Тепловой зазор поршневых колец: зачем нужен и каким должен быть?
Большинство автомобилистов слышали о таком понятии, как зазор поршневых колец. Но немногие из них могут похвастаться наличием определенных знаний в этой области. Еще меньшее количество из них разбираются в том, каким должен быть тепловой зазор в замке поршневых колец. В первую очередь стоит отметить, что к поршневым деталям двигателя выдвигаются определенные требования. В основном они базируются на требованиях к их качеству. Поскольку на поршневые детали оказывается огромное влияние инертных сил и прочих факторов вроде температуры и воздействия газов, то и качество поршневых деталей должно быть безупречным. В этом материале рассмотрим, для чего нужен тепловой зазор и каким он должен быть.
Тепловой зазор: зачем он нужен?
Практически все водители, разбирающиеся хоть мало-мальски в узлах автомобиля, понимают, что все детали авто во время эксплуатации подвергаются воздействию высоких температур. Соответственно при увеличении температурного режима все детали склонны расширяться. Однако мало кто знает, что при расширении детали также изменяют и свои параметры. А это в свою очередь приводит к тому, что значительно ухудшается работа других элементов механизма. Нередко это может приводить и к еще более плохому развитию — повреждению механизмов. Тепловой зазор в замке поршневых колец считается одной из наиболее важных конструктивных особенностей, благодаря которой и обеспечивается нормальная работа всех поршневых кругов. Поэтому чтобы система правильно функционировала, обязательно должно выполнятся условие свободного вращения в канавке. В противном случае может произойти заклинивание, за счет чего невозможным станет уплотнение и отвод тепла.
Каким должен быть тепловой зазор?
В конструкции поршня предусмотрена два вида колец. Первые из них компрессионные, которые препятствуют пропуску сгоревших газов. Вторые маслосъемные, которые осуществляют съем излишков масла со стенок цилиндра двигателя. И те и другие по своим конструкционным особенностям не сплошные. В них есть разрез, благодаря которому при нагреве не происходит заклинивание обода. Также именно разрез и способствует хорошему прижатию к стенкам цилиндра. Наличие теплового зазора в замке в этом вопросе играет немаловажную роль. Допустимым зазором считается значение в 0,3-0,6 мм. При несоответствии параметра данному значению может запросто привести к серьезным повреждениям в цилиндре.
Подробнее о тепловом зазоре будет рассказано в этом видеоматериале:
Тепловой зазор подшипника – что это и зачем нужен
Тепловой зазор подшипника представляет собой расстояние между обоймами и телами качения — шариками или роликами, благодаря которому обеспечивается свободное перемещение колец относительно друг друга в двух направлениях — радиальном и осевом.
Зазор, его еще называют люфтом, позволяет компенсировать расширение изделия под воздействием высоких температур в процессе эксплуатации, тем самым предотвращает заклинивание детали и ее преждевременный выход из строя.
Виды тепловых зазоров подшипника
Бывает двух видов:
- Радиальный – это величина смещения колец в радиальном направлении по отношению друг к другу без приложения дополнительных усилий.
- Осевой – величина сдвига наружного кольца по отношению к внутреннему в осевом направлении без приложения усилий.
Зачем нужен тепловой зазор
Он позволяет предотвратить защемление тел качения, а также колец при эксплуатации. Также он предотвращает смещение узла относительно других элементов конструкции и компенсирует уменьшение расстояния между наружным и внутренним кольцами в результате сильного нагрева узла, при посадке с натягом или сжатии.
Зазор – важный элемент, который существенно влияет на длительную работу узла. В радиально-упорных моделях рассматривают осевые зазоры, а в радиальных нерегулируемых деталях – только радиальные. Выбор подшипника осуществляется исходя из рабочих условий, что позволяет снизить вибрацию и уменьшить шум детали в процессе эксплуатации и обеспечить равномерное распределение действующих сил между телами качения.
Группы тепловых зазоров
Выделяют три группы:
Узел с уменьшенным зазором – используют в случаях, когда необходимо повысить жесткость как в осевом, так и радиальном направлении. Обычно их применяют в скоростных конструкциях или в работе с сильным нагревом наружного кольца.
Деталь с нормальным зазором задействуют на незначительных оборотах, при этом внешнее кольцо устанавливают в корпус с люфтом, а внутренне крепят с натягом на вал. Температура внутреннего кольца превышает на 5-10C внешнее.
Подшипник с увеличенным тепловым зазором подходит для работы в условиях, где на внутреннее кольцо действуют высокие температуры или есть перекос. Так как детали зачастую работают с высокими нагрузками, то обоймы устанавливают с повышенным затягом.
Радиальный вид люфта разделяют на три вида:
- Начальный – это зазор в детали перед его установкой.
- Посадочный – расстояние в изделии, полученное после его установки. В этом случае внутренний диаметр внешней обоймы уменьшается, а внешний диаметр внутренней обоймы увеличивается.
- Рабочий – образуется в процессе эксплуатации при установившейся температуре в узле. Если посадочное расстояние появляется в результате монтажа с натягом, то рабочий зазор уменьшается или увеличивается из-за температурных перепадов или под воздействием нагрузки.
Детали с увеличенным радиальным зазором обычно применяют в опорах, где кольца из-за сильных воздействий устанавливают на вал или корпус со значительным натягом, а также в опорах с сильными колебаниями температур.
Чем меньше расстояние, тем лучше точность вращения детали и больше долговечность. Стоит отметить, что подшипники без люфта не производятся, потому что при тугой посадке вследствие нагрева узел может заклинить, что приведет к поломке подшипника и простою всего оборудования.
Большую часть стандартных моделей производят по нормальной группе, это позволяет обеспечить эффективную работу детали для множества посадок и температур.
Регулировка в радиально-упорных моделях
Для эффективной работы элементов надо, чтобы вращение колец осуществлялось свободно и легко. В таком случае необходимо создать расстояние, которое обеспечит свободное вращение подшипника без заклинивания роликов и шариков.
В радиально-упорных деталях радиальные и осевые зазоры взаимосвязаны, то есть при изменении одного меняется и другой. В данной модели подшипника люфт регулируют путем изменения толщины набора прокладок, выполненных из металла. Набор бывает разной толщины – 0,1/0,2/0,4/0,8мм.
Как измерить начальное расстояние
Измерить начальное расстояние можно с помощью специального инструмента – набора щупов, которые предназначены для точного замера внутреннего зазора изделия. Комплект состоит из нескольких пластин разной толщины. Измерение происходит методом подбора пластины необходимой толщины.
Также измерить расстояние можно путем смещения одного кольца детали в его крайнее положение под воздействием определенной нагрузки.
Для каждой группы радиальных подшипников существуют свои радиальные зазоры. Каждая из групп имеет свою максимальную и минимальную величину люфта, который обозначается номером.
Тепловой зазор
Тепловой зазор. В процессе работы двигателя клапаны и детали привода клапана нагреваются, длина их увеличивается. В результате между седлом и головкой клапана при тактах сжатия и расширения может образовываться зазор, что ведет к обгоранию фасок клапана и седла, их эрозионному изнашиванию и в конечном итоге к ухудшению герметичности цилиндра, а следовательно, и резкому снижению технико-экономических показателей двигателя.
Для предотвращения этих явлений кинематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т. е- устанавливают зазоры — между торцом клапана и деталью привода, воздействующей на клапан (коромыслом или толкателем). В среднем тепловые зазоры регулируют в зависимости от типа двигателя и составляют 0,15—0,30 мм для впускного клапана и 0,15—0,35 мм для выпускного.
Тепловые зазоры клапанов.
Все время я был уверен, что зазор между толкателем и распредвалом по мере прогрева становиться меньше. То есть для того он и нужен чтобы на прогретом двигателе клапан не "зажимало".
Первый раз я в этом усомнился когда в ремонт попал Марк 2 с неустойчиво работающим двигателем.
При этом по словам владельца на холодную работает совсем плохо и по мере прогрева начинает работать ровнее. Диагностика показала что в 1 и 6 цилиндрах компрессия 4 и 6 очков соответственно, в остальных 11-11.5
В первую очередь было решено проверить не "зажаты" ли клапана, так как на этом моторе (1G-FE) я не раз такое встречал. Так и оказалось в 1 и 6 на обоих впускных клапанах не было зазора вовсе, и в связи с этим клапана постоянно оставались приоткрытыми и соответственно не было компрессии.
Мотор остыл, зазоры были отрегулированы. Но мне не давало покоя то, что на холодную мотор работал заметно хуже чем на горячую, ведь если на холодном двигателе зазоры больше чем на горячую то наоборот холодный мотор должен работать стабильнее чем горячий. После регулировки мотор был прогрет и быстро снята клапанная крышка, зазоры на горячую оказались на 0.10-0.15 мм больше чем те что я выставлял на холодную.
То есть оказалось что зазоры все-же УВЕЛИЧИВАЮТСЯ по мере прогрева двигателя.
Вот объяснение этому:
Клапан стальной, коэффициент теплового расширения у него относительно мал, хотя теплоотвод похуже чем у ГБЦ.
ГБЦ легкосплавная, коэффициент расширения значительно больше, да и масса/объем нагреваемого метала ощутимее, при относительно тех же температурах.
В результате размер "А" (расстояние от седла до нижней постели распредвала) увеличивается на большую величину чем удлиняется клапан (Размер "В"). Поэтому распредвал приподнимается на своих опорах и зазор увеличивается. Это справедливо как для моторов с толкателями в виде стаканчиков, так и для моторов с коромыслами. Было проверено опытным путем на моторах: 3S-FE, 1G-FE, K24A, F23A.
Для чего тогда вообще нужен зазор? Я пришел к выводу что это необходимо для того короткого промежутка времени когда клапан уже горячий, а ГБЦ нет.
Таблица зависимости зазора от температуры для жигулевских моторов, где видно что зазор увеличивается.