(OH)2 + HCl / (2.5) unde MgCl2 este o sare prezentă în lichidul de răcire.

Uzura exterioară a cilindrului este determinată de apariţia fenomenului de pitting, ca rezultat al acţiunii coroziunii electrochimice combinată cu eroziunea cavitaţională.

Distrugerea suprafeţei cilindrului aflată în contact cu lichidul de răcire are loc de obicei în planul de lucru al bielei, respectiv în jurul punctului mort interior şi punctului mort exterior.

Cavitaţia lichidului este determinată de vibraţia cămăşii la o frecvenţă ridicată, determinată de schimbarea direcţiei mişcării pistonului în punctele extreme. Aceste vibraţii se suprapun cu vibraţiile determinate de variaţia presiunii în procesul arderii. Cavitaţia determină microfisuri, apoi micile particule de metal sunt spălate de lichid, creîndu - se microcavitâţi care favorizează coroziunea acizilor din lichidul de răcire.

În figura 2.2 sunt prezentate epurele procesului de uzare chimică a cilindrului, explicate astfel: a - uzura chimică la partea interioară a cilindrului, în jurul punctului mort interior (p.m.i.), b - uzura chimică la partea exterioară a cilindrului, unde vine în contact cu lichidul de răcire, c - uzura chimică la partea inferioară a fustei pistonului ca urmare a efectului electrolitic şi a tendinţelor de trecere a gazelor de ardere spre carterul inferior, d - uzura chimică în zona de foc a pistonului (capul pistonului). e - uzura chimică în zona rostului de dilatare, ca urmare a efectului chimic al gazelor de ardere.

Fig. 2.2. Epurele uzării chimice la principalele piese ale mecanismului motor

p.m.i.

p.m.e.

100

Pl. I - I Pl. II - II Pl. III - III Pl. IV - IV

II II

III

III IV

a) b) c) d)

Uzura (µm)

2.2.2. Procesul uzării abrazive a pieselor mecanismului motor

Uzarea abrazivă este determinată de acţiunea forţelor ce apar in

zona de frecare, forţe amplificate de acţiunea particulelor mecanice străine, cu duritate şi dimensiuni ce favorizează amplificarea abaterilor de formă ale suprafeţelor prelucrate.

Uzura abrazivă reprezintă un proces complex de deformare microplastică şi de aşchiere a suprafeţelor metalice în frecare, provocat de particule abrazive aflate între suprafeţele în contact sau de asperităţile mai dure ale uneia din suprafeţe.

Particulele dure care acţionează în cuplele mecanismului motor provin din: aerul aspirat în motor, combustibil şi uleiul de ungere motor, reziduuri carbonase şi reziduurile metalice rezultate din procesul de uzare.

Procesul de uzare abrazivă specific pieselor mecanismului motor este sintetizat în fig. 2.3, el având influenţă directă asupra formării conicităţii şi ovalităţii la cilindri şi la fusurile maneton şi palier, înrăutăţind etanşeitatea cuplelor mecanismului motor (cilindru - piston - segment, segment - piston, fus - cuzinet) şi favorizând tendinţele de înţepenire a unor cuple ale motorului (segmenţi în pistoane, fusuri în cuzineţi la arborele cotit, etc).

a). b).

Fig. 2.3. Schema procesului de uzare abrazivă a - uzare abrazivă prin deformări plastice şi detaşări de microparticule metalice 1, de diferite durităţi, sub acţiunea forţei normale Fn şi a forţei tangenţiale FT; 2 – suprafaţa metalică a piesei; b - uzare abrazivă prin

microaşchierea metalului cu particule abrazive

Factorii care influenţează procesul de uzare abrazivă a pieselor

mecanismului motor sunt: mărimea, forma, proprietăţile aşchietoare, duritatea şi gradul de concentrare al materialului, viteza de alunecare relativă a suprafeţelor în frecare, gradul ungerii cuplei, presiunea specifică şi calitatea suprafeţelor prelucrate.

Pentru particule dure de granulaţie foarte mica, sub 10 µm, după R. T. Spurr, volumul de uzare V poate fi determinat cu relaţia:

Fn Fn

Ft Ft 1

θ⋅⋅⋅= tgNkE

1V (2.6)

unde: k, constantă a materialului, E, modulul de elasticitate al materialului, N, forţa de apăsare normală, θ, unghiul de atac al particulei abrazive.

Fig. 2.4. Localizarea şi epurele uzării abrazive a – uzură normală, b – uzură anormală (filtru de aer colmatat)

În fig. 2.4 se prezintă sintetic localizarea şi epurele de uzare abrazivă

pentru componentele mecanismului motor, trăgându-se următoarele concluzii:

- pentru cilindrii motor, uzura abrazivă normală se repartizează aproape uniform între p.m.i. şi p.m.e. (pe cursa pistonului); în punctele p.m.i. şi p.m.e. uzurile abrazive sunt de mică intensitate (poz. a); în schimb uzura creşte foarte mult în partea mediană, atunci când masa abrazivă este însemnată şi prezintă o granulaţie mică, sub 5 µm (poz. b), deoarece viteza de deplasare a pistonului este maximă (Vmax);

- pentru pistoane, procesul de uzare intensiv se localizează în zona bosajelor axului de piston (poz. c), respectiv la partea inferioară a fustei (poz. d) şi în canalele de segment (poz. e),

- pentru segmenti, uzura abrazivă este intensă atât pe feţele laterale ale segmentului (poz. f) cât şi pe părţile frontale (poz. g), acolo unde particulele abrazive fixate pe suprafeţele moi ale pistonului acţionează prin procesul microaşchierii.

p.m.i.

p.m.e.

Uzura (µm)

a) b)

2.2.3. Procesul uzării adezive a pieselor mecanismului motor

Uzura prin adeziune (contact) este rezultatul acţiunii simultane a

componentelor de natură mecanică (presiuni de contact) cu componenta forţelor molecularo - atomică a metalului.

Procesul uzării adezive se explică astfel: datorită deplasărilor relative a pieselor ce formează o cuplă de frecare, microjoncţiunile se rup şi se refac, iar suprafaţa respectivă se erodează cu intensitate maximă la o valoare ridicată a coeficientului de frecare. După sudare, microjoncţiunile se foarfecă şi particulele de materiale de pe suprafaţa unui corp rămân prinse pe suprafaţa celuilalt corp.

În fig. 2.5 sunt prezentate epurele uzării adezive la cilindri, pistoane şi segmenti, existând următoarele explicaţii:

- uzura adezivă a cilindrului (poz. a) este determinată de presiunea de contact dintre piston şi cilindru, aceasta fiind în medie de 2,5 kgf/cm2,

- datorită dilatării termice, a forţei presiunii gazelor şi a forţei normale, pistonul se deformează eliptic, cu axa mare în planul axului de piston, determinând o uzură adezivă repartizată în jurul bosajului şi a fustei pistonului (poz. c, d). De asemenea, presiunea de contact dintre segmenti şi suprafeţele de aşezare din canalele pistonului determină o uzură adezivă conform epurei din poz. e,

- segmenţii se uzează radial, uniform (dacă se rotesc) sau neuniform (dacă nu se rotesc), uzura adezivă fiind determinată fie de pulsaţia segmenţilor care provoacă lovituri şi variaţii ale presiunii de contact, fie de prezenţa jocurilor radiale şi a lipsei lubrifiantului, formându-se proeminenţe aşchietoare la muchii (poz. b).

Fig. 2.5. Epurele uzării adezive la principalele piese ale mecanismului motor

p.m.i.

p.m.e.

Uzura (µm)

Toate tipurile de uzări descrise anterior au influenţă directă asupra

realizării ovalităţii şi conicităţii formelor cilindrice ale pieselor mecanismului motor (fig. 2.6), contribuind la: - compromiterea etanşării cuplelor (cilindru - piston, segment - piston, fus - cuzinet), - înrăutăţirea proceselor de funcţionare a motorului, cu următoarele consecinţe: micşorarea puterii, creşterea consumului efectiv de combustibil, creşterea emisiilor poluante, micşorarea durabilităţii motoarelor, creşterea jocurilor constructive şi a nivelului de zgomot.

Fig. 2.6. Profilul uzurii la principalele piese ale mecanismului motor

a – pe suprafeţele segmentului, b – pe fusul arborelui cotit, c – pe suprafaţa cilindrică interioară a cămăşii amovibile, d – pe suprafaţa de lucru a arborelui de distribuţie

piston

segment

segment cămaşă de cilindru

A - A

profil normal profil rupt

Pentru cilindru (poz. a), uzura adezivă este pronunţată la partea

superioară (conicitate) şi pe direcţia axei pistonului (ovalitate), iar pentru fusurile arborelui cotit (b), uzura adezivă este pronunţată pe partea centrală, creând conicitatea fusului şi în planul braţului maneton (ovalitate).

Din analiza tuturor tipurilor de procese de uzare a principalelor piese ale mecanismului motor se pot evidenţia influenţele factorilor importanţi care determină uzura: proprietăţile fizico-mecanice şi chimice ale materialelor în contact, forma şi dimensiunile pieselor, rugozitatea suprafeţelor, regimurile de turaţie, de sarcină şi termice ale motorului, cantitatea şi calitatea lubrifiantului, forma, diametrul şi duritatea particulelor abrazive prezente în motor, proprietăţile corozive ale combustibilului, lubrifiantului şi ale mediului.

Un alt factor de exploatare care influenţează procesele generale de uzare a pieselor mecanismului motor este frecvenţa şi calitatea lucrărilor de mentenanţă.

Astfel, orice demontare urmată de o nouă remontare nu poate asigura perfect poziţiile reciproce anterioare între piesele conjugate. Din această cauză, apare o nouă distribuţie a presiunilor de contact, se schimbă mărimea jocurilor, nu se asigură coaxialitatea pieselor din lagăre, etc.

2.3. Formarea reziduurilor carbonoase

2.3.1. Calamina

Procesul de formare a calaminei este determinat de următoarele

procese: - umezirea pereţilor camerei de ardere cu fluidul proaspăt aspirat (îndeosebi la pornirea motoarelor) în timpul fazei de admisie şi comprimare determinând reţinerea reziduurilor mecanice şi carbonoase de dimensiuni foarte mici (sub 5 µm), - componentele foarte volatile din combustibil ard rapid, iar o parte din hidrocarburile grele rămân nearse pe pereţii camerei de ardere (straturi de zecimi de mm), - peste stratul de hidrocarburi nearse se depun treptat cantităţi foarte mici de ulei parţial ars, ulei provenit din carterul inferior prin interstiţiul segment -

piston sau segment - cilindru (fenomenul de pompaj), - în stratul de ulei, care are rolul de liant între straturile de hidrocarburi grele nearse, se depun particule mecanice provenite din aerul aspirat, din combustibil, din procesul de uzare a pieselor metalice, compuşi din Pb, determinând aderenţa, porozitatea şi rugozitatea stratului de calamină, - stratul astfel format se oxidează la temperaturi de 150 – 200 °C şi se îngroaşă, formând în final un strat de calamină, uniform sau neuniform, pe capul pistonului şi pe pereţii camerei de ardere; grosimea stratului nu depăşeşte mărimea de 2 mm, deoarece peste această dimensiune calamină se cocsează şi se elimina odată cu gazele de ardere.

În concluzie, procesul de formare a calaminei este legat de modificările chimice ale combustibilului şi uleiului ce au loc în condiţiile temperaturii ridicate din camera de ardere. Astfel, la temperatura de circa 2000 °C, în prezenţa oxigenului, ard toate substanţele organice însă, din cauza timpului scurt al procesului de ardere, precum şi din cauza lipsei locale de oxigen (amestec neuniform sau bogat) se produce arderea incopletă a hidrocarburilor, cu emisii de funingine. Uleiul provenit prin fenomenul de pompaj în camera de ardere se oxidează la circa 250°C, formând pelicule liante de gelatină - lac.

Calamina este un strat poros, rugos la suprafaţă, cu aderenţă mică la metal şi rea conducătoare de căldură. Depunerile de calamină sunt favorizate de acţiunea următorilor factori. - scăderea raportului de comprimare, - funcţionarea motorului la regimuri de turaţie şi sarcină coborâtă sau numai la sarcini parţiale, - folosirea combustibililor inferiori (cifra octanică sub CO 98 pentru benzine sau cifra cetanică sub 40 unităţi pentru motorine), - funcţionarea motorului cu amestec carburant bogat, - motorul consumă ulei, - motorul funcţionează la un regim termic foarte scăzut (temperatura lichidului de răcire sub -40 °C).

Stratul de calamină prezintă următoarele efecte negative asupra performanţelor motorului: - contribuie la reducerea coeficientului de umplere în cilindri datorită fie încălzirii amestecului la suprafaţa fierbinte a calaminei, fie frânării circulaţiei gazelor de evacuare sau modificării formei turbioanelor fluidului proaspăt, determinată de rugozitatea pronunţată a suprafeţei stratului de calamină, - favorizează fenomenul de detonaţie, deoarece odată cu creşterea stratului

de calamină (circa 2 mm) se micşorează volumul camerei de ardere, deteminând o creştere a raportului de comprimare, - masa stratului de calamină, fiind uniformă atât pe suprafaţa pistonului cât şi pe diferitele pistoane de la acelaşi motor, poate să creeze forţe de inerţie neechilibrate în mecanismul motor; - stratul de calamină favorizează procesul autoaprinderii fluidului proaspăt, contribuind astfel la supraîncălzirea motorului, - la motoarele cu aprindere prin comprimare (m.a.c), depunerile de calamină pot modifica forma jetului de combustibil prin obturarea parţială a orificiilor pulverizatoarelor din capul injectorului, având drept efect micşorarea penetraţiei jetului de combustibil şi modificarea formei jetului (neuniformitatea jetului – fig. 2.8, poz. b şi c) - la motoarele cu aprindere prin scânteie (m.a.s.) calamina se depune pe electrozii bujiilor, formând un strat poros, izolator termic, care îngreunează procesul de ionizare a mediului dintre electrozi, având drept efect direct scăderea energiei şi înaltei tensiuni care trebuie să se creeze în momentul descărcării electrice (prezenţei scânteii).

a). b).

Fig. 2.8. Forma jetului de combustibil la m.a.c. a – injector curat; b – injector uzat

2.3.2. Procesul formării reziduurilor uleioase sub formă de "lacuri"

Depunerile sub forma straturilor subţiri de "lac" sunt reziduurile din

uleiul oxidat ca urmare a contactului direct dintre suprafeţele fierbinţi ale pieselor motorului cu uleiul de ungere. În aceste condiţii au loc procesele:

- oxidarea uleiului (până la cca 250°C), rezultând un strat subţire lucios, foarte aderent la metal, de culoare gălbuie; în cadrul acestui proces, metalul joacă rolul de catalizator,

- polimerizarea hidrocarburilor grele şi a acizilor graşi din ulei, apoi

condensarea acestora, la temperaturi ridicate (cca 300°C), determinând o creştere însemnată a stratului de lac,

- procesul de cocsare a stratului de lac are loc la temperaturi de peste 300°C şi presiuni ridicate, reziduurile devin foarte dure, cu aderenţă mică la stratul de lac şi acestea, în mod normal, sunt eliminate odată cu gazele de ardere sau rămân în suspensie în stratul limită de ulei în interstiţiul cuplelor motorului.

Lacurile se depun în zona canalelor de segmenţi din piston, favorizând fenomenul de pompaj al uleiului spre camera de ardere, cu consecinţe asupra consumului de ulei motor şi asupra creşterii volumului de gaze arse care trec spre carterul inferior, contribuind astfel atât la cocsarea orificiilor de evacuare a uleiului din segmenţii raclori, cât şi la contaminarea uleiului din carterul inferior. 2.4. Deformarea pieselor mecanismului motor

La piesele mecanismului motor, procesul de deformare este

determinat de acţiunea factorilor: - neconformitatea dimensională a pieselor (ex. rostul de dilatare dintre capetele segmenţilor mai mic de 0,25 mm în poziţie montată; - variaţiile de temperatură ale pistonului determină dilatări neuniforme care conduc la variaţia jocului dintre piston şi cilindru, reprezentând diferenţa între diametrul cilindrului D şi diametrul pistonului Dp; normal, pentru a se evita

apariţia bătăii pistonului, trebuie ca ∆ < 0,001.D. - încălzirea capului pistonului peste limitele admisibile, îndeosebi datorită aprinderilor necontrolate şi depunerilor de calamină, favorizând deformarea flancurilor pistonului şi contribuind astfel la compromiterea etanşării, arderea capului de piston, etc; - deformarea cilindrului, posibilă atunci când grosimea peretului (îndeosebi în zona dintre p.m.i. şi p.m.e.) se micşorează ca urmare a procesului de uzare corozivă - erozivâ deteminată de produşii chimici din lichidul de răcire, iar strângerea la cuplu chiar normal, determină încovoierea cilindrului; - încovoierea arborelui cotit al motorului, deteminată de nerespectarea condiţiilor tehnice de montaj, lipsa de rigiditate a arborelui sau a blocului de cilindru, deformarea bielelor, prezenţa oscilaţiilor de torsiune care se recunosc după forma rupturii arborelui, în diagonală,

- deformarea sau chiar ruperea segmenţilor, datorită: rostul de dilatare dintre capetele segementului este foarte mic sau zero la temperatura normală de funcţionare a motorului; segmentul nu prezintă feţele laterale perfect paralele (este deformat înainte de montare), suprafeţele de aşezare ale segmentului în canalul pistonului nu sunt uniforme ca dimensiune sau planeitate, din cauzele: prezenţa reziduurilor sub forma de lacuri, dilatări neuniforme, formarea pragurilor metalice, etc. - în timpul trecerii de la o suprafaţă de aderare la cealaltă pe cilindru, pistonul nu se deplasează paralel cu axa sa (fig. 2.11); deoarece centrul de greutate al pistonului se găseşte deasupra axei bolţului de piston, datorită inerţiei pistonului intervine un moment care tinde să rotească pistonul în jurul bolţului, astfel încât muchia superioară "a" se mai găseşte pe suprafaţa de aderare precedentă, iar muchia inferioară "b" loveşte partea opusă cilindrului, în concluzie, datorită mişcării oblice a pistonului în timpul aşezării pe peretele cilindrului, segmenţii se pot aşeza mai mult sau mai puţin oblic în canalele lor din piston, contribuind la tendinţa de deformare a segmenţiior, din care cauză se recomandă ca la montaj rostul de dilatare să se plaseze în axa bolţului de piston.

ADMISIA.

După p.m.i, în timpul cursei de aspiraţie forţele masice şi forţele date de presiunea gazelor sunt în sens opus mişcării arborelui cotit, biela îşi modifică poziţia, pistonul aderând la suprafaţa din partea dreaptă a cămăşii de cilindru. La jumătatea cursei de admisie forţa masică este dirijată spre arborele cotit, pistonul trecând în partea stângă a cămăşii de cilindru

COMPRIMAREA.

La începutul procesului de comprimare forţele masice şi cele date de presiunea gazelor au aceeaşi direcţie de acţionare însă biela îşi modifică înclinarea, astfel că pistonul aderă din nou la suprafaţa din partea dreaptă a cămăşii de cilindru. La turaţii mari, la finele comprimării, forţele masice depăşesc forţele date de presiunea gazelor şi sunt dirijate în sens opus mişcării arborelui cotit iar

DESTINDEREA.

În acest caz forţele date de presiunea gazelor sunt mai mari decât forţele masice de inerţie ale pistonului. Datorită aşezării oblice a bielei presiunea gazelor apasă pistonul spre partea stângă a cămăşii de cilindru. La finele cursei de destindere forţele masice de inerţie acţionează în aceeaşi direcţie cu forţele date de presiunea gazelor

EVACUAREA.

După p.m.e. pistonul îşi modifică poziţia datorită forţelor date de presiunea gazelor. De la p.m.e. la p.m.i. viteza pistonului atinge valoarea maximă, apoi se reduce spre PMI, iar forţa masică ce acţionează pistonul îşi modifică direcţia, devenind opusă mişcării arborelui cotit. Datorită forţelor foarte mici de evacuare pistonul „trage” de bielă şi se deplasează pe suprafaţa din partea stângă a

pistonul trece din nou pe partea stângă a cămăşii de cilindru

cămăşii de cilindru

Fig. 2.11. Influenţa înclinării pistonului asupra etanşeităţii cilindrului

- cuzineţii pot prezenta deformaţii în timpul funcţionării motoarelor datorită acţiunii factorilor: modificarea poziţiei capacelor de lagăre, necoxialitatea alezajului din bloc, prezenţa particulelor dure şi grosiere din stratul antifricţiune şi de prezenţa particulelor grosiere în spaţiul dintre cuzinet şi locaşul său, - biela mecanismului motor, sub acţiunea forţei de presiune a gazelor şi de inerţie ale grupului piston se deformează diferit, astfel deformaţie remanentă, care are tendinţa de a micşora distanţa "f” dintre axa corpului bielei şi axa piciorului bielei; prin flambarea bielei, se compromite paralelismul axelor de lucru ale bielei, cu consecinţe asupra: uzurii cuplei fus arbore cotit şi cuzinetul capului bielei, uzurii laterale a piciorului bielei, uzurii pistonului şi cilindrului şi a uzurii suprafeţelor laterale ale capului bielei; prin deformare sub formă ovalizată a capetelor bielei, determinată de acţiunea forţelor axiale de inerţie, apar tendinţe de înţepenire (gripare) a lagărelor de bielă şi încovoierea corpului bielei. 2.5. Griparea (înţepenirea) pieselor mecanismului motor

Griparea unei cuple formate din două piese metalice apare atunci

când, datorită temperaturilor foarte ridicate, începe curgerea materialului mai moale a piesei şi formarea reziduurilor în materialele mai dure, orientate de obicei în direcţia sensului de lucru a piesei mai dure.

Conform teoriei microjoncţiunilor, procesul de gripaj a două corpuri metalice supuse la forte normale FN şi forţe de frecare F1 conferă trei etape distincte (fig. 2.15): - etapa I-a, când se produc frecări fără suduri, respectiv se produce ruperea uşoară a corpului mai moale, datorită acţiunii asperităţilor de pe corpul mai dur asupra materialului corpului mai moale, formându-se aşa-zisele joncţiuni (poz A); - etapa a II-a, când în urma transferului de material de pe corpul cu duritate mai mică 2 pe corpul cu duritate mai mare 1 se produce frecarea între materialele corpurilor (frecare prin sudură), determinând creşterea temperaturii pe suprafeţele în contact, ceea ce favorizează formarea

microjoncţiunilor sau a punţilor de sudură (poz. B), - etapa a III-a, când microsudurile se desprind fără smulgere de materiale şi fără transport de material (frecare prin forfecare), iar coeficientul de frecare are o valoare mai redusă (poz. C). Astfel de adeziune moderată se obţine prin utilizarea unor joncţiuni friabile.

Fig. 2.15. Etapele formării microjoncţiunilor (A) şi a forfecării acestora (B şi C)

Piesele mecanismului motor care sunt afectate de procesul gripării

sunt: pistoanele, segmenţii şi lagărele arborelui cotit. Griparea cuplei piston - segment - cilindru este un proces care apare

în urma încălzirii rapide a zonei de frecare, până la temperatura de topire a metalului, manifestându-se sub forme diferite, de tipul: - tendinţe de înţepenire a pistonului în cilindru, care se manifestă sub forma întreruperii momentane a motorului, - cocsarea segmenţilor şi înţepenirea lor în canalele din piston, - topirea materialului pistonului, curgerea şi antrenarea masei topite în direcţia de lucru a pistonului, - zgârierea şi deteriorarea cilindrului.

Griparea pistonului în cilindrul motor poate fi prezentată şi ca o formă avansată a uzării de adeziune, determinată fie de un rodaj necorespunzător, fie de prezenţa jocului prea mic între piston şi cilindru, fie de prezenţa în cuplă a unui ulei degradat (oxidat, neaditivat sau cu vâscozitate mică), fie de creşterea rapidă a temperaturii motorului.

Gnparea segmentului în canalul său din piston poate fi deteminată de: uzura exagerată a feţei exterioare a segmentului, deformarea pistonului, prezenţa în canalul din piston a particulelor metalice, a reziduurilor carbonoase sau a straturilor subţiri de "lac" care se formează în urina procesului de oxidare, polimerizare şi condensare a uleiului motor în contact cu suprafeţele metalice fierbinţi, etc.

Principalii factori care influenţează blocarea segmenţilor în canalele din piston pot fi: jocurile axiale, temperatura în camera de ardere, temperatura

Deformaţii elastice

Curgere plastică şi joncţiuni

Joncţiuni

b) c)

lichidului de răcire, consumul de ulei, turaţia motorului, sarcina, presiunea uleiului de ungere, raportul de comprimare. Dacă motorul consumă ulei în cantităţi exagerate, înseamnă că parţial uleiul trece în camera de ardere unde se arde şi contribuie la formarea reziduurilor carbonoase, iar particulele dure neevacuate cu gazele de ardere se pot întoarce în canalul segmentului prin interstiţiul piston – segment – cilindru, contribuind la înţepenirea şi cocsarea segmentului.

Cocsarea segmentilor

Fenomenul de cocsare apare ca urmare a supraincalzirii pistoanelor,

scaparilor de gaze datorate uzurii excesive a segmentilor si, deci, arderii uleiului, care se depune sub forma de calamina in canalele segmentilor. Cand stratul de calamina depus atinge limita maxima se ajunge la blocarea acestora in canale.

Segmentii nu vor mai asigura etansarea si racirea pistonului; astfel au loc scapari masive de gaze arse in carterul de ulei, iar gazele de evacuare vor avea culoare albastra. In aceste cazuri motorul nu mai dezvolta puterea normala, iar pornirea se va dovedi a fi dificila. De asemenea, consumurile de combustibil si ulei cresc mult peste limitele normale, in timp ce compresia la cilindrul cu segmentii cocsati va fi scazuta.

Remedierea segmentilor cocsati consta in demontarea ansamblului piston – segmenti – biela, curatarea de calamina a canalelor segmentilor si inlocuirea segmentilor. Noii segmenti vor fi montati in canalele din pistoane cu ajutorul unui cleste special, respectandu-se decalajul fantelor segmentilor, respectiv valoarea unghiului de 1200 la pistoanele cu 3 segmenti si la un unghi de 900 la pistoanele cu 4 segmenti.

Exista cazuri de rupere a segmentilor in locasurile lor in timpul functionarii motorului. In majoritatea cazurilor cauza este materialul necorespunzator din care sunt fabricati segmentii sau montarea incorecta. Ruperea segmentilor poate fi implicata de blocarea acestora in canalele din piston, supraincalzirii sau functionarii motorului cu detonatii.

Defectiunea se va constata usor, prin scaderea compresiei la cilindrul respectiv, avand loc scapari mari de gaze, puterea motorului diminuandu-se. In plus, la antrenarea arborelui cotit apare un zgomot caracteristic, distingandu-se un „zgariat” metalic.

Daca uzura cilindrului datorata unui segment rupt este mare se va inlocui cilindrul respectiv. In cazul in care rizurile provocate de segment sunt usoare atunci se poate practica o slefuire a cilindrului. Ruperea boltului

O defectiune mai rara este ruperea boltului de piston. Acest fenomen apare la griparea pistonului sau ca urmare a uzurii mari si a cresterii exagerate dintre boltul (flotant) si umerii pistonului sau bucsa de biela. Boltul rupt provoaca un zgomot metalic ascutit, uniform la accelerarea brusca a motorului. Motorul trebuie oprit imediat, deoarece pot aparea defectiuni la cilindru, biela si chiar la arborele cotit.

2.2.2. Lucrări de mentenanţă la mec motor

Majoritatea pieselor motorului sunt supuse la solicitări mecanice, uneori cu şoc, solicitări termice, la frecări, determinând uzuri ale suprafeţelor de lucru, procese care modifică capacitatea de funcţionare a subansamblului, modificând dimensiunile şi formele pieselor, jocurile constructive, proprietăţilor fizico – chimice ale materialelor, etc. Pentru prevenirea, micşorarea sau chiar eliminarea acţiunii solicitărilor menţionate este necesar să se efectueze o serie de lucrări de mentenanţă, care trebuie realizate după un anumit timp optim sau kilometri rulaţi şi în anumite condiţii tehnice. Principalele lucrări de mentenanţă la motor sunt: a). Controlul şi refacerea etanşeităţii chiulasei Controlul etanşeităţii chiulasei – bloc motor se face vizual, auditiv sau prin măsurarea presiunii la sfârşitul comprimării, fără a demonta chiulasa, localizând neetanşarea fie la îmbinările chiulasă – bloc motor, fie la galerie de admisie – bloc motor, la capacul de chiulasă, baie de ulei – bloc motor, la garniturile de etanşare de la capacul de distribuţi sau la capacul palier spate al motorului. Cauzele neetanşeităţii chiulasei sunt: supraîncălzirile motorului, în special determinată de lipsa lichidului de răcire sau de defectarea termostatului, de nestrângerea la cuplu sau în ordinea prescrisă a şuruburilor de chiulasă, garnitura de chiulasă aplatizată sau ruptă.

Refacerea etanşeităţii chiulasei se realizează prin lucrări de refacere a planeităţii chiulasei (maxim 0,05 mm), înlocuirea garniturii de chiulasă cu altă garnitură originală şi strângerea la cuplu a chiulasei. Se recomandă ca după această lucrare să se înlocuiască uleiul motor şi să se corecteze jocul termic în mecanismul de distribuţie. Celelalte neetanşeităţi ale subansamblurilor montate pe blocul motor înlătură prin înlocuirea garniturilor de etanşare şi prin restrângerea la cuplu. Se menţionează că de regulă garniturile sau inelele din cauciuc care asigură etanşeitatea cămăşilor de cilindru pe blocul motor, la inlocuire, trebuie alese dimensional, astefl încât să se asigure înălţimea de ridicare a cămăşii de cilindru de 0,05 mm, pentru a putea realiza la strângerea chiulasei imobilizarea cilindrilor în poziţia fixată. b). Strângerea chiulasei pe blocul motor Strângerea chiulasei trebuie realizată după fiecare intervenţie tehnică, ce necesită demontarea chiulasei sau a garniturii acesteie. Strângerea se face la cuplul prescris de constructor, valorile fiind diferenţiate în funcţie de: presiunile realizate în camera de ardere, de regimul termic al motorului şi de materialele utilizate pentru chiulasă, bloc motor, care au coeficienţi de dilatare diferiţi. O strângere insuficientă conduce la înrăutăţirea etanşeităţii camerei de ardere. Sub acţiunea temperaturilor şi presiunilor foarte ridicate, garnitura de chiulasă se poate arde şi uneori chiar apar forţe dinamice suplimentare, vibraţii care vor conduce la obosirea materialelor şuruburilor de chiulasă, ajungându-se la ruperea acestora. O strângere forţată poate să conducă fie la fisurarea locaşului din blocul motor, fie la forfecarea şurubului sau a prezonului chiulasei. Strângerea şuruburilor de chiulasă trebuie să se facă respectându-se următoarele condiţii:

� motorul trebuie să fie rece, � se realizează o prestrângere a piuliţelor până apare o rezistenţă la

parghia cheii, după care se realizează o strângere, la un cuplu mai mic cu circa 10% decât maximul de fixare (la motorul 810 – 99, la 5,5 daN.m, faţă de 6,5 daN.m, la motorul SAVIEM 797 – 05 la 12 daN.m, faţă de 15,5 daN.m, la motorul MAN D2156 HMN8 la 13 daN.m, faţă de 18 daN.m), respectându-se ordinea de strângere în cruce sau în spirală,

Fig.

� strângerea definitivă la valoarea cuplului prescris se va face

respectând ordinea de strângere şi o pretensionare a şurubului prin slăbirea strângerii piuliţei cu 1/3 rotaţii, apoi strngerea va fi definitivă la cuplul prescris şi măsurat cu cheia dinamometrică,

� strângerea trebuie să se facă uniform şi nu cu şocuri. Orice restrângere a şuruburilor de chiulasă (de regulă după 500 km rulaţi de la ultima intervenţie tehnică) se face cu o slăbire de 1/3 rotaţii, apoi strângere uniformă de la 1/3 la ½ din cuplul maxim, apoi 2/3 din cuplu, urmând strângerea la valoarea maximă a şuruburilor. c). Decalaminarea Îndepărtarea calaminei se recomandă să se facă fără demontarea chiulasei, folosindu-se metodele:

� alternarea rapidă a regimurilor de funcţionare a motorului, proces care determină îndepărtarea calaminei prin ardere şi prin desprinderea calaminei ca urmare a creşterii vitezelor gazelor proaspete şi a celor de evacuare,

� introducerea injceţiei de apă în camera de ardere în timpul fazei de admisie,

� curăţirea pe cale chimică a chiulasei demontate,

Soluţii pentru spălarea chiulasei

oţel aluminiu

cantitate soluţie cantitate soluţie

2,5 kg sodă caustică 2 kg sodă calcinată

31 kg sodă calcinată 100 l apă

0,8 kg săpun 1 kg săpun

0,5 kg bicarbonat de potasiu

1 l sticlă solubilă 0,8 l sticlă solubilă

100 l apă

2 3

4 5

6 7

8 9

d). Îndepărtarea tartrului din chiulasă şi blocul motor Tartrul – crusta de piatră, Mg(OH)2 – reprezintă depuneri pe pereţii interiori ai chiulasei, blocului motor şi radiatorului, ca urmare a reacţiilor chimice dintre sărurile din apă şi oxizii metalici, la variaţii de temperatură a lichidului de răcire sau a chiulasei.

( ) HCl2OHMgOH2MgCl 222 ⋅+⇔⋅+ ()

Efecte: - înrăutăţeşte transferul de căldură (la 0,2 mm crustă, temperatură

creşte cu 250C), - apare coroziunea cilindrilor la partea exterioară a cămăşii, apoi vibrează sau se deformează la strângere. Soluţie: NaCO3 (1kg) + H2O (10 l) + petrol (1 l) = amestec la 800C – se ţine 12 h. Îndepărtarea crustei de piatră de pe pereţii chiulasei, a blocului motor sau a radiatorului se face folosind soluţii pe bază de carbonat de sodiu care au rolul de a micşora aderenţa dintre crusta de piatră şi suprafaţa metalică, îndepărtarea facându-se cu ajutorul lichidului de răcire. Tehnologia este următoarea:

� se scoate lichidul din instalaţia de răcire, � se demontează termostatul, � se spală instalaţia de răcire cu jet continuu de apă, motorul

funcţionând 5 – 10 min., � se introduce soluţia de bicarbonat de sodiu, motorul funţionând

astfel circa 5 min., după care se lasă 10 – 12 h, � se îndepărtează soluţia şi se spală circuitul cu apă, motorul

funcţionând, � se reintroduce în instalaţie lichidul de răcire.

e). Strângerea la cuplu a lagărelor paliere şi a lagărelor de bielă De regulă cuzineţii au o deschidere mai mare decât cea pe care o au în stare montată. Datorită acestei deschideri este necesar să li se creeze o stare de pretensionare, care dispare după introducerea sa în lagăr. Pretensionarea se realizează cu ajutorul şuruburilor de fixare a capacelor lagărelor, forţa care acţionează asupra şuruburilor depinzând de cuplul de strângere.

Strângerea la cuplu are rolul de a împiedica rotirea şi vibraţia cuzinetului, precum şi pentru preluarea sarcinilor termice provenite din încălzirea cuzineţilor şi a carterului din aluminiu. Astfel carterul se dilată mai mult decât cuzinetul având drept consecinţă slăbirea prestrângerii cuzinetului. Prestrângerea se verifică prin măsurarea cu lera la nivelul capacului lagărului astfel: se strâng la cuplu prescris ambele şuruburi ale capacului lagărului palier, apoi se deşurubează unul dintre şuruburile capacului şi se introduce lera între capac şi partea fixă a lagărului. La trecerea uşoară a lerei se măsoară distanţa prescrisă: 0,15 – 0,30 mm.

Top Related