Система питания

Общие сведения. Система питания двигателя вклю­чает узлы и детали, соединенные топливопроводами в единое функциональное целое. Детали системы, подвергаемые повреждениям вследствие трения или химического действия среды, изготавляются из углеродистых или легированных сталей, цветных металлов (сплавов меди, алюминия, цинка), а также из пластмассы (топливопроводы, поплавки, детали карбюратора и топливного насоса, пр.).

Основными причинами коррозии деталей системы являются наличие в топливе серы, а также конденсация влаги на внутренних стенках скрытых полостей.

В процессе эксплуатации двигателя необходимо применять топлива соответствующего качества, соблюдать его чистоту, а также чистоту внешних агрегатов системы питания. Заливать топливо нужно через лейки с сеткой. Кроме того, нельзя допускать попадания воды или снега во время заправки автомобиля топливом. При периодической промывке фильтров и бака, со­гласно заводской инструкции, надо пользоваться чистой посудой.

Топливный насос высокого давления и форсунки. Основные детали топливного насоса и форсунок изготовляются из материала, обладающего большой износоустойчивостью и способностью сохранять размеры после получения соответствующей формы. Плунжер, втулка плунжера, нагнетательный клапан и его седло, распылитель и иглы форсунок изготовляются из легированной стали с последующим азотированием. Толкатель, регулировочные винты, вал с кулачками, корпус форсунки из­готовляются из углеродистой стали с соответствующей закалкой и отпуском до необходимой твердости. Кулачки валика подвергаются цементации.

Корпус топливных насосов чаще всего изготовляется из легких сплавов (например, цинка или алюминия). Для топли­вопроводов высокого давления (от топливного насоса до форсунок) применяются толстостенные трубы из мягкой стали. Топливопроводы низкого давления изготовляются из стальной лоиты, покрытой медью, или из пластмассы. В некоторых двигателях применяются топливопроводы низкого давления из меди или латуни.

Несмотря на большую точность изготовления рабочих по­верхностей плунжера и его втулки, они подвергаются абразивному и коррозионному износу. Вредные примеси горючего (на­пример, сера) вызывают на поверхностях контакта этих дета­лей, а также форсунок химические изменения. Окисление металла происходит между работающими поверхностями деталей, имеющими возвратно-поступательное перемещение друг отно­сительно друга, и вызывает фреттинг-коррозию. Этот тип кор­розии приводит к постепенному ухудшению сопряжения плун­жер-втулка, уменьшает сопротивление усталости этих деталей и, кроме того, содействует износу. Начальный износ деталей топливных насосов и форсунок является результатом абразивного действия твердых частиц пыли, находящихся в топливе, а также продуктов адгезионного износа. С момента появления между трущимися поверхностями частиц оксидов трение ста­новится доминирующим процессом.

Вредные примеси топлива также приводят к появлению на рабочих поверхностях втулки и плунжера химических измене­ний, ускоряющих износ этих деталей.

Топливные баки. Изготовляются обычно сваркой или завальцовкой деталей, штампованных из листовой стали, освин­цованной горячим способом. Внутренняя поверхность баков за­щищается от коррозии соответствующими покрытиями, напри­мер лаками горячей сушки или химически отверждаемыми. В грузовых автомобилях баки расположены обычно сбоку на раме, под сиденьем водителя или под кузовом, а в легковых - под крышкой багажника или под задними сиденьями. Разме­щение бака снаружи автомобиля благоприятствует атмосфер­ной коррозии его наружных поверхностей. В таких случаях баки защищаются от коррозии лакокрасочными покрытиями или синтетическими материалами, обладающими хорошей адгезией с поверхностью, покрытой слоем свинца.

Сильным стимулятором коррозии внутренних поверхностей баков является вода, имеющаяся в топливе, причем независимо от состояния, в котором она находится. Вода конденсируется на стенках бака и сильно активизирует коррозионные процес­сы, происходящие в результате изменений окружающей тем­пературы.

Следует также помнить, что смолы, содержащиеся в топли­ве, осаждаются на стенках бака и содействуют тоже коррози­онным процессам.

Шасси

Общие сведения. К шасси легкового автомобиля относят трансмиссию, подвеску и системы управления. Каждый из агрегатов шасси состоит из узлов и деталей. Подробный анализ материалов деталей шасси невозможен в рамках дан­ной книги, поэтому авторы ограничились общим рассмотрением некоторых коррозионных процессов и их влияния на износ и техническое состояние автомобиля. Это целесообразно, так как износ деталей и агрегатов является результатом взаимо­действия целого ряда факторов физического и химического ха­рактера. Оценить же степень влияния каждого фактора на износ очень трудно.

При правильном использовании и соответствующем обслу­живании автомобиля коррозионный износ механизмов и дета­лей шасси не является основным. В автомобилях, имеющих большие пробеги, тем не менее встречаются прокорродировавшие наружные поверхности рычагов штанг и мест соединений, плохое состояние окраски. Эти коррозионные процессы играют определенную роль в технической эксплуатации автомобиля.

Коррозия деталей шасси зависит от условий эксплуатации и хранения автомобиля. Автомобиль подвергается электрохи­мической коррозии от воздействия атмосферных условий, а также химической коррозии внутри агрегатов вследствие образования агрессивной среды от окисления масел. Химическая коррозия особенно быстро развивается внутри агрегатов автомобилей, простаивающих длительное время.

Детали автомобиля, работающие в условиях хорошей смаз­ки, во время эксплуатации подвергаются также коррозии. Ввиду того, что износ в результате трения деталей в несколько раз превышает износ от коррозии, то считается, что коррозионные процессы в условиях хорошей смазки относятся к второстепен­ным. Проблема защиты от коррозии ставится на первый план при длительных простоях автомобиля, а также в случае мало интенсивной эксплуатации, когда несмазываемые детали под­вергаются сильному коррозионному разрушению.

Пренебрежение к периодическим мероприятиям по защите от коррозии в период длительного хранения автомобиля может впоследствии привести к такому развитию коррозионных процессов, что пробег его до ремонта может сократиться в не­сколько раз.

Чтобы продлить период межремонтного пробега шасси, не­обходимо внимательно наблюдать за работой узлов и деталей и при малейшем проявлении износа или коррозии провести мероприятия по прекращению их дальнейшего развития.

Коррозия движущихся деталей и нормалей предотвращается нанесением противокоррозионных смазочных материалов. Ла­кокрасочные покрытия после удаления очагов коррозии приме­няются для защиты деталей из листового металла. Для защиты шасси автомобиля применяются также битумно-восковые ком­позиции.

Карданный вал. Трубы карданных валов изготовляются обычно из углеродистой стали с содержанием 0,2 - 0,4% С, а шлицевые соединения из углеродистой стали, содержащей 0,45% С. Шлицы вала подвергаются термической обработке. Крестовины и корпуса подшипников изготовляются из леги­рованной стали хромоникелевой или никелево-молибденовой с малым содержанием углерода (0,2%) и последующей цемен­тацией.

Незащищенные шарниры, валы и другие детали в зимний период подвергаются действию концентрированных растворов солей, что благоприятствует развитию электрохимической кор­розии. В случае открытого или плохо герметизированного шар­нира возникает возможность проникновения этих растворов в подшипники и образования там очагов коррозии, которые при­водят к быстрому износу шарнира.

Износ соединений шлицевых валов проявляется в смятии краев смежных выступов. Шлицевые соединения хорошо рабо­тают в условиях ограниченной смазки. В этих условиях кор­розионные процессы развиваются медленно и практически их невозможно заметить. Однако смесь смазки и грязи оказывает отрицательное влияние на коррозионные процессы и износ этих деталей. Применение закрытых шлицевых соединений позволя­ет устранить эти недостатки.

В плотных шлицевых соединениях карданных валов иногда наблюдается фреттинг-коррозия. На контактирующих поверх­ностях возникают коррозионные язвы, а между ними появля­ются мелкие твердые частицы оксидов. Интенсивность такой коррозии зависит от нагрузок и амплитуды взаимного осевого перемещения деталей. Вследствие коррозии изменяется шеро­ховатость поверхности и снижается усталостная прочность де­талей.

Подшипники качения. Изготовляются из легированной ста­ли с содержанием 0,4-1,65% Сг и около 1% С. Эта деталь поддается обработке улучшением.

В подшипниках качения первым признаком их износа в результате трения является увеличение осевых и радиальных зазоров. Коррозионное влияние смазок незаметно и ограничи­вается мало интенсивным окислением беговых дорожек под­шипника.

Увеличение зазоров в подшипнике вызывает рост динами­ческих нагрузок ударного характера. В результате перегрузок между поверхностями тел качения и беговых дорожек воз­растают удельные давления. Циклически повторяющиеся на­грузки способствуют окислению поверхностного слоя и обра­зованию коррозионных язв (фреттинг-коррозия). Кроме того, в результате поверхностной усталости материала появляются' нитевидные трещины в поверхностном слое.

Микротрещины и коррозионные язвы при действии окислен­ных смазок, особенно содержащих воду, приводят к коррозион­ной усталости. Под ее влиянием микротрещины развиваются гораздо быстрее и образуют повреждения, приводящие к по­ломке подшипника (шарика или кольца). Кроме того, продук­ты коррозии в виде мелких частичек оксидов ускоряют износ подшипника вследствие трения. В результате повышенного нагрева подшипника из-за увеличения трения между те­лами качения и беговыми дорожками на его поверхности образуется налет оксидов, ухудшающий эксплуатационные качества подшипника. Цвет налета определяется толщиной слоя оксидов и зависит от процесса окисления материала, который протекает при повышенной температуре. Таким об­разом, структурные изменения верхнего слоя материала в результате химической коррозии способствуют абразивному износу.

Исправный подшипник качения не должен иметь осевых и радиальных зазоров. Рабочие поверхности тел качения долж­ны быть ровными и блестящими. Не следует при ремонте уста­навливать подшипники с коррозионными пятнами на шариках или на беговой дорожке, так как развивающаяся коррозия приводит к его преждевременному износу.

Шестерни. Изготовляются из низкоуглеродистой стали или из стали со средним содержанием углерода, легированной хро­мом, никелем, молибденом. Они обязательно подвергаются це­ментации или цианированию. Детали червячных передач изго­товляются также из бронзовых сплавов.

В любом агрегате автомобиля шестерни обильно смазыва­ются разбрызгиванием масла или погружением в картер. При такой смазке коррозионные повреждения почти незаметны, а химическая коррозия вследствие окисления тормозится наличи­ем в трансмиссионных маслах ингибиторов. Следует помнить, что коррозионная опасность из-за окисления трансмиссионных масел, содержащих серу, хлор, фосфор и другие элементы, уси­ливается с ростом температуры. Вредное действие оказывает и эмульгированная в масле вода. Особенно это относится к бронзам.

В износе зубчатых колес большую роль играет усталость верхнего слоя материала. В результате локальных цикличных перегрузок и роста среднего удельного давления происходит изменение структуры поверхностного слоя. При усталости ма­териала образуются нитевидные микротрещины, которые час­то являются началом действия коррозионной усталости, раз­вивающейся в агрессивной среде. Единичная вначале трещина расширяется и углубляется при одновременном появлении в результате коррозии усталостной сетки микротрещин. С по­верхности начинают выкрашиваться частички материала, ко­торые могут привести к поломке зуба. Такие повреждения шес­терен приводят к необходимости разборки всего агрегата.

Повреждение шестерен можно затормозить тщательным выполнением всех требований по техническому обслуживанию: применением масел соответствующего качества, регулярной за­меной масел, своевременной консервацией и т. п.

Рессоры, пружины и торсионы подвески. Упругие элементы подвески изготовляются из пружинных легированных сталей, поставляемых в прутках необходимого сечения. Закалка явля­ется обязательной операцией при изготовлении рессор. Пальцы рессор обычно изготовляются из легированной стали с содер­жанием 0,15-0,20% Сие последующей цементацией. Углеро­дистые стали с содержанием 0,45% С подлежат поверхностному упрочнению.

Детали подвески теряют свои упругие свойства или покры­ваются трещинами прежде всего от переменных нагрузок. Усталостные микротрещины на рессорных листах вызывают развитие коррозионной усталости материала. Износ рессорных листов, возникающий при взаимном их перемещении, усиливается действием абразивных частиц, соли и атмос­ферной коррозии. Для повы­шения противокоррозионных свойств рессорные листы фосфатируют, а затем покрывают. Защита чехлом листовых слоем графитной смазки. На внешнюю поверхность рессоры после сборки наносится за­щитное покрытие из битумной мастики.

Особого внимания требуют пружины и торсионы подвески. Под влиянием постоянных нагрузок материал пружин подвер­гается усталости, что выражается структурными изменения­ми поверхностного слоя в виде образования сетки микротре­щин. Повреждения защитных покрытий пружин и торсионов и в виде вмятин и рисок создают условия для возникновения очагов атмосферной и электрохимической коррозии. Коррозион­ные язвы и выкрашивания создают условия для локальной концентрации напряжений. В углублениях трещин ослаб­ляется профиль, вызывая поломку пружины или торсиона.

Описанные повреждения упругих элементов можно предот­вратить соответствующим техническим обслуживанием и внеш­ней защитой. Рессоры между листами следует сма­зывать, а спиральные пружины и торсионы защищать от внеш­них повреждений и дорожной грязи. Для защиты пружин, не имеющих защитного покрытия, от атмосферной коррозии, их необходимо периодически смазывать. Защитные покрытия тре­буется периодически обновлять, применяя для этих целей битумно-восковые композиции.

Амортизаторы. Независимо от конструкции гидравлических амортизаторов главными его элементами являются цилиндр, поршень и комплект дросселирующих клапанов. Для нор­мального функционирования амортизатора существенное зна­чение имеет сопряжение поршня с цилиндром, так как эти де­тали быстрее всего подвергаются износу и, следовательно, искажают характеристику амортизаторов. Кроме абразивного из­носа, здесь возникает коррозионный износ, являющийся ре­зультатов действия амортизаторной жидкости. Как и в маслах, факторами коррозии являются вода, загрязнения и продукты окисления жидкости.

Смешивание или применение несоответствующих жидкос­тей вследствие их химического разложения усиливает корро­зионное действие. Особенно разрушаются алюминиевый поршень, стальные детали в местах уплотнения резиной, пружины и клапаны амортизатора.

Некоторые изготовители для зашиты наружной поверхности амортизаторов применяют противокоррозионное покрытие из порошковых красок, которое является одним из новых методов в технологии защиты от коррозии. Растертые соответствующим образом синтетические вещества наносятся распылением в электростатическом поле на поверхность, а затем спекаются повышенной температуре. Таким образом, получаются толстые (100 мкм) защитные слои с хорошими противокоррозионными свойствами. Ввиду того, что выпускаемые сейчас порошковые краски не обеспечивают требуемого внешнего вида автомобиля, они применяются для окраски только нелицевых поверхностей

Тормоза. Детали тормозов изготовляют почти из всех материалов, применяемых в автомобилестроении. Широко используются: чугун обыкновенный и легированный (тормозные барабаны, цилиндры), углеродистая сталь (барабаны, разжимные. кулаки, трубопроводы), бронза (втулки), легкие металлы (поршни), неметаллические материалы (резиновые манжеты, шланги).

В тормозах износу подвергаются поршни и поверхности ко­лесных цилиндров, барабаны и накладки. Тормозной барабан изнашивается прежде всего из-за трения и, кроме того, подвер­гается действию атмосферной коррозии. Этот процесс значи­тельно усугубляется при увеличении температуры при тормо­жении автомобиля. Тормозные барабаны, цилиндры и колодки, помимо этого, подвержены агрессивному действию растворов соли, которой посыпается зимой дорожное покрытие. На ци­линдры и поршни оказывают коррозионное влияние компонен­ты тормозной жидкости и вода, которая может конденсировать­ся в небольших количествах в системе гидропривода. Повы­шенная температура при работе и каталитическое действие металла деталей создают условия, способствующие окислению компонентов тормозной жидкости. В результате этого процесса в жидкости образуются агрессивные соединения, которые уско­ряют процесс коррозии и в короткое время могут вывести из строя всю систему.

Особенно опасна коррозия металлических тормозных тру­бопроводов, прикрепляемых под кузовом автомобиля и вслед­ствие этого подвергаемых разрушениям от воздействия воды, грязи и солей. Металлические тормозные трубопроводы под­вергаются сильной коррозии, которая проявляется внезапно после 3-5 лет эксплуатации автомобиля. В результате дейст­вия коррозионных и механических факторов на трубопроводы в них образуются трещины, которые могут привести к аварии автомобиля. Коррозионные разрушения тормозных трубопрово­дов бывают различные. Например, язвенная коррозия встре­чается в порах защитного покрытия, щелевая - в местах контакта трубопроводов с синтетическими материалами или резиной, контактная - в местах соединения трубок с деталями, изготовленными из другого металла, а также коррозия под на­пряжением, возникающая при наличии даже небольших нагру­зок.

Надежность работы тормозов во время эксплуатации авто­мобиля определяется материалом трубок, свойствами защит­ных покрытий, а также способом соединения трубопроводов между собой и с кузовом.

Широко применяются тормозные трубопроводы, изготов­ленные из стальных паяных труб, покрытых медью, цинком, оловом или сплавом олова со свинцом. На стальные трубопро­воды из бесшовных трубок также наносится защитное покрытие из цинка, олова или сплава олова со свинцом. Некоторые за­воды в качестве материала для тормозных трубопроводов при­меняют медь с содержанием 0,025% фосфора. Трубопроводы из коррозионностойкой стали имеют хорошую стойкость, но они, как правило, не применяются из-за высокой стоимости.

Влияние материала и типа тормозных трубопроводов на эксплуатационные свойства тормозов можно охарактеризовать следующим образом:

- паяные стальные трубопроводы имеют низкую коррозионную стойкость независимо от вида защитного покрытия. Контакт­ная коррозия, возникающая в порах медного покрытия из-за об­разования пары Сu - Fе, способствует появлению язв, приводя­щих к сквозной коррозии;

- стальные бесшовные трубопроводы с гальваническими по­крытиями подвергаются сильной язвенной коррозии из-за слиш­ком тонких слоев цинка (менее 25 мкм), пористости оловянного или оловянно-свинцового покрытия, механического поврежде­ния этих покрытий в местах крепления;

- медные трубопроводы надежно работают при условии пра­вильного конструктивного решения в местах стыка с другим металлом;

- трубопроводы из коррозионностойкой аустенитной стали с молибденом не подвергаются коррозии при правильном соеди­нении их между собой и с кузовом автомобиля.

Конструкция соединения трубопроводов с другой металли­ческой частью автомобиля оказывает значительное влияние на надежность тормозной системы. Грязь, скапливающаяся в мес­тах соединений, вызывает контактную коррозию, появляются усталостные трещины и сквозное разрушение трубопроводов.

Для безопасной эксплуатации автомобиля рекомендуется систематически и тщательно проверять наружное состояние тормозного привода и своевременно заменять тормозную жид­кость.

Детали резьбовых соединений. Болты, винты, гайки, приме­няемые для крепления узлов шасси, изготовляются из стали без покрытия или чаще всего с последующим оксидированием, фосфатированием или цинкованием для создания на поверхности защитного слоя. Эти детали подвергаются сильной кор­розии от действия влаги, грязи и растворов солей. Зная, что интенсивность разрушения металла в таких условиях составля­ет 0,1- 0,3 мм в год, можно определить потери вследствие кор­розионного разрушения. Повреждения выражаются в появлении язвенной коррозии болтов, вызывающей их разрыв или раз­рушение резьбовой части. Такие повреждения затрудняют про­ведение демонтажа узлов шасси и снижают безопасность поль­зования автомобилем, так как микротрещины болтов внешним осмотром не обнаруживаются.

Детали резьбовых соединений защищают от коррозии водостойкой смазкой. Хорошие результаты дает также об­работка болтов и их консервация смазками для стальных канатов, работающих в условиях большой влажности или в воде.

Колеса. Автомобильные колеса изготавливают из стали, причем существуют три основные системы их противокоррози­онной защиты:

- окраска противокоррозионными красками;

- нанесение порошковых красок;

- металлизация напылением алюминия.

Автомобильные колеса работают в исключительно неблаго­приятных коррозионных условиях, так как постоянно подвер­гаются обрызгиванию водой и грязью. Но из-за массивности колес коррозионные повреждения не представляют для них серьезной угрозы. Единственной опасностью является возмож­ность разрушения части прокорродировавшего края обода, что может привести к повреждению покрышки. Гораздо более серь­езной проблемой является коррозия болтов крепления колеса, которая может чрезвычайно осложнить его снятие, а иногда даже сделать это невозможным. Поэтому, защита этих болтов целесообразна.

О надежности заводской антикоррозинной защиты

У владельцев многих иномарок существует мнение, что их автомобилям не нужна дополнительная антикоррозионная обработка, т.к. на конвейере уже обо всем позаботился производитель. А если данный автомобиль оснащен оцинкованным кузовом, то это мнение переходит в настоящую убежденность. Но, как оказывается, реальность несколько отличается от ожиданий. Но обо всем по порядку.

Помимо оцинковки, набирающей популярность в развитых странах, для защиты от коррозии применяют различные методы грунтования. При производстве отечественных автомобилей чаще используется так называемый анафорезный метод. В развитом мире он уже давно устарел морально, т.к. демонстрировал низкие показатели антикоррозионной стойкости. Тем не менее, в нашей стране его применяют весьма активно.

Катафорезный метод грунтования более эффективен. Но как показала реальная эксплуатация, без дополнительной антикоррозионной обработки подобные кузова также довольно быстро пасуют перед ржавчиной. Данный метод используется в России все активнее. К примеру, новые вазовские модели, а также многие иномарки обрабатываются именно таким образом.

Наконец, наиболее действенный способ заводской борьбы с коррозией - оцинковка. В автомобильной промышленности принята толщина цинкового покрытия 6-9 мкм. На опытной пластине с такой толщиной гальванического цинка при ее размещении в станции натурных испытаний (напр. промышленной зоне большого города) первые признаки коррозии проявляются в среднем уже через 9-12 месяцев. Это объясняется наличием микропор в цинковом покрытии, через которые влага воздуха вместе со всеми примесями проникает до металла, и процесс прошел. Чем толще цинковое покрытие, тем меньше вероятность, что микропоры «совпадают», и тем надежнее защита. Каждый дополнительный мкм цинкового покрытия увеличивает вес автомобиля и тем самым расход топлива. Поэтому найден компромисс — 6-9 мкм цинкового покрытия, что значительно уменьшает коррозионную стойкость автомобиля и не столь уж увеличивает расход топлива. Действительно, оцинкованные кузова «живут» гораздо дольше. Но не так долго, как это принято думать. Срок их жизни, во-первых, зависит от толщины гальванического покрытия, типа (двустороннее или одностороннее), а главное - от наличия в процессе эксплуатации его повреждений. Последних избежать практически невозможно, т.к. они появляются во время точечной сварки, когда не только «сгорает» тонкий слой цинка, но и оголенная сталь образует в месте сварки гальванический элемент с цинком, тем самым ускоряя начало коррозии. Поэтому даже оцинкованные кузова по прошествии нескольких лет эксплуатации страдают от коррозии в случае отсутствия дополнительной поддержки антикоррозионных материалов.