Тепловой зазор между поршнем и цилиндром дизельного двигателя: Подскажите по допускам и зазорам дизельного двигателя Фольксваген Кэдди 2000 г.в.1,9 л без турбины. — Автомобили

Содержание

Ремонт деталей и узлов двигателя

Как вы думаете, — что может быть общего между человеком и двигателем автомобиля? Когда человек маленький, он не может говорить и пожаловаться на то, что его беспокоит. Вырастая, мы начинаем говорить и сообщать о проблемах в организме.

Когда двигатель автомобиля новый, то ему не о чем нам сообщать. Он работает «как часы», но с возрастом двигатель начинает сообщать нам о проблемах «внутри себя». Как? Первое, что мы можем услышать – это стук двигателя. Вернее, стук деталей, расположенных внутри головки блока цилиндров или в самом блоке цилиндров.

Стук в двигателе может происходить по разным причинам, возникать при заводке, и пропадать после прогрева. Это может стучать и распредвал, и коленвал и т.д. Одной из причин появившегося стука может являться зазор между поршнем и цилиндром. Вот именно об этом сегодня и речь.

Важно помнить, как бы мы не хотели услышать стук в двигателе, он, рано или поздно, появится, и нужно быть готовым к этому неприятному явлении.

Почему изменяется зазор между поршнем и цилиндром

Да, а почему? Вроде бы и эксплуатация двигателя проходит в штатных условиях. И моторное масло заливаем в соответствие с рекомендациями производителя. То есть не жалеем денег, лишь бы двигатель был «накормлен» тем, что сказали давать производители.

  • даже процесс правильной эксплуатации двигателя не сможет снять с повестки дня объективных причин увеличения зазора между поршнем и цилиндром. Не забывайте, что все детали двигателя работают в условиях экстремальных, а именно, в постоянно высоком температурном режиме. Естественного изменения свойств металла никак не избежать. Отодвинуть по времени можно, а избежать нельзя. У поршня происходит естественный износ канавок для колец, отверстия под палец, юбки поршня;
  • неисправности, возникающие в процессе эксплуатации. Незафиксированный перегрев двигателя, нарушение регулировки движущихся деталей, перекос цилиндров, некачественное масло, попадание топлива или охлаждающей жидкости в масло и т. д.

Эти и другие причины подводят нас к тому, что зазор между поршнем и цилиндром отклоняется от заданных параметров.

Результат нарушения зазора между поршнем и цилиндром

Увеличившийся зазор между поршнем и цилиндром приводит к стуку, ухудшению компрессии двигателя, перерасходу масла, и к выходу из строя двигателя. Уменьшение зазора между цилиндром и поршнем ведет к появлению задиров на зеркале цилиндра, перегреву деталей блока.

И в том и в другом случае требуется ремонт поршневой группы. Без вариантов. Или, если есть желание, подумайте о покупке нового двигателя. Но, всё же, дешевле вовремя провести ремонт цилиндров и поршней. А ремонт будет заключаться в замене цилиндров и расточке или хонинговке цилиндров.

Как проверить зазор между поршнем и цилиндром

Естественно, всё начинается с разборки головки блока цилиндров. По — большому счёту вы приступаете к капитальному ремонту двигателя. Ведь в результате диагностики, обязательно «выползут» проблемы с распредвалом, коленвалом, замена прокладок, подшипников, вкладышей и т. д. работы хватит. Но, начнём с того, с чего начали – замер зазора между поршнем и цилиндром.

Нам понадобятся два измерительных инструмента: нутромер – для измерения внутреннего диаметра цилиндра, и микрометр – для измерения диаметра поршней. Не станем распылять наше внимание на структуру материалов и технологию изготовления поршней. Перейдём к замеру зазора.

Как и цилиндры, поршни по своему наружному диаметру распределены на 5-ть классов: A, B, C, D, E. Замер диаметра поршня проводится в районе цилиндрической части юбки, на расстоянии от днища плоскости в 52,4 мм. Класс нашего поршня вы увидите на днище. Клеймо с соответствующей буквой.

Измерение диаметра цилиндра производится в четырёх поясах и в двух плоскостях, перпендикулярных друг другу (вдоль и поперек блока цилиндров). Если измерив, вы получаете зазор между поршнем и цилиндром выше 0,15 мм, то нужно приступать к подбору ремонтных поршней.

При условии, что зеркало цилиндра никоим образом не нарушено, подбираем поршни. Если же на зеркале цилиндра существуют механические повреждения, то вначале производится расточка или хонингование цилиндров. При этом не следует забывать, что расточка проводится до размера к ближайшему ремонтному размеру поршня.

После проведенного ремонта цилиндров, подбираем поршни соответствующего ремонтного размера. Для классических моделей двигателей отечественного производства, существует норма монтажного зазора между поршнем и цилиндром: 0,06 – 0,08мм (для 05 и 06 двигателей) и 0,05 – 0,07 (для 01 и 03двигателя).

Немаловажно, чтобы при подборе поршней вы обратили внимание и на их вес. Масса поршней одного двигателя не должна отклоняться на 2,5 грамма. Этот показатель важен для того, чтобы уменьшить вибрацию двигателя при разности масс возвратно-поступательного движения.

Ремонтные размеры поршней и цилиндров, а также нормы производителя к зазорам именно для вашего двигателя нужно уточнять в Руководстве по эксплуатации и ремонту именно вашей модели двигателя.

Удачи вам при измерении зазора между поршнем и цилиндром, и правильном подборе ремонтных деталей.

Зазор между поршнем и цилиндром — в чем секрет неисправности?

Как только вы завели двигатель и вам послышался звук, похожий на стук, а потом, когда двигатель прогрелся он пропал, либо немного стих, это значит, что пришла пора для проверки зазора между поршнями и цилиндрами. А это говорито том, что в руки нужно взять в руки инструмент и начать разбирать ГБЦ.

По Вашему мнению может ли быть что-то общее между человеком и мотором машины. Маленький человек, не может вам рассказать или пожаловаться вам на какую-то боль или беспокойство. Только по стечению времени он начинает говорить и может вам что-то объяснить. Точно так и мотор машины, когда он новый, он работает и ему ничего не мешает. Но опять же проходит какой-то промежуток времени и он начинает сообщать о каких-либо проблемах. Это можно понять по звуку издаваемому им. А точнее по стуку деталей которые находятся внутри.

У этого стука могут быть разные проблемы происхождения. Это может как распредвал так и коленвал стучать или какие-либо другие детали. Как упоминали ранее возможно это зазор между поршнем и цилиндром. Именно о такой проблеме двигателя пойдет сегодня речь. Нужно знать, что рано или поздно стук появится и эту проблему необходимо будет решать, а не откладывать на потом.

Какие изменения могут быть с зазором между поршнем и цилиндром

При правильной эксплуатации мотора со временем естественным путем сужается зазор между этими деталями. Происходит это из-за того, что во время эксплуатации при высоких температурах работают детали. Помимо этого, еще причинами возникновния такой проблемы являются неправильное регулирование движущихся деталей, перегрузки температуры, перекос цилиндров. Вы знаете то, что блоки цилиндров изготавливают чаще всего из аллюминиевого материала, у которых преобладает двойной коэффициент расширения, в сравнении с легированным чугуном.

Причиной уменьшения зазора между описываемыми деталями, является полусухое трение, из-за чего увеличивается температура деталей блока цилиндров. Со временем смазка пропадает и зазор исчезает из-за появления задир на поршне.

Для определения состояния блока цилиндров проводят диагностику, после которой выносят вердикт о ремонте цилиндров и элементов поршневой группы мотора. Но полностью сказать на сколько поршни, гильзы и другие детали деформировались можно при полном разбирании ГБЦ. Если вы дошли до поршневой группы можно начинать дефектовку цилиндров и поршней. Приборы которыми измеряют диаметры называются микрометр применяют для поршней, а нутрометр применяют при измерении диаметров цилиндров.

Существуют ли какие-то нормы соответствия поршней и цилиндров

Перед началом ремонта поршневой группы, вам нужно узнать о том, что бывают группы диаметров поршней, и таблицы в которых указаны номинальные размеры цилиндров и поршней. Именно этими знаниями нужно пользоваться при ремонте. Существует определенная классификация поршней в зависимости от наружного диаметра, их всего пять: А, В, С, D, E через каждый 0,01 миллиметр размера. К этому еще категории размеру отверстия под поршневой палец через каждые 0,004 миллиметра. Эти данные в форме цифры — это категория отверстия, а буквы – это класс поршня, они написаны на днище поршня. Расстояние между поршнем и цилиндром должно соответствовать определенным расчетным нормам. Норма для новеньких деталей считается от 0,05 до 0,07 мм. А для деталей бывших в использовании зазор должен быть не более 0,15 мм.

В общем-то для этого и делается промер зазора между поршнем и цилиндром, чтобы купить поршни такого класса, какого и цилиндры. Но может быть и так, что зазор превышает размер 0,15 мм, то нужно подобрать поршень к цилиндру, с наибольшим близким значением к расчетному размеру. Сначала нужно делать расточку цилиндров с максимальным приближением близкому к цифрам ремонтного размера. Но еще необходимо не забыть оставить припуск около 0,03 миллиметра для хонингования поверхности цилиндров после расточки. Только после этого всего можно приобретать поршни. Во время хонингования нужно выдерживать диаметр, чтобы при устанавливании поршня зазор входил в пределы допускаемой максимальной цифры зазора новых деталей 0,045 миллиметров.

Микрометр служит для определения размера поршней, а нутрометр для определения размера цилиндров. При покупке поршней к цилиндрам нужно учитывать не только номинальный или ремонтный размер, а также нужно знать и вес поршней. Он может быть нормальным, а может больше или меньше на пять грамм. К ремонтным поршням нужно подбирать ремонтные кольца ремонтных размеров. Только после всех нужных проведенных манипуляций с зазором между этими деталями, вы быстро подберете необходимые размеры, и после растачивания установите поршень.

Причины изменения зазора между поршнем и цилиндром

Почему так происходит? Вроде бы стараешься эксплуатировать двигатель согласно инструкции. Масло моторное заливаем как советует производитель. Не жалеем денег на то чтобы двигатель был всегда «накормлен», так как говорят производители.

Но все же есть причины изменения зазора:

Даже во время правильной эксплуатации мотора, не может вам с точностью объяснить почему появляется увеличение зазора между этими двумя деталями. Нужно помнить, что все детали работают в экстремальных условиях, то есть при высоких температурах. Поэтому избежать изменения свойств металла не получится, можно только отодвинуть не надолго, но избежать не удастся. У поршня со временем начинают изнашиваться естественным путем канавки для колец, отверстия под палец и др.

Причинами могут стать неисправности появляющиеся во время эксплуатации мотора: перегрев мотора незафиксированный, не правильно урегулированные движущиеся детали, перекос мотора, плохого качества моторное масло, попадание в моторное масло топлива или охлаждающей жидкости и другие причины. Все эти возникающие проблемы приводят к образованию такого зазора, который не соответствует заданным параметрам.

К чему может привести возникшая проблема зазора между поршнем и цилиндром

Увеличенный по размерам зазор может привести к стуку, к плохой компрессии мотора, увеличению расхода масла, и к поломке двигателя. А вот уменьшенный зазор может привести к появлению задир на цилиндрах, перегреву деталей блока. Как при увеличении зазора, так и при его уменьшении понадобится ремонтировать поршневую группу. Тут без вариантов. Можно конечно задуматься о приобретении нового мотора. Но дешевле будет если сделать ремонт такого рода поломки. Весь процесс будет исходить из замены цилиндров и их расточке и хонинговании.

Как самостоятельно проверить зазор между поршнем и цилиндром

Конечно, чтобы проверить зазор, необходимо для начала разобрать ГБЦ. В общем то вы начинаете капитальный ремонт мотора. Так как по результатам диагностики скорее всего появятся проблемы с распредвалом, коленвалом, заменой прокладок, подшипников, вкладышей, работы вам будет предостаточно. Но сегодня мы рассматриваем зазор между цилиндрами и поршнями. Для начала нам необходимы для измерительных инструмента: нутрометр и микрометр. Для чего они нужны мы упоминали ранее. Останавливаться на структуре материала и технологии изготовления деталей мы не станем. Начнем измерять размеры поршней.

Как и у цилиндров, у поршней тоже есть классификация по наружному диаметру и их пять классов: A, B, C, D, E. Замерять диаметр поршня нужно в районе цилиндрической части юбки, расстояние от днища плоскости в 52,4 миллиметра. Класс поршня вы разгледите на днище поршня. Расстояние между поршнем и цилиндром должно соответствовать определенным расчетным нормам. Для новых деталей нормой считается от 0,05 до 0,07 мм. А для деталей бывших в использовании зазор должен быть не больше 0,15 мм.

В общем-то для этого и делаются промеры, чтобы купить поршни такого класса, какого и цилиндры. Но возможно и следующее, что зазор превышает размер 0,15 миллиметров, то необходимо подобрать поршень к цилиндру, с наибольшим приближенным значением к расчетному размеру. Сначала нужно делать расточку цилиндров к максимально близкому по цифрам ремонтному размеру. Также не нужно забывать оставлять припуск около 0,03 миллиметра для хонингования поверхности цилиндров после растачивания. Только после этого всего можно приобретать поршни. Как только вы сделали ремонт цилиндров, начинаем подбирать поршни нужного ремонтного размера. Для обычных моделей моторов отечественного производства, норма монтажного зазора между этими двумя деталями следующая: 0,06-0,08 миллиметров для двигателей 05 и 06, а 0,05-0,07 для двигателей 01 и 03.

Обязательно при покупке поршней необходимо уделить внимание на их массу. Вес одного поршня двигателя не должен быть меньше или больше на 2,5 грамм. Это нужно для того чтобы снизить вибрацию мотора при разности масс возвратно-поступательного движения. Все необходимые размеры поршня и цилиндра, а также нормы производителя к зазорам для того мотора который у вас можно узнать из руководства по эксплуатации именно вашего типа мотора. Желаем удачи вам при проведении замеров зазора между поршнем и цилиндром, а также в правильном выборе необходимых деталей.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

auto.today

Ремонт поршневого пальца

Поршневые пальцы с износом по диаметру более 0,5 мм подлежат замене, а с износом менее 0,5 мм восстанавливаются путем перешлифовывания на меньший размер (если палец был увеличенного ремонтного размера), хромированием или раздачей.

Палец шлифуют на круглошлифовальном или токарном станке при помощи специального супортно-шлифовального приспособления. Это приспособление состоит из электродвигателя со шлифовальным камнем, оно укрепляется в супорте токарного станка.

Первоначальный размер пальца восстанавливают хромированием его или раздачей. Раздачу производят в специальном приспособлении, состоящем из основания, матрицы и оправки (пуансона). Палец нагревают до температуры 800-900° и устанавливают в матрицу, затем внутри пальца под давлением пресса или ударами молотка прогоняется оправка.

Отремонтированный или новый поршневой палец подбирают по втулке шатуна и отверстиям бобышек поршня.

Особенности устройства

Комплектовка и сборка поршня с шатуном двигателя ВАЗ

Поршень изготовлен из алюминиевого сплава и покрыт слоем олова для улучшения прирабатываемости. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, а по высоте коническая. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу и на расстоянии 52,4 мм от днища поршня.

Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 2 мм в правую сторону двигателя. Поэтому для правильной установки поршня в цилиндр около отверстия под поршневой палец имеется метка «П», которая должна быть обращена в сторону передней части двигателя.

Поршни ремонтных размеров с 1986 г. для всех моделей двигателей изготавливаются с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм наружным диаметром. До 1986 г. выпускались поршни следующих ремонтных размеров: для двигателей 2101 и 2103 – с увеличением на 0,2; 0,4 и 0,6 мм; для 2105 и 21011 -с увеличением на 0,4 и 0,7 мм.

Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Наружная поверхность верхнего компрессионного кольца хромирована и имеет бочкообразную форму. Нижнее компрессионное кольцо – скребкового типа (с выточкой по наружной поверхности), фосфатированное. Маслосъемное кольцо имеет прорези для снимаемого с цилиндра масла и внутреннюю витую пружину (расширитель).

Поршневой палец – стальной, трубчатого сечения, запрессован в верхнюю головку шатуна и свободно вращается в бобышках поршня.

Шатун – стальной, кованый, с разъемной нижней головкой, в которой устанавливаются вкладыши шатунного подшипника. Шатун обрабатывается вместе с крышкой, поэтому при сборке цифры на шатуне и крышке должны быть одинаковы.

Расчетный зазор между поршнем и цилиндром (для новых деталей) равен 0,05-0,07 мм. Он определяется промером цилиндров и поршней и обеспечивается установкой поршней того же класса, что и цилиндры. Максимально допустимый зазор (при износе деталей) – 0,15 мм. Примечание. Диаметр поршня измеряется в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 52,4 мм от днища поршня.

Если у двигателя, бывшего в эксплуатации, зазор превышает 0,15 мм, то необходимо заново подобрать поршни к цилиндрам, чтобы.зазор был возможно ближе к расчетному.

В запасные части поставляются поршни классов А, С, Е. Этих классов достаточно для подбора поршня к любому цилиндру при ремонте двигателя, таккак поршни и цилиндры разбиты на классы с небольшим перекрытием размеров.

Сборка . Перед сборкой подберите палец к поршню и шатуну. У новых деталей класс отверстий под палец в шатуне и поршне должен быть идентичен классу пальца. У деталей бывших в эксплуатации, для правильного сопряжения необходимо, чтобы поршневой палец, смазанный моторным маслом, входил в отверстие поршня или шатуна от простого нажатия большого пальца руки и не выпадал из него. Выпадающий палец замените другим, следующей категории. Если в поршень вставлялся палец третьей категории, то замените поршень палец и шатун.

Сборка шатунно-поршневой группы выполняется в порядке, обратном разборке. После установки поршневого пальца смажьте его моторным маслом через отверстия в бобышках поршня. Поршневые кольца устанавливайте в следующем порядке. Смажьте моторным маслом канавки на поршне и поршневые кольца. Ориентируйте поршневые кольца так, чтобы замок верхнего компрессионного кольца располагался под углом 45° к оси поршневого пальца, замок нижнего компрессионного кольца – под углом приблизительно 180° к оси замка верхнего компрессионного кольца, а замок маслосъемного 1 кольца – под углом приблизительно 90° к оси замка верхнего компрессионного кольца Нижнее компрессионное кольцо устанавливайте выточкой вниз.

Проверка зазора между поршнем и цилиндром

Если утром, когда вы запустили холодный двигатель, был слышен металлический стук, который исчез при прогреве мотора, то это говорит только о том, что был нарушен зазор между поршнем и цилиндром. Почему он нарушается, и какие допустимые нормы применяются для зазоров между поршнем и цилиндром? Ответ вы найдете ниже.

Как меняется зазор между поршнем и цилиндром в процессе эксплуатации?

Уменьшение зазора происходит из-за естественного износа рабочих частей поршня и цилиндра. Такое изменение формы металла связано с его свойством поддаваться влиянию перепадов температур.

Помимо этого, уменьшение зазора может произойти и при неправильной сборке двигателя. Например, нарушена установка шатунов или появился перекос цилиндров. Не в стороне остается и перегрев двигателя, так как большие температуры имеют свойство расширять материалы. Особенно это касается алюминия, который, в отличие от чугуна, имеет высокий коэффициент расширения.

Как и любой другой дефект, нарушение зазора между поршнем и цилиндром оказывает негативное влияние на работу двигателя. Соприкосновение поршня и цилиндра под неправильным углом приводит к возникновению сухого трения, которое осуществляется без смазочного материала и повышает температуру деталей. Последствием такого трения почти во всех случаях становится появление различных царапин на рабочих поверхностях цилиндров.

После этого, любой двигатель обязательно подвергнут ремонту. Для проведения диагностики необходимо полностью снять головку блока цилиндров и как только поршневая группа будет на виду, то можно приступать к соответствующим замерам. В процессе замеров вам понадобятся микрометр, который покажет зазор поршней и нутромер для определения диаметра цилиндра.

Как снять головку блока цилиндров?

1. В первую очередь, необходимо обездвижить автомобиль. Под колеса устанавливаются противооткатные упоры, а рычаг КПП устанавливается в положение «первая передача». Откройте капот автомобиля и найдите место расположения ГБЦ.

2. Вначале, снимаются все части, которые мешают свободному доступу к головке. Таковыми могут быть: воздушный фильтр, карбюратор (или инжектор), «штаны», а также различные тросы, приводы педалей и проводка электрических датчиков. С ГБЦ выкручиваются свечи, при необходимости, снимается трамблер.

3. Слейте масло из двигателя и охлаждающую жидкость. Откройте крышку привода ГРМ и демонтируйте ремень. Это нужно для того, чтобы освободить распределительный вал. После этого, открутите гайки крепления крышки ГБЦ и снимите ее вместе с прокладкой. Перед сборкой рекомендуется установить новую прокладку.

4. Теперь можно приступать, непосредственно, к демонтажу головки блока цилиндров. Открутите специальные болты крепления и демонтируйте головку вместе с прокладкой. После этого, вы получите открытый доступ к блоку цилиндров.

Какие существуют нормы зазоров между поршнями и цилиндрами

Перед проведением соответствующего ремонта поршневого механизма, необходимо знать, что существуют определенные нормы зазоров, которые расписаны по таблицам и должны соблюдаться в строгой форме.

Диаметр поршней разделяется всего на пять классов: A B C D E. Каждый новый класс определяет увеличение диаметра на 0,01 миллиметра. Кроме того, имеются специальные категории, которые определяют диаметр отверстия под поршневой палец. Они меняются на каждые 0,004 миллиметра. Все эти цифры и маркировка, в обязательном порядке маркируется на нижней части поршня.

Для различных деталей существуют соответствующие нормы. Так, например, новые поршни должны устанавливаться с зазором 0,06 миллиметров по всей его окружности. Если же деталь уже прошла достаточно внушительный километраж, то ее зазор не должен быть больше 0,15 миллиметров.

В случаях, когда зазор начинает превосходить установленные нормы, то следует подобрать и приобрести те поршни, которые обеспечат требуемую зазорность. Совсем необязательно подгонять поршень с высокой точностью. Достаточно лишь иметь образец с приблизительными размерами.

Предварительно, необходимо в обязательном порядке расточить цилиндры до ремонтных размеров и оставить запас, примерно, в 0,03 миллиметра. Он необходим для дальнейшего хонингования поверхности. Во время хонингования обязательно выдерживайте точность диаметра, чтобы при монтаже нового поршня зазор соответствовал требованиям, предъявляемым к установке новых деталей.

Диаметр цилиндра замеряется в четырех поясах, а также в двух перпендикулярных плоскостях. Нутромер необходимо устанавливать строго перпендикулярно блоку цилиндров. Таким образом, можно исключить любые отклонения от правильности измерений.

Видео — Как правильно замерять поршень

Помимо размеров поршней, немало важным показателем является и их масса. Масса поршней бывает нормальная, или с изменением на плюс (минус) 5 грамм. Кроме того, к поршням необходимо правильно подобрать маслосъемные кольца, которые должны быть ремонтных размеров.

После того, как поршни будут подобраны и установлены, необходимо еще раз проверить величину зазоров. Если она находится в пределах нормы, то можно приступать к обратной сборке двигателя. Устанавливается ГБЦ, затем привод газораспределительного механизма. После этого, прикручивается крышка ГБЦ с новой прокладкой и все навесные элементы. Не забудьте залить масло, ОЖ и отрегулировать механизм газораспределения. После этого, скорее всего, придется выставить угол опережения зажигания. Теперь автомобиль полностью готов к работе.

На этом проверка зазора между поршнем и цилиндром завершена. Какой бы простой вам не казалась эта сложная процедура, ее, все же, рекомендуется производить только в специализированных станциях технического обслуживания, так как сборка блока цилиндров – дело ответственное и лучше доверить его профессионалам. Удачи на дорогах!

VipWash.ru

Проверка цилиндров, поршней и поршневых колец

Проверьте стенки цилиндра на наличие царапин, шероховатостей или гребней, что указывает на чрезмерный износ. Если стенки цилиндра неровные или имеют глубокие царапины, цилиндр требует расточки до ремонтного размера и установки поршней увеличенного диаметра.

Рис. 2.137. Схема измерения и измерение диаметра цилиндра в продольном и поперечном направлении двигателя: a – 50 мм; b – 95 мм

Используя нутромер 1, измерьте диаметр цилиндра в продольном и поперечном направлении двигателя в двух положениях («a» и «b»), как показано на рисунке 2.137. При наличии любого из следующих условий расточите цилиндр. Диаметр цилиндра превышает предельное значение. Разность диаметров в двух положениях (см. выше) превышает допуск конусности. Разность диаметров в продольном и поперечном направлении двигателя превышает допуск овальности. Номинальное значение: 78,000–78,014 мм. Предельное значение: 78,114 мм. Допуск конусности и овальности: 0,10 мм.

При необходимости расточки любого из четырех цилиндров, при ремонте двигателя все четыре цилиндра должны растачиваться до одного и того же следующего ремонтного размера. Это необходимо для однородности и баланса.

Проверьте поршень на наличие повреждений и трещин. Поврежденный или дефектный поршень должен быть заменен.

Рис. 2.138. Измерение диаметра поршня

Как показано на рисунке 2.138, диаметр поршня должен измеряться в положении «a» от конца юбки поршня в направлении, перпендикулярном поршневому пальцу. Стандартный размер: 77,953–77,968 мм. Стандартный размер (новый (с покрытием)): 77,969–77,984 мм. Увеличенный размер 0,50 мм: 78,453–78,468 мм. Зазор между поршнем и цилиндром Измерьте диаметр цилиндра и диаметр поршня, разность указанных размеров представляет собой величину зазора между поршнем и цилиндром. Зазор между поршнем и цилиндром должен быть в пределах нормы. Если зазор отличается от нормы, расточите цилиндр и используйте поршень увеличенного ремонтного размера.

Рис. 2.139. Измерение зазора между поршнем и цилиндром

Номинальное значение: 0,032–0,061 мм. Номинальное значение (поршень с покрытием (новый)): 0,016–0,045 мм. Предельное значение: 0,161 мм. Зазор между поршневым кольцом и канавкой

В этом случае диаметр цилиндра измеряется в осевом направлении двигателя в двух положениях.

Зазор между поршневымкольцом и канавкой Проверка производится при чистых, сухих и свободных от нагара поршневых канавках. Установите новое поршневое кольцо 1 в поршневую канавку и измерьте зазор щупом 2.

Рис. 2.140. Измерение зазора между поршневым кольцом и канавкой: а – 19,5 мм

Если зазор – отличается от нормы, замените поршень. Чтобы измерить зазор в замке поршневого кольца, установите поршневое кольцо 1 в цилиндр, а затем измерьте зазор щупом 2. Если измеренный зазор отличается от нормы, замените кольцо.

Рис. 2.141. Измерение зазора в замке поршневого кольца: а – 120 мм
Удалите нагар и очистите верхнюю часть цилиндра перед установкой поршневого кольца.

Зазор в замке поршневого кольца
carmanz.com

Дефектовка деталей двигателя

Детали шатунно-поршневой группы показаны на рис. 1.

Рис. 1. Детали шатунно-поршневой группы:

1 – поршень; 2 – поршневой палец; 3 – шатун; 4 – вкладыши; 5 – крышка шатуна; 6 – болты крепления крышки шатуна; 7, 9 – маслосъемные кольца; 8 – расширитель маслосъемных колец; 10 – нижнее компрессионное кольцо; 11 – верхнее компрессионное кольцо

Вам потребуются: переносная лампа, набор плоских щупов, линейка, штангенциркуль, нутромер, микрометр, шабер.

1. Очистите головку поршня от нагара. Если на поршне есть задиры, следы прогара, глубокие царапины, трещины, замените поршень. Прочистите канавки под поршневые кольца. Это удобно делать обломком старого кольца.

2. Подходящим куском проволоки прочистите в поршне отверстия для стока масла.

3. Проверьте на поршне зазоры между кольцами и канавками, предварительно очистив кольца от нагара. Зазоры должны быть следующими:

  • 0,04–0,075 мм для верхнего компрессионного кольца;
  • 0,03–0,07 мм для нижнего компрессионного кольца;
  • 0,03–0,13 мм для маслосъемного кольца.

Так расположены кольца на поршне:

А — верхнее компрессионное кольцо;

Б — нижнее компрессионное кольцо;

В — маслосъемное кольцо.

4. Наиболее точно зазоры можно определить замером колец и канавок на поршне. Для этого замерьте микрометром толщину колец в нескольких местах по окружности, затем с помощью набора щупов замерьте ширину канавок также в нескольких местах по окружности. Вычислите средние значения зазоров (разница между толщиной кольца и шириной канавки). Если хотя бы один из зазоров превышает предельно допустимое значение, замените поршень с кольцами.

5. Осмотрите цилиндры с обеих сторон. Царапины, задиры и трещины не допускаются.

При осмотре рекомендуем освещать зеркала цилиндров переносной лампой, так дефекты видны значительно лучше.

6. Измерьте зазоры в замках колец, вставив кольцо в специальную оправку. При отсутствии оправки вставьте кольцо в цилиндр, в котором оно работало (или будет работать, если кольцо новое), продвиньте поршнем как оправкой кольцо в цилиндр, чтобы оно установилось в цилиндре ровно, без перекосов и измерьте щупом зазор в замке кольца.

Зазоры в замках колец должны быть следующими:

  • 0,25–0,50 мм для верхнего и нижнего компрессионных колец;
  • 0,25–0,75 мм для маслосъемного кольца.

Для того чтобы установить кольцо без перекоса, продвиньте его вглубь цилиндра поршнем.

7. Измерьте диаметр цилиндра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (X — вдоль, Y — поперек блока цилиндров) и в трех поясах (А, Б и В), как показано на рис. 2. Для этого необходим специальный прибор — нутромер. Номинальные размеры цилиндров приведены в табл. 1. Овальность не должна превышать 0,015 мм, конусность – 0,01 мм. Если максимальное значение износа больше 0,2 мм или овальность и конусность больше указанных значений, расточите цилиндры до ближайшего ремонтного размера поршней, оставив припуск 0,03 мм на диаметр под хонингование. Затем отхонингуйте цилиндры, выдерживая такой диаметр, чтобы при установке поршня расчетный зазор между ним и цилиндром был 0,03–0,05 мм. Дефектовку, расточку и хонингование блока проводите в мастерских, располагающих специальным оборудованием.

Рис. 2. Схема измерения цилиндра

Табл. 1. Размеры цилиндров и поршней двигателя A16 XER

КлассДиаметр цилиндра, ммДиаметр поршня, мм
Номинальные размеры
0078,992–79,00878,833–78,847
0579,042–79,05878,883–78,997
Ремонтный размер
00+0,579,492–75,50879,433–79,447

8. Проверьте отклонение от плоскостности поверхности разъема блока с головкой блока цилиндров. Приложите штангенциркуль (или линейку) к поверхности:

  • в продольном и поперечном направлениях;
  • по диагоналям поверхности.

В каждом положении плоским щупом определите зазор между линейкой и поверхностью. Это и есть отклонение от плоскостности. Если отклонение больше 0,1 мм, замените блок.

9. Проверьте зазоры между поршнями и цилиндрами. Зазор, определяемый разностью замеренных диаметров цилиндра и поршня, должен быть в пределах 0,03–0,05 мм.

Если зазор не превышает предельно допустимый, можно подобрать поршни из следующего класса, чтобы зазор был как можно ближе к номинальному. Если зазор превышает предельно допустимый, расточите цилиндры и установите поршни ремонтного размера.

Диаметр поршня измеряйте на расстоянии 19 мм от нижнего края юбки поршня в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу.

10. При замене деталей шатунно-поршневой группы необходимо подобрать поршни к цилиндрам по классу и одной группы по массе, поршневые пальцы к поршням по классу и шатуны по массе. Для подбора поршней к цилиндрам вычислите зазор между ними. Для удобства подбора поршней к цилиндрам их делят в зависимости от диаметров на два класса (через 0,05 мм): 00, 05 (см. табл. 1).

В запасные части поставляют поршни номинального размера двух классов и ремонтного размера, увеличенного на 0,5 мм.

Для поршней ремонтных размеров в запчасти поставляют кольца ремонтных размеров, увеличенных на 0,5 мм.

11. Поршневые пальцы с трещинами замените. Палец должен легко входить в поршень от усилия большого пальца руки. Вставьте палец в поршень. Если при покачивании пальца ощущается люфт, замените поршень. При замене поршня подберите к нему палец по зазору. Для этого измерьте диаметры отверстий в бобышках поршня…

Какой зазор должен быть на поршневых кольцах

Двигатель внутреннего сгорания фактически является тепловой машиной. В процессе работы такого двигателя целый ряд нагруженных деталей в конструкции ЦПГ и ГРМ подвергается температурному расширению в результате значительного нагрева. По этой причине для нормальной работы ДВС в отдельных конструкциях предусмотрена самостоятельная регулировка теплового зазора клапанов (при отсутствии гидрокомпенсаторов).

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гидрокомпенсатор. Из этой статьи вы узнаете о назначении, устройстве и особенностях работы гидротолкателей.

Регулировать тепловые зазоры клапанов необходимо каждые 30-40 тыс. км. пробега, а также в случае появления стука клапанов на холодном или горячем двигателе. Отдельного внимания также требует тепловой зазор между поршнем и цилиндром, а точнее тепловой зазор поршневых колец.

На поршень устанавливается два типа поршневых колец:

  • компрессионные кольца;
  • маслосъемные кольца;

Также компрессионные кольца делятся на верхнее компрессионное и нижнее компрессионное кольцо. Задачей данных колец является герметизация камеры сгорания и предотвращение прорыва значительной части отработавших газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца осуществляют снятие излишков моторного масла со стенок цилиндра, благодаря чему масло не попадает в камеру сгорания в избыточном количестве.

Тепловой зазор в замке поршневых колец является важным параметром, который необходимо в обязательном порядке учитывать при подборе колец в процессе их замены или комплексного ремонта ЦПГ.

Такой ремонт обычно предполагает расточку блока цилиндров, установку ремонтных поршней и колец. Указанный тепловой зазор является допуском, который учитывает расширение детали с нагревом, то есть когда происходит изменение определенных параметров. Допустимый зазор между поршнем и цилиндром является таким зазором, при котором наблюдается нормальная работоспособность всех элементов. Детали весьма плотно подогнаны друг к другу, но при этом не происходит их повреждения и заклинивания.

Другими словами, допустимый зазор поршневых колец позволяет после теплового расширения добиться такого теплового пространства (зазор между поршнем и цилиндром), при котором плотно прижатые к стенкам цилиндров поршневые кольца создают надежное уплотнение. При этом расширившиеся под воздействием высокой температуры кольца должны сохранять подвижность в канавках на поршне и создавать надежное уплотнение, при этом не препятствуя нормальному перемещению поршня. Параллельно с этим поршневые кольца должны эффективно отводить избытки тепла от нагретых поршней.

Поршневое кольцо не является цельным, так как имеет разрез (замок). Благодаря указанному разрезу удается избежать заклинивания при нагреве и достичь упругости кольца для плотного прижатия к стенкам цилиндра. После установки кольца на поршень и помещения поршня в цилиндр образуется зазор в замке поршневых колец. Такой зазор составляет 0.3- 0.6 миллиметра.

Замок поршневого кольца может быть выполнен в виде прямого или косого среза. Замок с прямым разрезом менее предпочтителен, так как в области краев среза создается сильное давление на стенки цилиндра. Данная особенность конструкции замка вызывает ускоренный износ зеркала цилиндров, после чего происходит утечка газов и повышается расход масла на угар. Увеличение зазора поршневого кольца от допустимых параметров ухудшает уплотнение. Уменьшение зазора колец может привести к их разрушению, заклиниванию или образованию задиров на стенках цилиндров.

Как влияет тепловой зазор поршневых колец на расход масла

В последнее время среди производителей наблюдается тенденция к увеличению тепловых зазоров компрессионных поршневых колец. Зазоры на таких кольцах находятся в диапазоне от 1 до 2 мм. Обычно такой увеличенный зазор актуален для второго компрессионного кольца.

Дело в том, что прижим поршневых колец (как первого верхнего, так и второго компрессионного) практически полностью зависит не от степени упругости самого кольца, а от давления, которое возникает во время сгорания заряда топливно-воздушной смеси в рабочей камере. Отработавшие газы попадают в канавки на поршне, после чего оказываются на обратной стороне колец. В результате происходит увеличение прижимного усилия колец к стенке цилиндра. Наиболее сильно газы воздействуют на первое (верхнее) компрессионное кольцо, а также влияют на прижим второго компрессионного поршневого кольца.

С учетом вышесказанного необходимо отметить, что в режиме работы двигателя на холостом ходу и малых нагрузках давление газов заметно слабее по сравнению с режимом средних и максимальных нагрузок. По этой причине компрессионные поршневые кольца не так сильно прижаты к стенке цилиндра на таких режимах работы ДВС.

Следует добавить, что второе компрессионное кольцо также частично снимает масло. Получается, недостаточное давление и слабое прилегание вызывает повышение расхода моторного масла на холостых оборотах и при минимальных нагрузках на мотор.

Для уменьшения расхода масла производители выполняют увеличение тепловых зазоров поршневых колец. Через увеличенные зазоры газы даже под относительно небольшим давлением намного активнее проникают в кольцевую канавку, после чего попадают на обратную сторону кольца.

Прижим колец улучшается, герметизация камеры сгорания остается на приемлемом уровне, при этом расход масла удается снизить. Единственным недостатком увеличенного зазора колец можно считать большее количество газов, которые попадают в картер через увеличенные зазоры.

Подведем итоги

От правильно подобранного теплового зазора поршневых колец зависит как ресурс самих колец, так и исправность работы всей ЦПГ. Естественный радиальный износ колец приводит к увеличению тепловых зазоров, после чего герметизация камеры сгорания ухудшается.

Одной из важнейших функций колец параллельно уплотнению и удалению масла является терморегуляция. Через кольца реализован отвод тепла от поршня. При увеличении теплового зазора, а также при его уменьшении данная функция выполняется менее эффективно.

Необходимо отметить, что для двигателя намного более опасен уменьшенный зазор. Если минимальный зазор в замках (тепловое пространство) сократить до показателя 0.2 миллиметра, после нагрева и выхода мотора на рабочие температуры зазор в замке может полностью отсутствовать. В результате кольцо сильно давит на стенки цилиндра, значительно возрастает износ колец, нарушается теплообмен, а также повышается риск образования задиров.

KrutiMotor.ru

Сборка шатунно-поршневой группы

Для сборки шатуна с поршнем нужно подобрать поршневой палец к втулкам верхней головки шатуна и бобышкам поршня. Для соединения с шатуном поршень нагревают в масле или в электронагревательном приборе до температуры 55 °С. При этом палец в отверстие бобышки нагретого поршня должен входить плавно от усилия большого пальца правой руки. В таком соединении после охлаждения поршня появляется необходимый натяг 0,0025 …0,0075 мм.
Затем нужно сверить порядковые номера поршней и шатунов. Шатун закрепляют в тисках, устанавливают поршень, их соединение фиксируют пальцем. Поршень при сборке с шатуном должен быть установлен так, чтобы метка на днище поршня была направлена к передней части двигателя. Бобышка, выштампованная на шатуне для левой группы цилиндров, также должна быть направлена к передней части двигателя, т.е.

После соединения и проверки шатунно-поршневой группы следует закрепить стопорными кольцами палец в бобышках поршня, затем тщательно протереть подобранные по канавкам и подогнанные к цилиндрам поршневые кольца и установить их на поршни с помощью специального приспособления. Поршни в сборе с шатуном необходимо проверить по массе.

  • повернуть блок двигателя, установить его на стенде вертикально, передней частью вверх;
  • последовательно, один за другим брать поршни с шатунами в сборе;
  • тщательно протереть салфеткой постель под вкладыши в нижней головке шатуна;
  • отвернуть гайки и снять крышку шатуна;
  • установить шатун с поршнем.

Затем необходимо проверить и продуть отверстие в нижней головке шатуна, служащее для разбрызгивания масла на стенки цилиндра, вставить вкладыши в шатун и в крышку, протереть салфеткой верхние вкладыши шатуна и поршень, установить на поршень кольца, располагая внутреннюю выточку вверх, развести стыки компрессионных колец по окружности поршня примерно на 120°. После установки развести стыки компрессионных колец на 180°.

Далее следует протереть салфеткой гильзы цилиндров блока и шатунную шейку, смазать чистым маслом, применяемым для двигателя, поверхность шатунного вкладыша, поршня, поршневых колец и гильз цилиндров, вставить поршень с шатуном в цилиндр, направив метку на днище поршня к передней части двигателя с помощью специального приспособления, довести подшипники шатуна до шейки коленчатого вала, продвигая поршень по цилиндру с помощью деревянной оправки, смазать маслом шейку вала и подтянуть нижнюю головку к ней, снять предохранительные наконечники с шатунных болтов и поставить на место нижнюю крышку шатуна, закрепив ее шатунными гайками.

Перед окончанием сборки нужно проверить суммарный осевой зазор между торцами шатунов и шатунной шейки коленчатого вала с помощью щупа и окончательно затянуть болты шатунных подшипников динамометрическим ключом. После затяжки каждой пары шатунных подшипников следует проворачивать коленчатый вал. Момент прокручивания вала при правильно подобранных радиальных зазорах в подшипниках должен быть не более 100 Нм. Аналогичные операции нужно провести при установке в цилиндры остальных поршней с шатунами.

  • нагар на днище и в канавках под кольцами;
  • трещины и царапины на стенках;
  • износ по диаметру;
  • износ канавок для поршневых колец;
  • износ отверстий в бобышках.

Нагар с днища удаляют тупым металлическим скребком или металлической щеткой, предварительно смочив нагар керосином.

Нагар из канавок удаляют специальным приспособлением. Наличие трещин в поршне определяют на слух, для чего поршень берут за головку, а по юбке наносят легкие удары металлическим предметом. Глухой, дребезжащий звук указывает на наличие трещин.

Поршни, имеющие большой износ по диаметру, трещины и глубокие царапины, необходимо заменить. Изношенные канавки для поршневых колец могут быть проточены под увеличенный размер колец по высоте на токарном станке при помощи приспособления, представляющего собой кольцо с наружным диаметром, равным внутреннему центрирующему пояску поршня.

На кольцо, установленное в патрон станка, надевают поршень и закрепляют его болтом с проушиной. Болт проушиной соединен с поршнем посредством поршневого пальца и проходит сквозь шпиндель станка. С обратной стороны болт закреплен гайкой. Канавки на поршне следует протачивать с учетом установленных ремонтных размеров поршневых колец.

Изношенные отверстия в бобышках ремонтируют развертыванием их под увеличенный диаметр поршневого пальца при помощи раздвижной развертки с направляющим хвостовиком. Применение коротких разверток недопустимо, так как это легко приводит к нарушению перпендикулярности оси пальца с осью поршня; поэтому после развертывания необходимо проверять перпендикулярность осей на специальном приспособлении.

Поршень надевают на палец приспособления и придвигают вплотную к стойке. При этом штифт индикатора, укрепленного к стойке, соприкасается с поршнем, и стрелка индикатора даст определенное отклонение. Заметив показания индикатора, поршень снимают и надевают на палец другой стороной. Разница в показаниях индикатора не должна превышать 0,05 мм. В противном случае поршень необходимо забраковать.

Зазор в замке поршневых колец

Принцип действия ДВС достаточно прост – сгорание топлива в нужное время в нужном цилиндре обеспечивает высвобождение энергии и ее преобразование в механическую. Но вот для его реализации требуются материалы с заданными свойствами, сложное оборудование, позволяющее получать детали требуемой формы и с заданными размерами и допусками, учет изменений характеристик узлов при различных режимах работы мотора. Одним из факторов, обеспечивающих функционирование ДВС, является необходимость выдерживать тепловой зазор поршневых колец.

Зачем нужен зазор в замке поршневых колец?

Первоначально давайте определимся, о чем идет речь. Внешний вид поршневого кольца показан на фото ниже:

Конструктивно у ДВС внутри цилиндра перемещается поршень. Именно он воспринимает избыточное давление, возникающее при сгорании топлива, и передает его на коленвал. В этом обманчиво простом описании заложены, как минимум, несколько особенностей:

  1. между стенкой цилиндра и движущимся поршнем надо выдержать зазор, позволяющий полностью использовать величину возникающего избыточного давления в камере сгорания;
  2. при этом необходимо обеспечить их минимальный контакт для снижения износа деталей;
  3. масло, используемое для смазки, должно создавать нормальные условия работы отдельных деталей, и в то же время надо исключить его попадание в камеру сгорания;
  4. необходимо обеспечить отвод тепла от поршня на стенки блока цилиндров.

Вот все эти задачи и решают поршневые кольца. Условия, в которых им приходится работать, очень сложные – значительный нагрев и механические нагрузки. Для компенсации воздействия температуры и предусматривается зазор поршневых колец.

Как работают и зачем нужны тепловые зазоры поршневых колец

Существует два типа колец – уплотнительные (компрессионные) и маслосъемные, оба показаны на приведенном рисунке

Само название говорит об их назначении:

  • уплотнительные служат для обеспечения герметичности камеры сгорания, предупреждая проникновение из нее продуктов сгорания в картер двигателя;
  • маслосъемные предназначены для удаления излишней смазки со стен цилиндра.

На старых, малооборотистых двигателях их стояло по пять-шесть штук (в зависимости от марки мотора), но на современных ДВС обычно используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Несмотря на различие в конструкции и назначении, у них есть одно общее – замок. Фактически так называется имеющийся промежуток между концами незамкнутой окружности. Говоря о замке, стоит помнить, что одно из его назначений – компенсировать тепловые расширения, возникающие в кольцах во время их работы.

Большинство материалов при нагревании удлиняется. При монолитной конструкции кольца, установленного в цилиндр двигателя, будут возникать напряжения, вызывающие его деформацию. Избежать этого позволяет свободное пространство между концами на кольцах.

Каким может быть допустимый зазор? При установке на поршень его величина в замке должна составлять от 0,6 до 0,3 мм.

Кроме того, надо знать, что требуется выдерживать допустимый боковой зазор между кольцом и стенкой. Необходимо обеспечить его значение в диапазоне от 0,08 до 0,04 мм.

Зачем это нужно? Для понимания того, как работает уплотнительное кольцо, приведен рисунок ниже.

Под воздействием давления отработанные газы, проходя в канавке между поршнем и кольцом, воздействуют с его внутренней стороны и увеличивают усилие прижима к цилиндру. Именно для подобной цели нужен зазор, в том числе тепловой, разделяющий боковые поверхности этих элементов.

Таким образом, обеспечив в замке допустимый зазор при установке колец (между их концами, а также боковой поверхностью и поршнем), будут созданы условия для нормальной работы мотора в значительном интервале температур. Кроме того, этому способствует и правильная взаимная их установка, показанная на рисунке ниже. Главное – обеспечивается разнесенное положение замков между собой.

Маслосъемные кольца ставятся ниже компрессионных. Их назначение – удалять со стенки цилиндра излишки масла. Его недостаток приведет к повышенному износу деталей, а избыток – к попаданию в камеру сгорания и образованию там нагара. Как работает такое кольцо, показано ниже.

Излишки масла снимаются со стенок цилиндра и отводятся в картер двигателя. Таким образом, поршневые кольца создают оптимальные условия для сгорания топлива в ДВС, что во многом обеспечивается их конструкцией. Кроме того, во время установки в замке создается допустимый зазор, что сохраняет их работоспособность при значительном изменении условий работы ДВС.

Конструкция современного бензинового или дизельного мотора такова, что только совместная согласованная работа отдельных узлов и механизмов позволяет получить ожидаемые характеристики. И если рассматривать сгорание топлива, то обеспечение для этого оптимальных условий зависит от поршневых колец, а также от того, насколько выдержаны тепловые зазоры в замке при установке на поршень.

ZnanieAvto.ru

Тепловой зазор поршневых колец

Двигатель внутреннего сгорания фактически является тепловой машиной. В процессе работы такого двигателя целый ряд нагруженных деталей в конструкции ЦПГ и ГРМ подвергается температурному расширению в результате значительного нагрева.  По этой причине для нормальной работы ДВС в отдельных конструкциях предусмотрена самостоятельная регулировка теплового зазора клапанов (при отсутствии гидрокомпенсаторов).

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гидрокомпенсатор. Из этой статьи вы узнаете о назначении, устройстве и особенностях работы гидротолкателей.

Регулировать тепловые зазоры клапанов необходимо каждые 30-40 тыс. км. пробега, а также в случае появления стука клапанов на холодном или горячем двигателе. Отдельного внимания также требует тепловой зазор между поршнем и цилиндром, а точнее тепловой зазор поршневых колец.

Содержание статьи

Какой зазор должен быть на поршневых кольцах

На поршень устанавливается два типа поршневых колец:

  • компрессионные кольца;
  • маслосъемные кольца;

Также компрессионные кольца делятся на верхнее компрессионное и нижнее компрессионное кольцо. Задачей данных колец является герметизация камеры сгорания и предотвращение прорыва значительной части отработавших газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца осуществляют снятие излишков моторного масла со стенок цилиндра, благодаря чему масло не попадает в камеру сгорания в избыточном количестве.

Тепловой зазор в замке поршневых колец является важным параметром, который необходимо в обязательном порядке учитывать при подборе колец в процессе их замены или комплексного ремонта ЦПГ.

Такой ремонт обычно предполагает расточку блока цилиндров, установку ремонтных поршней и колец. Указанный тепловой зазор является допуском, который учитывает расширение детали с нагревом, то есть когда происходит изменение определенных параметров. Допустимый зазор между поршнем и цилиндром является таким зазором, при котором  наблюдается  нормальная работоспособность всех элементов. Детали весьма плотно подогнаны друг к другу, но при этом не происходит их повреждения и заклинивания.

Другими словами, допустимый зазор поршневых колец позволяет после теплового расширения добиться  такого теплового пространства (зазор между поршнем и цилиндром), при котором плотно прижатые к стенкам цилиндров поршневые кольца создают надежное уплотнение. При этом расширившиеся под воздействием высокой температуры кольца должны сохранять подвижность в канавках на поршне и создавать надежное уплотнение, при этом не препятствуя нормальному перемещению поршня. Параллельно с этим поршневые кольца должны эффективно отводить избытки тепла от нагретых поршней.

Поршневое кольцо не является цельным, так как имеет разрез (замок). Благодаря указанному разрезу удается избежать заклинивания при нагреве и достичь упругости кольца для плотного прижатия к стенкам цилиндра. После установки кольца на поршень и помещения поршня в цилиндр образуется зазор в замке поршневых колец. Такой зазор составляет 0.3- 0.6 миллиметра.

Замок поршневого кольца может быть выполнен в виде прямого или косого среза. Замок с прямым разрезом менее предпочтителен, так как в области краев среза создается сильное давление на стенки цилиндра. Данная особенность конструкции замка вызывает ускоренный износ зеркала цилиндров, после чего происходит утечка газов и повышается расход масла на угар. Увеличение зазора поршневого кольца от допустимых параметров ухудшает уплотнение. Уменьшение зазора колец может привести к их разрушению, заклиниванию или образованию задиров на стенках цилиндров.

Как влияет тепловой зазор поршневых колец на расход масла

В последнее время среди производителей наблюдается тенденция к увеличению тепловых зазоров компрессионных поршневых колец. Зазоры на таких кольцах находятся в диапазоне от 1 до 2 мм. Обычно такой увеличенный зазор актуален для второго компрессионного кольца.

Дело в том, что прижим поршневых колец (как первого верхнего, так  и второго компрессионного) практически полностью зависит не от степени упругости самого кольца, а от давления, которое возникает во время сгорания заряда топливно-воздушной смеси в  рабочей камере.  Отработавшие газы попадают в канавки на поршне, после чего оказываются на обратной стороне колец. В результате происходит увеличение прижимного усилия колец к стенке цилиндра. Наиболее сильно газы воздействуют на первое (верхнее) компрессионное кольцо, а также влияют на прижим второго компрессионного поршневого кольца.

С учетом вышесказанного необходимо отметить, что в режиме работы двигателя на холостом ходу и малых нагрузках давление газов заметно слабее по сравнению с режимом средних и максимальных нагрузок. По этой причине компрессионные поршневые кольца не так сильно прижаты к стенке цилиндра на таких режимах работы ДВС.

Следует добавить, что второе компрессионное кольцо также частично снимает масло. Получается, недостаточное давление и слабое прилегание вызывает повышение расхода моторного масла на холостых оборотах и при минимальных нагрузках на мотор.

Для уменьшения расхода масла производители выполняют увеличение тепловых зазоров поршневых колец. Через увеличенные зазоры газы даже под относительно небольшим давлением намного активнее  проникают в кольцевую канавку, после чего попадают на обратную сторону кольца.

Прижим колец улучшается, герметизация камеры сгорания остается на приемлемом уровне, при этом расход масла удается снизить. Единственным недостатком увеличенного зазора колец можно считать большее количество газов, которые попадают в картер через увеличенные зазоры.

Подведем итоги

От правильно подобранного теплового зазора поршневых колец зависит как ресурс самих колец, так и исправность работы всей ЦПГ. Естественный радиальный износ колец приводит к увеличению тепловых зазоров, после чего герметизация камеры сгорания ухудшается.

Одной из важнейших функций колец параллельно уплотнению и удалению масла является терморегуляция. Через кольца реализован отвод тепла от поршня. При увеличении теплового зазора, а также при его уменьшении данная функция выполняется менее эффективно.

Необходимо отметить, что для двигателя намного более опасен уменьшенный зазор. Если минимальный зазор в замках (тепловое пространство) сократить до показателя 0.2 миллиметра, после нагрева и выхода мотора на рабочие температуры зазор в замке может полностью отсутствовать. В результате кольцо сильно давит на стенки цилиндра, значительно возрастает износ колец, нарушается теплообмен, а также повышается риск образования задиров.

Читайте также

Поршень — RacePortal.ru

 Детали шатунно-поршневой группы

 

1-Первое компрессионное кольцо

2-Второе компрессионное кольцо

3-Маслосъёмное кольцо

 3.1-Верхнее плоское кольцо

 3.2-Расширитель

 3.3-Нижнее плоское кольцо

4-Поршень

5-Поршневой палец

6-Стопорное кольцо поршневого пальца (2 шт)

7-Шатун

8-Болт крышки шатуна

9-Вкладыши подшипника шатуна

10-Крышка шатуна

11-Гайка крышки шатуна

 Поршень

  Во время работы двигателя на поршень оказываются значительные механические нагрузки, постоянно изменяющиеся как по направлению, так и по величине. Даже во время спокойного, равномерного движения автомобиля по обычной загородной дороге коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 3000 об/мин, следовательно, в течение одной минуты поршень должен разогнаться до высокой скорости, остановиться и опять разогнаться в противоположном направлении 6000 раз в минуту, или 100 раз в секунду. Если принять, что средний ход поршня современного короткоходного двигателя равен 80 мм, за одну минуту поршень пройдёт 480 метров, то есть средняя скорость движения поршня в цилиндре равна 28,8 км/час. Ещё выше эти нагрузки у высокофорсированных двигателей спортивных автомобилей. Если принять, что скорость вращения двигателя спортивного автомобиля 6000 об/мин (на самом деле может быть значительно выше), в этом случае поршень изменит направление своего движения 200 раз в секунду, линейное расстояние, которое поршень пройдёт за час, будет равно 57,8 км, при этом максимальная скорость движения поршня будет равна 120 км/час. То есть в течение одной секунды, поршню необходимо 200 раз на расстоянии всего 40 мм разогнаться до 120 км/час и на таком же расстоянии снизить скорость с 120 км/час до 0. Двигатели многих спортивных автомобилей имеют максимальную скорость вращения коленчатого вала до 12000 об/мин, а двигатели болидов Формулы 1 раскручиваются до 19000 об/мин.

 Можно представить какие большие инерционные нагрузки действуют на поршень, даже если просто предположить что коленчатый вал двигателя вращается от постороннего источника энергии. Но на поршень также оказывается воздействие усилия сжимаемых газов на такте сжатия и особенно полезное воздействие расширяющихся газов на такте рабочего хода. Максимальное давление в камере сгорания высокофорсированного двигателя достигает 80 – 100 атмосфер, давление в камере сгорания обычного автомобиля 55 – 60 атмосфер. И если принять, что диаметр поршня среднего автомобиля равен 92 мм, в момент максимального давления поршень испытывает усилие от 5,3 до 6,6 тонн. Так что можно сказать, что поршень автомобиля, как и другие детали кривошипно-шатунного механизма, испытывает огромные механические нагрузки. Но беда не приходит одна, кроме значительных механических нагрузок, поршень также подвергается воздействию очень высоких температур.

  Откуда появляется тепло, оказывающее воздействие на поршень? Первый, но не основной, источник этот трение. Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью, при этом он постоянно трётся о стенки цилиндров. Геометрия кривошипного механизма такова, что часть силы, прикладываемой к поршню, расходуется на прижатие поршня к стенкам цилиндра. И не смотря на качественную обработку поверхностей, как цилиндра, так и поршня, даже при наличии смазки, возникает достаточно большая сила трения. Как известно из школьного курса физики, при этом выделяется большое количество тепла. Но в основном тепло, воздействующее на поршень, появляется при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Температура сгоревших в цилиндре газов может достигать 2000º — 2500ºС. Под воздействием таких высоких температур разрушаются все конструкционные материалы, из которых изготавливаются детали современных двигателей внутреннего сгорания. Поэтому необходимо отводить тепло от наиболее нагруженных в тепловом режиме деталей двигателя и, разумеется, от поршней. Общее количество тепла, выделенное во время работы двигателя, зависит от количества сгоревшего в цилиндрах двигателя топлива за единицу времени. А этот показатель, в свою очередь зависит от объёма цилиндров и от скорости вращения двигателя. Двигатель превращает в полезную механическую работу только небольшую часть энергии сгоревшего топлива. Некоторая часть тепла выводится из двигателя с горячими отработавшими газами остальноё тепло необходимо рассеять в окружающем пространств.

 Опять вспоминая школьный курс физики можно сказать, что если два тела имеют разную температуру, но тепло от более нагретого тела перемещается к менее нагретому телу, пока температура обоих тел не сравняется. В автомобиле самым холодным телом, способным абсорбировать большое количество тепла, является окружающий воздух, следовательно, необходимо найти способ отвода тепла от нагретых деталей двигателя к окружающему воздуху. Поскольку весь земной шар всё равно не согреешь, можно считать, что окружающая среда способна абсорбировать любое количество тепла. Самая горячая часть поршня это его днище, поскольку оно непосредственно соприкасается с горячими рабочими газами. Далее тепло распространяется от днища поршня в направлении юбки.

  Тепло от поршня отводится тремя способами: Основная часть тепла передаётся поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра и далее отводится системой охлаждения двигателя. Часть тепла отводится внутренней полостью поршня и через поршневой палец и шатун, а также маслом, циркулирующим в системе смазки двигателя. Часть тепла отводится от поршня холодной топливовоздушной смесью поступающей в цилиндры двигателя.

1. Отвод тепла чрез поршневые кольца и юбку поршня. Ясно, что подвести охлаждающую жидкость, циркулирующую в системе охлаждения к поршню невозможно, поскольку поршень во время работы двигателя перемещается с большой скоростью. Но система охлаждения двигателя интенсивно охлаждает стенки цилиндров двигателя. Поэтому необходимо сконструировать поршень и поршневые кольца так, чтобы он излишнее тепло чрез поршневые кольца и юбку передавал стенкам цилиндра двигателя. Далее исправная система охлаждения двигателя выведет тепло их двигателя и передаст его окружающему автомобиль воздуху. Если это не сделать, то температура поршня превысит максимально допустимую, после чего начнётся разрушение поршня под воздействием механических нагрузок и даже его оплавление под воздействием высокой температуры. Без необходимого отвода тепла поршень, сделанный из алюминиевого сплава расплавится всего через несколько минут работы двигателя.

Отвод тепла от поршня

 Поступление тепла к поршню от рабочих газов, находящихся в цилиндре двигателя

  • Охлаждение поршня поступающей топливовоздушной смесью
  • Отвод тепла поршневыми кольцами (50% — 70%)
  • Отвод тепла юбкой поршня (20% — 30%)
  • Отвод тепла через внутреннюю полость поршня (5% — 10%)
  • Отвод тепла через поршневой палец и шатун
  • Охлаждающая жидкость рубашки охлаждения

 Из общего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 50% — 60% отводится поршневыми кольцами, это накладывает очень высокие требования к конструкции и точности изготовления поршневых колец. Некоторая часть тепла отводится во внутренне пространство поршня и рассеивается во внутреннем пространстве картера или через поршневой палец передаётся на шатун и тоже рассеивается во внутреннем пространстве картера двигателя.

  1. Отвод тепла от поршня через поршневые кольца
  2. Отвод тепла поршневыми кольцами
  3. Камера сгорания
  4. Стенка цилиндра
  5. Рубашка охлаждения
  6. Поршень
  7. Первое компрессионное кольцо
  8. Второе компрессионное кольцо
  9. Маслосъёмное кольцо

 Поскольку самой горячей частью поршня является его днище, являющейся одной из стенок камеры сгорания, тепло перемещается от верхней части поршня к нижней. При этом из всего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 45% отводится первым компрессионным кольцом, по причине того, что это кольцо всего ближе расположено к самой горячей части поршня, 20% отводится вторым компрессионным кольцом и только 5% отводится маслосъёмным кольцом. Тепло, переданное поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра, отводится системой охлаждения двигателя. Поэтому исправность системы охлаждения оказывает больное воздействие на тепловой режим поршня. Увеличение температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения на 5º — 6ºС, увеличивает температуру поршня на 10ºС. При неисправности системы охлаждения первое что разрушается в двигателе это поршень. У поршня или прогорает днище или поршень заклинивается в цилиндре.

2. Отвод тепла при помощи масла системы смазки двигателя Поскольку многие внутренние детали картера двигателя смазываются распылением масла, масляный туман постоянно присутствует в картере двигателя. Соприкасаясь с горячими частями поршня или стенок цилиндра, масло забирает от них тепло и, осаждаясь в масляный поддон, переносит туда тепло. Обычно в таких системах при помощи масла от поршня отводилось не более 5% — 10% тепла. Но в последнее время в высоконагруженных двигателях, особенно в дизельных, масло системы смазки стало широко использоваться для охлаждения деталей, имеющих наибольшую тепловую нагрузку. Масло для охлаждения поршня может подаваться к поршню двумя способами. Первый способ – через специальный масляный канал, просверленный в стержне шатуна. В этом случае в шатуне имеется специальное отверстие, через которое масло разбрызгивается на внутреннюю стенку днища поршня. Второй способ – в нижней части картера устанавливаются масляные форсунки, которые под давлением распыляют масло во внутренней полости поршня, или впрыскивают его в специальный кольцевой охлаждающий канал, расположенный в головке поршня. Для отбора от поршня большего количества тепла масляный канал имеет волнообразную форму.

 В этом случае при помощи масла может от поршня отводиться от 30 до 50% тепла. В результате при разбрызгивании масла на внутреннюю стенку днища поршня удаётся снизит температуру днища поршня на 15 – 20ºС, а при организованной циркуляции масла в поршне, температуру днища поршня можно снизить на 25 – 35ºС. Масло, охлаждающие поршни и другие детали сильно нагревается. При нагреве масло разжижается и теряет свои смазывающие свойства. По этой причине возникает угроза заклинивания коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

 В таком случае система смазки двигателя имеет специальный охладитель масла, теплообменник которого передаёт тепло от масла жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя. Далее это тепло при помощи радиатора системы охлаждения рассеивается в окружающем автомобиль воздухе.

Охлаждение поршня маслом

 Масляная форсунка, установленная в нижней части гильзы цилиндра, разбрызгивает мало из системы смазки двигателя на внутреннюю сторону днища поршня. Масло отбирает тепло от днища поршня и стекает в масляный поддон двигателя, где происходит его охлаждение.

 Поршень с масляным каналом

 На этих рисунках показан поршень современного дизельного двигателя 2.0 TDI мощностью 103 кВт концерна VOLKSWAGEN. Масляная форсунка впрыскивает масло в охлаждающий канал поршня. По охлаждающему каналу масло проходит через головку поршня, охлаждая его, выходит из охлаждающего канала поршня с другой стороны и стекает в масляный поддон двигателя.

3. Охлаждение поршня холодной топливовоздушной смесью. Вообще поршень любого двигателя частично охлаждается топливовоздушной смесью. Причем чем богаче смесь, там больше она может забрать энергии от поршня. Но по причинам топливной экономичности и экологии современные двигатели часто работают на обеднённой смеси. Современные электронные системы управления двигателя для избежания детонационного сгорания на некоторых режимах работы двигателя немного переобогащают смесь, за счёт чего несколько снижается температура поршня.

 Конструкция поршня

  1. Днище поршня
  2. Головка поршня
  3. Юбка поршня
  4. Выемка для противовесов коленчатого вала
  5. Отверстие поршневого пальца
  6. Канавка стопорного кольца
  7. Бобышка поршня
  8. Отверстие для отвода масла из канавки маслосъёмного кольца
  9. Отверстие для отвода масла ниже маслосъёмного кольца
  10. Канавка маслосъёмного кольца
  11. Третья перегородка поршневых колец
  12. Канавка второго компрессионного кольца
  13. Вторая перегородка поршневых колец
  14. Канавка первого компрессионного кольца
  15. Верхняя перегородка (жаровой пояс)
  16. Метки направления установки поршня
  17. Метки группы диаметра поршня

Вид поршня современного форсированного двигателя

  1. Поршеньфорсированного двигателя
  2. Днище поршня
  3. Выемки клапанов
  4. Вытеснитель
  5. Верхняя перегородка (жаровой пояс)
  6. Канавка верхнего компрессионного кольца
  7. Вторая перегородка
  8. Третья перегородка
  9. Канавка маслосъёмного кольца
  10. Отверстие для отвода масла из канавки компрессионного кольца
  11. Юбка поршня с антифрикционным покрытием
  12. Бобышка отверстия поршневого пальца
  13. Отверстие поршневого пальца
  14. Проточка под стопорное кольцо поршневого пальца
  15. Канавка аккумулирования газов

 На первый взгляд в конструкции поршня нет ничего сложного, поршень очень похож просто на перевёрнутый стакан. Но, учитывая, что к поршню предъявляются очень высокие и часто противоречивые требования, поршень является одной из наиболее трудных в конструировании и изготовлении деталей двигателя. В зависимости от конструкции двигателя, формы его камеры сгорания, расположения клапанов днище, и другие части поршня, могут иметь различную форму.

 Некоторые примеры различных типов поршней

Поршень с вытеснителем и выемками клапанов

 

 Поршень двигателя с непосредственным впрыском топлива автомобиля VOLKSWAGEN с системой управления двигателя FSI FSI

Направление потока смеси

 Очень своеобразную форму имеют поршни двигателей автомобиля VOLKSWAGEN с расположением цилиндров VR и W. У этих двигателей днище поршня в одной плоскости не перпендикулярно оси поршня. Но все остальные детали поршня ось поршневого пальца и канавки поршневых колец строго перпендикулярны оси поршня.

 Порщень RV-образного двигателя

 Ранее отмечалось, во время работы двигателя поршень совершает возвратно поступательные движения с большой средней скоростью и с очень высокими знакопеременными ускорениями, следовательно, для уменьшения сил инерции конструктор должен стремиться сделать поршень, как и все остальные детали, совершающие возвратно-поступательное движение, как можно легче. Способов это сделать всего два, это применение материалов и низким удельным весом, и уменьшения общего количества материала, то есть удаление излишнего материала. Но удаление излишнего материала снижает прочность конструкции, чем деталь массивней, тем легче обеспечить её жесткость и теплоёмкость. Крайне не желательно деформация формы поршня под воздействием механических и температурных нагрузок. Во время работы двигателя поршень контактирует с другими деталями, стенками цилиндра, поршневыми кольцами и поршневым пальцем. Для обеспечения эффективной работы двигателя необходимо обеспечит точные зазоры между всеми этими деталями. Но все эти детали изготавливаются из различных материалов и, соответственно, имеют различные коэффициенты температурного расширения.

 Поршень конструируется так, что после прогрева двигателя до нормальной рабочей температуры все зазоры между движущимися деталями были минимальными и соответствовали расчётным. Вообще наружная форма и размеры поршня должны соответствовать форме цилиндра. При изготовлении стремятся придать отверстию цилиндра строгие геометрические формы. Но, например, неправильная затяжка болтов крепления головки блока цилиндров, может сильно исказить первоначальную форму отверстия цилиндра. Поэтому, при ремонте двигателя всегда строго соблюдайте рекомендованные моменты затяжки всех резьбовых соединений.

 Наружная форма поршня конструируется так, чтобы после прогрева двигателя поршень приобрёл форму строго цилиндра, поэтому при изготовлении поршня в его форму умышленно вносятся некоторые искажения, которые устраняются по мере прогрева двигателя. На холодном двигателе зазор между поршнем и стенками цилиндра увеличен. При прогреве двигателя до нормальной рабочей температуры тепловые зазоры между стенками цилиндра и поршнем уменьшаются и начинают соответствовать норме. Вот почему так важно поддерживать необходимую рабочую температуру двигателя.

 Поршень состоит из трёх основных частей:

  1. Днище поршня
  2. Головка поршня
  3. Юбка поршня

 Днище поршня предназначено для восприятия усилия давления газов. Головка поршня обеспечивает герметизацию подвижного соединения поршня и стенок цилиндров за счёт установленных на головку поршня поршневых колец. Для установки поршневых колец в головке поршня делаются специальные канавки. В верхние канавки современных поршней вставляются компрессионные кольца, а нижняя канавка предназначена для установки маслосъёмного кольца. В канавке маслосъёмного кольца делаются сквозные отверстия, через которые излишнее масло отводится во внутреннюю полость поршня.

 Часть поршня, расположенная ниже нижнего кольца называется юбкой поршня. Юбка поршня, иногда её называют тронковая или направляющая часть поршня, предназначена для удержания поршня в правильном направлении и восприятия боковых нагрузок. То есть юбка является направляющим элементом поршня.

 Очень важным параметром поршня является высота головки поршня относительно оси поршневого пальца (4). Иногда различные модификации двигателя имеют различную степень сжатия. В производстве легче всего изменить степень сжатия изменением высоты головки поршня.

 При конструировании двигателя, для уменьшения сил инерции, конструкторы стремятся сделать поршень как можно легче. Но сделать все стенки поршня одинаковой толщины не удастся. Днище поршня, для восприятия больших нагрузок, всегда делается толще, чем стенки юбки. Но и юбка в различных местах имеет различную толщину. В местах бобышек под поршневой палец юбка имеет значительное утолщение, а, учитывая то, что различные части поршня имеют различную температуру, можно предположить, что при нагреве в разных местах поршень расширяется не одинаково. Поскольку во время рабаты двигателя головка поршня имеет более высокую температуру, следовательно, расширяется больше юбки поршня, головка поршня имеет несколько меньший диаметр по сравнению с юбкой поршня.

Поршень — диаметр головки

 Под воздействием тепловых деформаций поршня, сложенных с боковыми усилиями, действующими на поршень в перпендикулярно оси поршневого пальца, цилиндрический поршень может приобрети овальную форму. Для устранения этого явления поршень изначально делается овальным, но в противоположном направлении, по мере прогрева двигателя поршень, под воздействием боковых сил, приобретает круглую форму. Малая ось овала совпадает с направлением оси поршневого вала, а большая ось овала совпадает с направлением действующих на поршень боковых сил.

                                                                                          

 Но кроме овальности наружная поверхность поршня имеет некоторую конусность. Поршни современного двигателя, кроме овальности, по высоте имеют бочкообразную форму. Поэтому, поршень, кажущийся на первый взгляд простым цилиндром, имеет довольно сложную форму.

 Сложная форма поршня

 На этом рисунке даны отклонения диаметра поршня от номинального размера. Зелёная линия показывает отклонения от номинального диаметра на различной высоте поршня со стороны торцов поршневого пальца, а розовая линия показывает отклонение номинального размера со стороны упорных поверхностей поршня. Ширина жёлтой зоны показывает овальность поршня на различной высоте.

 Подбор точной наружной формы поршня очень трудная инженерная задача. В самом начале развития двигателестроения форма поршня подбиралась только опытным способом. Установив опытный поршнь в двигатель, двигатель нагружали различными нагрузками. После проведения необходимых испытаний поршень снимался и в местах, подвергшихся наибольшему износу, удалялась некоторая часть металла, и после этого проводился следующий цикл испытаний. Ели в результате излишне снятого металла поршень разрушался, толщину стенок или форму поршня изменяли и заново производили полный цикл испытаний. В результате продолжительных испытаний добивались наилучшей формы поршня для данного двигателя. По мере накопления опыта точная форма поршня стала определяться расчётным способом. Но даже сейчас, когда специальная компьютерная программа, может прочитать оптимальную форму поршня быстро, с высокой степью точности и с учётом всех, воздействующих на поршень температурных и механических факторов, проводится обязательное испытание поршней под различной нагрузкой. Другим способом терморегулирования поршня, то есть направленное изменение формы поршня под воздействием температуры является вплавление в алюминиевое тело стальных термостабилизирующих пластин. Термостбилизирующие пластины, при полном прогреве поршня, позволяют снизить радиальное расширение поршня приблизительно в два раза по сравнению с поршнем, полностью изготовленным из алюминиевого сплава.

 Термостабилизирующие пластины

 Термостбилизирующие пластины или кольца являются очень эффективным средством управления расширения поршня в необходимом направлении. Правда эти элементы имеют большое ограничение они могут быть вставлены только в литые поршни, но нет возможности установки этих элементов в современные кованные поршни. Как преднамеренные изменения формы поршня, так и вставка в поршень термостабилизирующих стальных пластин предназначены для обеспечения стабильного минимального теплового зазора между поршнем (юбкой поршня) и стеками цилиндра. Обычно тепловой зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра автомобильного двигателя лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм.

 Боковые силы, приложенные к поршню

 Во время работы двигателя шатун постоянно, кроме положения поршня в ВМТ и НМТ находится под некоторым углом к оси цилиндра, причем этот угол постоянно изменяется. Поэтому сила, приложенная к поршневому пальцу, раскладывается на две. Одна сила действует в направлении шатуна, а вторая сила действует в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к стенке цилиндра. При движении поршня вверх на такте сжатия сжимаемый воздух оказывает сопротивление перемещению поршня. Часть это силы прижимает поршень к правой стенке цилиндра, если смотреть со стороны передней части двигателя. Во время рабочего хода расширяющиеся газы с большой силой давят на поршень. Часть этой силы расходуется на прижатие поршня к левой стенке цилиндра. Не стоит думать, что эти силы незначительны. Боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра приблизительно равна 10% — 12% процентов, от силы, действующей в направлении оси цилиндра. Ранее упоминалось, что во время работы двигателя на днище поршня среднего легкового автомобиля действует сила в несколько тонн, следовательно, сила, прижимающая поршень к боковой стенке может быть равна нескольким сотням килограмм. Поскольку сила, действующая на поршень во время рабочего хода в направлении оси цилиндра значительно выше, силы, действующей на поршень во время такта сжатия, поверхность, к которой прижимается поршень, во время такта рабочего хода, называется основной упорной поверхностью.

 Из всего сказанного вытекает, что при прохождении поршнем ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода происходит перемещение поршня от вспомогательной упорной поверхности к основной. Поскольку на поршень действуют большие силы, а все процессы в двигателе происходят очень быстро, перемещение поршня происходи в форме удара. Для уменьшения силы удара при перекладке поршня ось поршневого пальца (вернее ось отверстия в бобышках поршня под поршневой палец) смещена в сторону основной упорной поверхности.

 Перекладывание поршня

 При движении поршня вверх на такте сжатия, давление сжимаемого воздуха оказываемого на днище поршня преобразуется в силу, направленную перпендикулярно днищу поршня. Поскольку шатун находится под некоторым углом к оси поршня, возникает нормальная сила, прижимающая поршень к вспомогательной упорной поверхности (2). Сила, возникающая в результате воздействия давления, равна произведению давления, умноженного на площадь, на которую действует давление. Поскольку ось поршневого пальца смещена в сторону основной упорной поверхности (1), площадь правой половины поршня стала несколько больше площади левой половины. В результате чего сила, действующая на правую половину поршня, будет больше силы, действующей на левую половину поршня. Поэтому, когда поршень остановится в ВМТ, в результате разности этих сил, нижняя часть поршня переместится к основной упорной поверхности. А как только давление в камере сгорания начнёт увеличиваться, произойдёт полная перекладка поршня к основной упорной поверхности. Это позволяет произвести перекладку поршня без ударных нагрузок. При движении поршня в низ, при изменении угла шатуна к оси цилиндра и возрастания давления в цилиндре поршень оказывает давление на основную упорную поверхность (1).

 Обычно смещение оси поршневого пальцы относительно оси поршня в автомобильных двигателях лежит в диапазоне 1,0 – 2,5 мм. Учитывая имеющиеся смещения оси поршневого пальца, поршень допускается устанавливать только в одном направлении. Неправильна установка поршня приведёт к появлению ударных звуков во время работы двигателя. Обычно на днище поршня имеется метка, указывающая правильное направление установки поршня. Перед ремонтом двигателя тщательно изучите руководство по ремонту.

 Нормальный тепловой зазор между цилиндром и юбкой поршня лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм. Но для каждого двигателя имеется точное значение этого параметра, которое можно найти в технических нормативах. Уменьшенный зазор приведёт к задирам поршня или поршневых колец и даже заклиниванию поршня в цилиндре.

 Измерение диаметра поршня

 При увеличенном зазоре повышается шумность работы двигателя и износ поршня и поршневых колец.

Измерение диаметра юбки поршня при помощи микрометра.

 

Измерение диаметра поршня Диаметр юбки поршня необходимо проверять в направлении перпендикулярном оси пальца строго на установленной высоте относительно нижнего края юбки. Замерьте диаметр юбки поршня на установленной высоте и запишите результаты измерений.

 Измерение диаметра цилиндра нутромером

 

При помощи нутромера замерьте диаметр цилиндра и запишите результаты измерений. Для определения зазора необходимо из второго полученного результата вычесть результат первого измерения. Измерение зазора при помощи плоского щупа Некоторые производители двигателей предлагают проводить измерение зазора между поршнем и цилиндром при помощи плоского щупа.

Измерение зазора между поршнем и стенками цилиндра

 На этих двух рисунках показаны различные способы измерения зазора при помощи плоского щупа.

Измерение зазора при помощи щупа 

Материалы, из которых изготовлен поршень

 Поскольку к поршням, как к изделию, предъявляются очень высокие требования, такие же высокие требования предъявляются к материалам, из которых изготавливаются поршни. Можно кратко перечислить требования к этим материалам:

  • Для снижения инерционных нагрузок материал должен иметь как можно меньший удельный вес, но при этом быть достаточно прочным.
  • Иметь низкий коэффициент температурного расширения.
  • Не изменять своих физических свойств (прочности) под воздействием высоких температур.
  • Иметь высокую теплопроводность и теплоёмкость.
  • Иметь низкий коэффициент трения в паре с материалом, из которого изготовлены стенки цилиндров.
  • Иметь высокую сопротивляемость износу.
  • Не изменять своих физических свойств под воздействие нагрузок, вызывающих усталостное разрушение материала.
  • Быть не дорогим, общедоступным и легко поддаваться механической и другим видам

 Алюминий значительно легче чугуна, но поскольку он мягче чугуна, приходится увеличивать толщину стенок поршня, по этой причине вес поршневой группы алюминиевого поршня легче подобной группы с чугунным поршнем всего на 30 – 40%. Алюминий обладает высоким температурным коэффициентом расширения, для устранения влияния которого приходится вплавлять в тело поршня стальные термостабилизирующие пластины и увеличивать зазоры между поршнем и другими элементами в холодном состоянии. Алюминий обладает низким коэффициентом трения в паре алюминий – чугун. Что удовлетворяет, по этому показателю, применение алюминиевых поршней в большинстве двигателей имеющих чугунный блок цилиндров или чугунные гильзы, вплавленные или вставленные в алюминиевый блок цилиндров. Но существуют современные прогрессивные двигатели (в основном немецкие – Фольксваген, Ауди и Мерседес) с алюминиевым блоком цилиндров, не имеющих вплавленных чугунных гильз. У этих двигателей поверхность алюминиевых отверстий цилиндров обрабатываются несколькими различными способами. В результате поверхность стенок цилиндров становится очень твёрдой и приобретает возможность сопротивления износу, даже выше чем у чугунных гильз. Но в паре алюминий – алюминий коэффициент трения очень высокий. В этом случае для уменьшения сил трения проводится железнение опорных поверхностей юбки поршня. В процессе железнения на опорную поверхность юбки поршня гальваническим способом наносится тонкий слой стали.

 Блок цилиндров без гильз

 Поршень с железнением юбки

 На этих рисунках показано плазменное напыление на рабочую поверхность цилиндров полностью алюминиевого блока цилиндров без применения вставных или вплавленных гильз цилиндров и соответствующий этой поверхности поршень с железнением опорной поверхности юбки поршня. Отсутствие чугунных гильз значительно уменьшает вес блока цилиндров.

 Поршень с антифрикционным покрытием

 Кроме антифрикционного покрытия на этом рисунке отчётливо видна стальная вставка, в которой проточена канавка для установки верхнего компрессионного кольца. Установка подобной вставки значительно увеличивает срок службы поршня.

Алюминиевые сплавы

 Кремнеалюминиевые сплавы, из которых изготавливаются поршни большинства современных автомобильных двигателей, делятся на две группы – эвтектические (содержания кремния 11 – 13%) и заэвтектические (содержания кремния 25 – 26%). Для улучшения термической стойкости и механических свойств в эти сплавы добавляются никель, медь и другие металлы. В эвтектических сплавах свободный кремний отсутствует, поскольку он полностью растворён в алюминии, в заэвтектических сплавах кремний может присутствовать в виде кристаллов, часто видимых на срезе или расколе материала. Поршни массовых автомобилей изготавливаются методом литья в кокиль из эвтектических сплавов, поскольку эти сплавы обладают хорошими литейными свойствами. Поршни дизельных двигателей тяжёлых грузовых автомобилей и других нагруженных двигателей изготавливаются из заэвтектических сплавов. Эти сплавы обладают большей прочностью, но имеют большую стоимость в производстве, поскольку изделия из этих сплавов трудней обрабатываются.

Литые и кованые

 На высоконагруженных форсированных автомобильных двигателях применяются поршни, изготовленные не методом литья, а методом ковки (горячей штамповки). Ковка значительно улучшает структуру материала, поэтому кованые поршни обладают большей прочностью и большей устойчивостью к износу. Но вкованные поршни невозможно установить терморегулирующие стальные пластины.

Структура металла кованного поршня

 Литые поршни не применяются, если обороты двигателя в рабочем режиме превышают 5000 об/мин. Кроме того, кованые поршни имеют лучшую теплопроводность, поэтому температура кованых поршней ниже температуры поршней, изготовленных методом литья.

 Сравнение температуры литого и кованного поршня

Ремонтные размеры и селективная подборка

 Как ранее отмечалось, диаметр поршня должен строго соответствовать диаметру цилиндра с обеспечением необходимого зазора между ними. Но в реальном производстве изготовленные детали всегда несколько отличаются друг от друга. Поэтому во многих отраслях машиностроения, и автомобилестроение в том числе, принята селективная подборка. После изготовления измеряются и по результатам измерений детали делятся на несколько классов или групп, с определённым диапазоном измеряемого размера. То есть каждому классу отверстия цилиндра (обычно класс цилиндра выбит в определённом месте на блоке цилиндров), подбирается поршень такого же класса. Например, на ВАЗе поршни подразделяются на пять классов (A, B, C, D и E), но в запасные части для ремонта двигателей поставляются поршни только трёх классов (А, С и Е). Считается, что этого вполне достаточно для выполнения качественного ремонта.

Группы поршня по диаметру

 Таблица и рисунок даны только для примера, поскольку для разных моделей двигателей выпускаются поршни разных номинальных размеров. На рисунке и в таблице упоминаются поршни разного номинального диаметра. Кроме этого выпускаются поршни ремонтного размера, с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм диаметром. Не путайте ремонтные размеры, с классами по селективной подборке. Классы селективной подборки отличаются друг от друга на сотые, а, иногда, на тысячные доли миллиметра. А номинальные ремонтные размеры отличаются на несколько десятых долей миллиметра.

 Во время капитального ремонта двигателя с расточкой блока цилиндров под ремонтный размер отверстий цилиндров специалисты ремонтного предприятия точно подгоняют диаметр цилиндра под имеющиеся поршни при хонинговке. Если по причине износа или наличия задиров требуется отремонтировать отверстие одного цилиндра, придётся растачивать все цилиндры. Не допускается применения на одном двигатели поршни разных ремонтных размеров. Диаметр поршня измеряется при помощи микрометра, в направлении, перпендикулярном оси поршневого пальца, на строго установленном расстоянии от низа юбки поршня, указанном в руководстве по ремонту. Все измерения, как диаметра поршня, так и диаметра отверстия цилиндра необходимо проводить при нормальной комнатной температуре – 20º С. Различные производители имеют различные группы или классы поршней по диаметру. Поэтому перед ремонтом двигателя ознакомьтесь с Руководством по ремонту. Кроме селективного подбора поршней по диаметру, поршни также делятся на несколько групп по диаметру отверстия под поршневой палец. Обычно группа поршня определяется цветовой меткой на внутренней поверхности бобышки поршня. Палец поршня имеет соответствующую по цвету метку на торцевой поверхности пальцы.

 Группа поршня по диаметру поршневого пальца

 Каждой группе соответствует установленный диапазон отверстия под поршневой палец, обычно различие между группами не превышает нескольких тысячных миллиметра.

Группа поршня по весу

 Некоторые производители, также делят поршни на несколько групп по весу. Иногда при ремонте двигателя вес поршней уравнивается за счёт снятия металла в установленном месте юбки поршня. Чем меньше различие в весе поршней, тем меньше вибрации двигателя. При замене поршней подбирайте поршни одной весовой группы или, если это указано в Руководстве по ремонту, при помощи удаления металла уравняйте вес поршней.

Данные о размерах поршня и направлении его установки обычно выбиты на днище поршня.

Метки на днище поршня

Маркировка поршня:

  1. Стрелка для ориентирования поршня в цилиндре
  2. Ремонтный размер
  3. Класс поршня по диаметру
  4. Группа отверстия поршневого пальца

И так, поршни одного двигателя делятся по следующим признакам: Класс поршня по диаметру (селективная подборка) Группа отверстия под поршневой палец (селективная подборка) Ремонтный размер Группа по весу поршня

Mazda 323 | Ремонт узлов и деталей двигателя

Блок цилиндров и гильзы


Основные размеры блока цилиндров и гильз приведены в табл. 2.1.

Герметичность стенок рубашки охлаждения и масляных магистралей проверяют на специальных стендах. Для проверки герметичности рубашки охлаждения заглушите все выходные отверстия рубашки в блоке, опустите блок в ванну с водой и подайте в каналы рубашки сжатый воздух под давлением 150 кПа (1,5 кгс/см2) в течение 15 с. Утечка воздуха, определяемая по выходящим пузырям, не допускается.

Для проверки герметичности масляных магистралей заглушите все их выходные отверстия в блоке и подайте в каналы магистралей воду с добавлением хромпика под давлением 1500 кПа (15 кгс/см2) в течение 15 с. Утечка воды не допускается.

Если блок негерметичен, замените его.

При замене шпилек, выходящих в полость рубашки охлаждения, устанавливайте их и прокладки рубашки на цинковые белила.

Проверьте зазор между цилиндром и поршнем, указанный в табл. 2.1.

Зазор определяют как разность между замеренными диаметрами поршня и цилиндра.

Диаметр цилиндра измеряют нутромером с ценой деления не более 0,01 мм в четырех поясах как в продольном, так и поперечном направлении на расстоянии 10, 50, 100 и 125 мм от его верхнего торца.

Гильзы цилиндров разбиты на пять размерных групп: А, Б, В, Г, Д (через 0,01 мм). Размерные группы обозначены цветной полосой (см. табл. 2.1).

Если максимальное значение зазора больше значения, указанного в таблице, замените изношенный узел (поршень, гильзу или гильзу с поршнем).

Шатунно-поршневая группа

Основные размеры шатунно-поршневой группы приведены в табл. 2.1.

Снятие и установка поршневых колец


Рис. 2.17. Съемник поршневых колец: 1 – рукоятка; 2 – выступы; 3 – упоры; 4 – захваты



Поршневые кольца снимают с поршня и надевают на него с помощью специального съемника (рис. 2.17).

Выступы 2 съемника входят в зазор замка кольца и при нажатии на рукоятки 1 разводят кольцо на фиксированную величину. Разжатое кольцо легко снимается и устанавливается в канавку поршня.


        ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Разводить поршневое кольцо руками категорически запрещено: при чрезмерной деформации его форма необратимо искажается.

Разборка поршня с шатуном

Выньте стопорные кольца поршневого пальца из канавок бобышек поршня, для чего подденьте каждое из них тонкой отверткой или шилом.

Нагрейте поршень, погружая его на 2–3 мин в воду температурой 45–75 °С.

Выпрессуйте поршневой палец из поршня и втулки головки шатуна ударами молотка через латунную оправку.

Подбор поршня к гильзе цилиндра

Поршень и соответствующая ему гильза должны относиться к одной размерной группе (их буквенные индексы должны быть одинаковы). Буквенная маркировка нанесена на днище поршня.

По наружному диаметру поршни разбиты на пять размерных групп: А, Б, В, Г, Д (через 0,01 мм).

Проверьте необходимый монтажный зазор (0,05–0,07 мм) между поршнем и гильзой как разность между замеренными диаметрами цилиндра и поршня.

Масса металла в поршне распределяется неравномерно, поэтому его юбка в холодном состоянии сложной геометрической формы. В поперечном сечении она овальная (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца) и конусная (с большим основанием внизу).

Диаметр поршня замеряют по большой оси овала юбки на расстоянии 12,95 мм от торца посадочного пояска диаметром 77,5+0,2, выполненного на внутренней поверхности юбки.

Поршни подбирают к гильзам не только по диаметру, но и по массе для сохранения уравновешенности двигателя. Поршни одного двигателя не должны отличаться по массе друг от друга более чем на 3 г. На заводе-изготовителе поршни номинального размера сортируют по массе на четыре группы, маркировку которых (1, 2, 3, 4) наносят на днище поршня. Все поршни, установленные на один двигатель, должны быть одной весовой группы.

Проверка технического состояния поршневых колец

Необходимость проверки или замены поршневых колец возникает при повышенном, более 100 г на 100 км пути, расходе (угаре) масла.

Для проверки состояния поршневых колец частично разберите двигатель и выньте поршни с кольцами. Перед проверкой очистите поршневые кольца от нагара и смолистых отложений.


Проверяйте поршневые кольца на соответствие техническим требованиям по параметрам, указанным в табл. 2.2.

Рис. 2.18. Проверка зазора между поршневыми кольцами и канавками: 1 – поршневое кольцо; 2 – поршень; 3 – набор щупов



Зазор по высоте между канавкой и кольцом проверяйте, вставляя кольцо в соответствующую канавку (рис. 2.18).

Зазор в замке кольца измеряйте, поместив кольцо в ту гильзу, в которой оно работало, или, если оно новое, в которой будет работать. Для правильной установки кольцо продвиньте в гильзе с помощью головки поршня, используемого в качестве оправки, на расстояние 20–30 мм от нижнего торца гильзы. Если проверка покажет, что зазор недостаточный, подпилите стыковые поверхности замка бархатным надфилем, а если повышенный — замените кольцо.

Упругость поршневых колец измеряйте на специальных весах с помощью гибкой ленты, охватывающей кольцо.

При проверке состояния поршневых колец может оказаться, что необходима замена только верхнего компрессионного кольца, так как оно изнашивается значительно быстрее остальных.

Не рекомендуется при ремонте устанавливать новые верхние компрессионные кольца с хромированным покрытием, предназначенные для установки в новые гильзы, в цилиндры работавшего двигателя, имеющие некоторый износ. Хромированное покрытие очень твердое, поэтому такие кольца будут медленно прирабатываться к поверхности гильзы. По этой причине ремонтные комплекты колец номинального размера выпускают с нехромированными верхними кольцами.


Рис. 2.19. Расположение поршневых колец в канавках поршня: 1 – поршень; 2 – верхнее компрессионное кольцо; 3 – нижнее компрессионное кольцо; 4 – маслосъемное кольцо



Правильное расположение поршневых колец в канавках поршня показано на рис. 2.19.

Если износ гильз незначительный, то вместо старых колец можно использовать ремонтные кольца номинального размера при условии, что зазор в замке кольца, вставленного в гильзу, не превышает 0,75 мм. В противном случае замените гильзу.

Проверка зазора между вкладышами шатунных подшипников коленчатым валом

Зазор между вкладышем и шейкой коленчатого вала определяется разностью размеров, полученных при замере диаметров отверстий в нижних головках шатунов с вставленными вкладышами и шеек вала. Крышки шатунов должны быть затянуты полным моментом.

Если значение зазора находится в пределах допуска или не превышает допустимого при износе, указанном в табл.

2.1, можно использовать эти вкладыши. При большем зазоре прошлифуйте шатунные шейки коленчатого вала до ближайшего ремонтного размера и установите вкладыши ремонтного размера (табл. 2.3).

Сборка шатунно-поршневой группы

После подбора поршней к гильзам подберите поршневые пальцы к поршням и втулкам малых головок шатунов.

Посадка поршневого пальца в бобышках поршня может быть в пределах от 0,0025 мм натяга до 0,0025 мм зазора. Зазор между поршневым пальцем и отверстием втулки головки шатуна должен быть в пределах 0,0045–0,0095 мм для данной размерной группы деталей.

Для облегчения подбора поршневые пальцы, поршни и втулки разбиты на четыре размерные группы, отличающиеся по диаметру на 0,0025 мм. Каждая группа промаркирована краской определенного цвета (см. табл. 2.1): на поршне — на нижней поверхности одной из бобышек, на поршневом пальце — на внутренней поверхности с одного конца, на шатуне – у малой головки.

Сопряжение поршневого пальца и втулки головки шатуна проверяют, вставляя палец, смазанный моторным маслом, в отверстие втулки. При правильном сопряжении шатун должен проворачиваться на пальце под действием собственного веса, а палец не должен выпадать из втулки верхней головки шатуна в вертикальном положении. Для соблюдения этих требований допустимо использовать пальцы смежной группы (в сторону уменьшения зазора). Во всех случаях поршневые пальцы подбирайте при температуре воздуха (20±3) °С.

Если необходимо заменить один из шатунов, его нужно подобрать по массе к остальным шатунам комплекта. Разница значений массы самого тяжелого и самого легкого шатуна в комплекте, устанавливаемом на двигатель, не должна превышать 8 г. Шатуны, принадлежащие к одной группе по массе, маркируются риской на приливах их крышек.

Перед сборкой нагрейте поршень, опустив его в сосуд с водой температурой 45–75 °С и выполните операции в следующей последовательности:

1. Вставьте смазанный маслом палец в отверстия бобышек поршня и втулки шатуна.


        ПРИМЕЧАНИЕ

При сборке поршня с шатуном сориентируйте их так, чтобы стрелка, выбитая на днище поршня, была обращена в сторону выступа на теле шатуна и паза на крышке.

2. Вставьте в канавки бобышек поршня стопорные кольца поршневого пальца.

3. Наденьте на поршень поршневые кольца, используя съемник (см. рис. 2.17).

Рис. 2.9. Взаимное расположение замков поршневых колец перед установкой поршня в гильзу



4. Расположите замки поршневых колец под углом 120° друг от друга (см. рис. 2.9). Расположение колец в канавках поршня должно соответствовать показанному на рис. 2.19. Установку поршня с шатуном на двигатель см. в подразделе «Разборка и сборка двигателя».

        ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Шатун обрабатывают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не взаимозаменяемы и не должны обезличиваться при разборке и сборке.

Проверка и ремонт деталей блока цилиндров 2.0 Л (D4EA)

Маховик

1. Проверить зубчатый венец на наличие повреждений и сколов зубьев. При обнаружении дефектов, заменить новым.

2. Проверить техническое состояние болтов крепления маховика, при необходимости заменить новыми.

Осевой зазор коленчатого вала и шатунов

1. Используя набор щупов (А), измерить осевой зазор между шатуном (В] и коленчатым валом (С), как показано на рисунке. Стандартная величина зазора: 0.10 — 0.35 мм. Предельно допустимая величина зазора: 0.40 мм.

2. Если осевой зазор шатуна превышает предельно допустимую норму, необходимо установить новый шатун и повторить измерение. Если зазор, после замены шатуна, не соответствует стандартной величине, необходимо заменить коленчатый вал.

3. Если зазор на много превышает предельно допустимую норму, необходимо заменить детали по мере необходимости.

Зазор в подшипниках коренных опор коленчатого вала

1. Для проверки зазора в коренных опорах коленчатого вала, необходимо снять рамку коренных опор, коленчатый вал и вкладыши подшипников.

2. Промыть все опоры и вкладыши коренных опор.

3. Нарезать несколько отрезков специального пластикового калибра.

4. Положить отрезки пластикового калибра на каждую коренную

опору в блоке цилиндров и рамке коренных опор.

5. Установить вкладыши, коленчатый вал и рамку лестничного типа, затем затянуть болты крепления в определенной последовательности с требуемым моментом затяжки.

УКАЗАНИЕ :

Не вращать коленчатый вал.

6. Отвернуть болты крепления и снять рамку коренных опор и вкладыши подшипников. Затем, используя специальную шкалу (прилагается к набору], измерить ширину калибра, которая соответствует определенному зазору. Зазор в подшипниках коренных опор: 0.024 — 0.042 мм.

Ремонтные размеры вкладышей коренных опор

Класс

Цвет метки

Толщина вкладыша, мм

Внешний вид

Е

Желтый

1.987-1.990

D

Зеленый

1.984-1.987

W J Л

С

1.981-1.984

Vv7 J

В

Черный

1.978-1.981

Метка

А

Синий

1.975-1.978

Цвет

7. Если ширина пластикового калибра слишком большая и наоборот, необходимо извлечь верхние и нижние вкладыши подшипников и установить на их место новые, с метками одного цвета. Повторить операции по измерению зазора в подшипниках.

УКАЗАНИЕ :

Не подкладывать шайбы и не царапать вкладыши, для регулировки зазора.

8. Если после повторной проверки, зазор в подшипниках не соответствует требуемой величине, необходимо заменить вкладыши, на вкладыши следующего ремонтного размера, после чего повторить измерение.

УКАЗАНИЕ :

Если отрегулировать зазор в подшипниках не удается, необходимо заменить коленчатый вал.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ:

Если идентификационные метки загрязнены, запрещается применять для очищения щетки с металлической щетиной. Необходимо промывать детали растворителем.

Зазора в подшипниках шатунных шеек

1. Снять крышки шатунов вместе с вкладышами.

2. Промыть поверхности контакта.

3. Положить отрезок пластикового калибра на шатунную шейку, вдоль оси коленчатого вала.

4. Установить крышку шатуна и затянуть болты крепления с требуемым моментом затяжки.

УКАЗАНИЕ :

Не проворачивать коленчатый вал.

5. Отвернуть болты крепления и снятья крышку шатуна и измерить ширину пластикового калибра, котораясоответствуетопределенному зазору. Стандартная величина зазора: 0.024 — 0.042 мм.

6. Если ширина пластикового калибра слишком большая и наоборот, необходимо извлечь верхние и нижние вкладыши подшипников и установить на их место новые, с метками одного цвета. Повторить операции по измерению зазора в подшипниках.

УКАЗАНИЕ

Не подкладывать шайбы и не царапать вкладыши, для регулировки зазора.

Ремонтные размеры вкладышей шатунных шеек

Класс

Цвет метки

Толщина вкладыша, мм

Внешний вид

Е

Желтый

1.У/

А

Синий

1.472-1.475

Цвет «

7. Если после повторной проверки, зазор в подшипниках не соответствует требуемой величине, необходимо заменить вкладыши, на вкладыши следующего ремонтного размера, после чего повторить измерение.

УКАЗАНИЕ :

Если отрегулировать зазор в подшипниках не удается, необходимо заменить коленчатый вал.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ:

Если идентификационные метки загрязнены, запрещается применять для очищения щетки с металлической щетиной. Необходимо промывать детали растворителем.

Уравновешивающие валы

1. Используя специальное оборудование и индикатор часового типа, измерить биение каждой шейки вала. Стандартная величина биения уравновешивающего вала: 0.025 мм.

2. Используя микрометр, измерить наружные диаметры коренных шеек уравновешивающих валов. Стандартная величина диаметра: 19.980 — 19.993 мм (опора №1], 27.99 — 28.01 мм (опора №2), 41.99 — 42.01 мм (опора №3].

3. Используя нутромер, измерить внутренние диаметры опор уравновешивающих валов. Стандартная величина внутренних диаметров: 20.00 — 0.02 мм (опора №1), 28.06 — 28.08 мм (опора №2), 42.06 — 42.08 мм (опора №3).

4. Вычислить зазор между опорами и шейками уравновешивающих валов. Стандартная величина зазора: 0.007 — 0.041 мм (опора №1), 0.050 — 0.090 мм (опора №2], 0.050 — 0.090 мм (опора №3).

Коленчатый вал

УКАЗАНИЕ :

Промыть и высушить коренные и шатунные шейки коленчатого вала.

Проверить техническое состояние шеек.

1. Установить коленчатый вал на специальные V-образные блоки.

2. Используя индикатор часового типа и специальное оборудование, измерить биение каждой коренной шейки коленчатого вала. При измерении биения, коленчатый вал необходимо проворачивать на полный оборот. Различие в показаниях биения каждой шейки не должна превышать предельно допустимой величины биения. Стандартная величина биения коленчатого вала: 0.06 мм.

3. Используя микрометр, измерить каждую коренную шейку в двух точках и двух взаимоперпендикулярных плоскостях, как показано на рисунке. Максимально допустимое отклонение от цилиндрической формы коренных шеек коленвала: 0.0035 мм.

4. Измерить конусность каждой коренной и шатунной шейки коленчатого вала. Различие в размерах каждой из шеек коленвала не должно превышать 0.006 мм. Предельно допустимая величина конусности шеек: 0.006 мм.

Блок цилиндров и поршни

1. Проверить поршни на наличие повреждений и повышенного износа.

2. Измерить диаметр поршня, используя микрометр, на расстоянии 10 мм от нижней части юбки, в плоскости поперечной оси пальца. Существует три ремонтных размера поршней (А, В, С]. Метка, указывающая на ремонтный размер, нанесена на днище поршня.

Ремонтные размеры поршней и цилиндров блока

Наименование

А

В

С

Наружный диаметр поршня, мм

82.92-82.93

82.93-82.94

82.94-82.95

Внутренний диаметр цилиндра, мм

83.00-83.01

83.01 -83.02

83.02-83.03

Зазор, мм

0.070-0.090

3. Используя нутромер, измерить внутренний диаметр каждого цилиндра, во взаимоперпендикулярных плоскостях, в трех точках (1-ая — расположение компрессионного кольца в ВМТ; 2-ая центр цилиндра; 3-я — НМТ поршня). Если какой-либо из размеров превысит предельно допустимую величину, необходимо заменить блок цилиндров. При необходимости, расточить цилиндры до следующего ремонтного размера: 0.25: 83.250-83.280 мм 0.50: 83.500 — 83.530 мм. Предельно допустимая конусность цилиндра: 0.01 мм.

 Мелкие царапины и задиры, необходимо удалить расточкой с последующим хонингованием.

 Используя специальную линейку и набор щупов, измерить неплоскостность поверхности разъема блока с головкой. Стандартная величина неплоскостности: 0.042 мм (по ширине), 0.096 мм (по длине), 0.012 мм (на площади 50 х 50 мм). Предельно допустимая величина неплоскостности: 0.10 мм.

 Вычислить зазор между поршнем и цилиндром, используя полученные данные при измерении. Если зазор превышает допустимые нормы, необходимо проверить поршень и цилиндр на наличие повышенного износа. Стандартная величина зазора: 0.070 — 0.090 мм. Ремонтные размеры поршней:

0.25: 83.170-83.200 мм 0.50: 83.420-83.450 мм.


Авторская статья «Поршни Ferroterm от Mahle

Статья на сайте mahle.ru называется «Поршни FERROTHERM® — гениальная комбинация из стали и алюминия». Сюжет немного детективный и только в конце оказывается, что эти поршни разработаны уже 20 лет назад. Поэтому мы повзолим себе почитать статью с конца.

«Поршни FERROTHERM присутствуют на рынке вот уже почти 20 лет, но, тем не менее, имеют репутацию современных поршневых разработок, находящих применение, прежде всего, в грузовой транспортной технике. Кроме всего прочего, эти поршни производства MAHLE устанавливаются на большое число двигателей в автомобилях марок Volvo, Scania, Detroit Diesel и Caterpillar уже при заводской сборке транспортных средств. Ведущие производители и сегодня все еще руководствуются заложенным в них гениальным принципом. Так, в настоящее время, ведутся активные разработки силовых агрегатов с двухкомпонентными поршнями и для концерна Mercedes-Benz, и для одного из крупных российских производителей двигателей.»

Механики традиционно предупреждаются о необходимоcти правильной сборки. «Поршни FERROTHERM поставляются в разобранном состоянии; верхняя часть и юбка поршня располагаются в коробке рядом, но в раздельной упаковке. При монтаже верхней части, юбки и шатуна необходимо обращать самое пристальное внимание на правильность взаимного расположения этих деталей. Тем более что конструкция верхней части и юбки поршня допускает только одну возможность их правильного соединения.»

И статья эта не могла появиться 20 лет назад хотя бы потому, что тут написано «Главное направление развития автомобильной и моторостроительной отрасли выбрано совершенно четко — это постоянный рост мощности двигателей.». Повышение надежности, увелчение срока службы деталей — теперь не столь важны. Отчасти эти параметры уже достигнуты.

Мотивы искать именно такие решения сейчас и 20 лет назад были разные, но «старый» разработки оказываются еще актуальны. «Повышение удельной мощности двигателя неизбежно влечет за собой возрастание термических и механических нагрузок на поршни. Это обстоятельство,безусловно, необходимо учитывать при разработке и конструктивном исполнении поршней, ведь, в конце концов, именно они считаются деталями, которые в наибольшей степени подвергаются нагрузкам в двигателе внутреннего сгорания. Не секрет, что при температурах свыше 360 °C, сплошь и рядом наблюдаемых в области рабочей выемки поршня, а также при давлении воспламенения более 170 бар, поршни из алюминиевых сплавов очень быстро достигают пределов своих возможностей в отношении нагрузок.»

«Таким образом, весьма велик спрос на конструктивные идеи и на возможности использования иных материалов. Разработчики концерна MAHLE предложили свое решение. Оно состоит в том, чтобы создавать поршни с головкой из термостойкой кованой стали и направляющей юбкой из алюминия. Так родился поршень FERROTHERM»

«Главный принцип нашей конструкции — это четкое распределение обязанностей. Алюминиевая направляющая юбка берет на себя только лишь обеспечение правильности хода поршня внутри цилиндра, в то время как наиболее трудные функции, а также герметизация выполняются верхней частью поршня.Кованая сталь головки легко справляется со значительно более высокими рабочими температурами на днище поршня и допускает намного большие контактные напряжения между втулкой и поршневым пальцем. Высокая твердость кованой стали весьма положительно сказывается на износостойкости и сроке службы кольцевых канавок, располагающихся в верхней части поршня.»

«Другим весомым преимуществом стали по сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами является значительно меньший коэффициент теплового расширения, что позволяет обходиться более узким зазором между поршнем и цилиндром на жаровом поясе. Это обстоятельство, в свою очередь, открывает прекрасные возможности для улучшения герметизации и уменьшает количество прорывных газов, в то время как очень узкий кольцевой зазор между поршнем и цилиндром помогает работе поршневых колец. Позитивное воздействие оказывает малый зазор на жаровом поясе и на параметры выбросов вредных веществ,поскольку незначительный зазор влечет за собой и сокращение застойной зоны,обеспечивая тем самым оптимальное и чистое сгорание топлива.»

«Однако один недостаток сталь все же имеет. По сравнению с алюминием она обладает более низкой теплопроводностью. Поэтому важной задачей было обеспечение достаточно низкого температурного уровня благодаря оптимизации структуры охлаждения поршня. В конце концов, было найдено решение, представлявшее собой листы пружинной стали или же конструктивный дизайн юбки поршня, формирующие охлаждающий канал, в который осуществляется вбрызгивание моторного масла для охлаждения. Благодаря большому сечению и циклическим движениям поршня в вертикальной плоскости возникает так называемый эффект шейкера, создающий условия для достаточного охлаждения головки поршня.»

«Верхняя часть и направляющая юбка поршня соединены между собой с помощью пальца. При этом процесс сгорания топлива и давление воспламенения воздействуют на стальную головку, и возникающее усилие передается напрямую с головки через поршневой палец на шатун. В отверстии под поршневой палец располагается втулка из цветного металла, идеально взаимодействующая в работе с поршневым пальцем. На новых моделях такое втулочное отверстие имеет к тому же и специальное покрытие, что в еще большей мере улучшает «сотрудничество» поршня и пальца. Между верхней стальной частью и алюминиевой юбкой имеется зазор. Такое пространственное разделение нужно для термической автономности элементов. Благодаря такому решению температура юбки в данном случае значительно ниже, чем на цельноалюминиевом поршне.Из-за более низкого уровня температуры на юбке поршня и разделению передачи усилия появилась возможность заменить конструктивные аспекты юбки на ее основные задачи. Результат можно просто услышать по очень мягкой и спокойной работе двигателя, несмотря на жесткий процесс сгорания дизельного топлива, а также по увеличению мощности и вращающего момента.»

На заметку:
Cтальная головка двухкомпонентного поршня FERROTHERM отмечена комбинацией букв «KB», алюминиевая юбка поршня имеет обозначение «L».


Почему прогорел поршень? Как избежать прогара? Почему прогорают поршни? Из за чего сгорает поршень на дизеле

Зона днища и жарового пояса полностью разрушена. Жаровой пояс прогорел до упрочняющей вставки. Расплавленный материал поршня продвинулся по юбке поршня и вызвал там также повреждения и задиры. Упрочняющая вставка первого компрессионного кольца сохранилась частично только еще на левой стороне поршня.

Остаток упрочняющей вставки отсоединился во время работы от поршня и вызвал в камере сгорания другие разрушения. Части поршня отлетали с такой силой, что попали через впускной клапан во впускной коллектор и тем самым также в смежный цилиндр и там также нанесли повреждения (следы ударов).

к рис. 2: в направлении впрыска одной или несколькими струями форсунок на днище поршня и на краю жарового пояса появились эрозионные прогары. Юбка поршня и зона поршневых колец не имеют задиров.

Оценка повреждения

Повреждения такого рода возникают особенно в дизельных двигателях непосредственного впрыска. Предкамерных дизельных двигателей это касается только в том случае, если одна из предкамер повреждена и в результате этого предкамерный двигатель превращается в двигатель непосредственного впрыска.

Если форсунка соответствующего цилиндра не поддерживает давление впрыска после окончания процесса впрыска и давление падает, вибрации в топливопроводе высокого давления могут еще раз поднять иглу форсунки, так что после окончания процесса впрыска снова впрыскивается топливо в камеру сгорания (механические форсунки).

Если кислород в камере сгорания исчерпан, то отдельные капли топлива протекают через всю камеру сгорания и попадают на днище перемещающегося вниз поршня ближе к краю. Они быстро догорают там при нехватке кислорода, причем образуется довольно много тепла. При этом материал в этих местах смягчается. Динамические силы и эрозия быстро протекающих газов сжигания вырывают отдельные частицы из поверхности или снимают головку полностью, что приводит к повреждениям.

Возможные причины повреждения
  1. негерметичные форсунки или тяжело перемещающиеся или заклинившиеся иглы форсунок.
  2. поломанные или ослабившиеся пружины форсунок.
  3. дефектные клапаны понижения давления в топливном насосе высокого давления количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска не отрегулировано по инструкции изготовителя двигателя.
  4. в предкамерных двигателях: дефект предкамеры, но только в сочетании с одной из вышеназванных причин.
  5. задержка зажигания из-за недостаточного сжатия в результате слишком большого зазора, неправильных фаз газораспределения или негерметичных клапанов
  6. слишком большая задержка из-за несклонного к воспламенению дизельного топлива (слишком низкое цетановое число)

Дизельный мотор имеет значительные отличия от бензинового. Двигатели отличаются в частности принципом воспламенения, у бензина от искры, у дизеля от сжатия. Соответственно, нагрузка на сами поршня также превышает бензиновые аналоги в 3 раза. Компрессия бензинового двигателя достигает значения в 10 бар давления. В свою очередь, дизельный двигатель обеспечивает давление в 30 бар. Степень сжатия также выше в 3 раза.

Но, при этом, дизельный двигатель более износоустойчивый. Правда, существует ряд нюансов, который делает дизельный двигатель менее устойчивым, чем бензиновый. Чаще всего, дизель дольше прослужит своему владельцу, если все в двигателе будет хорошо и обслуживаться он будет вовремя. Но, практика показывает, что хорошо не бывает в 90% случаев.

3 основные причины, почему прогорел поршень дизельного двигателя

По каким причинам может прогореть поршень дизельного двигателя? Первой и самой вероятной причиной является то, что льет форсунка. Проще говоря, она подает больше топлива, чем допустимо производителем. В итоге, приходится работать с большим объемом горения и пламени, чем позволено. Данная процедура сопровождается характерным «тах-кающим» звуком.

Если долго использовать машину в подобном режиме, то со временем стенки поршня оплавляются. Причем, проблема проявит себя при первом же плавлении поршней. Материал расплавленного алюминия будет разлетаться по стенкам и ускорит разрушение двигателя.. Чем дольше так ездить, тем больше деталей в двигателе вам потребуется заменить. Вплоть до капитального ремонта или полноценной замены двигателя.

Происходит так потому, что куски абразива попадают между гильзой и поршнем, стирают поверхность, создают задиры. В этом всём чаще всего виноваты форсунки и их неправильная подача топлива.

    Также, причиной прогара поршней может стать масло. Такие случаи появляются также довольно часто. Так может происходить потому, что направляющие клапанов головки блока цилиндра могли разболтаться, а сальники потерять свою устойчивость. Масло стекает по впускному клапану и потихоньку капает на поршень двигателя. Температура горения масла выше, чем температура топлива. И эта ситуация заставляет двигатель постепенно умирать.

    Бывает так, что в камеру сгорания поршня попадает антифриз. Попадание воды или антифриза внутрь камеры сгорания производит катализацию взрыва.

Как справиться с проблемой?

Избежать такой ситуации очень просто. Вовремя проходите технический осмотр машины, при любом непонимании и лишних звуках в районе двигателя обязательно проверяйте машину на СТО. Кроме того, постоянно следите за уровнем масла и антифриза в Вашем авто. Своевременная диагностика двигателя предупреждает его неисправность.

Дизель сервис в Киеве. У Вас сломалась турбина? Вышла из строя форсунка? Появился сторонний шум в двигателе? Или просто плановая замена цепи ГРМ? Турбо дизель сервис выполнит диагностику и ремонт Вашего автомобиля, диагностика дизельного двигателя в киеве, проверка форсунок на стенде, ремонт дизельных форсунок common rail в Киеве, ремонт форсунок Киев, диагностика турбины, диагностика и замена свечей накала, проверка компресии дизельного двигателя, диагностика автомобиля перед покупкой и даже ремонт дизельного двигателя, компьютенрая диагностика авто, удаление сажевого фильтра, удаление свечей накала и закисших форсунок. Наш дизель сервис предоставляет такие услуги: ремонт форсунок, замена ремня грм, ремонт тнвд, земена ремкомплекта тнвд, ремонт форсунок бош,восстановление пьезофорсунок, реставрация плунженой пары, замена втулки акселератора тнвд, замена клапана форсунки делфи. Ремонт турбины Mersedes, BMW, Ford, Renault, Opel, Fiat, Pegeout, Citroen, Hundai, Kia, VW, Volvo, Iveco, S cania, Toyota, land rover, Porshe, Mazda, в городах Киев, Харьков, Днепропетровск, Полтава, Сумы, Черкасы, Кировоград, Запорожье, Умань, Крывой рог, Никополь, Николаев, Херсон, Винница, Житомир, Черновцы, Тернополь, Львов, Луцк, Ровно, Одесса. Обменный фонд турбин. Ремонт турбин Киев, ремонт турбины в Киеве, ремонт турбин дизельных и бензиновых двигателей. Ремонт пьезофорсунок в Киеве Замена ремня или цепи газораспределительного механизма ГРМ Fiat Doblo 1.3, Opel combo 1.3, замена свечей накала, ремонт дизельного двигателя, капитальный ремонт двигателя в Киеве, ремонт ГБЦ. Ремонт форсунок CDI, CRDI. Bosch, Delphi, Siemens VDO Continental, Denso. Диагностика и ремонт насос форсунок и насосных секций. Дизель сервис Киев, замена грм Киев Капитальный ремонт дизельного двигателя в киеве, демонтаж форсунок рено трафик, ссанг йонг,опель виваро. Турбо дизель сервис выполняет ремонт форсунок CDI, CRDI, DCI, tdci, hdi, Bosch, Delphi, Siemens VDO. Ремонт ТНВД бош. Чистка топлиной системы, чистка рампы высокого давленя, реставрация пьезофорсунок, чистка топливного бака в Киеве

Поршень двигателя внутреннего сгорания является, едва ли, не самой важной деталью. Именно поршень преобразует тепловую энергию в механическую, что и приводит двигатель в движение. К тому же, на поршень двигателя возложены такие функции, как отвод газов из камеры сгорания, а также ее герметизация. Стоит ли говорить, что для успешной реализации всех этих требований, поршень двигателя должен обладать особыми свойствами, особой прочностью, чтобы надежно выполнять свою работу на протяжении длительного срок службы?

Устройство поршня двигателя

Давайте вкратце рассмотрим, как устроен автомобильный поршень. Для начала необходимо отметить, что это цельный элемент, который изготавливается путем литья, либо же штамповки. Приходилось ли вам слышать про кованные поршни? Так вот, кованными, как раз, называют штампованные поршни. Выполняются эти элементы двигателя из сплавов алюминия, реже из стали. Такое решение вызвано тем, что поршень должен отвечать сразу трем характеристикам:

  • Прочность;
  • Легкость;
  • Термоустойчивость.

Если же попытаться разобрать устройство поршня, то можно выделить такие элементы, как головка поршня, т.е. рабочая поверхность и его юбка. В зависимости от типов двигателя, головка поршня может иметь различную форму. В бензиновых моторах, она практически плоская, с незначительным возвышением в центре. Иногда на поршнях могут быть выточены вырезы под клапана. Говоря про поршень , необходимо упомянуть о более сложной его форме. Дело в том, что и камера сгорания в дизелях немного нестандартная, она спроектирована таким образом, чтобы создать завихренее газов и улучшить образование горючей смеси.

На боковой грани поршня расположены отверстия под крепление поршневых колец. Если говорить вкратце об их назначении, то это создание герметичности между поршнем и стенками цилиндра, а также удаление излишков масла из цилиндра, дабы они не сгорали вместе с горючей смесью. Как правило, на поршень устанавливается три кольца — одно из которых и является маслосъемным, а другие два – компрессионные, то есть удерживающие газы и давление внутри камеры сгорания.

Проблемы, которые могут возникать с поршнем

Так как поршень имеет определенный срок службы, вполне логично, что когда-то с ним начнутся проблемы. Таковые можно разделить на 2 группы:

  • Проблемы теплового характера;
  • Проблемы механического характера;

Как правило, одно от другого зависит. К примеру, возьмем за основу наиболее часто встречающиеся проблемы – стук поршня и образование сизого дыма из выхлопной трубы. Это свидетельствует о не герметичности цилиндропоршневой группы. В результате залегших, или стершихся поршневых колец, масло проникает в камеру сгорания, а давление, которое образуется в ходе сжатия поршнем газов, прорывается сквозь рабочую поверхность. Результатом становится такая неприятность, как поршня. Если прогорел поршень на дизельном двигателе, причина этому аналогично.

Результат всей этой неприятности один – необходимость производить дорогой ремонт.

Почему прогорает поршень?

Возникновению этой проблемы могут служить несколько причин:

  1. Проблемы, связанные с охлаждением поршня;
  2. Недостаток смазывающей жидкости;
  3. Механические проблемы, в результате которых было высокое давление в камере сгорания.

Мы рассмотрели с вами назначение и устройство поршня двигателя, а также обратили внимание на проблемы, которые могут возникнуть с данным элементом. Надеемся, что вам удалось пополнить свой запас знаний, прочитав нашу статью.

Один рижанин взял у знакомого дизельную машину, и поехал в Литву. Из Литвы машину привезли на буксире — что-то с мотором. Двигатель не заводился, померили компрессию — ее не было. Разобрали — и увидели оплавленные поршни (см. фото). Из-за чего это произошло — по вине водителя, или причина в чем-то другом?

Ситуация

По рассказу водителя, дело было на трассе. Почувствовал потерю тяги, остановился. Что странно — обороты не сбрасывались до холостого хода. Более того — они вдруг начали самопроизвольно расти, и поднялись почти до 4000 об/мин. Выключение зажигания не помогло — двигатель продолжал работать, а заглушить его получилось только варварским способом — удерживая тормоз, воткнуть на месте пятую передачу, и бросить сцепление. Владелец машины сначала не поверил — по его мнению, водитель просто “поотжигал” по литовским скоростным автострадам, и загубил дизель. Но механики, увидев симптомы, сказали, что водитель не при чем. Наоборот, он правильно сделал, что не растерялся, и заглушил мотор. Иначе бы тот окончательно пошел вразнос, и последствия были бы куда хуже.

Причины

Первое, на что подумали — турбина. Бывает, что из-за разрушения ее втулок масло начинает поступать в камеры сгорания, и двигатель от этого разносит очень быстро. Но турбина была в порядке, уровень масла — тоже. Дело было в форсунках. Одна из них — в первом цилиндре — зависла в открытом положении. То есть, топливо лилось постоянно. Кстати, поршень в этом цилиндре был поврежден сильнее всего. Почему такое случается? Как правило — от изношенности или, чаще, засоренности форсунок из-за некачественного топлива. Перестраховаться от такого явления на сто процентов, наверное, невозможно. Но все же можно снизить вероятность его наступления. Часто, когда одна или несколько форсунок начинают неправильно работать, звук мотора становится жестче. Правда, услышать это на ходу зачастую проблематично даже для опытного человека. То есть, остается профилактика.

Действия

В идеале, некоторые производители рекомендуют менять форсунки после 120-150 тыс. км пробега. Понятно, что в наших условиях такое расточительство не особо приемлемо — например, для дизельного VW Passat B5 одна форсунка стоит около 200 латов. Но хотя бы промыть форсунки при таком пробеге — наверное, не помешает. Наименее затратный вариант — добавление в топливо моющей присадки, а наиболее действенный — проверка состояния “живьем”, и промывка на стенде (в среднем — 25-50 латов за форсунку). Кстати, если приходилось заправляться сомнительным топливом, то промывка может потребоваться уже через 20-30 тыс. км. Кстати, если в морозы дизель плохо заводился по утрам, компрессия, а также все его узлы и агрегаты были, вроде, в порядке, одна из причин — частично засоренные форсунки. А если, например, двигатель плохо заводится “на горячую”, то один из вариантов — зависание запорного клапана, пока форсунка не остынет. То есть, при подобных симптомах во избежание вышеупомянутых последствий озадачиться состоянием форсунок заранее будет совсем не лишним.

Семен ЗАХАРОВ

R?ga автомобильная

Сами по себе дефекты в механической части двигателя, как известно, не появляются. Практика показывает: всегда есть причины повреждения и выхода из строя тех или иных деталей. Разобраться в них непросто, особенно, когда повреждены составляющие поршневой группы.

Поршневая группа — традиционный источник неприятностей, подстерегающих водителя, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. Перегрев двигателя, небрежность в ремонте, и, пожалуйста, – повышенный расход масла, сизый дым, стук.

При «вскрытии» такого мотора неминуемо обнаруживаются задиры на поршнях, кольцах и цилиндрах. Вывод неутешителен — требуется дорогостоящий ремонт. И возникает вопрос: чем провинился двигатель, что его довели до такого состояния?

Двигатель, конечно, не виноват. Просто необходимо предвидеть, к чему приводят те или иные вмешательства в его работу. Ведь поршневая группа современного двигателя — «материя тонкая» во всех смыслах. Сочетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давления газов, и инерции, действующими на них, способствует появлению и развитию дефектов, приводящих в конечном счете к выходу двигателя из строя.

Во многих случаях простая замена поврежденных деталей — не лучшая технология ремонта двигателя. Причина-то появления дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

Чтобы этого не случилось, грамотному мотористу, как гроссмейстеру, необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитывая возможные последствия своих действий. Но и этого недостаточно — необходимо выяснить, почему возник дефект. А здесь без знания конструкции, условий работы деталей и процессов, происходящих в двигателе, как говорится, делать нечего. Поэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать…

Как работает поршень?

Поршень подвижная деталь, плотно перекрывающая цилиндр в поперечном сечении и перемещающаяся вдоль его оси. Поршень предназначен для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. современного двигателя — деталь на первый взгляд простая, но крайне ответственная и одновременно сложная. В его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

И в какой-то степени поршень формирует облик всего двигателя. В одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: «Покажи мне поршень, и я скажу, что у тебя за двигатель».

Итак, с помощью поршня в двигателе решается несколько задач. Первая и главная — воспринять давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давления через поршневой палец шатуну. Далее эта сила будет преобразована коленвалом в крутящий момент двигателя.

Решить задачу преобразования давления газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнения движущегося поршня в цилиндре. Иначе неминуем прорыв газов в картер двигателя и попадание масла из картера в камеру сгорания.

Для этого на поршне организован уплотнительный пояс с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профиля. Кроме того, для сброса масла в поршне выполнены особые отверстия.

Но этого мало. В процессе работы днище поршня (огневой пояс), непосредственно контактируя с горячими газами, нагревается, и это тепло надо отводить. В большинстве двигателей задача охлаждения решается с помощью тех же поршневых колец — через них тепло передается от днища стенке цилиндра и далее — охлаждающей жидкости. Однако в некоторых наиболее нагруженных конструкциях делают дополнительное масляное охлаждение поршней, подавая масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. Иногда применяют и внутреннее охлаждение — форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Для надежного уплотнения полостей от проникновения газов и масла поршень должен удерживаться в цилиндре так, чтобы его вертикальная ось совпадала с осью цилиндра. Разного рода перекосы и «перекладки», вызывающие «болтание» поршня в цилиндре, негативно сказываются на уплотняющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигателя.

Удерживать поршень в таком положении призван направляющий пояс — юбка поршня. Требования к юбке весьма противоречивы, а именно: необходимо обеспечить минимальный, но гарантированный, зазор между поршнем и цилиндром как в холодном, так и в полностью прогретом двигателе.

Задача конструирования юбки усложняется тем, что температурные коэффициенты расширения материалов цилиндра и поршня различны. Мало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разнятся во много раз.

Чтобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигателях принимают меры по компенсации его температурных расширений.

Во-первых, в поперечном сечении юбке поршня придается форма эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси пальца, а в продольном — конуса, сужающегося к днищу поршня. Такая форма позволяет обеспечить соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, препятствуя заклиниванию.

Во-вторых, в ряде случаев в юбку поршня заливают стальные пластины. При нагревании они расширяются медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

Использование легких алюминиевых сплавов для изготовления поршней — не прихоть конструкторов. На высоких частотах вращения, характерных для современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихся деталей. В подобных условиях тяжелому поршню потребуется мощный шатун, «могучий» коленвал и слишком тяжелый блок с толстыми стенками. Поэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходится идти на всяческие ухищрения с формой поршня.

В конструкции поршня могут быть и другие «хитрости». Одна из них — обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за «перекладки» поршня в мертвых точках. Улучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности — микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение — специальное антифрикционное покрытие. Профиль уплотнительного и огневого поясов тоже определенный — здесь самая высокая температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает вероятность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивания). Нередко стойкость огневого пояса повышается анодированием.

Все, что мы рассказали, — далеко не полный перечень требований к поршню. Надежность его работы зависит и от сопряженных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршня, способ фиксации), состояния поверхности цилиндра (отклонения от цилиндричности, микропрофиль). Но уже становится ясно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в условиях работы поршневой группы быстро приводит к появлению дефектов, поломкам и выходу двигателя из строя. Чтобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждения деталей определить, почему, к примеру, возник задир или…

Почему прогорел поршень?

Анализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок делятся на четыре группы: нарушение охлаждения, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорания и механические проблемы.

Вместе с тем многие причины возникновения дефектов поршней взаимосвязаны, как и функции, выполняемые его различными элементами. Например, дефекты уплотняющего пояса вызывают перегрев поршня, повреждения огневого и направляющего поясов, а задир на направляющем поясе ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

В конечном счете это может спровоцировать прогар огневого пояса.

Отметим также, что практически при всех неисправностях поршневой группы возникает повышенный расход масла. При серьезных повреждениях наблюдаются густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. В некоторых случаях прослушивается стук поврежденного поршня, особенно на непрогретом двигателе.

Иногда характер дефекта поршневой группы удается определить и без разборки двигателя по указанным выше внешним признакам. Но чаще всего такая «безразборная» диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. Поэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Нарушение охлаждения поршня — едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: «радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос») либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир — схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.

После остывания форма поршня редко приходит в норму: юбка оказывается деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. Дальнейшая работа такого поршня сопровождается стуком и повышенным расходом масла.

В некоторых случаях задир на поршне распространяется на уплотнительный пояс, завальцовывая кольца в канавки поршня. Тогда цилиндр, как правило, выключается из работы (слишком мала компрессия), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Недостаточная смазка поршня чаще всего характерна для пусковых режимов, особенно при низких температурах. В подобных условиях топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаются, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

Двухсторонний задир юбки обычно встречается при длительной работе в режиме масляного голодания, связанного с неисправностями системы смазки двигателя, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшается.

Недостаток смазки поршневого пальца — причина его заклинивания в отверстиях бобышек поршня. Такое явление характерно только для конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Этому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому «прихваты» пальцев чаще наблюдаются у относительно новых двигателей.

Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания — частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание — к прогарам.

У дизелей чрезмерно большой угол опережения впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давления в цилиндрах («жесткость» работы), что также может вызвать поломку перемычек. Такой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизеля.

Днище и огневой пояс могут повреждаться при слишком высокой температуре в камере сгорания дизеля, вызванной неисправностью распылителей форсунок. Аналогичная картина возникает и при нарушении охлаждения поршня — например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждения. Задир, возникающий на верхней части поршня, может распространяться и на юбку, захватывая поршневые кольца.

Механические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Например, абразивный износ деталей возможен как «сверху», из-за попадания пыли через рваный воздушный фильтр, так и «снизу», при циркуляции абразивных частиц в масле. В первом случае наиболее изношенными оказываются цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором — маслосъемные кольца и юбка поршня. Кстати, абразивные частицы в масле могут появиться не столько от несвоевременного обслуживания двигателя, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др.).

Редко, но встречается эрозия поршня у отверстия «плавающего» пальца при выскакивании стопорного кольца. Наиболее вероятные причины этого явления — непараллельность нижней и верхней головок шатуна, приводящая к значительным осевым нагрузкам на палец и «выбиванию» стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигателя старых (потерявших упругость) стопорных колец. Цилиндр в таких случаях оказывается поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

Иногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. Такое чаще всего происходит при неаккуратной работе во время обслуживания или ремонта двигателя. Гайка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто «провалить» днище поршня.

Рассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго. Но и того, что уже сказано, достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. По крайней мере, уже можно определить…

Как избежать прогара?

Правила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин появления дефектов. Тем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называется, со всеми вытекающими последствиями.

Хотя это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо: содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания. А если что-то с двигателем не так, не доводить его «до ручки», когда ремонт уже не обойдется «малой кровью».

При ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполнять еще несколько правил. Главное, на наш взгляд, — нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Эпидемия «болезни малых зазоров», когда-то поразившая многих механиков, все еще не прошла. Более того, практика показала, что попытки «поплотнее» установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигателя и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваются обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. Правило «лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше» работает всегда и для любых двигателей.

Остальные правила традиционны: качественные запасные части, правильная обработка изношенных деталей, тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

Влияние рабочей температуры гильзы цилиндра на потери на трение и выбросы двигателя в месте соединения поршневых колец

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.01.098Получить права и содержание температура влияет на потери на трение.

Оптимальная температура футеровки повышает энергоэффективность и снижает выбросы.

Температура футеровки почти не зависит от вязкостного сдвига смазки.

Это означает, что оптимальные условия не зависят от частоты вращения двигателя.

Abstract

Несмотря на обширные исследования альтернативных методов, ожидается, что двигатель внутреннего сгорания останется основным источником движения транспортных средств в обозримом будущем. По-прежнему существуют значительные возможности для повышения эффективности использования топлива, что напрямую снижает вредные выбросы. Следовательно, снижение тепловых потерь и потерь на трение постепенно становится приоритетом.На систему поршень-цилиндр приходится основная доля всех потерь, а также выбросов. Поэтому потребность в комплексном подходе, особенно прогностического характера, имеет важное значение. В данной статье рассматривается этот вопрос, в частности роль температуры гильзы цилиндра, которая влияет как на тепловые, так и на фрикционные характеристики системы поршень-цилиндр. Исследование сосредоточено на верхнем компрессионном кольце, чья важная уплотнительная функция делает его основным источником потерь мощности на трение и важным компонентом в защите от дальнейшего прорыва вредных газов.Такой комплексный подход до сих пор не описан в литературе. Исследование показывает, что температура гильзы цилиндра имеет решающее значение для снижения потерь мощности, а также для снижения выбросов углеводородов (НС) и оксидов азота (NOx) в месте соединения компрессионного кольца и гильзы цилиндра. Из результатов следует существование оптимального диапазона рабочих температур гильз, не зависящего от частоты вращения двигателя (по крайней мере, в исследованных случаях), для минимизации потерь на трение. В сочетании с изучением выбросов NOx и углеводородов контроль температуры футеровки может помочь смягчить потери мощности на трение и сократить выбросы.

Ключевые слова

Ключевые слова

Внутреннее сгорание (IC) Engine

Цилиндр Линэнер

Поршневое кольцо

Трение

Обоснование трения

Средство трения Эффективное давление (FMEP)

Потеря энергии

Расход топлива

Рекомендуемые изделия из топлива (0)

2017 Автор(ы). Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендованные статьи

Ссылки на статьи

Двигатели внутреннего сгорания — Викиверситет

Двигатели внутреннего сгорания (или двигатели внутреннего сгорания или ДВС, как они могут также называться) используются в повседневной жизни и могут быть найдены в: легковые автомобили; грузовые автомобили; мотоциклы; легкие самолеты; строительная техника и транспортные средства; железнодорожные локомотивы; стационарные энергосистемы; и лодки и корабли всех размеров.Изучение двигателей превратилось в отрасль машиностроения.

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания,

  1. Четырехтактный двигатель и
  2. Двухтактный двигатель


Также двигатели можно классифицировать по циклам, которым они следуют, как указано ниже.

  1. Дизельный двигатель
  2. Бензиновый двигатель

Четырехтактные двигатели, как следует из названия, имеют всего четыре различных цикла, а именно
a. впуск
б.сжатие
в. зажигание/расширение
d. выхлоп

В двухтактном режиме всего два цикла, и каждый из них имеет два цикла, работающих одновременно.
а. впуск/выпуск
б. зажигание/сжатие

Несколько определений:

 ВМТ: Верхняя мертвая точка. Это самая верхняя часть, до которой может дотянуться поршень в вертикальном двигателе. 
НМТ: Нижняя мертвая точка. Это самая нижняя часть, до которой может дотянуться поршень в вертикальном двигателе.

Степень сжатия Двигатель внутреннего сгорания — это, по сути, насос, который сжимает воздушно-топливную смесь (или просто «воздух» в случае двигателей с непосредственным впрыском), а затем воспламеняет ее, так что она расширяется и производит механическую энергию.Степень сжатия в основном говорит о том, насколько двигатель сжимает определенный объем воздуха, который он всасывает. Двигатель со степенью сжатия 12:1 означает, что на каждые 12 единиц объема всасываемого воздуха поршень сжимает этот воздух до 1 единицы объема. Чем больше воздуха выдавливается в камеру сгорания, тем больше энергии вырабатывается на мощность двигателя на такте расширения.

Одним из факторов, ограничивающих увеличение степени сжатия, является детонация (известная как детонация или стук в двигателе), когда вместо контролируемого горения воздушно-топливная смесь взрывается, потенциально повреждая двигатель.Кроме того, двигатель с более высокой степенью сжатия, как правило, имеет меньший зазор между поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ) и полностью открытыми клапанами, а работа на высоких оборотах может привести к плаванию клапана, что может привести к контакту между клапанами и поршнем.

Коэффициент сжатия = (рабочий объем + клиренс)/клиренс

Рабочий объем = объем поршня, проходимого при совершении одного полного хода от ВМТ до НМТ

Зазор = Объем камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ

Бензиновый двигатель Бензиновые двигатели, также известные как двигатели с искровым зажиганием, нуждаются во внешнем источнике энергии для воспламенения топлива как для запуска, так и для работы двигателя.Как следует из обоих названий, этот двигатель использует свечи зажигания для обеспечения искры зажигания и бензин (бензин) в качестве топлива.


Системы бензинового двигателя

1. Топливная система подает топливо из бензобака в карбюратор. Там он смешивается с воздухом и засасывается в цилиндры двигателя. При электронном впрыске топливо поступает прямо из бака в цилиндры с помощью электронного компьютера.

2. Система зажигания подает искры для воспламенения топливной смеси в цилиндрах.С помощью катушки зажигания и прерывателя контактов он заряжает 12-вольтовую батарею, которая, в свою очередь, выдает импульсы в 20 000 вольт. Они проходят через распределитель к свечам зажигания в цилиндрах, где создают искры. Воспламенение топлива в цилиндрах дает температуру 700°С и выше.

3. В системе водяного охлаждения, в которой вода циркулирует по каналам в блоке цилиндров, отбирая тепло. Он протекает по трубам в радиаторе, который охлаждается нагнетаемым вентилятором воздухом.

4. Система смазки также немного снижает нагрев, но ее функция заключается в том, чтобы покрывать движущиеся части маслом, которое под давлением подается к распределительному валу, коленчатому валу и приводу клапанов.

5. Карбюратор является сердцем бензинового двигателя. Он измеряет топливно-воздушную смесь в точных пропорциях. В старых карбюраторах опережение зажигания осуществляется путем измерения разницы давлений снаружи и внутри карбюратора. Также измеряется величина опережения газа.Остатки двигателя, которые могут быть угарным газом или несгоревшими углеводородами, показывают, насколько хорошо работает карбюратор.


Классификация бензиновых двигателей

Поршневые двигатели классифицируются по нескольким признакам. Некоторые из них такие:


1. По способу охлаждения,

а. Двигатели с воздушным охлаждением: Тепло от двигателя излучается в окружающий воздух. Обычно используются алюминиевые ребра, так как они являются хорошими проводниками тепла.Ребра увеличивают общую площадь поверхности контакта с окружающим воздухом, обеспечивая максимальное рассеивание тепла.

б. Двигатели с водяным охлаждением: В этих двигателях охлаждающая жидкость/вода циркулирует через рубашки, расположенные на цилиндре, для отвода тепла.


2. По количеству ударов,

а. Двухтактные двигатели : завершает термодинамический цикл за два хода поршня (один оборот кривошипа).

б. 4-тактные двигатели: завершает термодинамический цикл за четыре хода поршня (два оборота кривошипа).


3. По расположению цилиндров,

а. Рядное расположение цилиндров: все цилиндры расположены по прямой линии.

б. V-образный двигатель или V-образный двигатель: два цилиндра наклонены друг к другу под углом 90 градусов.


4. В зависимости от устройства клапана, а. Одинарный верхний распределительный вал (SOHC)

б. Двойной верхний распределительный вал (DOHC)

Детали бензинового двигателя

Ниже перечислены важные части бензинового двигателя: 1. Цилиндры 2. Блок цилиндров 3. Поршень и шатуны 4. Головка цилиндра Картер 5. Клапаны 6. Коленчатый вал Маховик 7. Выхлопная система 8. Распределительный вал Топливная система 9. Система смазки 10. Система зажигания

Работа бензинового двигателя

Обычно автомобили с бензиновым/бензиновым двигателем имеют четыре такта, поскольку они более эффективны, чем двухтактные двигатели, и обеспечивают полное сгорание топлива для оптимального использования.Четырехтактный двигатель имеет четыре такта, а именно такты впуска, сжатия, рабочего хода и такта выпуска.

1. Такт всасывания или впуска — первоначально при запуске двигателя поршень движется вниз к НМТ цилиндра, что создает низкое давление вверху. Благодаря этому открывается впускной клапан и смесь, содержащая пары бензина и воздух, всасывается в цилиндр. Именно через карбюратор смешивается соотношение бензин/бензин и воздух.

2. Такт сжатия – после этого такта впускной клапан закрывается.Теперь поршень перемещается к верхней мертвой точке цилиндра, тем самым сжимая топливную смесь до одной десятой ее первоначального объема. Температура и давление внутри цилиндра увеличиваются из-за сжатия.

3. Рабочий ход – во время этого хода впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Когда поршень достигает верхнего положения (ВМТ), свеча зажигания производит электрическую искру. Сгорание запускается системой зажигания, которая выжигает искру высокого напряжения через сменный воздушный зазор, называемый свечой зажигания.Образовавшаяся искра вызывает взрыв топливно-воздушной смеси. Горячие газы расширяются и заставляют поршень двигаться вниз. Поршень соединен со штоком поршня, а шток поршня с коленчатым валом. Все они двигают друг друга из-за связи между ними. Коленчатый вал соединен с колесами автомобиля. При движении коленчатого вала колеса вращаются и двигают автомобиль.

4. Такт выпуска — в этом такте выпускной клапан остается открытым в начале. Поршень вынужден двигаться вверх из-за полученного импульса.Это заставляет газы двигаться через выпускной клапан в атмосферу. Теперь выпускной клапан закрывается, а впускной открывается. После этого четыре такта двигателя повторяются снова и снова.

Применение: Эти двигатели широко используются в транспортных средствах, переносных электростанциях для питания насосов и другого сельскохозяйственного оборудования. Многие небольшие лодки, самолеты, грузовики и автобусы также используют его.

Будущее Область применения: Постоянно проводятся исследования, направленные на повышение топливной экономичности, снижение выбросов загрязняющих веществ и повышение легкости и компактности.Недавно инженеры Бирмингемского университета создали самый маленький бензиновый двигатель, способный заменить обычные аккумуляторы. Двигатель настолько крошечный, что с ним можно обращаться на кончике пальца.

Дизельный двигатель

Как и бензиновый двигатель, дизель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, вызывающую возвратно-поступательное движение внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом двигателя, которые обеспечивают движение, необходимое для приведения в движение колес автомобиля.Как в бензиновых, так и в дизельных двигателях энергия высвобождается в виде серии небольших взрывов, известных как возгорание. Топливо вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха, который забирается во время такта впуска двигателя. Зажигание в бензиновых двигателях происходит за счет искр от свечей зажигания, тогда как в дизельных двигателях топливо воспламеняется за счет теплоты сжатия. Воздух нагревается при сжатии.

Типы дизельных двигателей

Дизельные двигатели могут быть четырехтактными или двухтактными.

Четырехтактный дизельный двигатель

Четырехтактный дизельный двигатель работает следующим образом:

1. Такт впуска или всасывания начинается, когда поршень всасывает воздух в цилиндр через впускной клапан. Когда поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается, задерживая воздух внутри цилиндра.

2. Такт сжатия начинается, когда поршень движется вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух.Давление повышается от 32 бар до 50 бар, а температура достигает 600 градусов по Цельсию.

3. Такт впрыска начинается где-то вблизи ВМТ такта сжатия, топливо впрыскивается в горячий воздух, воспламеняется и сгорает контролируемым образом за счет теплоты сжатия, что приводит к рабочему такту. 4. Такт выпуска начинается, когда поршень находится в НМТ, поршень вытесняет все сгоревшие газы через открытый выпускной клапан. В верхней части такта выпуска выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, готовый принять свежий заряд воздуха, который возвращает двигатель в исходную точку.Цикл повторяется снова.

Двухтактный дизель

Дизельный двигатель работает так же, как и четырехтактный дизельный двигатель, но сокращает четыре хода поршня до двухтактных один раз вверх и один раз вниз по цилиндру.

1. Когда поршень находится в верхней части цилиндра, он находится на такте сжатия. Цилиндр заполнен сжатым перегретым воздухом. Дизельное топливо впрыскивается и воспламеняется. Поршень движется вниз по цилиндру для своего рабочего хода.Когда поршень приближается к нижней части своего рабочего хода, выпускные клапаны открываются, и большая часть сгоревших газов выбрасывается из цилиндра. Теперь, когда поршень продолжает двигаться вниз по цилиндру, он открывает ряд отверстий в стенке цилиндра. Через эти отверстия вдувается сжатый воздух, выталкивая оставшиеся сгоревшие газы. из баллона и наполнить его свежим воздухом.

2. Когда поршень движется обратно вверх, он блокирует впускные отверстия, задерживая заряд свежего воздуха в цилиндре.Хотя поршень совершил лишь немногим более одного хода, он уже завершил свой рабочий ход, процесс выпуска и цикл впуска. Когда поршень возвращается в цилиндр во время второго хода, он сжимает свежий воздух. Когда он достигает верхней части цилиндра происходит впрыск и сгорание, начиная цикл заново. Двухтактный двигатель производит один рабочий такт за каждый полный цикл, а четырехтактный производит один рабочий такт каждые четыре такта.

Экспериментальный термический анализ поршня и стенки цилиндра дизельного двигателя

Знание температуры поршня и стенки цилиндра необходимо для оценки термических напряжений в различных точках; это дает дизайнеру идею позаботиться о более слабом поперечном сечении.Наряду с этим, эта температура также позволяет рассчитывать потери тепла через поршень и стенку цилиндра. Предложенная методология была успешно применена к четырехтактному дизельному двигателю с непосредственным впрыском топлива и водяным охлаждением и позволяет оценить температуру поршня и стенок цилиндра. Описанная здесь методология сочетает в себе численное моделирование, основанное на моделях FEM, и экспериментальные процедуры, основанные на использовании термопар. Целями данного исследования являются измерение деформации поршня, температуры и радиальных термических напряжений после термического нагружения.Чтобы проверить достоверность модели теплопередачи, измерьте температуру прямым измерением с помощью проволоки термопары в нескольких точках на поршне и стенке цилиндра. Чтобы предотвратить запутывание проводов термопары, был разработан соответствующий проход. Для КЭ модели на разных поверхностях задавались соответствующие усредненные тепловые граничные условия, такие как коэффициенты теплопередачи. Исследование включает влияние теплопроводности материала поршня, поршневых колец и стенки камеры сгорания.Результаты показывают изменение температуры, напряжения и деформации в различных точках поршня.

1. Введение

Для правильной работы дизельного двигателя внутреннего сгорания требуется точное распределение температуры поршня, поскольку температура поршня оказывает важное влияние на процесс зажигания двигателя, задержку времени зажигания, скорость горения, термический КПД и выработку загрязняющие вещества. Знание теплообмена в двигателях внутреннего сгорания важно для понимания таких систем [1, 2].Он способствует разработке и проектированию двигателей, моделированию процессов и сокращению выбросов. В двигателе поршень испытывает большие силы из-за давления в камере сгорания и тепловой нагрузки, которые возникают в процессе сгорания и из-за огромного температурного градиента между потоками впускных и выхлопных газов [3–6], поэтому важно гарантировать долговечность таких компонентов двигателя, как поршень, поршневые кольца, клапаны и стенки цилиндра, чтобы избежать деформации корпуса двигателя и улучшить конструкцию двигателя, связанную с весом и потреблением вспомогательной энергии.В случае поршня и цилиндра двигателя такие знания необходимы для полного понимания теплового потока, температуры и распределения этих параметров. Обычная процедура, используемая некоторыми авторами, заключается в аппроксимации средней температуры распределения одним или несколькими (очень немногими) локальными измерениями, полученными термопарами [1, 7]. Эти подходы неявно допускают ошибки, которые могут быть приемлемыми для тепловых балансов, но могут привести к неопределенностям в циклах моделирования или анализах распределения температуры.Многие из этих моделей включают температуру газовой стенки в качестве переменной для получения теплового потока через стенки цилиндра [8]. Было предложено множество математических моделей, включая корреляции, основанные на анализе размерностей, которые получили широкое признание. Хотя модели предполагают разные потоки тепла, их эволюция в цикле аналогична. Кроме того, коды метода конечных элементов (FEM), используемые для моделирования теплопередачи, требуют оценки температуры для обеспечения граничных условий, при которых сходимость достигается посредством итеративного процесса [7].Успешно разработана и смоделирована конечно-элементная модель бензинового искрового двигателя, в которой проанализирована теплопередача в процессе сгорания и получено распределение температуры по основным компонентам двигателя [9]. Кроме того, для термического анализа требуется температура стенки со стороны газа для оценки распределения температуры и термомеханического поведения компонентов с использованием термобарьерного покрытия [10–13]. Другие исследователи, выявив одну корреляцию для одного малогабаритного двигателя воздушного охлаждения [14], признают, что эти параметры корреляции недействительны для другого малогабаритного двигателя воздушного охлаждения с аналогичными характеристиками [15].В большинстве анализов теплопередачи температура внешней поверхности, от которой отводится тепло, не измеряется. Это относится к двигателям с водяным охлаждением, где эта температура часто принимается равной температуре охлаждающей жидкости или рассчитывается на основе гипотез, характерных для двигателей с водяным охлаждением [16] и обычно предполагающих постоянную температуру для всех рабочих точек. Этот подход не может быть экстраполирован на двигатели с воздушным охлаждением, так как температурное поле на внутренней поверхности меняется в зависимости от условий эксплуатации [17].Были опубликованы некоторые исследования, касающиеся теплообмена в двигателях с воздушным охлаждением, и большинство из них рассматривают двухтактные двигатели и/или двигатели с искровым зажиганием [18–20].

В статье предложена методика оценки температур поршня и стенки цилиндра, деформаций тела поршня и радиальных напряжений четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива и водяным охлаждением. Эти температуры были получены путем моделирования и экспериментальной установки с помощью термопар и других датчиков и других расчетов, которые относятся к этому двигателю.

2. Описание двигателя и методика эксперимента

Экспериментальное исследование проводилось на четырехтактном одноцилиндровом двигателе с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском. Основные характеристики этого двигателя приведены в таблице 1, а вид поршня и цилиндра в разрезе показан на рисунке 1. Экспериментальные измерения охватывали четыре различных режима нагрузки, а именно отсутствие нагрузки, половинная нагрузка, нагрузка на три четверти и полная нагрузка. нагрузка двигателя. Температуру поршня можно оценить прямым измерением с помощью термопары, а также с помощью численного метода, состоящего из метода конечных элементов.Цель состоит в том, чтобы получить обобщенный метод (FEM) для анализа температурного поля, деформации поршня и соответствующих термических напряжений, чтобы смоделированные температуры можно было проверить прямыми измеренными температурами.

0

6
6
6 1500
Охлаждение Управляющие
модель AV1 Рейтинг мощности 5 HP
Количество цилиндров 1 впрыск топлива Прямой впрыск
0.553 Номинальная скорость (RPM)

617 × 504 × 843 ()


в В данной работе использовалось семь термопар, в которых четыре термопары устанавливались на внутренней поверхности поршня и три на стенке цилиндра, как показано на рис. 2. Координаты этих семи узловых точек, в которых крепились термопары, приведены в табл. 2.В двигателе экспериментальной установки поршень изготовлен из алюминиевых сплавов МСФЦ-388-Т5 с теплопроводностью, равной 136 Вт/мК.

9 9 9 9 9 9 9 9

5 7

(Radial) (M) 0,0360 0,0360 0,0360 0,0 0.0480 0,0480 0,0480
(осевой) (м) 0,0075 0,0375 0,0675 0,075 0,090 0,0500 0,0050


Для непосредственного измерения температуры на внутренней поверхности поршня был разработан четырехзвенный механизм, показанный на рисунке 3. С помощью этого четырехзвенного механизма провода термопары безопасно выходят из камеры двигателя.Полная экспериментальная установка показана на рисунке 4. При установке термопары в семи точках на поршне и стенке цилиндра определялось изменение температуры поршня и стенки цилиндра в условиях отсутствия нагрузки, половинной нагрузки, нагрузки на три четверти и полной нагрузки. Для анализа напряжений и деформации поршня были выбраны два сечения 1-1 и 2-2, как показано на рисунке 1.



структур на элементы с математически определенными характеристиками.Затем символы сложной структуры решаются с помощью компьютера с использованием матричной алгебры. Входные данные состоят из условий нагрузки на разделенные конструкции или ограничений сетки с физическими свойствами материала. Термическая нагрузка включает в себя начальные расчеты температур с использованием граничных условий на стороне газа, охлаждающей жидкости и воздуха поршневого цилиндра. Анализ, представленный в этой статье, разделен на две части: распределение температурного поля и термические напряжения.Метод конечных элементов с треугольным элементом используется для сведения вариационной формулировки к набору алгебраических уравнений. Получены выражения для расчета узловых температур и соответствующих термических напряжений в каждом элементе. Построение конечно-элементного подхода начинается с вариационной постановки задачи, а затем с использованием функции правильной формы разрабатывается ряд алгебраических уравнений, равных количеству узловых элементов в проблемной области. Затем путем минимизации аппроксимирующей функции составляется набор управляющих уравнений для узла поршень-цилиндр.Эти уравнения решаются с помощью компьютера. Разработаны компьютерный алгоритм и программный код FORTRAN для решения этих уравнений с целью нахождения неизвестных параметров, то есть температуры в различных узловых точках поршня. Компьютерная программа основана на передаче тепла посредством теплопроводности, конвекции, матричного умножения, матричного обращения, теплового потока и жесткости. С помощью этих подпрограммы и основной программы были рассчитаны температуры и поле теплового потока. Было выполнено математическое моделирование уравнения проводимости, уравнения конвекции и уравнения контактного теплообмена, которое показано ниже.

Обобщенное определяющее дифференциальное уравнение для теплопроводности можно представить в виде [7, 21] где – теплопроводность в радиальном () и осевом () направлениях соответственно. теплопроводность на единицу объема. это плотность материала. — теплоемкость материала. это температура. время.

Вариационная формулировка для проводящей границы может быть представлена ​​в виде [7, 21] где = матрица жесткости.

Обобщенное определяющее дифференциальное уравнение для контактной границы можно представить в виде [7, 21] Вариационная формулировка границы контакта между двумя элементами () и () может быть записана как При дальнейшем ее решении аналогично тому, как это делается для конвективной границы, было обнаружено, что вариационный интеграл теплообмена на контактной границе после дифференцирования по температуре контактной поверхности дает систему линейных уравнений как вклад в глобальную систему уравнений.Рассмотреть возможность Обобщенное определяющее дифференциальное уравнение тепловой конвекции можно представить в виде [7, 21] Вариационная формулировка для конвективной границы может быть представлена ​​как куда Из (2), (5) и (9) вариационный интеграл теплообмена в глобальном масштабе складывается и представляется следующим образом: Это уравнение можно записать в его популярной форме как Здесь – матрица проводимости, – матрица конвекции, – вектор-столбец неизвестной температуры во всех узловых точках, – вектор-столбец известной величины.Все вышеперечисленные матрицы являются глобальной матрицей размера (), где — количество узлов. Вектор-столбец имеет размер (). Из (11) следует узнать температуры во всех узлах поршня, что должно быть представлено на рисунках 7–10.

После прогнозирования температуры во всех узлах поршня радиальное термическое напряжение будет проанализировано с помощью (12), (13) и (14), чтобы показать радиальную деформацию, угловую деформацию и осевую деформацию, соответственно следующим образом: Таким образом, зависимость между напряжением и деформацией может быть представлена ​​в матричной форме, как показано на рис. где — матрица положения, = радиальное напряжение, = угловое напряжение и = осевое напряжение.После обращения матрицы положения подставьте ее значение в приведенное выше уравнение и найдите напряжения во всех узлах поршня. Рассмотреть возможность где = термическое напряжение, термическая деформация и простая деформация; – коэффициент Пуассона, равный 0,33 и .

Из (12), (14) и (19) рассчитаны радиальные смещения, осевые смещения и радиальные термические напряжения во всех узлах поршня, которые представлены на рисунках 11–16.

3.1. Формула конечных элементов для проверки теплового баланса

Эту формулировку можно использовать для проверки теплового баланса задачи.Количество уравновешенного тепла проверяется на точность и удовлетворяется результатом, наблюдая, что количество тепла, подводимого к газовой стороне поршня, равно количеству тепла, теряемому поршнем как с водой, так и с воздухом.

Рассмотрим одну сторону элемента с двумя узловыми точками , , обращенными к границе, где либо подводится, либо отводится тепло. Формулировка уравнения следующая.

Обобщенное уравнение теплопередачи от соединительных поверхностей записывается следующим образом: куда куда Из (22) уравнение теплопереноса составляется и представляется следующим образом: Используя (24), можно легко определить теплопередачу через различные поверхности.Теплопередача от поршня через сторону камеры сгорания, сторону воздуха и сторону воды представлена ​​соответственно , , и .

4. Разработка геометрической и конечно-элементной модели

На основе геометрии реального объекта была разработана геометрическая модель поршня. Свойства геометрических объектов позволили определить такие параметры, как диаметр поршня, диаметр отверстия под поршневой палец, размеры канавок под поршневые кольца.

Окончательная модель САПР представлена ​​на рис. 1.В этой модели предполагалось некоторое геометрическое упрощение, в том числе пропущенные изгибы с малым радиусом на кромке днища и боковой поверхности головки поршня. Наконец, геометрическая модель была дискретизирована на конечные элементы тетраэдра. Такие элементы пришлось применить из-за сложной формы поршня. Размер конечных элементов был разным в соответствующих сечениях поршня; более крупные элементы использовались для днища и юбки поршня, тогда как меньшие использовались рядом с масляными каналами.Общее количество узлов и элементов в четвертной части поршневой модели FE равнялось 311 и 272 соответственно. На рис. 5 показана дискретная КЭ модель поршня.


5. Термические граничные условия

Тепловые граничные условия состоят из применения коэффициента конвекционной теплопередачи и объемной температуры, и они применяются к днищу поршня, рабочим сторонам поршневых колец, рабочим зонам канавок поршневых колец и поршню под поверхности короны. Температуру и коэффициенты теплопередачи в камере сгорания во всех режимах нагрузки определяли на основании данных, приведенных в предыдущих исследованиях [7, 13], которые представлены в таблице 3.Принятый коэффициент теплопередачи на контактных поверхностях (коэффициент теплопередачи у поршня под поверхностью днища) = 174,3 Вт/м 2 k, (коэффициент теплопередачи на кольцевых дорожках и верхней и нижней стороне юбки поршня) = 2905,4 Вт/м 2 k, (коэффициент теплоотдачи на контактных поверхностях колец и юбки поршня) = 20 Вт/м 2 k, (коэффициент теплопередачи между поршневыми кольцами и контактными поверхностями стенок цилиндра) = 38346 Вт/м 2 k , (коэффициент теплопередачи между контактными поверхностями поршня и стенки цилиндра) = 2324 Вт/м 2 k, (коэффициент теплопередачи через стенку цилиндра в воду) = 1859.2 вт/м 2 k, температура со стороны воды () 120°С, со стороны картера () 80°С.

90 60388
6. Результаты

Поле распределения температуры и теплового потока с помощью анализа конечного элемента с использованием термических границ. Для проверки правильности модели теплообмена был принят подход теплового баланса. Согласно принципу преобразования энергии, в стационарном режиме теплота, поступающая в поршень со стороны газа, равна теплоте, отводимой в воду, и теплоте, отдаваемой в воздух.На рис. 6 показано изменение количества тепла, полученного () поршнем от горячих газов, тепла, отданного воде (), и тепла, отданного воздуху () при четырех различных условиях тепловой нагрузки. Кажется, что тепло, полученное от горячего газа, увеличивается с увеличением температуры сгорания двигателя (). Точно так же тепло, отводимое в воду, и тепло, отдаваемое в воздух, увеличиваются с увеличением температуры сгорания двигателя. Здесь, в настоящем анализе, уравнение теплового баланса удовлетворяется для всех различных условий нагрузки, которые показаны на рисунке 6.На Рисунке 6 можно заметить, что погрешность между теплом, подаваемым () дымовыми газами, и теплом, отводимым в сторону воды () и воздуха () очень мала. Она представляет собой одинаковую процентную долю для всех испытаний, показанную в таблице 4. Как и ожидалось, в установившихся условиях скорость теплопередачи увеличивается с увеличением нагрузки на двигатель, с максимумом, наблюдаемым при полной нагрузке. На рисунках 7–10 показано распределение температуры. В результате анализа авторы установили, что максимальная температура возникает у днища поршня, потому что он подвергается воздействию горячих газов в камере сгорания, а минимальная температура возникает у картерного конца поршня, который подвергается воздействию воздуха.Эти колебания температуры в основном ответственны за развитие температурных напряжений, вызывающих появление трещины в теле поршня. Экспериментальная установка установила и измерила температуры с помощью датчиков температуры в семи контрольных точках (узловых точках), где были установлены датчики температуры, как показано в Таблице 5. Как и ожидалось, для всех условий нагрузки смоделированная и экспериментально измеренная температура увеличивалась в зависимости от условий нагрузки двигателя, с максимум наблюдается при полной нагрузке.

0 Чехол 2 116.2

Параметр Чехол 4 Чехол 3
Case 1
(полная нагрузка) (3/4 нагрузки) ) (без нагрузки)

(сторона сгорания) ° C 1000 800 600 400
(сторона сгорания) W / M 2 K 290.5 294.40315 232.4 174.3 174.3

0 Полная нагрузка 0 No Load +

Условия нагрузки
Три четверти нагрузки Половина нагрузки

Тепловое тепло. hr 2023.937 2023.937 1292.542 708.397 286.428
Тепло отклонены на воду () кВт / час 1708.947 1043.344 511.921 128,177
Отвод тепла в воздухе () кВт / ч 314,883 249,107 196,388 158,163


Узловая точка. моделируемая температура (° C) экспериментальная температура (° C)
полная нагрузка третью четверть нагрузки не нагрузка без нагрузки полная нагрузка Три четверти нагрузки Без нагрузки

1 121.684 +118,974 116,803 115,229 122 115 110 109
2 132,963 126,262 120,892 117 130 126 124 120
3 3 182.095 157.871 138.458 12458 124.383 195 165 146 130
4 261.799 +208,686 166,104 135,219 250 196 155 125
5 169,761 151,186 136,335 125,595 158 140 125 115
6 6 133.163 127.587 12387 123.119 119.88 120 120 115 110 105
7 121.25 119,911 118,838 118,06 108 103 100 100












Неравномерное изменение температуры является единственной причиной возникновения термической деформации корпуса поршня. Первоначально поршень находится при температуре 25°C, и предполагается, что изначально термическая деформация отсутствует и присутствуют напряжения.Здесь при анализе сначала получают перемещение для каждого элемента и убеждаются, что уравнение совместимости удовлетворяется. Будучи CST, деформация во всем элементе постоянна и предполагается, что она расположена в центре тяжести элемента. Таким образом, элемент либо расширяется, либо сжимается из-за изменения температуры, чтобы поддерживать постоянную деформацию всего элемента. Термические деформации связаны с напряжениями линейным изотермическим законом Гука упруго-изотермически. Таким образом, возникающее термическое напряжение напрямую зависит от средней температуры.Настоящий анализ двух разных участков тела поршня выбран для изучения поведения напряжения. Один участок на корпусе поршня выбирают вблизи днища поршня (участок 1) с 7 узлами, а другой — у днища корпуса (участок 2) с 7 узлами. На рис. 11 и 12 показаны радиальные смещения узловых точек относительно радиуса поршня при четырех тепловых нагрузках в сечении 1 и сечении 2 соответственно. Установлено, что радиальные перемещения узлов этих секций изменяются в порядке возрастания от центра к окружности поршня во всех четырех режимах нагружения.И замечено, что смещение участка 1 больше, чем у участка 2 из-за высокой температуры. На рис. 13 и 14 показано вертикальное смещение узловых точек относительно радиуса поршня при четырех тепловых нагрузках на участках 1 и 2 соответственно. Рисунки 13 и 14 свидетельствуют о резком изменении величины и направления вертикального смещения узловых элементов. Это связано с тем, что каждый элемент стремится поддерживать свойство постоянной деформации. Если узел расширяется для определенного элемента, он должен сжиматься для другого элемента.На рис. 15 и 16 показано изменение радиальных напряжений по радиусу поршня при четырех термических нагрузках на участках 1 и 2 соответственно. Эти стрессы вводятся в организм из-за высокой температуры. На рисунках 15 и 16 показано резкое изменение величины и направления радиального напряжения. Как обсуждалось, это потому, что каждый элемент имеет тенденцию поддерживать свойство постоянной деформации. Таким образом, он подвергается одновременному расширению или сжатию между двумя соседними элементами. Однако, рассматривая очень большое количество элементов, эти резкие изменения напряжения можно устранить и получить более непрерывную кривую.Как правило, при высокой температуре поршень немного деформируется наружу, что показано на рис. 17. В этом анализе деформация корпуса поршня наблюдалась в условиях полной нагрузки. Максимальное значение дислокации составляет примерно 8 × 10 −5 м, и оно было обнаружено ближе к рабочим сторонам поршневых колец из-за малой прочности в этой части поршня.


7. Выводы

При увеличении нагрузки двигателя температура поршня и стенки цилиндра увеличивается экспоненциально и имеет положительную зависимость.Была оценена температура поршня для каждого испытанного режима нагрузки двигателя, и было получено хорошее соответствие с ожидаемыми результатами. Эти результаты также согласуются с теми, которые описаны в технической литературе.

Предложенная методика также может быть расширена для определения температуры других компонентов камеры сгорания, разумеется, с учетом ее особенностей. Эти температуры вместе с экспериментальными измерениями и расчетными оценками могут быть использованы для получения интегральной модели потерь теплового двигателя для анализируемого двигателя.Разработка этой интегральной модели теплообмена является предметом текущих исследований.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Методы проектирования узлов поршня и колец

В этой статье обобщены методы расчета размеров поршней и поршневых колец в сборе. В нем подробно описаны требования к конструкции поршней и колец, типичные компоновки в зависимости от типа двигателя и подробные расчетные формулы, необходимые для первоначальной конструкции поршня и колец.

Требования к конструкции

Функции поршней и колец в двигателе внутреннего сгорания обобщаются следующим образом:

Поршень необходим для:-

  1. Обеспечьте подвижную границу пространства реакции горения и, таким образом, позвольте извлекать полезную работу из дымовых газов. Его движение также обеспечивает средства для перемещения и сжатия газа.
  2. Передача силы давления газа в цилиндре на поршневой шток или малый конец шатуна.
  3. Направляйте движение малого конца шатуна в двигателях, где он напрямую соединен с поршнем.

Кольца на поршне необходимы для:-

  1. Закройте зазор между поршнем и цилиндром, который необходим для обеспечения доступа смазки и любого дифференциального теплового расширения поршня. Эта уплотнительная функция имеет два аспекта:
    1. Контроль утечек компрессионных и дымовых газов для предотвращения потери рабочего давления, сдувания смазочной пленки поршня и возможного перегрева поршня.
    2. В случае поршней, которые смазываются разбрызгиванием со стороны низкого давления, контроль утечки смазочного масла через отверстия цилиндра в камеру сгорания.
  2. Обеспечьте путь для передачи охлаждаемой гильзе цилиндра части тепла, поступающего в поршень от продуктов сгорания.

Рабочие условия поршней и колец в двигателях внутреннего сгорания могут включать:

  • Давление в баллоне до 140 бар (2000 фунтов на кв. дюйм)
  • Средняя скорость поршня до 20 м/с (4000 футов/мин)
  • Температура гильзы цилиндра до 180⁰C
  • Эквивалентный постоянный поток тепла в поршень до 400 кВт/м²

Типовые схемы проектирования и методы разработки

Конструкция поршня и расположение колец различаются в зависимости от типа и размера двигателя, и некоторые типичные узлы поршня показаны на рис.1.

Можно увидеть, что они довольно заметно различаются пропорциями поршня и конструкцией пакета колец, но все они имеют газонепроницаемые кольца ближе к концу поршня высокого давления, а многие имеют маслосъемные кольца ближе к концу низкого давления. конец давления.

2-тактные бензиновые двигатели – 2 гладких чугунных кольца

4-тактные дизельные двигатели – хромированное верхнее кольцо 2 железных кольца с конической поверхностью 2 грязесъемных кольца

4-тактные бензиновые двигатели – Гладкое чугунное верхнее кольцо Железное кольцо с конической поверхностью Скребковое кольцо

Большие 2-тактные дизельные двигатели – 5 простых железных колец

Рис. 1 Типовое расположение поршня и колец

Двухтактные бензиновые двигатели

Двухтактные бензиновые двигатели, как правило, имеют небольшие размеры и, как правило, снабжены фиксирующими кольцами, предотвращающими защемление концов колец отверстиями в стенке цилиндра.Они работают на смесях бензина и масла, а небольшое количество присутствующего масла и общий характер потерь в системе подачи не требуют использования грязесъемных колец.

Ход этих двигателей обычно должен быть больше, чем у эквивалентного четырехтактного двигателя, чтобы получить адекватную компрессию картера, поэтому максимальный наклон шатуна может быть больше, что требует немного более длинного поршня для большей стабильности.

Четырехтактные бензиновые двигатели

Четырехтактные бензиновые двигатели в основном используются в легковых автомобилях, где важна тишина, и поэтому обычно имеют различные функции, такие как прорези подходящей формы, предназначенные для контроля зазора между юбкой поршня и отверстием цилиндра.Поскольку этот тип поршня смазывается разбрызгиванием из картера, для контроля расхода масла обычно необходимы грязесъемное кольцо некоторой формы и по крайней мере одно скребковое газовое кольцо с конической поверхностью.

Четырехтактные дизельные двигатели

Поршни четырехтактных дизельных двигателей значительно прочнее поршней, используемых в бензиновых двигателях, поскольку имеют более тяжелые металлические секции и поршневые пальцы большего размера.

В алюминиевых поршнях верхняя кольцевая канавка часто футерована чугунной вставкой из никелевого сплава, чтобы уменьшить износ кольцевой канавки и увеличить срок службы поршня.По той же причине верхнее кольцо обычно хромируют во всех двигателях с чугунными отверстиями цилиндров. Расход масла особенно важен, поэтому обычно используются два маслосъемных кольца, а также два конических направленных вниз газосъемных кольца во втором и третьем положениях.

Большие 4-тактные дизельные двигатели

По мере того, как дизельные двигатели становятся больше, термическая нагрузка становится все более серьезной проблемой, и поршни обычно охлаждаются изнутри маслом. Чтобы еще больше облегчить проблему, в двигателях с тронком среднего и большого размера часто используется отдельная стальная головка поршня.

В самых больших двухтактных дизелях, используемых в судовых силовых установках, обычно используется водяное охлаждение, а поршни обычно устанавливаются на поршневой шток с отдельной крейцкопфом для передачи боковой тяги шатуна. Весь поршень и цилиндр в сборе затем хранятся отдельно от картера и независимо питаются маслом, дозируемым через лубрикаторы цилиндров. Обычно имеется пять или шесть компрессионных колец из простого железа для распределения смазки и распределения износа. Это неизбежно происходит с этими устройствами с ограниченной смазкой и усиливается коррозионными и абразивными продуктами из мазута, которые обычно используются в двигателях этого типа.

Типовая процедура проектирования поршневых узлов

Обычная процедура проектирования поршневых узлов заключается в том, чтобы начать с одной из этих типовых конструкций, а затем определить ее критические размеры по различным формулам, приведенным в следующих разделах.

В случае поршней для двигателей меньшего размера, производимых серийно, значительная часть работ по проектированию и разработке обычно выполняется производителями компонентов. Это позволяет им накапливать большой объем полезного практического опыта, который они могут использовать в своих проектах.

Поршни для более крупных двигателей, как правило, включают в себя больше проектных работ со стороны производителей двигателей, и в некоторых случаях они могут создавать испытательные кольца для проверки различных аспектов работы поршней перед их установкой в ​​двигатель, особенно если они включают какую-либо новую конструкцию. Особенности.

Почти всегда модификации поршня и колец вносятся после опытно-конструкторских испытаний. Они могут включать в себя детальные изменения внешнего профиля поршня для улучшения прилегания, изменения в пакете колец для контроля расхода масла или любые другие модификации, необходимые для устранения дефектов, обнаруженных во время испытаний двигателя.Задиры во время начального запуска были особенно сложной проблемой разработки в последние годы, но их частота значительно уменьшилась за счет выбора лучших материалов для колец и лучшего контроля начальной чистоты поверхности гильз цилиндров, а также состояния кромок и профили поверхности поршневых колец.

Детальный проект поршня

Детальная форма и размеры поршня определяются в основном необходимостью достаточной прочности и жесткости компонентов, несущих нагрузку, а также секций подходящей формы для теплопроводности.

Ряд эмпирических формул обычно используется для определения основных размеров основных компонентов, несущих нагрузку, таких как толщина короны, необходимая площадь опоры в бобышках поршневого пальца и размеры поршневого пальца. Также важно убедиться, что контактные площадки поршневых колец достаточно прочные, чтобы выдерживать газовые нагрузки, передаваемые от поршневых колец.

На рис. 2 показано поперечное сечение типичного поршня и определены обозначения, используемые в следующих эмпирических формулах, которые были предложены в качестве подходящих расчетных значений:

Толщина короны, T = 0.9 Д к (п/ф)

Где:

  • f = 550 бар (8000 фунтов на кв. дюйм)
  • P = максимальное давление в цилиндре (бар)
  • Для алюминиевых поршней k = 1,4 для поршней с плоским верхом
  • k = 1,0 для поршней с верхней частью камеры сгорания

Общая опорная поверхность в бобышках поршневых пальцев, 2 шп > π D P / 4 f

Где:

  • f = Максимально допустимое напряжение
  • f = 550 бар (8000 фунтов на кв. дюйм) для алюминия
  • или f = 700 бар (10 000 фунтов на кв. дюйм) для чугуна
  • p = bmep (среднее эффективное давление тормоза)

Во избежание усталости пальцев:

Поршневой палец, пропорции,   т/д > ( 0.4 x Давление подшипника бобышки / f p ) 1/2

Где

  • f p = Допустимое усталостное напряжение в стали штифта
  • T = Толщина стенки штифта
  • D = диаметр штифта

Рис. 2 Размеры поршня

Рис. 3 Размеры поршневого кольца

Во избежание чрезмерной овализации под нагрузкой с последующим выходом из строя бобышек поршневого пальца:

т/Д > 40 П/Э х (Д /(Л (10 + 0.13 Г)) 1/3

Где D и L в мм

Во избежание поломки площадок поршневых колец:       y > x (3 P/f) 1/2

Где:

  • f = 250 бар (3700 фунтов на кв. дюйм) для алюминиевого сплава
  • f = 520 бар (7500 фунтов на кв. дюйм) для чугуна
  • f = 1030 бар (15 000 фунтов на кв. дюйм) для стали

Холодный зазор между поршнем и цилиндром изменяется по длине поршня, а для поршней из легкого сплава этот холодный диаметральный зазор обычно колеблется примерно от 0.007D на верхней площадке до примерно 0,0015D на юбке. Для чугунных поршней диаметральный зазор в холодном состоянии обычно варьируется от примерно 0,0035D в верхней части до примерно 0,001D в юбке.

Детальный дизайн колец

Хотя основное радиальное уплотняющее усилие на поршневых кольцах возникает из-за давления газа, попадающего внутрь кольца, важно, чтобы кольцо изначально уплотнялось за счет собственной эластичности, чтобы дать возможность уплотняющему давлению нарастать. Для удовлетворительной работы в этом отношении упругое контактное давление кольца должно быть как можно более равномерным по окружности.Упругое давление газовых колец обычно составляет порядка 1 бар (10-20 фунтов на кв. дюйм) и может быть приблизительно рассчитано из:

P e = E c / ( 7D ((D-t)/t) 3 )

, где обозначения показаны на рис.3. Таким образом, требуемое упругое давление дает некоторое представление о подходящем соотношении между радиальной толщиной кольца и свободным зазором в кольце.

Другими важными и сопутствующими факторами, определяющими допустимую радиальную толщину и свободный зазор кольца, являются изгибающие напряжения, возникающие при пружинении колец над поршнем и при установке колец в цилиндр.

Чем больше радиальная толщина, тем больше должны быть расширены кольца, чтобы очистить поршневые зоны во время сборки, и, кроме того, при заданной величине растяжения более толстые кольца будут подвергаться большему напряжению. Этот эффект можно было бы уменьшить за счет большего свободного зазора, но тогда напряжения, возникающие при сжатии кольца для прилегания к цилиндру, будут увеличены. Таким образом, выбор радиальной толщины и свободного зазора представляет собой довольно тонкий компромисс между напряжением прилегания кольца к поршню f rp и напряжением прилегания кольца к цилиндру f rc , где:

ф рп = 0.424 E ((8t – c) / t) / ((D-t) / t) 2 )

f rc = 0,482 (c/t) / ((D-t) / t) 2 )

На практике значения t/D находятся в диапазоне примерно от 1/25 до 1/35, причем последние значения, как правило, относятся к более крупным двигателям.

Осевая ширина W, как правило, определяется компромиссом между удовлетворительным прилеганием к гильзе цилиндра, трением между нижней поверхностью кольца и поверхностью поршня и балансом между инерцией и силами газа вокруг положения ВМТ поршня.

Поскольку поршневые кольца обычно изнашиваются до бочкообразного внешнего профиля в процессе приработки, с очень широких колец может потребоваться удаление чрезмерного количества материала, что может привести к большему риску задира. Любая склонность к залеганию верхней кромки также может иметь серьезные последствия для широких колец из-за высоких радиальных усилий, которые могут возникать в условиях баланса давления, что, опять же, может вызвать проблемы с задирами.

Поршневые кольца с большой шириной в осевом направлении имеют большую массу по отношению к их осевому уплотняющему давлению, и они с большей вероятностью поднимаются вокруг положения ВМТ.По этой причине было предложено (69), чтобы максимальная ширина кольца была связана с максимальным ускорением поршня следующим образом:

  • Максимальное ускорение поршня     Максимальная ширина кольца
  • м/сек²                                       мм
  • 12 000                                      3.2
  • 16 000                                      2,4
  • 24 000                                      1,6
  • 32 000                                      1.2

С другой стороны, если осевая ширина кольца сделана слишком малой, радиальные силы давления могут, при некоторых обстоятельствах, затруднить перемещение кольца в радиальном направлении из-за трения, создаваемого осевыми силами давления, между кольцом и поршнем.

На практике значения w/D находятся в диапазоне примерно от 1/15 до 1/75, причем последние значения используются на более крупных двигателях.

Поперечное сечение газовых колец может варьироваться от простого прямоугольного типа до формы с двойным или одинарным конусом (замковый камень или половинный замковый камень).Конические кольца или кольца с замковым камнем, как правило, обеспечивают лучшую устойчивость к заеданию колец из-за масляных отложений в канавках.

Кольца

со ступенчатой ​​задней частью также используются для создания кручения в кольце при установке, чтобы получить коническую рабочую поверхность. Также используется большое количество профилированных рабочих поверхностей, обычно состоящих из конических или ступенчатых поверхностей, предназначенных для контроля направления, в котором масло соскребается с поверхности цилиндра.

Маслосъемные кольца как таковые устанавливаются в канавки со сливными отверстиями и имеют перфорированные или открытые поперечные сечения, позволяющие маслу течь через них от рабочих поверхностей к дренажным отверстиям канавок.Скребковые кольца обычно имеют две кромки узкой ширины в осевом направлении с упругим контактным давлением в диапазоне 150-300 фунтов на квадратный дюйм и обычно имеют меньшую радиальную толщину, чем газовые кольца, поэтому они могут легче прилегать к отверстию цилиндра.

Выбор материалов, покрытий и отделки

Наиболее распространенным материалом для гильзы цилиндра является чугун, но также используются хромированные гильзы для повышения устойчивости к износу и коррозии. Чугунные вкладыши должны быть обработаны карбидокремниевыми хонинговальными инструментами, хотя для начального шлифования можно использовать алмазные хонинговальные инструменты.Финишная обработка в диапазоне 20-40 микродюймов cla с площадью плато 60% обычно является удовлетворительной. Хромированные вкладыши обычно требуют пористого покрытия, состоящего из каналов или ямок, которые могут быть получены путем хонингования и обратного травления.

Наиболее распространенными материалами для поршневых колец являются пластинчатые чугуны, но чугуны с шаровидным графитом также используются в высокофорсированных двигателях из-за их превосходной прочности и пластичности. Однако чугуны с шаровидным графитом не обладают такими хорошими свойствами поверхности, как чешуйчатые чугуны, и обычно требуют некоторого покрытия поверхности для повышения их стойкости к истиранию.Спеченные чугуны также используются во все возрастающих количествах из-за их заметно улучшенной стойкости к истиранию.

Также доступны различные поверхностные покрытия для нанесения на рабочие поверхности поршневых колец. Наиболее широко используется твердый хром с гальваническим покрытием, но только в отверстиях из чугуна. Молибденовые напыляемые покрытия являются лучшими покрытиями с точки зрения сопротивления истиранию, но имеют тенденцию к окислению и разрушению при длительном использовании. Покрытия из смешанных карбидов с плазменным напылением также оказались успешными.

Рабочие поверхности поршневых колец также могут быть заполнены бронзовыми вставками или порошком оксида железа в силикатной матрице, что опять же предназначено для повышения стойкости к истиранию.

Tufftriding и фосфатирование чугуна также помогает уменьшить проблемы с задирами во время приработки. Также иногда используется тонкий окончательный поверхностный слой медной пластины, особенно на хромированных кольцах, чтобы помочь в получении хорошего газового уплотнения до тех пор, пока само основное покрытие не будет полностью притерто.

Зазор между поршнем и цилиндром: видеоинструкция с Mahle

Сборка двигателя требует измерения нескольких компонентов, чтобы обеспечить достаточные зазоры.Зазор между поршнем и цилиндром является одной из таких критических областей. Хотя зазор обычно устанавливается оператором во время хонингования цилиндров, крайне важно, чтобы сборщик знал, как проводить измерения, чтобы перепроверить работу оператора. Mahle Motorsports подготовила это информативное видео о процессе.

Для измерения зазора между поршнем и отверстием требуются специальные инструменты. Список включает следующее: микрометр, штангенциркуль и нутромер. Микрометры имеют диапазон в один дюйм и будут использоваться для измерения поршня.Выберите микрометр с диапазоном, включающим диаметр поршня. Штангенциркуль используется для определения точки измерения на поршне. Будет достаточно штангенциркуля от нуля до шести дюймов.

Наконец, нутромер будет использоваться для измерения диаметра цилиндра. Как и микрометр, нутромеры охватывают определенный диапазон. Тем не менее, нутромер поставляется с рядом удлинителей и прокладок, чтобы покрыть больший диапазон, например от двух до шести дюймов.

После того, как все инструменты были приобретены, необходимо определить спецификацию зазора и точку измерения поршня.Оба они предоставляются производителем поршня. Mahle предоставляет онлайн-версию своего руководства по применению через свой веб-сайт.

Использование руководства по применению Mahle очень просто. Найдите свое приложение, затем найдите номер детали поршня справа. Слева от номера детали указаны минимальный и максимальный зазоры и точка измерения поршня.

Определение правильной точки измерения имеет решающее значение, поскольку каждый поршень имеет уникальный профиль. Измерения, проведенные выше или ниже указанной точки, будут неверными.Неверное измерение поршня приведет к неправильному расчету зазора между поршнем и отверстием.

Штангенциркуль устанавливается на нужное расстояние для определения точки измерения (см. выше), а затем с помощью маркера отмечается точка на поршне (см. ниже).

Не забудьте поставить по одной отметке на каждой юбке для справки. Крайне важно, чтобы микрометр располагался на каждой юбке на правильной высоте.

Наковальня и шпиндель микрометра должны быть перпендикулярны юбке.Если одна сторона немного отклонится, вы получите неправильные измерения. Запишите размер поршня.

Существует несколько способов установки нутромера. В этом примере Mahle настроил нутромер для измерения фактического диаметра отверстия. Нутромер показывает ноль на отметке 4,040 дюйма. Альтернативный метод заключается в измерении зазора без выполнения каких-либо расчетов путем установки нутромера на ноль при измерении поршня. Показанием нутромера будет зазор между поршнем и отверстием.

Покачайте датчик вперед и назад и возьмите наименьшее показание. Наименьшее показание получается, когда манометр расположен перпендикулярно стенке цилиндра. Добавьте показание к 4,040, чтобы определить размер отверстия. Этот калибр показывает 0,0002 дюйма (две десятитысячных дюйма), что обычно называют «двумя десятыми». Это в 15 раз тоньше среднего человеческого волоса!
Если цилиндр был отточен с помощью динамометрической пластины, скорее всего, отверстие имеет некруглую форму без затяжки головки цилиндра на месте.Поэтому рекомендуется проверять размер отверстия при установленной пластине крутящего момента. Если его нет, произведите измерение в нижней части цилиндра в месте выхода гильзы из сердечника блока. Деформация цилиндра в этой области ограничена.

Размер отверстия цилиндра минус диаметр поршня равен зазору между поршнем и отверстием.

Переменные, влияющие на зазор между поршнем и цилиндром

Точные измерения, такие как размер отверстия и диаметр поршня, имеют решающее значение для долговечности двигателя.Учитывайте любые внешние факторы, которые могут исказить измерения. Мале указал на два общих.

Во-первых, температура заставляет цилиндры и поршни расширяться и сжиматься. Крайне важно, чтобы и блок цилиндров, и поршни были комнатной температуры. Небольшие различия в температуре могут значительно изменить измерения, учитывая, что микрометр и нутромер измеряют с шагом в одну десятитысячную долю дюйма.

Измерительные инструменты также должны иметь комнатную температуру.Сведите к минимуму контакт рук с инструментами. Проведите измерение, затем отложите инструмент, чтобы записать показания. Тепло тела от удержания датчика в руке сдвинет стрелку на две десятых. Вручную прогрейте манометр перед обнулением и альтернативным измерением.

Как упоминалось ранее, хонингование цилиндра приводит поршень в соответствие с зазором отверстия. Предоставьте машинисту поршни, чтобы можно было получить правильный зазор. Шаги, изложенные Мале, позволят сборщику перепроверить работу слесаря.

Типы поршневых колец и обслуживание поршневых колец

Поршневые кольца производятся и классифицируются на основе функций и удобства использования. Основное использование поршневого кольца заключается в герметизации камеры (где движется поршень), которая может быть камерой сгорания двухтактного или четырехтактного двигателя. Судовые двигатели имеют три или более типов колец, установленных по окружности поршня.

Поршневое кольцо является важной частью поршня, и его количество и функциональность различаются в зависимости от типа и мощности двигателя.

В двухтактных двигателях большой мощности поршневые кольца компрессионного типа используются для герметизации камеры сгорания, а под ними устанавливаются грязесъемные кольца для стирания отложений с гильзы и распределения масла по поверхности гильзы.

Связанное чтение:  Причины износа гильзы цилиндра и способы его измерения

Однако в небольших судовых двигателях для специальных целей используются различные типы поршневых колец. Например. маслосъемное кольцо используется в 4-тактном двигателе, поскольку это двигатель магистрального типа, а масло в картере имеет прямой доступ к гильзе цилиндра и поршню.В этой статье мы рассмотрим различные типы поршневых колец, используемых в судовых двигателях.

Типы и функции поршневых колец

Компрессионные кольца или прижимные кольца

Компрессионные кольца обеспечивают уплотнение над поршнем и предотвращают утечку газа со стороны сгорания. Компрессионные кольца расположены в первых канавках поршня.

Однако это может отличаться в зависимости от конструкции двигателя.Основная функция этих колец заключается в герметизации продуктов сгорания и передаче тепла от поршня к стенкам поршня.

Масло контролируется путем срезания слоя масла, оставленного маслосъемным кольцом, что обеспечивает достаточную смазку верхних компрессионных колец. Кроме того, он также помогает верхнему компрессионному кольцу в герметизации и теплопередаче.

Грязесъемное кольцо

Грязесъемное кольцо, также называемое кольцом Нейпира или резервным компрессионным кольцом, устанавливается под компрессионным кольцом.Их основная функция заключается в очистке поверхности гильзы от избыточного масла и в качестве опорного кольца при остановке любой утечки газа вниз, вышедшей из верхнего компрессионного кольца. Большинство грязесъемных колец имеют скошенную поверхность, расположенную внизу, чтобы обеспечить грязесъемное действие при движении поршня к коленчатому валу.

Прочтите по теме:  Как внутренние силы в судовых двигателях влияют на их работу?

Если грязесъемное кольцо неправильно установлено с коническим углом, ближайшим к компрессионному кольцу, это приводит к чрезмерному расходу масла.Это вызвано тем, что грязесъемное кольцо вытирает избыток масла в сторону камеры сгорания.

Маслосъемные/съемные кольца

Масляные кольца контролируют количество смазочного масла, проходящего вверх или вниз по стенкам цилиндра. Эти кольца также используются для равномерного распределения масла по окружности гильзы.

Масло разбрызгивается на стенки цилиндров. Эти кольца также называют маслосъемными, так как они снимают масло со стенок цилиндров и направляют его обратно в картер.

Эти кольца не пропускают масло из пространства между торцом кольца и цилиндром.

См. также:   Интеллектуальная система смазки цилиндров современных судовых двигателей

В маслосъемном кольце отверстия или прорези прорезаны в радиальном центре кольца, что позволяет избыточному маслу стекать обратно в резервуар.

Маслосъемные кольца

могут быть цельными или состоять из двух частей. Для увеличения контактного давления между кольцом и поверхностью гильзы кольца могут иметь скошенные кромки либо на внешней стороне посадочных площадок, либо на стороне, обращенной к камере сгорания, для снижения расхода масла за счет улучшенного соскабливания масла из канала ствола.

Маслосъемные кольца, состоящие из двух частей, состоят из кольца из чугуна или профилированной стали и спиральной пружины, изготовленной из жаропрочной пружинной стали, которая действует по всей окружности кольца для поддержания давления и контакта.

Материал поршневых колец

Одним из наиболее популярных материалов, используемых при изготовлении поршневых колец, является чугун. Это связано с тем, что он содержит графит в пластинчатой ​​форме, который сам по себе действует как смазка, способствующая скользящему движению между кольцами и вкладышем.

Сплавы и покрытия наносятся на поршневые кольца, и они будут различаться в зависимости от типа кольца, поскольку функции этих колец отличаются друг от друга.

Наиболее распространенной формой легирования чугуна является хром, молибден, ванадий, титан, никель и медь.

Материал поршневых колец более твердый, чем гильза цилиндра, что обеспечивает максимальный срок службы.

Связанное чтение:    Как изготавливаются поршневые кольца?

Поршень главного двигателя

Камера сгорания двухтактного судового двигателя представляет собой большое пространство, производящее огромное количество тепла и напряжений.

Верхние кольца поршня непосредственно соприкасаются с камерой сгорания, поэтому они нуждаются в лучшей защите и покрытии для снижения теплового напряжения и обеспечения надлежащей герметизации.

Многие новые конструкции были введены специально для больших двухтактных судовых двигателей. Некоторые из важных представленных дизайнов:

Двигатель MAN

Самое верхнее поршневое кольцо относится к типу регулируемого сброса давления, в котором на торце имеется несколько косых неглубоких канавок (покрытых твердым хромом), позволяющих некоторому давлению газа проходить ко второму кольцу, тем самым снижая нагрузку на верхнее кольцо.Он имеет S-образное соединение на концах кольца.

Недавно был также представлен новый дизайн, представляющий собой модифицированную версию колец CPR, известную как кольца CPR Port on Plane (CPR POP).

Изменение положения канавок, которые теперь расположены на нижней стороне кольца, так как было отмечено, что износ канавок колец CPR на рабочей стороне был быстрее, чем обычно.

Второе или промежуточное кольца

Остальные кольца имеют косой срез на концах колец.Все поршневые кольца имеют алюминиевое покрытие на внешней поверхности для облегчения приработки.

Двигатель Wartsila

В двухтактном двигателе Wartsila канавки для поршневых колец на поверхности поршня закалены для превосходной износостойкости. Верхнее поршневое кольцо (также известное как газонепроницаемое кольцо (GT) в Wartsila) имеет перекрывающиеся концы, чтобы избежать утечки газа с асимметричной бочкообразной формой. Они имеют хромокерамическое (ХК) покрытие с приработочным покрытием (ХК).

Количество поршневых колец зависит от размера двигателя.Например. двигатель RTflex 35 будет иметь очень короткую юбку и будет оснащен тремя поршневыми кольцами, но двигатель RTA может иметь 5 поршневых колец.3

Четырехтактный двигатель

Требования к поршневым кольцам в 4-тактном двигателе отличаются, поскольку узел гильзы поршня открыт в поддон картера. Следовательно, маслосъемные кольца дополнительно необходимы в пакете поршневых колец для 4-тактных поршней. Обычно он состоит из 2-5 колец в зависимости от типа и спецификации двигателя. Обычно предусмотрено 2-4 компрессионных кольца для герметизации газов из камеры сгорания и 1-3 маслосъемных кольца для предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

Кольца компрессора обычно имеют бочкообразную форму с конической поверхностью для эффективного уплотнения газа. Профили маслосъемного кольца состоят из двух площадок и вставленной винтовой пружины для поддержки предварительного натяжения кольца.

Как работают поршневые кольца?

Как объяснялось, в поршне на разных уровнях предусмотрены различные типы колец, которые выполняют разные задачи.
Самая верхняя канавка поршня состоит из компрессионного кольца, основной функцией которого является герметизация любых утечек внутри камеры сгорания во время процесса сгорания.

При воспламенении воздушно-топливной смеси давление продуктов сгорания воздействует на головку поршня, прижимая поршень к коленчатому валу.

Газы под давлением проходят через зазор между стенкой цилиндра и поршнем и попадают в канавку поршневого кольца.

В процессе сгорания сила газов под высоким давлением прижимает поршневое кольцо к стенке гильзы цилиндра, что способствует формированию эффективного уплотнения. Это давление, толкающее поршневое кольцо, пропорционально давлению дымовых газов.

Следующий набор колец в поршне, которые располагаются ниже компрессионного кольца и выше маслосъемных колец, называются грязесъемными кольцами.

Имеют коническую лицевую часть и используются для дополнительной герметизации камеры сгорания. Как следует из названия, они помогают очистить стенку гильзы от излишков масла и загрязнений. Если какой-либо из продуктов сгорания смог пройти через компрессионное кольцо, эти газы будут заблокированы грязесъемным кольцом в хорошем состоянии.

Последний комплект колец — это маслосъемные кольца, которые располагаются в нижних канавках поршня, ближайших к картеру.Основная функция маслосъемного кольца — снимать излишки масла со стенок гильзы цилиндра при движении поршня.

Большая часть протертого масла направляется в картер обратно в масляный картер. Эти маслосъемные кольца поставляются с пружиной, установленной сзади в 4-тактном двигателе, чтобы обеспечить дополнительный толчок для очистки вкладыша.

Почему поршневые кольца выходят из строя?

Камера сгорания оказывает огромное давление на поршневые кольца. Если давление сгорания газа, образующегося внутри камеры, выше обычного, это может повлиять на работу кольца.

Это может быть связано с детонацией и стуком топлива из негерметичной форсунки или при смешивании топлива с грязным воздухом.

Загрязненное горючее или неправильный сорт цилиндрового масла также влияют на работу кольца. Когда кольцо начнет изнашиваться, станет очевидной их способность герметизировать дымовые газы.

Плохое качество топлива или цилиндрового масла, плохой процесс сгорания, неправильная синхронизация подачи топлива, изношенная гильза и т. д. являются нормальной причиной износа поршневых колец. Наиболее распространенным признаком или признаком изношенного кольца является попадание газа в картер или под поршень, известное как прорыв газов.

Липкое кольцо из-за нагара или отложений шлама, поломка или трещина на кольце могут возникнуть из-за износа.

Что необходимо проверить при осмотре поршневого кольца

Осмотр поршневых колец является важной задачей для определения правильной работы поршневых колец с последующей очисткой или заменой поршневых колец (если они сломаны или изношены).

В двухтактных двигателях порт, содержащий верхнее кольцо, обычно находится выше, чем канавка верхнего кольца четырехтактного двигателя.

Во время планового осмотра

При обычном осмотре продувочного пространства поршневые кольца запрессовываются с помощью отвертки. Это делается для проверки действия пружины или натяжения колец. Это также говорит о том, сломано кольцо или нет. Если кольцо сломано, пружины не будет.

Кольца проверяются на свободность в канавках, так как они могут застрять из-за нагара и в итоге могут разорваться, что сильно повредит гильзу.

Также проверяется зазор между кольцом и канавкой и рассчитывается износ. Кольцо проверяется на наличие потертостей и повреждений, а также оценивается общее состояние.

Прочтите по теме:  Основное руководство по техническому обслуживанию судового двигателя для морских инженеров

Во время капитального ремонта

При капитальном ремонте поршневые кольца меняются полностью новым комплектом. Но для утилизации колец необходимо принять во внимание следующие шаги:

1) Если поршневое кольцо застряло в канавке.
2) Если осевая высота колец уменьшена, а зазор в кольцах и канавках большой.
3) Если хромовый слой отслоился или поврежден.

При капитальном ремонте канавки должны быть тщательно очищены от нагара и проверены на наличие повреждений в кольцевых канавках.

Перед тем, как ставить поршневые кольца, их следует предварительно закруглить в канавках. При этом кольцо полностью перемещается внутри канавок.

С помощью этого теста мы можем проверить, что канавки имеют большую глубину, чем радиальная ширина кольца.

Вставляя поршень с замененными кольцами в гильзу, используйте приспособление для сжатия поршневых колец с соответствующей смазкой, которое гарантирует, что кольца не прилипнут к поверхности гильзы при входе в камеру сгорания.

Внутрь изношенной гильзы вставляют поршневые кольца, также проверяют стыковый зазор. Для колец малого поршня (например, компрессора) торцы можно обработать с помощью напильника для поршневых колец, но для судовых двигателей кольца должны быть отправлены в береговую мастерскую для восстановления, если стыковый зазор необычен.При установке колец следует проверять маркировку того, какая часть находится вверху или внизу, а также проверять различную маркировку для разных положений.

Кольца ставить с помощью надлежащего набора, т.е. с помощью расширителя колец. Зазор между кольцом и канавкой проверяют щупом.

Осевой и радиальный зазоры старого кольца проверяются и записываются для оценки степени износа за определенное количество часов работы.

Как выполняется установка поршневых колец?

Перед установкой поршневого кольца новое или запасное кольцо проверяют на маркировку и сравнивают со старым на тот же класс или положение.Если старая маркировка поршневого кольца стерта, проверьте в руководстве идентификацию поршневого кольца, чтобы его можно было поместить в соответствующую канавку.

Канавка должна быть тщательно очищена, чтобы в ней не было отложений нагара и шлама. При очистке следует помнить, что некоторые канавки поршня покрыты специальной защитной пленкой. Они не должны быть повреждены при использовании рубильного или шлифовального инструмента.

После правильной очистки канавки поршневое кольцо устанавливается с помощью приспособления для поршневых колец, которое расширяет кольцо для вставки в канавку, сдвигая его с верхней части головки поршня.Убедитесь, что вставляете кольцо, сохраняя верхнюю маркировку на верхней стороне.

Большинство поршневых колец снабжены маркировкой «ВЕРХ», или поверхность с идентификационным номером считается верхней поверхностью, если нет специальной маркировки.

Чрезвычайно важно правильно использовать инструмент для расширения колец, так как неправильное использование может повредить кольцо или причинить вред оператору, поскольку кольцо находится под постоянным натяжением.

В небольших 4-тактных двигателях, в случае отсутствия инструмента, кольцо можно расширить с помощью одежды или тряпок, имеющихся в машинном отделении.

Две тряпки помещаются с каждой стороны торцов колец и вытягиваются так, чтобы кольца можно было расширить и вставить сверху поршня.

После установки всех поршневых колец убедитесь, что отверстие или торец всех поршневых колец не выровнены во избежание утечки газа из камеры.

Срок службы поршневых колец

Как и все другие детали машин, поршневое кольцо также подлежит капитальному ремонту и замене в течение установленного периода времени.Срок службы поршневого кольца полностью зависит от типа поршневого кольца, размера двигателя, на котором оно установлено, и рабочего состояния кольца и гильзы.

Для большого двухтактного поршневого кольца с диаметром отверстия около 900 мм общий срок службы кольца может составлять до 24 000 часов, а для двигателей меньшего размера с диаметром отверстия 500 мм — до 16 000 часов.

Для вспомогательных морских 4-тактных двигателей с высокими оборотами срок службы поршневых колец обычно меньше, чем у 2-тактных двигателей.Средний срок службы морского 4-тактного высокоскоростного двигателя составляет примерно 8000 часов, после чего требуется замена.

Вы также можете прочитать:

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают взгляды Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом.Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: руководство по машинному отделению поршневые кольца

Исследование влияния основных конструктивных параметров на вторичное движение поршня

Влияние основных конструктивных параметров поршневого узла на характеристики вторичного движения

Исследования показали, что существует множество факторов, влияющих на вторичное движение поршня. поршень 26 .Эти факторы подразделяются на внешние факторы и внутренние факторы. Что касается внешних факторов, то на вторичное движение поршня большое влияние оказывают частота вращения и нагрузка двигателя. Что касается внутренних факторов, то на закон движения поршня большое влияние оказывают конструктивные параметры поршня, характеристики пары трения поршень-кольца-гильза, профиль юбки поршня и другие параметры. Смещенная конструкция поршневого пальца позволяет уменьшить максимальную энергию удара поршня и уменьшить ударный шум.Однако это отрицательно сказалось бы на трении и одновременном износе юбки 27 . Зазор гильзы и овальность юбки также являются важными факторами, влияющими на трение юбки. Когда зазор гильзы слишком велик, это значительно увеличивает энергию ударов между поршнем и гильзой. Однако, если он слишком мал, износ между поршнем и гильзой увеличится, что может даже вызвать сильное задирание гильзы. Соответствующая овальная конструкция может привести к тому, что поршень деформируется в приемлемую несущую поверхность за счет термомеханической нагрузки в рабочих условиях, что улучшит смазывающие характеристики пары трения поршень-кольца-гильза.Смещение точечного отверстия (D) и зазор цилиндра (C) показаны на рис. 9.

Рисунок 9

Схематическое изображение смещения точечного отверстия (D) и зазора цилиндра (C).

Вторичное движение поршня обычно иллюстрируется радиальным смещением и углом наклона поршня. Энергия ударов поршня может напрямую отражать шероховатость обратного хода поршня. Потери мощности на трение непосредственно отражают характеристики трения юбки поршня. Оба вышеперечисленных являются важными показателями характеристик вторичного движения поршня.В этой главе анализируется взаимосвязь между тремя ключевыми конструктивными параметрами и вторичным движением поршня на основе установленной динамической модели узла поршня.

Влияние смещения микроотверстия

Целью асимметричной конструкции поршня со смещением микроотверстия является приложение крутящего момента к поршню, чтобы предотвратить его внезапное перемещение от ATS к TS после ВМТ и создание хлопающих звуков. Для изучения влияния смещения точечной диафрагмы на характеристики вторичного движения поршня были использованы пять групп схем смещения, включая  − 1.6 мм,  − 0,8 мм, 0 мм, 0,8 мм и 1,6 мм были выбраны для исследования, где отрицательный знак смещен в сторону TS. Пять значений были выбраны из условия обеспечения нормальной работы поршня. На рисунке 10 показано изменение четырех рабочих характеристик угла наклона, радиального смещения, энергии удара и потери мощности на трение в зависимости от угла поворота коленчатого вала в рабочем цикле.

Рисунок 10

Влияние смещения поршня на ( a ) угол наклона поршня, ( b ) радиальное смещение поршня, ( c ) энергию удара поршня и ( d ) потерю мощности трения поршня.

Из рис. 10 видно, что смещение поршневого отверстия оказывает большое влияние на характеристики вторичного движения поршня, особенно на угол наклона поршня. На рис. 10а показано, что смещение микроотверстия оказывает наиболее значительное влияние на угол наклона поршня во время такта сжатия и такта расширения, особенно в ВМТ. Влияние направления смещения пинхола также очень существенно. Угол наклона поршня наименьший, когда отверстие не смещено.На рис. 10c видно, что независимо от того, смещено ли отверстие к TS или ATS, оно может уменьшить внезапный удар, вызванный боковой силой в ВМТ, когда поршень реверсирует из ATS в TS. Момент удара пикового давления задерживается, когда отверстие смещено к ТС.

Анализ показывает, что поршень перемещается вверх против ATS во время такта сжатия, когда отверстие смещено к TS. По мере увеличения давления в цилиндре давление газа воздействует на верхнюю поверхность поршня, создавая момент вращения вокруг штифта.Этот момент заставляет поршень вращаться до достижения ВМТ. Нижняя часть юбки на TS заранее контактирует с гильзой цилиндра, а затем площадь контакта переходит на верхнюю часть юбки после реверса, что позволяет избежать реверса при пиковом давлении, чтобы уменьшить энергию удара. При смещении пинхола к САР обратный эффект, вызванный давлением газа, заключается в том, что верхняя часть юбки поршня с большей жесткостью контактирует с гильзой первой, что вызовет более сильные удары.Из рис. 10в видно, что пиковое значение энергии шлепка схем со смещением ATS немного больше, чем у схем со смещением TS. На рисунке 10d видно, что пиковое значение потерь мощности на трение всегда появляется на рабочем ходе, а затем колеблется в небольшом диапазоне. Значение смещения точечного отверстия и общие циклические потери мощности на трение демонстрируют очевидную линейную зависимость. Общие потери на трение постепенно увеличиваются по мере перемещения отверстия поршня от TS к ATS.

Влияние зазора гильзы

Конструкция зазора гильзы оказывает значительное влияние на работу двигателя внутреннего сгорания.Конструкция должна полностью учитывать нагрузку и скорость юбки, чтобы обеспечить достаточную смазку юбки поршня. Следует также учитывать зазор после нагрева и деформации поршня. Поэтому значение зазора гильзы не должно быть слишком маленьким, чтобы избежать задира гильзы в рабочих условиях. Конечно, не слишком большой, чтобы уменьшить ударную энергию и шум. Для анализа влияния зазора гильзы на побочное движение поршня были использованы пять схем зазоров, в том числе 0.Для моделирования были установлены 025 мм, 0,035 мм, 0,045 мм, 0,055 мм и 0,065 мм. Пять значений были выбраны из условия обеспечения нормальной работы поршня. Результаты расчетов показаны на рис. 11. d ) потеря мощности на трение поршня.

Из рис. 11а,б видно, что угол наклона поршня и радиальное смещение соответственно увеличиваются с увеличением зазора гильзы.Степень наклона поршня, очевидно, различается в зависимости от зазора гильзы, но тенденция во время рабочего цикла одинакова. Проанализировано, что с увеличением зазора гильзы увеличивается смещение каждой точки поршня от гильзы, что неизбежно вызовет увеличение радиального смещения и приведет к ухудшению характеристик вторичного движения поршня. На рисунке 11c показано, что зазор гильзы оказывает значительное влияние на энергию ударов поршня.Энергия составляет 0,00236 Н·м при зазоре 0,025 мм, которая увеличивается до 0,0314 Н·м при зазоре 0,065 мм, то есть увеличение более чем в 13 раз. Следовательно, увеличение зазора гильзы приведет к увеличению наклона поршня во время работы, тем самым ухудшая характеристики хлопков и NVH двигателя внутреннего сгорания. Уменьшение зазора гильзы может стабилизировать возвратно-поступательное движение поршня. Однако контактное напряжение между поршнем и гильзой будет увеличиваться, если зазор слишком мал, так что будет трудно сформировать достаточную пленку смазочного масла, что приведет к ухудшению трения и износу и даже к задирам гильзы.Разница в потерях мощности на трение в рабочем такте при разном зазоре гильзы невелика, а разница в такте выпуска и сжатия велика. Потери мощности на трение в течение цикла уменьшаются с 0,69 до 0,24 кВт при увеличении зазора гильзы с 0,025 мм до 0,065 мм. Проанализировано, что небольшой зазор гильзы не способствует образованию и поддержанию масляной пленки, что приводит к увеличению потерь мощности на трение.

Эффекты овальности юбки

Наружная кромка поперечного сечения юбки поршня, как правило, эллиптическая в конструкции поршня в настоящее время, а не идеальный круг, который широко использовался в первые годы.Эллиптическое сечение позволяет улучшить контакт между поршнем и гильзой в рабочих условиях и оказывает существенное влияние на работу двигателя внутреннего сгорания. Для анализа динамического моделирования на юбке поршня были установлены три значения овальности, включая 0,2 мм, 0,4 мм (исходный размер) и 0,6 мм. На рисунке 12 показано влияние разной овальности на вторичное движение поршня и энергию ударов поршня и потери мощности на трение.

Рисунок 12

Влияние овальности юбки на ( a ) угол наклона поршня, ( b ) радиальное смещение поршня, ( c ) энергию биения поршня и ( d ) потери мощности на трение поршня.

Из рис. 12 видно, что с увеличением овальности юбки увеличиваются угол наклона поршня, радиальное смещение и энергия ударов. При этом потери мощности на трение уменьшаются с увеличением овальности. Проанализировано, что большое значение овальности приводит к уменьшению площади контакта между юбкой поршня (особенно ТС) и гильзой, что уменьшает ограничение вторичного движения поршня. С одной стороны, в результате увеличиваются угол наклона, радиальное смещение и энергия удара.С другой стороны, уменьшение площади контакта приведет к уменьшению потерь на трение. Однако слишком маленькая площадь контакта отрицательно скажется на смазке между юбкой и гильзой. Следовательно, разумная конструкция овальности юбки поршня может соответствовать термомеханической деформации поршня в рабочих условиях. Таким образом, будет сформирована хорошая поверхность давления контакта поршня с гильзой, тем самым улучшая характеристики вторичного движения и оптимизируя характеристики трения и смазки узла поршня.

Многофакторный анализ характеристик вторичного движения поршня на основе методологии поверхности отклика

В предыдущих главах в основном анализировалось влияние одного фактора на характеристики вторичного движения узла поршня. Однако влияние различных комбинаций факторов будет оказывать интерактивное влияние на динамические характеристики. Следовательно, необходимо рассчитывать и анализировать эффекты различных комбинационных схем.

Моделирование поверхности отклика

Используя методологию поверхности отклика, смещение точечного отверстия, зазор гильзы и овальность юбки были определены как факторы A, B и C соответственно.Для каждого фактора были установлены три уровня соответственно. Потери мощности на трение и энергию ударов устанавливали в качестве показателей оценки и определяли как реакцию V 1 и V 2 соответственно. Эксперимент был разработан на основе метода Бокса-Бенкена. Установлена ​​модель между откликами и факторами. Значения уровня и результаты моделирования для каждого плана показаны в таблице 4. Модели регрессии для двух ответов следующие:

$$\begin{aligned} V &_{1} = — 0.{2}\) использовались для оценки степени соответствия модели. Как правило, оба коэффициента должны быть больше 0,9. Результаты испытаний показывают, что два коэффициента модели V 1 равны 0,999 и 0,998, а коэффициенты модели V 2 равны 0,994 и 0,975. Таким образом, считается, что две модели отклика могут точно соответствовать результатам имитационного испытания и могут использоваться для дальнейшего анализа и прогнозирования потерь мощности на трение и энергии ударов.Результаты проверки значимости коэффициента регрессии показаны в таблице 5. F 1 и p 1 представляют собой значение F и значение p , соответствующее ответу V

1 соответственно. также F 2 и p 2 . Принято считать, что фактор имеет существенное значение для отклика, если его значение меньше 0,05. Чем больше значение F и меньше значение p , тем значительнее влияние фактора.

Таблица 5 Проверка значимости регрессионных моделей.
Многофакторный анализ поверхности отклика потерь мощности на трение

Согласно результатам тестирования коэффициентов регрессии потерь мощности на трение в Таблице 4 первичные члены каждого фактора в модели являются статистически значимыми. Порядок значимости трех факторов можно увидеть следующим образом, сравнив значение F: зазор гильзы > смещение точечного отверстия > овальность юбки. Элементы взаимодействия смещения точечного отверстия и овальности юбки, а также зазора гильзы и овальности юбки имеют большое значение.Остальные несущественны или имеют значительно меньшую значимость, чем перечисленные выше. Диаграммы отклика поверхности потери мощности трения при взаимодействии каждой комбинации следующие.

Из рис. 13а видно, что влияние взаимодействия смещения точечного отверстия и зазора гильзы на потери мощности на трение демонстрирует очевидную линейную зависимость при постоянной овальности юбки. При условии фиксированного зазора гильзы потери мощности на трение имеют положительную корреляцию со смещением отверстия.В то время как смещение точечного отверстия остается неизменным, потери мощности на трение имеют отрицательную корреляцию с зазором гильзы. Контурный график проекции поверхности в основном состоит из прямых параллельных линий. На рисунке 13b показано, что в случае постоянного зазора гильзы влияние смещения точечного отверстия и овальности юбки на потери мощности трения демонстрирует в определенной степени линейную зависимость. Когда смещение точечного отверстия также является постоянным, потери мощности на трение положительно связаны с овальностью юбки.Овальность юбки оказывает большее влияние на потери на трение, когда точечное отверстие смещено к ATS. В то время как овальность постоянна, потери мощности на трение также положительно коррелируют со смещением точечного отверстия, и минимальное значение появляется, когда овальность юбки и смещение точечного отверстия минимальны. Что касается постоянного смещения точечного отверстия, рис. 13c показывает, что влияние взаимодействия зазора гильзы и овальности юбки на потери мощности трения не является очевидной линейной зависимостью.Сочетание малой овальности юбки/маленького зазора гильзы и большой овальности юбки/большого зазора гильзы приводит к меньшим потерям мощности на трение. В то время как сочетание малой овальности юбки и большого зазора гильзы приводит к более высоким потерям мощности на трение, а большая овальность юбки/малый зазор гильзы приводит к самым высоким потерям мощности. Анализ показывает, что при относительном соответствии овальности юбки с тенденцией выбора зазора гильзы поршень и гильза хорошо совмещаются, особенно при деформациях термомеханической муфты в процессе работы.Таким образом, улучшается смазка юбки и снижаются потери на трение.

Рисунок 13

Поверхности отклика влияния на потерю мощности трения ( a ) смещения микроотверстия и зазора гильзы, ( b ) смещения микроотверстия и овальности юбки и ( c ) зазора гильзы и овальности юбки.

Многофакторный анализ поверхности отклика энергии ударов

Согласно критерию значимости коэффициента регрессии в таблице 4 видно, что значимые факторы энергии ударов включают смещение точечного отверстия, зазор гильзы (и квадрат его ) и взаимодействие между ними.Остальные не существенны. Наиболее важным фактором является зазор гильзы при сравнении значения F. Диаграммы поверхностного отклика энергии шлепков при взаимодействии каждой комбинации следующие.

Из рис. 14а видно, что при условии постоянной овальности юбки энергия удара находится на низком уровне при малом зазоре гильзы, но высока при большом зазоре гильзы. Влияние смещения точечного отверстия на энергию шлепков постепенно увеличивается по мере того, как смещение перемещается от TS к ATS.Согласно рис. 14б, энергия удара положительно коррелирует со смещением точечного отверстия и отрицательно коррелирует с овальностью юбки при условии постоянного зазора гильзы. Однако взаимодействие между ними неочевидно для энергии шлепков, и диапазон влияния узок. На рисунке 14c показано, что тенденция влияния взаимодействия зазора гильзы и овальности юбки на энергию ударов аналогична рис. 14a, когда смещение точечного отверстия остается неизменным, а значимость овальности юбки отрицательно коррелирует с ее собственным значением.Очевидно, что зазор гильзы напрямую влияет на шероховатость реверса поршня, поэтому он оказывает наиболее существенное влияние на энергию ударов. В то время как согласно рис. 10в, момент пикового давления может быть отложен при смещении пинхола к ТС. Таким образом, смещение точечного отверстия и энергия шлепков также в определенной степени показывают положительную корреляцию.

Рисунок 14

Поверхности отклика воздействия на энергию удара ( a ) смещения точечного отверстия и зазора гильзы, ( b ) смещения точечного отверстия и овальности юбки и ( c ) зазора гильзы и овальности юбки.

Оставить ответ