Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе

7

2.2. Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования поступательного движения поршней двигателя под воздействием давления сгоревших газов во вращательное движение коленчатого вала.

Все детали, образующие кривошипно-шатунный механизм, можно разделить на две основные группы — неподвижные детали и детали, совершающие поступательное или вращательное движение.

К неподвижным деталям относятся цилиндры или блок цилиндров (в зависимости от применяемой конструкции), головки цилиндров или головки блока цилиндров, картер, поддон картера.

Цилиндр является направляющей поверхностью для поршня при его перемещении от ВМТ к НМТ. Высокая температура и давление, возникающие в процессе сгорания, воспринимаются стенками цилиндра. Поршень при своем перемещении развивает высокую линейную скорость (до 17 м/с). Эффективность рабочего процесса ДВС возможна только при высокой степени уплотненности поршня в цилиндре, следовательно, для сохранения работоспособности ДВС внутренние стенки цилиндра должны обладать высокой износостойкостью. Изготавливаются цилиндры из высокопрочного чугуна с небольшими добавками легирующих элементов — никеля, хрома и др. Для уменьшения износа и механических потерь внутренняя поверхность цилиндра, называемая зеркалом, обрабатывается с высокой чистотой и точностью.

На двигателях с воздушным охлаждением применяются отдельные цилиндры. В этом случае каждый цилиндр имеет развитое оребрение для обеспечения эффективной теплоотдачи (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Цилиндры двигателей с воздушным охлаждением: а — цилиндр с залитой гильзой и алюминиевым оребрением; б — монолитный цилиндр (чугун)

На двигателях с жидкостным охлаждением применяют блок цилиндров, при этом на большинстве современных двигателей блок цилиндров и картер образуют единый узел — блок-картер, имеющий рубашку охлаждения, заполненную охлаждающей жидкостью. На рис. 2.7 и 2.8 показаны блок-картеры рядного и V-образного двигателей. Цилиндры могут быть образованы непосредственно в теле блок-картера, в этом случае его изготавливают из высокопрочного чугуна. Если для снижения массы двигателя его блок-картер отлит из алюминиевого сплава, то в этом случае цилиндры представляют собой чугунные гильзы, установленные в блоке цилиндров. Если наружная поверхность гильзы омывается охлаждающей жидкостью, гильза называется мокрой. Для исключения возможности утечки охлаждающей жидкости через место стыка гильзы и блока в этом случае применяют уплотнения, представляющие собой медные, алюминиевые или стальные (из мягкой стали) уплотнительные прокладки, а также резиновые кольца.

Рис. 2.7. Блок-картер и головка рядного двигателя автобуса ГАЗ-33021 «газель»: 1 — сливной кран; 2 — штуцер крана; 3 — блок цилиндров; 4 — прокладка головки цилиндров; 5 — гильза цилиндра; 6 — прокладка гильзы цилиндров; 7 — крышка; 8, 14, 17 — прокладки; 9,12 — скобы для подъема двигателя; 10 — головка цилиндров; 11— пробка; 13 — установочный штифт; 15 — крышка коробки толкателей; 16 — крышка распределительных шестерен; 18 — передняя манжета с маслоотражателем; 19 — штифты

Гильзы могут применяться и при чугунных блок-картерах, что облегчает ремонт двигателя.

Рис. 2.8. Блок-картер V-образного двигателя: 1 — коренной подшипник коленчатого вала; 2 — гильза цилиндра; 3 — подшипники распределительного вала

В нижней части блока-картера устанавливается коленчатый вал. Он вращается в подшипниках скольжения, установленных в расточках блока, к которым крепятся нижние крышки этих подшипников.

Снизу картер закрыт литым или штампованным поддоном» прикрепляемым по всему периметру к картеру шпильками или винтами. Внутренняя полость подгона выполняет функции масляного резервуара, в котором устанавливается маслоприемник системы смазки, вместе с масляным насосом. Во внутренней полости картера может возникать повышенное давление, вызванное проникновением отработавших газов из цилиндров. В этом случае может происходить вытеснение масла в окружающую среду через неплотности стыков и отверстие масляного щупа, поэтому предусматривается вентиляция картера. В современных двигателях для исключения попадания картерных газов в окружающую среду предусматривается их отвод в систему впуска.

Сверху цилиндры закрыты головкой блока цилиндров. Она служит для размещения всей камеры сгорания или ее части, для установки свечи зажигания в двигателях с искровым воспламенением или форсунки для впрыска топлива в дизелях. Кроме этого в головке размещается механизм газораспределения (см. подраздел 2.3) или его элементы, в частности клапаны, каналы впуска горючей смеси бензиновых двигателей или воздуха у дизелей, каналы выпуска отработавших газов. При жидкостном охлаждении в головке располагается полость для циркуляции охлаждающей жидкости. При изготовлении головок из алюминиевого сплава применяют вставные седла клапанов, изготовленные из жаропрочного чугуна или легированной стали. Вставные седла клапанов, особенно выпускных, могут применяться и при чугунных головках.

Крепление головок к цилиндрам или блок-картеру осуществляется при помощи шпилек или болтов, ввернутых в картер. Для исключения возможности прорыва газов в окружающую среду или систему жидкостного охлаждения между головкой и цилиндром (или блоком) устанавливают уплотняющую прокладку, выполненную из асбеста, армированного сталью, либо из меди или алюминия. На некоторых современных дизелях прокладка не устанавливается, а герметичность стыка обеспечивается высокой точностью и чистотой его обработки. На дизеле ГАЗ-560 блок цилиндров отлит заодно с головкой. Для обеспечения герметичности стыка головки с цилиндром или блок-картером соприкасающиеся поверхности головки и блока (цилиндра) должны иметь высокую точность изготовления, обеспечивающую единую плоскость контакта. Крепление головки к цилиндру или блоку должно выполняться с высоким значением момента затяжки резьбовых соединений (обеспечиваемых специальным динамометрическим ключом). Гайки резьбовых соединений затягивают при этом в определенной последовательности, исключающей возможность деформации головки. Необходимо помнить, что в процессе эксплуатации вытяжка крепежных шпилек может привести к нарушению герметичности стыка, в результате чего возможен прорыв газов в окружающую среду и в систему охлаждения и попадание охлаждающей жидкости в поддон двигателя и в систему выпуска, что приводит к выходу двигателя из строя.

К подвижным частям кривошипно-шатунного механизма относятся поршневая и шатунная группы, коленчатый вал, подшипники скольжения и маховик.

В поршневую группу входят поршень с поршневыми кольцами и поршневой палец с деталями его стопорения.

Поршень (рис. 2.9) служит для восприятия давления газов и для изоляции рабочей камеры от внутренней полости картера. Он подвержен высоким температурным и силовым нагрузкам и изготавливается чаще всего из высокопрочного алюминиевого сплава. Поршень состоит из двух основных частей — головки и юбки. Головка является уплотняющей частью поршня. В ней выполнены канавки для установки колец, которые называют поршневыми (см. далее). Днище поршня может быть плоским, выпуклым, вогнутым или фигурным. У дизелей, кроме того, в поршне часто предусмотрены проточки для впускного и выпускного клапанов в их открытом положении.

Рис. 2.9. Поршень дизеля (а) и формы поршней разных двигателей (б): 1— канавка нижнего маслосъемного кольца; 2 — проточка под стопорное кольцо поршневого пальца; 3 — внутренняя поверхность бобышки; 4 — отверстие для смазки поршневого пальца; 5 — канавка верхнего маслосъемного кольца; 6 — канавки компрессионных колец; 7 — головка поршня; 8 — камера сгорания в поршне; 9 — днище поршня; 10 — отверстия для отвода масла; 11 — юбка

Во внутренней полости поршня имеются бобышки, связанные ребрами жесткости с его внутренней поверхностью и днищем. В бобышках выполнены отверстия, имеющие общую ось. В отверстиях бобышек устанавливается поршневой палец, служащий для связи поршня с шатуном. Осевая фиксация поршневого пальца обеспечивается чаще всего пружинными стопорными кольцами, устанавливаемыми в проточках отверстий бобышек.

Часть поршня, расположенная ниже оси бобышки, называется юбкой. Юбка является направляющей частью поршня, она воспринимает боковые силы, возникающие при работе двигателя. Цилиндр изготавливается из чугуна, а поршень чаще всего из алюминиевого сплава, у которого коэффициент линейного расширения при нагреве больше, чем у чугуна, поэтому для исключения заклинивания поршня в цилиндре предусмотрен тепловой зазор между юбкой и цилиндром, который уменьшается по мере нагрева этих деталей. Поскольку масса металла поршня по оси бобышек больше, чем в поперечном направлении, то и линейное расширение поршня по этой оси больше. Чтобы в прогретом состоянии получить цилиндрическую форму юбки, она в холодном состоянии выполняется овальной и конусной. При этом размер по оси бобышек меньше, чем в поперечном направлении, и размер поршня в плоскости бобышек меньше, чем в нижней части юбки. У поршней некоторых бензиновых двигателей в юбке предусмотрен разрез Т- или П-образной формы или косой. Разрез обеспечивает цилиндричность юбки в нагретом состоянии.

Цилиндры по внутреннему диаметру, а поршни по наружному — разделены по размерам (через 0,01 мм) на пять классов, имеющих буквенные обозначения. Диаметры под поршневой палец делятся через 0,004 мм на три категории, обозначаемые цифрами.

В многоцилиндровых двигателях для обеспечения уравновешенности при работе двигателя поршни разных цилиндров должны иметь одинаковую массу, что обеспечивается подбором поршней одинаковых классов и категорий. В маркировке на днище поршня указывается направление установки, класс, категория и масса поршня.

Поршневые кольца делятся на два типа — компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов под высоким давлением из камеры сгорания в картер двигателя. На современных двигателях применяют поршни с двумя или тремя компрессионными кольцами. Кольца должны обладать высокой упругостью, тепло и износостойкостью. Для установки кольца в канавке поршня при заданных размерах цилиндра кольцо выполняется разрезным. Изготавливаются компрессионные кольца из высокопрочного чугуна, а также из легированной стали. Наиболее нагруженными являются верхние компрессионные кольца, поэтому для улучшения смазки их наружная поверхность покрывается пористым хромом. Нижние компрессионные кольца для уменьшения потерь на трение покрываются тонким слоем мягкого металла, обычно олова. Покрытие оловом верхних колец невозможно из-за высоких рабочих температур. Применяют верхние компрессионные кольца с молибденовым покрытием, что увеличивает их стоимость, но существенно повышает надежность.

Варианты конструкций компрессионных и маслосъемных колец представлены на рис. 2.10.

Рис. 2.10 Форма и конструкция поршневых колец: а—дизеля; б — бензинового двигателя; 1 — трапециевидное; 2 — с конической поверхностью; 3 — с конической поверхностью и подрезом; 4 — маслосъемное пружинящее с расширителем; 5 — бочкообразной формы; 6 — с конической поверхностью со скосом; 7 — с подрезом; 8 — маслосъемное с дренажными отверстиями и узкой перемычкой; 9 — маслосъемное составное

Разрез кольца называется замком, он может быть прямым, косым или ступенчатым.

В свободном состоянии диаметральный размер кольца больше диаметра цилиндра. При установке в цилиндр кольцо упруго деформируется, но в разрезе (замке) сохраняется гарантированный зазор, необходимый для компенсации теплового расширения кольца. Для уменьшения прорыва газов через замки они смещены у соседних колец один относительно другого по окружности.

Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зеркала цилиндра и отвода снятого масла в картер двигателя. Благодаря этому уменьшается попадание масла в камеру сгорания. В канавках, предназначенных для установки маслосъемных колец, предусмотрены радиальные отверстия для отвода масла, снимаемого маслосъемным кольцом с зеркала цилиндра. У поршней некоторых дизелей маслосъемные кольца устанавливают не только в головке поршня, но и в нижней части юбки (см. рис. 2.9). Встречаются различные варианты конструкций маслосъемных колец. Наибольшее распространение в бензиновых двигателях автобусов особо малого и малого классов получили маслосъемные кольца дренажного (рис 2.11) или скребкового (рис. 2.12) типа. В первом случае кольцо представляет собой прямоугольную конструкцию с проточкой в средней части, образующей две выступающие наружные кромки, снимающие масло с зеркала цилиндра. Отвод масла в под поршневое пространство обеспечивается через дренажные отверстия в проточках кольца. Во втором случае кольцо имеет остроугольный профиль, острая кромка которого снимает масло со стенки цилиндра. В канавку поршня в этом случае устанавливаются два кольца.

РИС. 2.11 Маслосъемное кольцо дренажного типа

Рис. 2.12. Маслосъемные кольца скребкового типа

На многих двигателях применяют составные маслосъемные кольца — набор из двух плоских стальных дисков и двух расширителей, радиального и осевого (рис. 2.13). Радиальный расширитель прижимает стальные диски к поверхности стенки цилиндра и представляет собой волнообразное в плане пружинное кольцо с прямоугольными отверстиями для отвода собранного масла. Осевой расширитель прижимает диски к верхней и нижней кромкам кольцевых канавок поршня и представляет собой кольцо зубчатой формы. На дизелях КамАЗ-740 установлены коробчатые маслосъемные кольца, представляющие собой чугунные кольца дренажного типа, внутрь которых вставлен тангенциальный расширитель (винтовое пружинящее кольцо), выполняющий функции осевого и радиального.

Рис. 2.13 Составное маслосъемное кольцо: 1 — кольцо; 2 — осевой расширитель; 3 — радиальный расширитель; 4 — окно

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Наружная поверхность этой полой оси из высоколегированной стали подвергается поверхностному упрочнению (цементация или нитро-цементация) с последующей шлифовкой и полировкой. В большинстве случаев установка пальца в поршне и в верхней головке шатуна допускает его угловое и осевое перемещение в отверстиях бобышек и верхней головки. Осевая фиксация пальца осуществляется с помощью пружинных стопорных колец, установленных в соответствующих проточках, исключающих возможность задевания пальца за зеркало цилиндра. Такое крепление пальца называется плавающим. В отдельных случаях палец жестко фиксируется либо в отверстии бобышек, либо в отверстии верхней головки шатуна. Фиксация может обеспечиваться соответствующей посадкой с натягом.

В шатунную группу входят, кроме самого шатуна, крышка нижней головки, комплект подшипников и комплект болтов с гайками.

Шатун (рис. 2.14) связывает поршень с кривошипом коленчатого вала и передает усилия, газовые силы и силы инерции на шатунную шейку коленчатого вала. Усилия поршня создают на шатуне напряжения сжатия, растяжения и изгиба, поэтому к шатуну предъявляются высокие требования по прочности. Вместе с тем эта деталь должна иметь минимальную инерцию, поэтому масса шатуна должна быть минимальной. Изготавливают шатуны ковкой из высокопрочной стали с последующей термообработкой. Шатун представляет собой стержень двутаврового сечения, что позволяет при малой массе обеспечить необходимую прочность. В высоконагруженных двигателях для обеспечения подвода масла под давлением к подшипнику верхней головки шатуна в теле стержня выполняется канал.

Рис. 2.14. Шатун дизеля: 1 — вкладыши нижней головки; 2 — втулке верхней головки; 3 — верхняя головке шатуна; 4 — стержень; 5 — нижняя головка шатуна; 6 — центрирующий выступ; 7 — крышка нижней головки; 8 — шатунный болт

Верхняя головка шатуна представляет собой толстостенный цилиндр, плавно переходящий в стержень. Внутренняя поверхность верхней головки выполнена с высокой точностью, поскольку в нее запрессовывается подшипник, представляющий собой тонкостенную втулку из оловянистой бронзы с толщиной стенок 0,8…2,5 мм. Для обеспечения необходимого ресурса двигателя между трущимися поверхностями пальца и подшипника верхней головки необходимо наличие слоя масла, которое может подаваться в зону контакта либо разбрызгиванием, либо под давлением из системы смазки двигателя.

Нижняя головка шатуна выполняется разъемной. Верхняя часть нижней головки откована заодно со стержнем и представляет собой полуцилиндр, плавно переходящий в стержень. Нижняя часть — также полуцилиндр, выполняющий функции крышки, соединенной с верхней частью двумя болтами с гайками или без них. Для обеспечения соосности внутренних поверхностей полуцилиндров в верхней и нижней частях головки предусматривается взаимная фиксация, которая чаще всего обеспечивается применением болтов с натягом (в этом случае между телом болта и отверстием под ним отсутствует радиальный зазор) или установкой специальных штифтов. Отверстие в нижней головке обрабатывается совместно с крышкой, поэтому при сборке каждому шатуну должна соответствовать своя индивидуальная крышка. Для обеспечения такой возможности на бобышках под болт шатуна выбивается порядковый номер цилиндра. Для предотвращения раскрытия стыка верхней части нижней головки и крышки болты крепления крышек должны затягиваться с определенным моментом, устанавливаемым заводом-изготовителем. В бензиновых двигателях момент затяжки составляет величину 70…80 Н-м, в дизелях — 180…240 Н-м. Болты крепления крышки изготавливаются из высоколегированной стали. Для предотвращения отворачивания гаек в процессе эксплуатации гайки либо выполняются самоконтрящимися, либо устанавливаются на специальном герметике.

Функции подшипника нижней головки шатуна выполняют два полуцилиндрических тонкостенных вкладыша из стальной ленты, на внутреннюю поверхность которой нанесен тонкий слой антифрикционного материала. Антифрикционный материал — баббиты на свинцовой основе ( 83 % олова и 17 % свинца) или алюминиевые высокооловянистые сплавы (например, А0-20 — 20 % олова, 1 % меди и 79 % алюминия). Вкладыш может быть двухслойным (биметаллическим — стальная лента и антифрикционный сплав) или трехслойным (триметаллическим — стальная лента, медноникелевый подслой и антифрикционный сплав). Для предотвращения проворота вкладышей в своих гнездах на внутренних поверхностях нижней головки предусматриваются специальные гнезда, в которые входят отштампованные на вкладыше фиксирующие выступы-усики (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Установка шатунных (а) и коренных (б) вкладышей: 1 — фиксирующий выступ; 2 — смазочное отверстие; 3 — коленчатый вал; 4 — шатун; 5 , 6 — полукольце; 7 — крышке шатуна

Коленчатый вал состоит из носка, коренных и шатунных шеек, связанных между собой щеками, и хвостовика (рис. 2.16). Коленчатые валы отливают из высокопрочного чугуна или среднеуглеродистой стали и отковывают из среднеуглеродистой легированной стали.

Рис. 2.16. Конструкция коленчатого вала: 1 — передний противовес; 2 — шестерня привода масляного насоса; 3 — заглушка; 4 — задний противовес; 5 — ведущая шестерня приводе ГРМ; 6 — маслоотражатель; 7 — втулка; 8 — винт-заглушка

Носок представляет собой переднюю часть вала, на которой (чаще всего на шпонке) устанавливается деталь механизма газораспределения (шестерня, ведущая звездочка цепной передачи или шкив зубчатого ремня), шкив клиноременной передачи привода водяного насоса, генератора, компрессора, насоса гидроусилителя и пр. Для крепления указанных деталей внутри носка выполняется отверстие с резьбой.

Щеки обычно выполнены заодно с противовесами, в некоторых случаях противовесы крепятся к щекам болтами. Противовесы устанавливаются для полной или частичной разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил, создаваемых неуравновешенными массами деталей вала.

Опорами коленчатого вала в картере являются коренные шейки. Валы могут быть полноопорными и неполноопорными. У полноопорных между соседними коренными шейками размещается только одна шатунная шейка. У неполноопорных между соседними коренными шейками могут быть две (не более) шатунные шейки. Коленчатые валы могут изготавливаться литьем и штамповкой (ковкой). Улитых коленчатых валов шейки и щеки чаще всего выполняют полыми, что позволяет уменьшить их массу. Внутренняя полость коленчатого вала одновременно выполняет функции масляной магистрали.

Кованые валы выполняют монолитными, для образования масляной магистрали в щеках и шейках делаются сверления, заглушаемые резьбовыми пробками. В качестве подшипников коренных опор применяют подшипники скольжения, аналогичные по материалам и конструкции и шатунным подшипникам. Эти подшипники устанавливают в гнездах картера, имеющих соответствующую обработку, и закрепляют крышками и болтами, ввернутыми в резьбовые отверстия картера. Для исключения самоотворачивания болтового крепления момент затяжки должен быть 110… 113 Н м, кроме этого соединение фиксируют герметиком или замковыми шайбами.

Фиксация от осевого смещения коленчатого вала обеспечивается установкой стопорных колец на носке вала или у его хвостовика. Эта фиксация необходима для исключения осевого смещения вала от возникающих при выключении сцепления осевых сил, а также от осевых сил в косозубом зацеплении шестерен привода механизма газораспределения. Допустимая величина осевого смещения составляет обычно 0,2 мм. Технологический разброс осевых размеров компенсируется подбором толщины фиксирующих шайб.

Маховик — чугунный диск, предназначенный для накопления кинетической энергии коленчатого вала, он обеспечивает равномерную работу двигателя и установлен на хвостовике. На проточку в наружной поверхности маховика напрессовывается зубчатый венец для стартерного пуска двигателя. Рядом с зубчатым венцом наносят метки с соответствующими надписями, определяющими момент ВМТ в первом цилиндре. В отдельных случаях, кроме метки ВМТ, в первом цилиндре наносится также метка, соответствующая моменту искры в свече зажигания первого цилиндра. При применении механической ступенчатой трансмиссии маховик является ведущей частью фрикционного сцепления. В этом случае его торцевая поверхность, обращенная к коробке передач, подвергается шлифованию и служит поверхностью трения. К этой же торцевой поверхности винтами крепится кожух сцепления, внутри которого расположен ведомый диск.

При установке гидромеханической трансмиссии к маховику крепится насосное колесо гидротрансформатора.

Поскольку носок и хвостовик коленчатого вала располагаются вне картера двигателя, необходимо уплотнение вала в соответствующих расточках картера. Это уплотнение обеспечивается установкой между валом и картером резиновых манжет. Обычно для разгрузки манжеты от притока масла под действием избыточного давления внутри картера на носке и хвостовике коленчатого вала устанавливают маслоотражательные кольца (диски) и выполняют маслосгонную резьбу.

Для уменьшения динамических нагрузок, вызываемых действием центробежных сил неуравновешенных масс, коленчатый вал в сборе с маховиком балансируют. Избыточный металл высверливается в теле маховика. На крупных двигателях балансировку коленчатого вала проводят в сборе со сцеплением.

Двигатель вместе с коробкой передач устанавливают на несущей системе автобуса на трех или четырех опорах. Две опоры располагаются на картере двигателя, и еще одна или две — на картере коробки передач. Опоры представляют собой резиновые элементы с металлическими основаниями, уменьшающими передачу вибрации от двигателя и коробки передач на несущую систему автобуса.

Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе

Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Кривошипно-шатунный механизм», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик».
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», по профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.

«Кривошипно-шатунный механизм»

1.Какие детали КШМ относятся к неподвижной группе?

а) блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, маховик

б) блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, коленчатый вал, гильза цилиндров

в ) блок цилиндров, картер, крышка блок картера, гильза цилиндров, прокладка блок-картера

2.Из каких материалов изготавливают блок-картер современного двигателя?

а) из легированной стали

б) из бронзы или латуни

в) из чугуна или алюминиевых сплавов

3.Чем закрывается блок-картер двигателя сверху и снизу?

а) сверху и снизу специальными кожухами

б) сверху крышкой цилиндров, снизу кожухом маховика

в) сверху крышкой цилиндров, снизу поддоном картера

4.Как закрывается блок цилиндров на двигателе КамАЗ-740 сверху?

а) двумя головками из чугуна

б ) каждый цилиндр отдельной головкой из алюминиевого сплава

в) двумя головками из алюминиевого сплава

г) одной головкой из алюминиевого сплава

5.Какие детали КШМ относятся к подвижной группе?

а) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, коренные подшипники

б ) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, шатунные подшипники

в) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, поддон картера.

6.Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе?

б ) гильза цилиндра

в) коленчатый вал

7.Что называют зеркалом цилиндра?

а) установочные пояски гильзы

б) внутреннюю поверхность гильзы цилиндров

в) наружную поверхность гильзы цилиндров.

г) специальное устройство на торце гильзы

8.Что означает выражение: «На двигателе установлены мокрые гильзы?»

а) гильза, внутренняя поверхность которой смазывается маслом б) гильза, наружная поверхность которой омывается охлаждающей жидкостью

в) гильза, которая охлаждается воздухом

9.Что такое камера сгорания?

а ) объем между днищем поршня и головкой цилиндра, когда поршень находится в ВМТ

б) весь объем расположенный под поршнем

в) объем, в котором происходят рабочие процессы двигателя.

10.Сколько головок цилиндров имеет двигатель ЗиЛ-508?

11.Как затягивают болты или шпильки крепления головок цилиндров?

а) в такой последовательности как работает двигатель с применением удлинителя ключа

б) затяжку проводят, прилагая к ключу как можно большее усилие

в ) затяжку проводят равномерно в определенной последовательности в 2-3 приема, с определенным усилием

12.Почему головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку?

а) для удобства установки компрессионных и маслосъемных колец б) для равномерного распределения давления газов на поршень

в) для предотвращения заклинивания поршня при нагреве его во время работы

13.Из какого материала изготавливают поршни?

а) из бронзового сплава

б) из алюминиевого сплава

14.Каким способом фиксируется поршневой палец в поршне?

а ) стопорными кольцами

б) стопорными штифтами

в) установочными болтами

15.По назначению поршневые кольца делятся на:

а) уплотнительные и маслосъемные

б) компрессионные и уплотнительные

в) к омпрессионные и маслосъемные.

г) уплотнительные и стопорные

16.Какое компрессионное кольцо работает в самых тяжелых условиях?

17. Какая деталь соединяет коленчатый вал двигателя с поршнем?

А поршневой палец

в) шатунный подшипник.

18. Сколько шатунов крепится на 1 шатунной шейке коленчатого вала 8-ми цилиндрового V -образного двигателя?

19. Рядный четырехцилиндровый двигатель имеет коленчатый вал на котором

а) 4коренных и 4шатунных шеек

б ) 5коренных и 4шатунных шеек

в) 4коренных и 5шатунных шеек

г) 5коренных и 5шатунных шеек.

20. Для чего предназначена нижняя головка шатуна с крышкой?

а) для соединения шатуна с поршнем

б) для соединения шатуна с коленчатым валом

в) для соединения шатуна с поршневым пальцем.

Критерии оценок тестирования:

Оценка «отлично» 18-20 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка «хорошо» 14-17 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка «удовлетворительно» 10-13 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка неудовлетворительно» 0-9 правильных ответов из 20 предложенных вопросов.

Список литературы

Кузнецов А.С. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: в 2 ч. – учебник для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. — М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Кузнецов А.С. Слесарь по ремонту автомобилей (моторист): учеб. пособие для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.

Автомеханик / сост. А.А. Ханников. – 2-е изд. – Минск: Современная школа, 2010.

Виноградов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы: Лабораторный практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В.М. Виноградов, О.В. Храмцова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Петросов В.В. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.В. Петросов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Коробейчик А.В. к-68 Ремонт автомобилей / Серия «Библиотека автомобилиста». Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Коробейчик А.В. К-66 Ремонт автомобилей. Практический курс / Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Чумаченко Ю.Т., Рассанов Б.Б. Автомобильный практикум: Учебное пособие к выполнению лабораторно-практических работ. Изд. 2-е, доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.

Слон Ю.М. С-48 Автомеханик / Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 2003.

Жолобов Л.А., Конаков А.М. Ж-79 Устройство и техническое обслуживание автомобилей категорий «В» и «С» на примере ВАЗ-2110, ЗИЛ-5301 «Бычок». Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002.

Поршень двигателя: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Он воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, а затем передает его на шатун.

Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:

• Высокой механической прочностью
• Хорошей теплопроводностью
• Малой плотностью
• Незначительным коэффициентом линейного расширения
• Антифрикционными свойствами
• Коррозионной устойчивостью

Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся легкостью и термостойкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производятся путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %). Это значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.

Устройство поршня

Рассмотрим каждый компонент подробнее.

Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.

Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных бензиновых двигателях, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.

Существуют также автомобили, в которых установлены поршни с толщиной днища меньше стандартной – например, в некоторых моделях Honda она составляет всего 5,5-6 мм.

Уплотняющая часть

К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.

Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.

Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.

Направляющая часть

Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.

Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.

В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».

Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.

Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.

Данное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.

Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре (за 12 часов), так и при нагреве до +200 °С (за 20 минут).

Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.

Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.

MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.

Причины износа поршней

При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы двигателя, подвержены износу и возникновению неисправностей.

О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:

• Повышенный расход моторного масла и топлива
• Выделение из выхлопной трубы синего дыма
• Нестабильная работа двигателя на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
• Снижение мощности двигателя и т.д.
• Нагар на свечах зажигания

При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.

Так, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.

Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.

К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.

Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.

Радиальный износ поршней возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступов поршней.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршней продуктами износа, образующимися во время приработки двигателя.

Повреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т.д.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением некачественной охлаждающей жидкости, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.

Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.

Присоединяйтесь

Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО «НОВЫЕ РЕШЕНИЯ» ИНН 5751054390

© 2004 – 2022 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Что такое поршневая группа: общая теория и поршни СТК

20.09.2020 Поршневая группа СТК

Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуются.

Требования, которым должна соответствовать эта деталь:

• температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С.
• после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя.
• зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
• изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

Устройство поршня

Устройство поршня на примере СТК 21126

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».

На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76 мм , модели 21083 и 2110 — 82 мм.

Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

«Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.

Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.

В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня. Уплотняющий участок выполняет еще одну очень важную функцию — через установленные поршневые кольца, осуществляется отвод значительной части тепла от поршня к цилиндру.

Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведёт к его прогоранию.

По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.

Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-0,050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.

Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.

«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.

Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока. Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий.

На поверхность юбки (или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.

Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена.

Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015 мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.

Одним из факторов, определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.

Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.

Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.

В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ.

На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова.

В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции, основанных на новых научных разработках.

Когда речь заходит об отечественных машинах (ВАЗ, Приора и пр.) приходиться всерьёз рассматривать компанию СТК и её продукцию. Самара Трейдинг Компани (сокращённо – «СТК») не случайно стала одним из самых популярных производителей поршневых групп. Всё дело исключительно в производстве, ведь оно уникально в своём роде.

Самым сложным и, в то же время, важным технологическим процессом при изготовлении поршневых систем является литьё. Однородность и прочность материалов, жаростойкость и твёрдость – всё это играет важнейшую роль. Стоит какому-то коэффициенту отклонится на 1% и поршень застрянет в цилиндре, шатун может легко искривиться и даже заклинить, нарушив целостность и исправность всего силового агрегата.

Полуавтоматические устройства и специальные высокотехнологические станки позволяют компании СТК осуществлять литьё поршней на высочайшем уровне. Данной технологии нет равных, на протяжении долгих десятилетий и благодаря кропотливой работе инженеров фабрика создаёт самые качественные поршневые кольца и поршни. Несмотря на автоматизацию всех процессов, процедура изготовления каждого поршня контролируется людьми. Каждый продукт проходит целую линейку тестов.

Стоит лишь посетить любую станцию техобслуживания и задать вопрос автомеханику «Какой поршень идеально подойдёт отечественному автомобилю?», и вы услышите ответ: «СТК». Всё дело в том, что каждый механик желает выполнить работу так, чтобы клиент не возвращался к нему и не приходилось нарушать гарантийные обязательства.

Несмотря на лидирование компании СТК существуют и другие неплохие аналоги, например, Кострома-мотордеталь. В сравнении с китайскими и европейскими поршнями, Кострома хорошо показала себя в отечественных машинах, однако сама конструкция этого поршня не способна уберечь водителя от самой зловещей неисправности – столкновения поршня и клапанов.

Безвытковые Поршни СТК, содержащие специальные проточки, не влияют пагубно на клапана головки блока цилиндров. Поэтому в случае гидравлического удара, даже при срыве цепи газораспределительного механизма, когда поршни «летят» вверх, а клапана – вниз, исход их столкновения невозможен, если в двигатель установлены поршни СТК. Всё благодаря специальным канавкам, проточенным в головке каждого поршня – новшеству инженеров самарской компании.

Если ваш автомобиль уже давно б/у, его компрессия вас вовсе не радует и вы отлично понимаете, что настало время менять поршневую, помните: оптимальными для двигателя будут поршневые группы Самара Трейдинг Компани (СТК).

Поршень двигателя: особенности строения и принцип работы

Как работает? Поршень двигателя является важной деталью в автомобиле, именно он служит для преобразования сжатой воздушно-топливной смеси в энергию поступательного движения, которая обеспечивает крутящий момент в конечном счете.

Как устроен? Эта деталь имеет форму цилиндра, однако, несмотря на простой формфактор, обладает при этом весьма сложным строением. Каждая часть поршня отвечает за определенную механику автомобиля. В случае выхода из строя поршневой системы машина просто не сможет начать движение.

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Особенности строения поршня двигателя
• Днище поршня двигателя
• Уплотняющая часть поршня двигателя
• Направляющая часть поршня двигателя
• Принцип работы поршня двигателя
• Основные причины износа поршня двигателя
• Какой поршень двигателя выбрать при необходимости замены, по мнению автовладельцев

Особенности строения поршня двигателя

Поршень (стакан-поршень) двигателя – это элемент ДВС, который непосредственно преобразовывает потенциальную энергию экзотермической химической реакции окисления топлива в механическую работу (в поступательное движение). На поршень воздействуют высокое давление и тысячеградусная температура сгорания топливно-воздушной смеси, а потому для изготовления стаканов-поршней используются материалы, обладающие рядом параметров:

• повышенной механической прочностью;
• высокой теплопроводностью;
• небольшой плотностью;
• малым значением коэффициента линейного термического расширения;
• хорошими антифрикционными свойствами;
• и даже коррозионной устойчивостью.

Всем этим требованиям удовлетворяют алюминиевые сплавы. Однако в некоторых случаях (когда габариты ДВС велики, например в судовых силовых установках) поршни могут изготавливаться и из легированных сталей и даже из чугуна.

Поршни отливают или выковывают. Отливка осуществляется под давлением. Что касается процесса ковки, то он представляет собой штамповку заготовки из алюминиевого сплава с добавлением кремния (не более 15 %). Такая технология усиливает прочностные характеристики поршня и сокращает термическое линейное расширение материала.

Устройство стандартного поршня двигателя является простым только на первый взгляд. Стакан-поршень имеет 3 основные части:

• Днище – оно принимает на себя тепловую нагрузку, а также давление расширяющихся газов.
• Уплотняющая часть – она транслирует большую часть тепловой энергии стенкам цилиндра и осуществляет герметизацию камеры сгорания.
• Направляющая часть – удерживает поршень в неизменном положении относительно оси. Кроме того, благодаря ей поперечные нагрузки от шатуна передаются на стенки цилиндра.

Подробности о каждой из этих частей далее.

Днище поршня двигателя

Форма днища поршня двигателя внутреннего сгорания зависит от схемы расположения форсунок, клапанов, свечей зажигания, образования и распространения газов в цилиндре. Это все имеет большое значение для эффективности мотора, и днища поршней создают, принимая во внимание все эти факторы.

Читайте также!

Выпуклое днище придает стакану-поршню высокую прочность, но при этом повышается теплоотдача (из-за увеличенной площади поверхности). В моторах, где воспламенение топлива производится с помощью искры от свечи зажигания, рост теплоотдачи повышает допустимую степень компрессии на первом такте. А это, во-первых, повышает КПД двигателя, а во-вторых, немного компенсирует механические потери трения самого поршня о стенки цилиндра.

Вогнутое днище характерно для дизельных двигателей с системой непосредственного впрыска топлива в цилиндры. Такая форма больше способствуют образованию нагара, чем у поршней с выпуклыми днищами.

Еще выпускаются поршни с плоскими днищами. Они просты в производстве, и их используют как в бензиновых, так и в дизельных силовых агрегатах вихрекамерного и предкамерного типов.

Высокие термические нагрузки обуславливают большую толщину днища любого поршня вне зависимости от формы. Корреляция здесь такая: чем больше толщина, тем слабее нагревается сам стакан-поршень. Стандартная толщина – от 7 до 9 мм; в турбированных моторах, где температура сгорания повышенная, толщина днища составляет не менее 11 мм; в дизельных двигателях толщина достигает 16 мм (также в связи с высокой температурой сгорания солярки).

Но есть и инновационные модели поршней, которые имеют толщины днищ на уровне 5,5-6 мм. Таковы, например, некоторые модели двигателей автомобилей Honda.

Чтобы усилить защиту стакана-поршня от агрессивной среды камеры сгорания, днище и первая канавка для компрессионного кольца обычно подвергается твердому анодированию. Верхний слой анодированного сплава превращается в керамическое покрытие, которое имеет толщину до 12 мкм. И этого вполне достаточно для эффективной защиты.

Уплотняющая часть поршня двигателя

К уплотняющей части относят маслосрезывающие и компрессионные кольца. Первые (еще их называют маслосъемными) имеют отверстия по всей своей длине, через которые масло, удаляемое со стенок цилиндра, проходит внутрь стакана-поршня и далее стекает по шатуну в картер.

В некоторых случаях маслосрезывающие кольца при изготовлении дополнительно снабжают ободком из легированного чугуна (стойкого к коррозии). На ободке для компрессионного кольца выполняются специальные канавки для удаления масляной пленки. Таким образом, компрессионное кольцо становится одновременно еще и маслосрезывающим.

В большинстве современных ДВС поршни имеют по 3 кольца: по одному маслосъемному и по два компрессионных. В задачу последних входит обеспечение герметичности компрессии и предотвращение прорыва рабочих газов в картер двигателя. В сечении такие кольца могут иметь разную форму:

• трапециевидную;
• коническую;
• бочкообразную.

Разумеется, наибольшие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо, поэтому его канавку усиливают стальной вставкой.

Поверхность цилиндра, по которому скользят кольца, смазывается. Масло поступает через пару специальных отверстий в стенках цилиндра. В задачу маслосъемного кольца входит снятие масляной пленки, чтобы по максимуму уменьшить выгорание масла и образование нагара. Некоторые разновидности маслосрезывающих колец также оснащают пружинным расширителем для обеспечения более плотного их прилегания к зеркалу втулки цилиндра.

Диаметр уплотняющей части стакана-поршня меньше, чем диаметр его юбки. Это объясняется разным уровнем термической нагрузки – нагрев уплотняющей части больше (его еще называют жаровым поясом). Меньший диаметр здесь позволяет избежать возможных задиров и заклинивания колец. Юбка цилиндра имеет в сечении овал, уплотняющая часть – круг.

Компрессия в камере сгорания тем выше, чем больше уплотнительных колец устанавливается на поршне. Кроме того, большое значение имеет материал, из которого изготавливаются кольца. Он должен быть максимально износостойким. Поэтому и компрессионные, и маслосъемные кольца зачастую изготавливаются из легированного чугуна.

Помимо износостойкости, материал колец должен быть еще и максимально теплопроводным, чтобы эффективно отводить тепло от стакана-поршня на охлаждаемую втулку цилиндра. Через кольца отводится до 80 % тепла. Если снижается плотность прилегания колец, большая часть теплопередачи перемещается на юбку поршня – возрастает вероятность появления задиров. Чтобы избежать этого, во время проведения испытаний и обкатки нового мотора искусственно ограничивается его мощность.

Когда металл колец перегревается, то снижается его упругость, из-за чего могут возникнуть поломки и другие негативные эффекты: в камеру сгорания начнет просачиваться масло, а в картер прорываться отработанные газы. При перегреве есть риск смыкания стыков колец (из-за линейного термического расширения), в результате чего сами кольца просто сломаются. Иногда это приводит даже к срыву поршня.

Направляющая часть поршня двигателя

Направляющую часть поршня иногда называют юбкой или тронковой частью. На внутренней стороне у нее расположены бобышки с отверстиями под поршневой (или шатунный) палец. Он фиксируется деталями, для которых в бобышках предусмотрены специальные канавки.

Нижняя часть направляющей служит для облегчения механобработки поршня. Для этого предусмотрен специальный буртик. Вес поршня обязательно должен находиться в нормативном для данной модели двигателя диапазоне.

Если при ремонте мотора осуществляется замена и новый поршень выполнен из другого, более плотного материала (сплава), но все критичные размеры остаются те же, то вес при этом будет больше первоначального.

В таком случае осуществляется подгонка: снимается стружка с внутренней части буртика. Также могут вырезаться углубления в юбке, где располагаются отверстия под шатунный палец. Эти зоны никак не контактируют с зеркалом цилиндра. Их еще называют «холодильниками».

У юбки также существует еще один, крайне важный, функционал. В ее задачу входит передача радиальных нагрузок от шатуна на стенки цилиндра. Ведь поршень совершает возвратно-поступательные движения, двигаясь вдоль оси. Шатун же работает уже в двух измерениях, и шейка коленвала пересекает ось движения поршня один раз за такт. Таким образом, шатун через палец оказывает обратное давление на стакан-поршень, но не сонаправленно оси его движения, а под углом.

Поршень же, в свою очередь, передает проекцию этой нагрузки уже на стенки цилиндра. Разумеется, это периодически возникающее давление усиливает трение о втулку цилиндра и увеличивает нагрев обоих элементов.

Между юбкой и стенками цилиндра предусмотрен зазор. Он нужен для того, чтобы поршень свободно перемещался вдоль оси цилиндра, когда все элементы поршня двигателя уже нагреты и силовой агрегат работает в штатном режиме (в том числе под нагрузкой).

Величина зазора зависит от значения термического расширения металла, из которого сделана юбка поршня. Если зазор будет меньше требуемого, то при перегреве двигателя юбка начнет цеплять зеркало цилиндра, образуя на нем задиры. В итоге поршень может заклинить. Если же зазор окажется больше нормы, то начнут страдать уплотняющие характеристики поршня. Расширяющиеся газы будут интенсивно прорываться в картер – эксплуатировать такой мотор станет невозможно.

Принцип работы поршня двигателя

Функционал поршня – принятие давления расширяющихся газов от сгорания топливно-воздушной смеси и передача этого давления на коленчатый вал через шатунный палец и шатун. Коленчатый вал преобразует поступательное движение поршня в движение вращательное – в крутящий момент двигателя.

Поэтому так важно обеспечить надежное уплотнение камеры сгорания, иначе не удастся добиться ни высокой компрессии топливно-воздушной смеси при сжатии, ни эффективной передачи давления расширяющихся газов при сгорании. Именно для этого и предназначены уплотнительные кольца, которые устанавливаются в канавки уплотняющей части поршня.

Также эти кольца отводят тепло от стакана и передают его стенкам цилиндра, которые, в свою очередь, омываются охлаждающей жидкостью. В моторах, которые должны обеспечивать высокую тяговую нагрузку, поршни дополнительно охлаждаются маслом. Для этого со стороны коленчатого вала имеются форсунки, которые разбрызгивают масло под давлением на внутреннюю сторону днища поршня.

Читайте также!

Ось цилиндра должна совпадать с вертикальной осью поршня. Только в этом случае обеспечивается надежное уплотнение и полностью убирается всякая возможность заклинивания. Никакие перекосы (так называемое болтание) в цилиндре недопустимы. Если оси цилиндра и поршня не совпадают, то ухудшаются теплопередающие свойства колец, а кроме того, трение в разных частях зеркала цилиндра по окружности будет разным, станут образовываться задиры, в работе мотора появятся посторонние шумы, усилится вероятность тяжелой поломки – переклинивания поршня.

Юбка помогает предохранить двигатель от этих проблем, но лишь частично. Ведь там присутствует зазор, а потому плотной фиксации поршня в нужном положении, юбка обеспечить не может (в отличие от уплотнительных колец).

Проблемой является и несоответствие коэффициентов термического расширения у цилиндров и поршней. Во-первых, они выполняются из разных материалов, а во-вторых, они имеют совершенно разную конструкцию. В итоге инженерам приходится изобретать способы, как сделать так, чтобы нагретый поршень, с одной стороны, не заклинило в цилиндре, а с другой – не ухудшились его уплотняющие характеристики. Здесь существует два выхода.

Первое техническое решение – это овальная форма поперечного сечения юбки. Благодаря данной форме юбка нагретого поршня соответствует стенке цилиндра, что спасает от заклинивания.

Второе техническое решение – в юбку поршня вставляются стальные пластины. То есть туда добавляется материал (причем в определенном месте), что увеличивает общую теплоемкость стакана, а значит, одновременно уменьшает предельную температуру его нагрева. Это сильно снижает вероятность заклинивания.

В большинстве случаев для производства поршней используется алюминий. Этот выбор обусловлен тем, что поршень – это движущаяся часть двигателя, а значит, крайне важно максимально уменьшить его вес с учетом того, что в современных ДВС количество оборотов достигает нескольких десятков тысяч в минуту! Использование другого, более тяжелого, хоть и прочного, металла потребует усиливать и шатун, и шатунный палец, да и сам блок цилиндров. Все это приведет как к росту общего веса силового агрегата, так и к ухудшению его мощностных качеств.

Кроме перечисленных выше, инженеры реализуют в конструкции поршня и другие технические решения. Например, конфигурация нижней части юбки – она имеет форму обратного конуса. Это нужно для того, чтобы уменьшить шумовой эффект, который появляется, когда поршень достигает нижней мертвой точки. На рабочей поверхности юбки также присутствует микропрофиль, что способствует большей эффективности смазывания.

Данный профиль – это маленькие канавки, шаг которых составляет от 0,2 до 0,5 мм. Кроме того, трение снижается еще и при помощи фрикционного покрытия.

Основные причины износа поршня двигателя

Чем дольше работает двигатель, тем больше у него накапливается износ, в результате чего могут внезапно выходить из строя те или иные детали. Поршни – это элементы, которые подвержены наибольшим температурным нагрузкам и воздействию давления, так что вполне разумно ожидать, что эти детали будут выходить из строя чаще других.

О том, что поршневая группа работает как-то не так, могут говорить следующие эффекты:

• возросший расход моторного масла;
• появление синего дыма из глушителя;
• нестабильная работа мотора без нагрузки (это наглядно определяется по вибрации рычага КПП);
• снижение мощности и крутящего момента двигателя;
• появление сильного нагара на свечах зажигания.

При ремонте поршневой группы могут возникнуть трудности, которые требуют срочного решения и более глубокой диагностики.

Например, можно наблюдать задиры на днище стакана-поршня. Причиной этого становится перегрев и следующая за этим деформация. Также задиры могут появиться в случае, если поршни имеют неподходящий размер, если неисправны масляные форсунки, а также присутствуют дефекты в системе охлаждения.

На днище поршня также могут наблюдаться следы ударов. Причиной может быть большой выступ какой-либо детали головки блока, например неправильная посадка клапана с избыточным ходом. Также в качестве причины может выступать масляный нагар, неподходящее уплотнение головки блока и др.

Читайте также!

Недостаточное охлаждение поршня через кольца уплотнения является причиной растрескивания его днища. К этому же приводит и дефект форсунки в дизельных двигателях.

Если ось поршня не совпадает с вертикальной осью цилиндра, то первые детали, которые будут от этого страдать, – это уплотнительные кольца. Они будут подвержены избыточному износу и сильным вибрациям, особенно в области канавок.

Радиальный износ (давление на боковые стенки цилиндров) возникает из-за регулярно появляющегося большого количества топливно-воздушной смеси в камере сгорания. В итоге двигатель «захлебывается» топливом – возникает характерное звучание, присущее детонации. Также радиальный износ может усиливаться из-за некорректного размера выступов поршней.

Когда поршень загрязняется продуктами собственного износа, то начинают проявляться последствия так называемого осевого изнашивания.

Юбка поршня также подвержена износу и повреждению. Во-первых, из-за ассиметричного пятна контакта, которое, в свою очередь, вызвано деформацией шатуна (его скручиванием) или же нештатным люфтом шатунного подшипника.

Чрезмерно тесная посадка поршней может стать причиной угловых задиров (которые не параллельны вертикальной оси цилиндра). Кроме того, любые задиры становятся следствием недостаточно качественной смазки при пуске двигателя или даже ошибок при монтаже шатуна.

Поверхность юбки поршня испытывает повышенное трение, когда горючая смесь сильно обогащена топливом и при этом она недостаточно сжата (во время такта «сжатие»). В итоге после зажигания температура в камере сгорания подскакивает выше норматива, что со временем приводит и к перегреву юбки и ее нерасчетному термическому расширению.

Проблемы с поршнями могут стать причиной возникновения неисправностей и в цилиндрах. Наиболее часто гильзы цилиндров выходят из строя в результате кавитации из-за недостаточности охлаждения. Кроме того, гильзы могут быть неправильно посажены или же при их посадке использованы дефектные уплотнительные кольца.

Но если ось движения поршня не совпадает с вертикальной осью цилиндра, то его зеркало будет истираться неравномерно. Кроме того, в камеру сгорания начнет просачиваться масло и образовываться нагар. Блестящие места на внутренней поверхности цилиндра – это как раз он и есть.

При возникновении любой из описанных проблем недопустимо откладывать их решение на потом. Заклинивание поршня может произойти в любой момент, и тогда, скорей всего, потребуется производить дорогостоящую замену всего двигателя целиком.

Какой поршень двигателя выбрать при необходимости замены, по мнению автовладельцев

• Дешевые аналоги.

«Когда 210 тысяч км назад проводил капитальный ремонт двигателя, то поставил поршни «Мописан» (изг. – Турция). Днище и юбки тефлоновые. И никаких вопросов к работе шатунно-поршневой группы нет. А главное, такие поршни намного дешевле оригинальных».

• Люди знающие ценят.

«Если вы не представляете нюансов работы шатунно-поршневой группы, то лучше вам не разбирать двигатель и не пытаться там что-то ремонтировать. Но для тех, кто в ремонте силовых агрегатов разбирается, сообщаю – в мире есть 3 основных производителя поршневых групп: MAHLE, KOLBENSCHMIDT, NURAL. Многие добавляют сюда еще и Mopisan, и YENMAK. Если не хотите столкнуться с откровенным браком, то выбирайте только запчасти от этих производителей».

• Поршни – дело вкуса.

«На рынке есть зарекомендовавшие себя производители: MAHLE, KOLBENSCHMIDT, NURAL, Mopisan, YENMAK и многие другие. А есть продукция, выполненная неизвестными заводами, в том числе, кустарно. При этом детали в исполнении последних могут работать лучше и дольше фирменной продукции. И в этом нет ничего нелогичного, потому что главное здесь – это руки, растущие из правильного места, а вовсе не лейбл на упаковке».

Ни в коем случае нельзя продолжать эксплуатацию автомобиля, если поршни двигателя стали проявлять признаки наличия дефектов. Любое промедление чревато не просто дорогим ремонтом, а заменой всего силового агрегата в целом (ну или даже транспортного средства). Будьте внимательны к своему автомобилю и заливайте только качественное масло и топливо – это существенно продлит срок службы мотора.

Устройство поршня

Поршень является основной деталью поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поршень служит для восприятия и преобразования энергии сжатого газа в энергию поступательного движения. Поршень, как правило, имеет цилиндрическую форму. Во врем я работы двигател я поршень совершает возвратно поступательное движение внутри цилиндра.

Основные функции поршн я :

• Воспринимает давление газов и передает возникающее усилие на шатун — коленчатый вал;
• Создает герметизацию камеры сгорани я ;
• Отводит лишнее тепло от камеры сгорания.

Поршень двигателя состоит из трех основных частей:

Днище поршня (воспринимает газовые силы и тепловую нагрузку);

В обиходе автомобилистов часто встречается такое название, как головка поршня. Головкой поршня называют днище поршня с его уплотняющей частью.

Днище поршня

Основная рабочая поверхность детали, которая вместе со стенками гильзы цилиндров и головкой блока формирует камеру сгорания, в которой и происходит сгорание горючей смеси. Днище поршня может иметь различную конструкцию в зависимости от типа и особенностей двигателя.

Виды поршней

В двухтактных двигателях применяются поршни со сферической формой днища, что приводит к повышению эффективности наполнения камеры сгорания горючей смесью и улучшает отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых двигателях днище имеет плоскую или вогнутую форму. Углубления – выемки служат для улучшения смесеобразования и уменьшают вероятность столкновения поршня с клапаном.

В дизельных моторах углубления в днище более габаритные и имеют различные формы. Такие выемки называют поршневой камерой сгорания. В процессе работы в поршневых камерах сгорания создаются завихрения, которые способствуют улучшению качества смешивания топлива с воздухом.

Уплотняющая часть поршня

Уплотняющая часть поршня предназначена для установки компрессионных и маслосъемных колец, которые предназначены для устранения зазора между поршнем и стенкой гильзы цилиндров.

Уплотняющая часть представл яет собой проточки (канавки) в цилиндрической поверхности поршня. В двухтактных двигателях в проточки встав ляются специальные вставки, в которые упираются замки колец, благодар я которым кольца не прокручиваютс я .

Число канавок, на уплотняющей части поршн я , соответствует количеству поршневых колец. Чаще всего примен я етс я конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным. В канавке под маслосъемное кольцо имеютс я специальные отверстия для стека масла, которое снимается маслосъемным кольцом со стенки гильзы цилиндра.

Юбка поршн я

Юбка я в л я етс я направл я ющей поршня, обеспечива ет только возвратно-поступательное движение детали.