Замена поршня, цилиндра, поршневого пальца

Эта статья о замене поршня, поршневого пальца и ремонте цилиндра будет полезна и автомобилистам.

В статье замена поршневых колец, которую можно найти вот тут, я написал о замене и подгонке ремонтных поршневых колец. Но наступает такой момент, когда замена колец уже не помогает, и приходится задумываться о замене поршня, поршневого пальца и о восстановлении правильной геометрии цилиндра. В этой статье мы и поговорим о деталях цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и рассмотрим некоторые технические нюансы, связанные с этими важными деталями.

Срок службы нормального поршня, соответствует примерно времени износа на нём двух комплектов поршневых колец. Причём продление срока службы изношенного поршня, путём установки новых колец (третьего комплекта и дальше), возможно лишь на короткое время, в течении которого поршневые кольца изнашиваются очень быстро.

У поршня изнашивается его юбка, отверстия под поршневой палец, а так же боковые стенки канавок для поршневых колец. Для восстановления первоначальной прямоугольной формы изношенных канавок колец, их восстанавливают протачиванием на токарном станке, и затем устанавливают в канавки поршня более высокие (ремонтные) поршневые кольца.

Для устранения овальности отверстий поршневого пальца, отверстия в бобышках поршня обрабатывают развёрткой, под размер ремонтного пальца большего диаметра. При этой операции нужно будет увеличить и диаметр втулки верхней головки шатуна.

При износе юбки поршня, поршень как правило бракуют и заменяют новым. Но качественный поршень для некоторых мотоциклов (в том числе и советских) сейчас найти не так то просто, и прилавки загружены алюминиевым металлоломом, в составе которого кремния нет вовсе. Поэтому есть смысл восстановить родной поршень, с помощью наращивания его размера специальным составом, который кроме восстановления изношенной юбки, вдобавок значительно уменьшит трение поршня о стенки цилиндра.

Пределом износа поршня, можно считать образование между нижней частью его юбки и стенкой цилиндра зазора около 0,5% от диаметра цилиндра. Например при диаметрах цилиндра 50, 70, 80 мм, предельный зазор будет в 0,25; 0,35; 0,4 мм соответственно. Величину зазора (при наличии щупа) измеряют внизу поршня, отступив на 5 — 10 мм от нижнего края передней или задней стороны юбки, при расположении поршня в нижней, менее изношенной части цилиндра, а затем в средней наиболее изношенной части.

Однако для полноты картины, цилиндр следует измерять с помощью индикаторного нутромера, в четырёх поясах (см. рисунок слева), и в двух диаметрально противоположных направлениях, так как цилиндр изнашивается неравномерно.

Кстати, у некоторых двигателей, кроме естественного износа цилиндра в виде бочки и овала, бывает ещё неравномерный износ, например из-за смывания смазки потоком рабочей смеси, направленным на боковую стенку, или от постоянного стекания смазки на одну сторону цилиндра, при горизонтальном расположении цилиндров (как на наших оппозитах Урал, Днепр, К-750 и др.).

У кого нет индикаторного нутромера, то разность геометрии цилиндра, можно определять с помощью поршневого кольца, которое сначала вставляют внизу или вверху цилиндра, а затем в середине. Зазор в замке кольца измеряют щупом, и разность между б?ольшим и меньшим значениями зазора, делят на число ? (число пи, равное 3,14) и получают величину износа.

При подборе нового поршня, проверяют чтобы его диаметр в верхней части (участок рядом с кольцами) был меньше диаметра в нижней части. Так как правильный качественный поршень, расширяется от донышка к юбке конусом. К примеру, при диаметре цилиндра 52, конусность поршня составляет 0,17 мм, при диаметре 72 может составлять 0,25 — 0,4 мм, и при диаметре поршня 78 мм, конусность может быть уже от 0,55 до 0,6 мм.

Однако это примерные данные, которые могут немного отличаться на некоторых моторах. Всё зависит от теплового режима двигателя, например мотор с водяным охлаждением, имеет меньшую конусность на поршнях, так как его головка, а соответственно и донышко поршня, будет нагреваться меньше (значит и расширяться от нагрева), чем головка и поршень того же К-750, чугунные цилиндры и поршни которого нагреваются значительно больше .

Конусность поршню необходима, так как он нагревается неравномерно (донышко болше всего, середина меньше, и юбка в самом низу ещё меньше. И при нагреве поршня с конусом, он становится правильной цилиндрической формы.

Диаметр поршня пишется на донышке, и он как правило соответствует диаметру поршня в районе поршневых колец.

Но подбор нового поршня к цилиндру, лучше производить по диаметру внизу юбки поршня (который чуть больше). В таком случае обкатка будет безопаснее и быстрее, особенно для двигателей воздушников, которые греются чуть больше водянок, а так же если вы не знаете из какого сплава сделан ваш поршень, и какое у него тепловое расширение (но об этом чуть ниже).

И зазор меду диаметром внизу юбки поршня и диаметром цилиндра, может составлять от 0,05 (для самых маленьких кубатур) до 0,1 мм для больших объёмов цилиндров. Но всё же точное значение рабочего зазора лучше всего узнать в мануале своего двигателя.

Сейчас на прилавках появилось очень много поршней разных «фирм» (как правило дешёвых азиатских), алюминиевый сплав которых уже не тот что был раньше, а о важности кремния в составе поршней некоторые фирмы даже не знают. И тепловое расширение этих сплавов не то, что было раньше.

Это часто приводит эксплуатацию мотоцикла или машины после ремонта к печальным последствиям, когда уже при обкатке, поршни заклинивают в цилиндрах, не смотря на то, что вроде бы зазоры подобраны правильно.

Конечно такие поршни лучше не покупать, а поискать качественные советские детали у народа в глубинке. Или подобрать поршень от какой то машины иномарки. Ну или восстановить старый поршень с помощью состава, о котором можно почитать, если перейти по ссылке выше. Но кто не хочет этим заморачиваться, особенно когда сезон уже наступил, и всё же купит поршень неизвестного сплава, то полезно сделать следующее.

Поршень и цилиндр нагревают до 150 градусов (это примерно когда капля воды от металла не отскакивает с шипением, а остается на поверхности и быстро испаряется). После этого, с помощью рукавиц вставляют поршень в цилиндр, и при нормальном зазоре, поршень должен не падать, или клинить в цилиндре, а плавно опускаться в цилиндр под собственным весом.

А можно просто замерить микрометром диаметр холодного поршня, и записать размер, а затем нагреть его и опять замерить. Естественно при нагреве поршня, его диаметр станет больше, а вот на сколько больше — это и есть величина его теплового расширения.

И исходя их этой величины, и руководствуются при подборе теплового зазора между поршнем и цилиндром — этот зазор должен быть примерно на 1 сотку больше теплового расширения поршня, но никак не меньше, иначе поршень при нагреве заклинит.

Увеличение зазора против нормы на 0,01 — 0,03 мм допустимо, а когда мотор уже изрядно «пробежал», и подбирается поршень, то можно и уменьшить этот зазор.. Необходимо только учесть, что при меньшем зазоре следует проявлять особую осторожность при обкатке двигателя после ремонта, чтобы не допустить заклинивания нового поршня в цилиндре.

У самых маленьких мотоциклов воздушного охлаждения, с рабочим объёмом в 125 кубиков, поршень устанавливают в цилиндр двигателя с зазором 0,065 — 0,085 мм — это с чугунным цилиндром, который больше греется.

А у алюминиевого цилиндра, который лучше охлаждается зазор может быть чуть меньше — 0,05 мм (у иномарок может быть другой зазор — ищем в заводском мануале конкретного мотора). Этот зазор, как я уже говорил, можно измерить щупом у нижнего края юбки (в самой широкой части поршня).

На поршне (его донышке) может быть выбит диаметр в миллиметрах, а может быть выбит номер одной из размерных групп, в виде цифры 0; 1; или 2. Разность диаметра поршня каждой соседней цифры (размерной группы), составляет 0,01 мм.

На бобышках некоторых поршней (как правило качественных советских), имеются цветные метки (белая, чёрная или красная). Эти метки служат для подбора поршневых пальцев нужного диаметра (на пальцах тоже цветные метки). Естественно, цвет пальца и бобышки поршня должен совпасть.

Если же меток нет, то придётся замерить наружный диаметр пальца, и внутренний диаметр отверстий в бобышках, и сверить эти диаметры с рекомендуемыми диаметрами завода изготовителя именно вашего двигателя.

Если отверстие мало, его развёртывают развёрткой нужного диаметра, ну а если отверстие наоборот больше необходимого, то придётся поискать более толстый палец, или наложить на него слой хрома, если такие пальцы не продаются (например для антикварных мотоциклов).

Для наших 750 кубовых оппозитов (К-750, М-72), поршень подбирают к цилиндру с зазором 0,08 — 0,1 мм (для Урала и Днепра чуть меньше).По диаметру юбки поршни делятся на три размерные группы. Первая группа — 77,94 мм, вторая — 77,93 мм, и третья — 77,92 мм.

Но существуют и ремонтные поршни трёх ремонтных групп (сейчас некоторые заводы делают для многих мотоциклов более трёх ремонтных групп). Первая ремонтная группа 78,2, вторая 78,5 и третья 79,0.

Новые цилиндры тоже делятся на три группы, в зависимости от диаметра. Первая — 78,03, вторая — 78,02, и третья 78,01 мм. Но сейчас купить новые цилиндры на эти мотоциклы нереально, поэтому эти размеры следует использовать при расточке цилиндров.

Сейчас выше перечисленные размеры (зазоры) можно найти практически для любого двигателя, а двигателей очень много, поэтому мне нет смысла перечислять их здесь. Вышеперечисленные размеры я опубликовал для примера, чтобы была видна разница зазоров самого маленького мотоцикла, и самого большого (естественно на иномарках есть моторы объёмом посолиднее).

Цилиндр растачивают и хонингуют (о правильной хонинговке и ремонте, когда мотор становится лучше нового заводского, советую почитать вот тут), когда его диаметр от износа увеличивается на 0,15 — 0,2о мм. Однако эти примерные величины тоже могут отличаться, в зависимости от объёма двигателя (диаметра цилиндров). Расточка и хонинговка могут потребоваться и раньше, если на зеркале образовались задиры, например от попадания вылетевшего стопорного кольца, или заклинивания поршня.

При износе цилиндра или от задиров и рисок, естественно падает компрессия и мощность двигателя. При этом восстановить нормальную компрессию путём установки в изношенный цилиндр нового поршня и новых колец не получится. Так как новый поршень и кольца не смогут нормально приработаться к бочкообразному или овальному цилиндру. И зазоры между поршнем и зеркалом (а так же в замках колец) в наиболее изношенной части цилиндра, будут отличаться от зазоров в наименее изношенной части.

Вдобавок, при поступательном движении поршня по бочкообразному и овальному цилиндру, поршневые кольца будут непрерывно сжиматься и разжиматься, и велика вероятности их поломки, к тому же и боковые стенки поршневых канавок будут интенсивно изнашиваться.

Изношенный цилиндр подлежит ремонту, с расточкой и последующим хонингованием. Об этом я уже подробно написал в этой статье, по ремонту цилиндра. Но кое что всё же хочу добавить. В незаводских условиях, многие ремонтники растачивают цилиндр в патроне токарного станка. При такой расточке, следует во первых учесть точную перпендикулярность оси обрабатываемого цилиндра его фланцу.

А во вторых многие токари, для упрощения работы при расточке, закрепляют цилиндр за нижнюю часть (фланец) в четырёхкулачковый патрон. Этого делать очень нежелательно, даже если фланец цилиндра достаточно толстый (массивный). Так как для прочного закрепления цилиндра токарем, кулачки зажимают цилиндр и деформируют его стенки. При этом резец снимает металл на выступающих частях зеркала (в тех местах где кулачки) больше металла, чем в других.

В результате, после проточки и снятия цилиндра, за счёт упругости металла, стенки цилиндра возвращаются назад, и в этих местах получаются незаметные глазу впадины, и такой цилиндр приобретает неправильную геометрическую форму.

Чтобы исключить такие неприятности (при расточке токарным станком, а не специальным), изготавливают выверенную планшайбу (строго перпендикулярную оси цилиндра) и крепят цилиндр болтами за отверстия фланца.

Одновременно с износом поршня, изнашивается и поршневой палец, и появляются повышенные зазоры, между пальцем и втулкой верхней головки шатуна, или бобышками поршня (возникает стук при работе двигателя). Поэтому чаще всего, поршень, палец и бронзовую втулку заменяют одновременно.

Но бывает, что в следствии неправильной эксплуатации или неточной подгонки деталей при сборке (или втулка некачественная), необходимость замены пальца, бронзовой втулки (или роликового подшипника) или поршня наступает в разные сроки, и тогда следует определить очерёдность замены какой то детали. Это делают по прослушиванию мотора при работе, так как появляется стук изношенной детали.

И если есть подозрение на стук, исходящий именно от сочленения пальца и верхней головки шатуна, то следует разобрать двигатель, и тогда убедиться в этом будет несложно. Износ деталей определяется на ощупь. Осевое перемещение поршня с пальцем во втулке шатуна явление нормальное.

Но самое незначительное перемещение поршня в радиальном направлении, относительно верхней головки шатуна, недопустимо и именно оно вызывает при работе двигателя интенсивный стук, и может даже быть причиной поломки поршня (трещин на бобышках).

Радиальное перемещение поршня и интенсивный стук от этого, происходит из-за износа отверстия бронзовой втулки, пальца, увеличения отверстий в бобышках, а так же от ослабления посадки бронзовой втулки в верхней головке шатуна. Причем при появлении даже незначительного стука, он может быстро превратиться в сильный стук, из-за быстрого увеличения диаметра бронзовой втулки от наклёпа (от ударов).

Просто заменить изношенный палец новым в большинстве случаев не помогает, так как отверстие в бронзовой втулке и в бобышках поршня становится овальным. Поэтому следует развернуть развёрткой (лучше раздвижной) отверстие во втулке или в бобышках, чтобы вернуть им круглую форму вместо овальной. При подборе диаметра развёртки, следует учитывать диаметр ремонтного пальца ближайшего ремонтного размера.

При выпрессовке или запрессовке поршневого пальца, нельзя использовать ударную технику, так как можно погнуть шатун, а лучше использовать специальное приспособление, которое можно сделать за несколько часов (см фото 5 и рисунок чуть ниже).

Кстати, на некоторых поршнях, посадка пальца в бобышках производится с натягом ( примерно 0,008 мм), а на некоторых поршнях применяют свободную посадку ( с необходимым зазором). Поэтому прежде чем разворачивать отверстия в бобышках поршня, изучите мануал вашего двигателя и уточните соответствующие зазоры (между пальцем и бронзовой втулкой и между пальцем и бобышками поршня, а точнее их отверстиями).

Зазор между пальцем и отверстием бронзовой втулки составляет примерно 0,001 — 0,009 мм, но опять же он может отличаться в зависимости от объёма двигателя и от его рабочей температуры. Поэтому всегда нужно сверяться с точными заводскими данными нового двигателя какой то модели.

Ну а при ремонте современных двигателей, в которых вместо бронзовой втулки стоит роликовый подшипник, мастера обычно покупают комплект, в котором новый поршневой палец упакован вместе с подшипником. Здесь только следует поменять изношенную втулку верхней головки шатуна, но на современных моторах сейчас уже втулки не используют.

В современных шатунах применяют твёрдое напыление верхней головки шатуна, которое позволяет верхней головке шатуна иметь большой ресурс (подробнее об этом здесь), и при ремонте заменяют только подшипник, с роликами (иногда используют ролики большего, ремонтного диаметра, если отверстие верхней головки чуть износилось, но это бывает после очень большого пробега).

При запрессовке поршневого пальца в бобышки поршня (если используется именно такая посадка) потребуются специальные приспособления, например как на фото слева.

Выпрессовка сильно изношенной втулки, с помощью приспособлений.

а — выпрессовка при помощи тисков, б — выпрессовка при помощи болта.

1 — шатун, 2 — бронзовая втулка, 3 — оправка, 4 — вспомогательная втулка, 5 — губки тисков, 6 — болт, 7 — шайба.

Если нужно заменить бронзовую втулку в верхней головке шатуна (при её сильном износе), то для её выпрессовки можно воспользоваться простыми приспособлениями, показанными на рисунке слева.

После всех ремонтных расточных операций и приобретения новых деталей, производят сборку двигателя, и чтобы не испортить новые кольца, а так же облегчить сборку поршневой (ввод поршней в цилиндры) следует пользоваться специальными приспособлениями.

Вот вроде бы и все особенности по замене поршня, поршневого пальца и ремонте цилиндра, которые я хотел донести до ремонтников новичков, и надеюсь эта статья поможет им восстановить свой изношенный двигатель не хуже нового заводского; удачи всем.

Материалы: http://motoli.ru/854-zamena-porshnya-cilindra-porshnevogo-palca.html

Поршень. При такте рабочего хода поршень воспринимает давление газов и передает его через шатун на коленчатый вал. Поршень состоит из трехосновных частей: днища, уплотняющей части с проточенными в ней канавками для поршневых колец и юбки, поверхность которой соприкасается с зеркалом цилиндра. Днище поршня вместе с внутренней поверхностью головки цилиндра, образующее камеру сгорания, непосредственно воспринимает давление газов: оно может быть плоским (двигатели ЗИЛ -130, ГАЗ -53-11), выпуклым (двигатель автомобидя «Москвич-2140») и фасонным (дизели ЯМЗ , КамАЗ).

Наибольшее распространение в карбюраторных двигателях получили плоские днища, отличающиеся относительной простотой изготовления. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня, на которой располагаются компрессионные и маслосъемные кольца. Число колец зависит от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Зазор между головкой поршня и стенкОй цилиндра находится в пределах 0,4—0,6 мм.

Юбка поршня, имеющая форму конуса овального сечения, является направляющей при его движении в цилиндре. С внутренней стороны она имеет охлаждающие ребра и приливы — бобышки с отверстиями для поршневого пальца. На юбке поршня ряда двигателей с одной стороны сделаны Т- или П-об-разные тепловые прорези, предупреждающие заклинивание поршня при нагревании.

Для свободного перемещения поршня необходим и зазор между его юбкой и зеркалом цилиндра, который при их нормальном тепловом состоянии (80—95 °С) для различных моделей двигателей равен 0,04— 0,08 мм.

Для предотвращения задиров поршня при нагреве на его поверхности около торцов поршневого пальца делают местные углубления — холодильники, которые также способствуют отводу тепла от поршня и улучшают условия его смазывания.

а — карбюраторных двигателей; б — дизелей КамАЗ; в — дизелей ЯМЗ

В дизелях с непосредственным впрыском (дизели КамАЗ-740, ЯМЭ -238) в днище поршня располагается камера сгорания, а юбка поршня имеет также форму конуса овального сечения, но без прорезей, что придает ей необходимую прочность. Кроме того, в нижней части юбки поршня отдельных двигателей (КамАЗ-740, ВАЗ -2108) имеются боковые выемки для прохода противовесов коленчатого вала.

Чтобы уменьшить силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, поршни, как правило, изготовляют из легких кремнистых алюминиевых сплавов для уменьшения их массы. Для двигателя подбирают поршни, масса которых не отличается более чем на 2—8 г.

На днище поршня действуют высокие температуры, поэтому для повышения износостойкости первой канавки поршня под верхнее поршневое кольцо устанавливают чугунную кольцевую вставку (у двигателей ЗИЛ -130, КамАЗ-740 и др.).

При переходе поршня через в.м.т. он смещается в боковом направлении от одной стенки цилиндра к другой, что сопровождается стуками. Для их устранения на двигателях автомобилей ЗИЛ -130, ГАЗ -53-12, «Москвич-2140» и др. ось отверстия под поршневой палец смещают на 1,6 мм от диаметральной плоскости поршня в правую сторону двигателя (по ходу движения автомобиля)

Поршни в цилиндры следует устанавливать так, чтобы боковое давление во время рабочего хода испытывала та часть поршня, где нет тепловых прорезей. С этой целью на днище поршня делают метку или стрелку, которая при установке поршня в цилиндр, должна быть обращена к передней части двигателя.

Поршневые кольца. Основная функция поршневых колец — уплотнение камеры сгорания и обеспечение герметичности соединения деталей поршень — цилиндр — канавки. Кроме того, при сгорании рабочей смеси значительное количество тепла поглощается поршнем и отводится от него поршневыми кольцами.

Конструктивно поршневое кольцо представляет собой плоскую разрезную пружину с зазором, который называется замком. Замок позволяет устанавливать кольца на поршень и обеспечивает свободное расширение их при нагревании в процессе работы двигателя. Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца подбирают с определенным зазбром (0,02—0,07 мм) по высоте к канавке поршня. При установке поршня в цилиндр кольца сжимаются до небольшого зазора в замке и плотно прилегают к поверхности цилиндра, что предотвращает прорыв газов в картер двигателя и попадание масла со стенок цилиндра в камеру сгорания.

Маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра и отводит его в поддон картера.

Поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна, а для двигателей с большими динамическими нагрузками — из специальной стали.

Поверхность верхнего компрессионного кольца для повышения износостойкости подвергают пористому хромированию, а остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова или молибдена.

Чугунное маслосъемное кольцо отличается от компрессионного прорезями для прохода масла. В канавке поршня под маслосъемное кольцо сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня. На многих двигателях применяют стальные составные масло-съемные кольца. Например, в двигателе ЗИЛ -130 на каждый поршень устанавливают три компрессионных кольца и одно составное маслосъемное. Составное маслосъемное кольцо разборное, оно состоит из двух стальных кольцевых дисков и двух расширителей: осевого и радиального.

Компрессионные кольца в канавках поршня и в чугунной вставке располагают так, чтобы выточки на внутренних цилиндрических поверхностях колец были обращены вверх, в сторону днища поршня. Наружная поверхность нижнего компрессионного кольца имеет небольшую конусность, большее основание которого обращено вниз, что способствует лучшему уплотнению соединения поршень — цилиндр.

У большинства двигателей зазор в замках двух верхних компрессионных колец и чугунного маслосъем-ного составляет 0,25—0,60 мм, в нижнем компрессионном кольце — 0,15— 0,40 мм, а в замке кольцевых дисков составного маслосъемного кольца — 0,8—1,4 мм.

При наличии чугунного масло-съемного кольца замки всех колец при установке их на поршень располагают по окружности под углом 90°. При установке стального составного маслосъемного кольца на равные угловые интервалы смещаются только замки компрессионных колец.

Поршневой палец. Для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна служит поршневой палец. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготовляют из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой ТВЧ (токами высокой частоты). Поршневой палец представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки поршня.

По способу соединения с шатуном и поршнем пальцы делятся на плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке, установленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами, расположенными в выточках бобышек поршня.

Рис. 2. Поршневые кольца:

а—типы поршневых колец; б—расположение колец на поршне

Рис. 3. Шатунно-поршневая группа

При работающем двигателе в бобышках поршня возможны стуки пальцев из-за различного коэффициента линейного расширения алюминиевого сплава и стали. Для устранения этого явления палец в бобышках устанавливают с натягом 0,01—0,02 мм, нагревая поршень до температуры 80—90 °С, что обеспечивает поддержание нормального теплового зазора (0,01—0,03 мм) в этом сопряжении на всех режимах работы двигателя.

Шатун. Он служит для соединения поршня с кривошипом коленчатого вала и обеспечивает при такте рабочего хода передачу усилия от давления газов на поршень к коленчатому валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск), наоборот, от коленчатого вала к поршню. При работе двигателя шатун совершает сложное движение. Он движется возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра и качается относительно оси поршневого пальца.

Шатун штампуют из легированной или углеродистой стали. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней головки, нижней головки и крышки. В стержне шатуна при принудительном смазывании плавающего поршневого пальца (в основном у дизелей) сверлится сквозное отверстие — масляный канал.

Нижнюю головку, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет значительные размеры и превышает диаметр цилиндра (у дизелей ЯМЗ ), плоскость разъема головки делают под углом (косой срез), что позволяет уменьшить радиус окружности, описываемой нижней частью шатуна.

Крышка шатуна изготовляется из той же стали, что и шатун, и обрабатывается совместно с нижней головкой, поэтому перестановка крышки с одного шатуна на другой не допускается. На шатунах и крышках с этой целью делают метки. Чтобы обеспечить высокую точность при сборке нижней головки шатуна, его крышку фиксируют шлифованными поясками болтов, которые затягивают гайками и стопорят шплинтами или шайбами. В нижнюю головку устанавливают шатунный подшипник в виде тонкостенных стальных вкладышей, которые с внутренней стороны покрыты слоем антифрикционного сплава.

От осевого смещения и провертывания вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые входят в канавки нижней головки шатуна и его крышки. В нижней головке шатуна и во вкладыше делается отверстие для периодического выбрызгивания масла на зеркало цилиндра или на распределительный вал (у двигателей ЗИЛ -130, ЗМЗ -53-11):

Для лучшей уравновешенности кривошипно-шатунного механизма разница в массе шатунов не должна превышать 6—8 г. В У-образных двигателях на каждой шатунной шейке коленчатого вала расположены два шатуна. В этих двигателях для правильной сборки шатунно-поршневой группы поршни и шатуны устанавливают строго по меткам.

На крышке и стержне шатуна дизеля КамАЗ-740 метки выбивают в виде трехзначных номеров. Кроме того, на крышке шатуна выбивают порядковый номер цилиндра. Так, у двигателя ЗИЛ -130 метка на днище поршня должна быть направлена к передней части двигателя. При этом метка на шатуне для левого ряда цилиндров должна быть направлена в одну сторону с меткой на поршне, а метка на шатуне для правого ряда цилиндров должна быть направлена в противоположную сторону относительно метки на поршне.

В поршневую группу входят поршни, поршневые кольца и поршневые пальцы. Поршень представляет собой металлический стакан, донышком обращенный вверх. Он воспринимает давление газов при рабочем ходе и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Отливают поршни из алюминиевого сплава.

Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбка) части. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня.

Днище поршня вместе с головкой цилиндра образует камеру сгорания. В головке поршня проточены канавки для поршневых колец.

Поршни двигателя ЯМЗ -740 изготовлены из высококремнистого алюминиевого сплава, имеют вставки из жаропрочного чугуна под верхнее компрессионное кольцо, в толстостенном днище поршня выполнена камера сгорания.

Уплотняющая часть поршня имеет диаметр, увеличивающийся книзу. Юбка поршня имеет две бобышки (приливы) с отверстиями для поршневого пальца. Каждая бобышка связана с днищем поршня двумя ребрами. Юбка поршня двигателя ЯМЗ -740 в нижней части имеет боковые выемки для прохода противовесов коленчатого вала при его вращении.

Юбка поршня обычно имеет прорези, которые предупреждают заедание поршня при нагреве и позволяют уменьшить зазор между гильзой цилиндра и поршнем. Заклинивание поршня исключают также приданием юбке овальной формы. Диаметр поршня в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают больше, чем в направлении оси поршневого пальца (у ЗИЛ -130 на 0,52 мм). При нагревании поршень расширяется сильнее в направлении оси поршневого пальца, где в бобышках сосредоточена наибольшая масса металла. Поэтому овальный поршень при нагреве получит цилиндрическую форму.

Отверстие под поршневой палец располагается не по оси симметрии поршня, а смещено на 1,5 мм ( ЗМЗ -24, 3M3-53) вправо по ходу автомобиля. Этим уменьшается сила удара поршня о стенки гильзы при переходе его через в. м. т. в процессе сгорания — расширения газов.

Для улучшения приработки поршней к гильзам цилиндров и предохранения их от задиров юбку поршня покрывают тонким слоем олова или коллоидного графита (ЯМ3-740).

Поршневые кольца устанавливают в канавки, расположенные в головке поршня. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют поршень в гильзе цилиндра и предотвращают прорыв газов через зазор между юбкой поршня и стенкой гильзы. Маслосъемные кольца, кроме того, снимают излишки масла со стенок гильз и не допускают попадания его в камеры сгорания.

Поршневые кольца изготовляют из чугуна или стали. Для установки на поршень кольца имеют разрез, называемый замком. Маслосъемное кольцо отличается от компрессорных колец сквозными прорезями для прохода масла. В канавке поршня для маслосъемного кольца сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня.

В целях повышения износостойкости поверхность верхнего поршневого кольца подвергают пористому хромированию. Остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова. Нижнее компрессионное кольцо двигателя ЯМЗ -740 покрыто молибденом.

На наружной и внутренней поверхностях компрессионных колец выполняют фаски или канавки.

Маслосъемное кольцо двигателей ЗМЗ и ЗИЛ состоит из двух стальных кольцевых дисков, осевого и радиального расширителей. Вследствие быстрой прирабатываемости и упругости стальные кольца хорошо прилегают к гильзе цилиндра.

Поршневой палец служит для соединения поршня с шатуном и представляет собой короткую трубку. Пальцы изготовляют из легированной цементованной стали или из углеродистой стали, Закаленной токами высокой частоты. Наиболее распространены «плавающие» пальцы, свободно поворачивающиеся во втулке верхней головки шатуна и в бобышках поршня. От осевого смещения поршневой палец предохраняется стопорными кольцами, вставляемыми в выточки обеих бобышек поршня.

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Остались вопросы по теме:

"Поршневая группа и шатуны"

© 2007-2017 Строй-Техника.Ру - информационная система по строительной технике.

Материалы: http://stroy-technics.ru/article/porshnevaya-gruppa-i-shatuny

Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.

Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбку) части. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня. Днище поршня вместе с головкой цилиндра ограничивают объем камеры сгорания. В головке поршня проточены канавки для колец. При работе двигателя на поршень действуют большие механические и тепловые нагрузки от давления горячих газов.

Конструкция поршня должна обеспечивать такой зазор между поршнем и цилиндром, который исключал бы стуки поршня после запуска двигателя и заклинивание его в результате теплового расширения при работе двигателя под нагрузкой.

На юбке поршня делают разрезы, придают ему овальную форму в поперечном сечении и коническую - по высоте, производят заделку в поршень специальных компенсационных пластин из металла с малым коэффициентом теплового расширения. Например, в поршнях некоторых двигателей с зажиганием от искры юбку выполняют с косым разрезом, что делает ее более упругой и позволяет устанавливать поршень с минимальным зазором, не опасаясь заклинивания.

При шлифовании поршню придают овальную форму (большая ось овала должна быть перпендикулярна оси поршневого пальца), чтобы под действием боковых усилий и нагрева юбка поршня в рабочем состоянии принимала цилиндрическую форму.

Так как температура головки поршня примерно на 100-150°С выше, чем нижней части юбки, то наружный диаметр юбки делают больше, чем диаметр головки.

Большую опасность представляет собой перегрев поршня из-за недостаточного его охлаждения. При перегреве прогорает днище поршня, происходит задир рабочей поверхности цилиндра, залегание колец и даже заклинивание поршня. Иногда для улучшения охлаждения поршня на его внутреннюю поверхность направляют струю масла.

Рисунок 3 - Детали поршневой группы: 1 - поршень, 2 - поршневой палец, 3 - стопорные кольца, 4, 5 - компрессионные кольца, 6 - маслосъемное кольцо.

Конструкции поршней с различной формой днища представлена на рисунке

Рисунок 4 - Конструкции поршней с различной формой днища (а—з) и их элементов: 1 — бобышка; 2 — стенка поршня; 3 — ребро; 4 — днище поршня; 5 — канавки для компрессионных колец; 6 — дренажное отверстие для отвода масла

Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).

Поршень дизеля КамАЗ-740 отлит из высококремнистого алюминиевого сплава (иногда поршни покрывают слоем олова для улучшения прирабатываемости) со вставкой из специального чугуна под верхнее компрессионное кольцо. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, причем большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца. По высоте поршень имеет коническую форму: в верхней части меньший диаметр, чем в нижней. На юбку поршня нанесено коллоидно-графитовое покрытие для улучшения приработки и предохранения от задиров. Кроме того, в бобышки поршня залиты стальные терморегулирующие пластины. Все это выполнено для компенсации неравномерности тепловой деформации поршня при работе в цилиндрах двигателя, возникающей изза неравномерного распределения массы металла внутри юбки поршня. В бобышках поршня имеются отверстия для прохода масла к поршневому пальцу. В головке поршня расположена тороидальная камера сгорания, а сбоку от нее в днище — две; выемки для предотвращения касания его с клапанами. Под бобышками в нижней части юбки сделаны выемки для прохода противовесов коленчатого вала в НМТ.

В связи со сложной формой наружной поверхности поршня измерять его диаметр необходимо в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца и на расстоянии 52,4 мм от днища поршня. В запасные части поставляются поршни классов А, С, Е. Этих классов достаточно для подбора поршня к любому цилиндру, так как поршни и цилиндры разбиты на классы с некоторым перекрытием размеров. Например, к цилиндрам классов В и D) может подойти поршень класса С. Кроме того, при ремонте двигателей поршни обычно заменяются у изношенных цилиндров, поэтому к незначительно изношенному цилиндру, имевшему класс В, может подойти поршень класса С.

Главное при подборе поршня обеспечение необходимого монтажного зазора между поршнем и цилиндром (0,05-0,07 мм). По диаметру отверстия под поршневой палец поршни подразделяются через 0,064 мм на три категории, обозначаемые цифрами 1, 2, 3. Класс поршня (буква) и категория отверстия под поршневой палец (цифра) клеймятся на днище поршня. Поршни по массе в одном и том же двигателе подобраны с максимально допустимым отклонением +2,5 г.

С шатуном поршень соединен пальцем 2 плавающего типа, стопорные кольца 3 вставляются в канавки, проточенные в бобышках, кольца ограничивают осевое смещение пальца в поршне.

Поршневой палец стальной, цементированный, трубчатого сечения, запрессован в верхнюю головку шатуна с натягом и свободно вращается в бобышках поршня. Поршневые пальцы, как и отверстия в бобышках поршня, по наружному диаметру подразделяются на три категории через 0,004мм.

Категория пальца маркируется на его торце соответствующим цветом: синим первая категория, зеленым вторая, красным третья. Собираемые палец и поршень должны принадлежать к одной категории.

Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 2 мм в правую сторону двигателя. Это уменьшает возможность появления стука поршня при переходе через в.м.т. Для правильной установки поршня в цилиндр около отверстия под поршневой палец имеется метка "П". Поршень должен устанавливаться в цилиндр так, чтобы метка была обращена в сторону передней части двигателя. Поршни, как и цилиндры, по наружному диаметру подразделяются на пять классов через 0,01 мм, обозначаемые буквами А, В, С, D, Е. Им соответствуют следующие диаметры цилиндров, в мм: А 78,94-78,95; В 78,95-78,96; С 78,96-78,97; D 78,97-78,98; Е 78,98-78,99.

На поршне выполнены канавки для двух компрессионных 4, 5 и одного маслосъемного 6 кольца. Компрессионные кольца уплотняют поршень в гильзе цилиндров и предотвращают прорыв газов через зазор между юбкой поршня и стенкой гильзы. Маслосъемные кольца снимают излишки масла со стенок гильз и не допускают попадания его в камеры сгорания.

Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Иногда маслосъемные кольца делают из стали. Для установки на поршень кольца имеют разрез, называемый замком.

После установки в цилиндр зазор в замке должен быть в пределах 0,3-0,5 мм, чтобы кольцо не заклинивало при нагревании. Замки на поршне должны располагаться на равных расстояниях друг от друга по окружности, что уменьшает прорыв газов из цилиндра.

Компрессионные кольца и особенно первое (верхнее) из них работают в тяжелых условиях. Из-за соприкосновения с горячими газами и большой работы трения, производимой первым кольцом, оно сильно нагревается (до 225-275°С), что осложняет его смазку и вызывает увеличенный износ как самого кольца, так и верхнего пояса цилиндра.

Для повышения износостойкости поверхность верхнего компрессионного кольца подвергают пористому хромированию. Остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова или молибдена (двигатель КамАЗ-740).

Поршневые кольца разрезные, в свободном состоянии их диаметр несколько больше диаметра цилиндра. Поэтому в цилиндре кольцо плотно прижимается к его стенкам. В канавках поршня кольца образуют лабиринт с малыми зазорами, в котором газы, прорывающиеся из надпоршневого пространства, с одной стороны, теряют давление и скорость, а с другой — прижимают кольца к стенке цилиндра.

Рисунок 5 - Поршневые кольца: а - внешний вид, б - расположение колец на поршне (двигателя ЗИЛ-130), в - составное маслосъемное кольцо; 1 - компрессионное кольцо, 2 - маслосъемное кольцо, 3 - плоские стальные диски, 4 - осевой расширитель, 5 - радиальный расширитель.

Компрессионные кольца имеют разную форму поперечного сечения. Компрессионное кольцо 1 с прямоугольным сечением (а) прилегает к цилиндру по всей наружной поверхности. Для увеличения удельного давления кольца на зеркало цилиндра и более быстрой приработки наружной поверхности кольцу придается коническая форма или делается на верхней внутренней кромке кольца 1 специальная выточка (6).

Маслосъемные кольца также имеют различную форму: коническую, скребковую, пластинчатую с осевым и радиальным расширителями (в). При движении вверх маслосъемное кольцо как бы «всплывает» в масляном слое, а при движении вниз острая кромка кольца соскабливает масло.

Маслосъемное кольцо отличается от компрессионных сквозными прорезями для прохода масла. В канавке поршня для маслосъемного кольца сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня.

Маслосъемное кольцо двигателей ЗМЗ и ЗИЛ состоит из двух стальных кольцевых дисков, осевого 4 и радиального 5 расширителей. Вследствие быстрой прирабатываемости и упругости стальные маслосъемные кольца хорошо прилегают к гильзе цилиндра.

Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и, преобразуя возвратно-поступательное движение поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала, совершает сложное движение, подвергаясь при этом действию знакопеременных ударных нагрузок. В двигателе шатун подвергается воздействию значительных переменных нагрузок, изменяющихся от растяжения к сжатию. Поэтому он должен быть прочным, жестким и легким. Шатуны изготавливаются из стали литьем или горячей штамповкой. На спортивных автомобилях могут устанавливаться шатуны из титанового сплава. Шатун состоит из трех конструктивных элементов: стержня 2, верхней (поршневой) головки 1 и нижней (кривошипной) головки 3. Стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. В верхнюю головку для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку 6 с отверстием для подвода масла к трущимся поверхностям. Нижнюю головку шатуна для обеспечения возможности сборки с коленчатым валом выполняют разъемной. У бензиновых двигателей разъем головки обычно расположен под углом 90° к оси шатуна. У дизелей нижняя головка шатуна 7, как правило, имеет косой разъем. Крышка 4 нижней головки крепится к шатуну двумя шатунными болтами, точно подогнанными к отверстиям в шатуне и крышке для обеспечения высокой точности сборки. Чтобы крепление не ослабло, гайки болтов стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Отверстие в нижней головке растачивают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемыми.

Конструкция шатуна различается в зависимости от типа двигателя и его компоновочной схемы (рисунок 6). Длина шатуна во многом определяет высоту двигателя. Шатун условно разделяется на три части: стержень, поршневую и кривошипную головки.

Рисунок 6 - Детали шатунной группы: 1 — верхняя головка шатуна; 2 — стержень; 3 — нижняя головка шатуна; 4 — крышка нижней головки; 5 — вкладыши; 6 — втулка; 7 — шатун дизеля; S — основной шатун сочлененного шатунного узла

Стержень шатуна имеет, как правило, двутавровое сечение. Встречаются шатуны с круглым, прямоугольным, крестообразным, Н-образным сечением стержня. Для подачи масла к подшипнику поршневой головки в стержне шатуна выполнен канал.

Поршневая головка представляет собой цельную проушину, в которую с натягом установлена втулка – подшипник скольжения для вращения поршневого пальца. Втулка изготавливается бронзовой или биметаллической (сталь со свинцом, оловом). Устройство поршневой головки определяется размером поршневого пальца и способом его крепления. Для снижения массы шатуна и уменьшения нагрузки на поршневой палец на некоторых двигателях используются шатуны с трапециевидной формой поршневой головки.

Кривошипная головка обеспечивает соединение шатуна с коленчатым валом. На большинстве двигателей кривошипная головка выполняется разъемной, что обусловлено технологией сборки ДВС. Нижняя часть головки (крышка) соединяется с шатуном с помощью болтов. Реже используется штифтовое или бандажное соединение частей кривошипной головки. Разъем может быть прямым (перпендикулярный оси стержня) или косым (под углом к оси стержня). Косой разъем применяется, в основном, на V-образных двигателях и позволяет сделать блок двигателя более компактным.

Для противодействия поперечным силам стыковые поверхности кривошипной головки выполняются профилированными. Различают зубчатое, замковое (прямоугольные выступы) соединение. Самым популярным в настоящее время является соединение частей головки, полученное способом контролированного раскалывания, т.н. сплит-разъем. Разлом обеспечивает высокую точность стыковки частей.

Толщина кривошипной головки определяет длину блока цилиндров. Особенно это актуально для V- и W-образных двигателей. К примеру, толщина нижней головки шатуна двигателя W12 от Audi составляет всего 13 мм.

Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом и облегчения ремонта двигателя в кривошипной головке размещается шатунный подшипник, состоящий из двух вкладышей 5, залитых антифрикционным сплавом. Вкладыши изготавливаются многослойными – двух-, трех-, четырех- и даже пятислойными. Самые ходовые двух- и трехслойные вкладыши. Двухслойный вкладыш представляет собой стальную основу, на которую нанесено антифрикционное покрытие. В трехслойном вкладыше стальную основу и антифрикционный слой разделяет изоляционная прокладка.

Внутренняя поверхность вкладышей точно подогнана к шейкам коленчатого вала. Для фиксации вкладышей относительно головки они имеют отогнутые усики, входящие в соответствующие пазы головки. Подвод масла к трущимся поверхностям обеспечивают кольцевые проточки и отверстия во вкладышах.

Для обеспечения хорошей уравновешенности деталей кривошипно-шатунного механизма шатунные группы одного двигателя (как и поршневые) должны иметь одинаковую массу с соответствующим ее распределением между верхней и нижней головками шатуна.

В V-образных двигателях иногда используются сочлененные шатунные узлы, состоящие из спаренных шатунов. Основной шатун 8, имеющий обычную конструкцию, соединен с поршнем одного ряда. Вспомогательный прицепной шатун, соединенный верхней головкой с поршнем другого ряда, нижней головкой шарнирно крепится с помощью пальца к нижней головке основного шатуна.

Вкладыш, установленный в шатуне, нагружен больше, чем вкладыш, расположенный в крышке шатуна. На вкладыши, расположенные в шатунах, через поршни и шатуны воздействует давление газов (при сгорании топлива в цилиндрах) и поэтому эти вкладыши изнашиваются больше. Вкладыши, расположенные в крышках шатунов, меньше нагружены и практически изнашиваются незначительно.

Материалы: http://studopedia.ru/9_29347_porshnevaya-gruppa.html