Шатунно-поршнева група є однією з найбільш відповідальних частин двигуна внутрішнього згоряння, оскільки саме на неї припадають максимальні навантаження в процесі експлуатації. При роботі двигуна поршні рухаються з великою швидкістю і прискоренням, при цьому нагріваються до високих температур. Вони виконуються з легких і міцних матеріалів, при цьому велике значення має точність виготовлення всіх елементів поршневої групи.
З чого складається поршнева група
У конструкцію поршневий групи входять наступні елементи:
- поршень
- поршневий палець
- шатун
- компресійні кільця
- маслос'емноє кільце
- Втулка верхньої головки
- вкладиші
поршні двигуна 4 зазвичай виготовляються з алюмінієвого сплаву. деякі автовиробники на поршні протачивают невеликі поглиблення, щоб виключити удар поршня об клапан. На поверхні поршня проточені три канавки: дві для компресійних кілець 1 і одна для маслос'емного кільця 2. Компресійні кільця забезпечують щільний контакт поршня з циліндром, що перешкоджає проходженню через зазор штовхають його газів, а маслос'емноє кільце прибирає зі стінок циліндра надлишки масла, скидаючи їх у картер.
Поршень рухомо з'єднаний з шатуном 8 через поршневий палець 5, який фіксується по обидва боки за допомогою стопорних кілець 6. Для зменшення тертя між шатуном і пальцем використовується алюмінієва втулка 3. У ній є отвір, що забезпечує попадання масла в зазор між двома дотичними поверхнями. Нижня частина шатуна розбірна і складається з двох частин, які з'єднуються між собою болтами. Між шийкою колінчастого вала і шатуном є вкладиші 7. У колінчастому валі передбачені спеціальні канали, по яких під тиском подається масло в зазор між валом і вкладишем, забезпечуючи хороше ковзання вкладишів.
особливості конструкції
Як відомо зі шкільного курсу фізики, при нагріванні тіла розширюються. Якщо говорити про поршні двигуна, то тут ситуація ускладнюється тим, що його верхня частина, що контактує з розпеченими газами, нагрівається набагато сильніше, ніж нижня, охлаждаемая маслом з картера. Для того щоб при робочій температурі домогтися необхідного зазору, поршень має конічну форму - його діаметр у верхній частині трохи менше, ніж біля основи. Компресійні кільця також відрізняються. Верхнє кільце, розташоване ближче до камери згоряння і відчуває велике навантаження, покривається шаром твердого металу, наприклад хрому, що забезпечує високу міцність і зносостійкість. Нижнє кільце має шар більш м'якого металу, наприклад олова. Це забезпечує швидку приработку до поверхні циліндра в процесі обкатки двигуна і гарантує щільне прилягання, утримуючи гази, які пройшли через більш тверде верхнє кільце.
Знос поршневої групи зазвичай супроводжується такими ознаками:
- зниження потужності двигуна
- збільшення витрати палива
- зменшення компресії в циліндрах
- поява сторонніх шумів і вібрацій
Для того щоб продовжити термін експлуатації поршнів двигуна вашого автомобіля, використовуйте тільки якісні пально-мастильні матеріали та постійно стежте за рівнем і тиском масла. Це дозволить уникнути передчасного капітального ремонту і пов'язаних з ним фінансових витрат.
особливості пристрою
Основні розміри шатуна
Розміри поршневих кілець
Основні розміри поршня
Основні розміри шатунно-поршневої групи.
Поршень - алюмінієвий литий. По зовнішньому діаметру поршні розбиті на п'ять класів (А, В, С, D, Е) через 0,01 мм. Зовнішня поверхня поршня має складну форму. Тому вимірювати діаметр поршня необхідно тільки в площині, перпендикулярній поршневому пальцю, на відстані 55 мм від днища поршня.
маркування поршня
Мал. Маркування поршня: 1 - стрілка для орієнтування поршня в циліндрі; 2 - ремонтний розмір; 3 - клас поршня; 4 - клас отвори для поршневого пальця
По діаметру отвору під поршневий палець поршні підрозділяються на три класи (1, 2, 3) через 0,004 мм. Класи діаметрів поршня і отвори під поршневий палець клеймуються на днище поршня.
По масі поршні сортуються на три групи: нормальну, збільшену і зменшену на 5 м Цим групам відповідає маркування на днище поршня: "Г", "+" і "-". На двигуні все поршні повинні бути однієї групи по масі.
Поршні ремонтних розмірів виготовляються зі збільшеним на 0,4 і 0,8 мм зовнішнім діаметром. Збільшенню на 0,4 мм відповідає маркування у вигляді трикутника, а збільшенню на 0,8 мм - у вигляді квадрата.
Стрілка на днище поршня показує, як правильно орієнтувати поршень при його установці в циліндр. Вона повинна бути спрямована в бік приводу розподільного вала.
Поршневий палець - сталевий порожнистий, плаваючого типу, вільно обертається в бобишках поршня і втулки шатуна. В отворі поршня палець фіксується двома стопорними кільцями. По зовнішньому діаметру пальці підрозділяються на три класи через 0,004 мм. Клас маркується фарбою на торці пальця: синя мітка - перший, зелена - другий, а червона - третій клас.
Поршневі кільця виготовлені з чавуну. Верхнє компресійне кільце - з хромованою бочкообразной зовнішньою поверхнею. Нижнє компресійне кільце скребкового типу. Маслос'емноє кільце - з хромованими робочими крайками і з разжимной кручений пружиною.
На кільцях ремонтних розмірів ставиться цифрове маркування "40" або "80", що відповідає збільшенню зовнішнього діаметра на 0,4 або 0,8 мм.
маркування шатуна
Мал. Маркування шатуна: 1 - клас шатуна по масі і по отвору у верхній головці; 2 - номер циліндра
Шатун - сталевий, кований. Шатун обробляється разом з кришкою і тому вони окремо невзаємозамінні. Щоб при зборці не переплутати кришки і шатуни, на них клеймується номер 2 циліндра, в який вони встановлюються.
У верхню головку шатуна запресована сталебронзовая втулка. По діаметру отвору цієї втулки шатуни підрозділяються на три класи через 0,004 мм. Номер класу 1 клеймується на кришці шатуна.
По масі верхньої і нижньої головок шатуни підрозділяються на класи, маркуються або буквою, або фарбою на кришці шатуна. На двигун повинні встановлюватися шатуни одного класу по масі.
Місця, на яких допускається видаляти метал, при підгонці маси верхньої і нижньої головок шатуна
Підганяти масу шатунів можна видаленням металу з бобишек на верхній голівці і на кришці до мінімальних розмірів 33 і 32 мм. Після видалення металу з кришки шатуна на ній необхідно таврувати класи шатуна по отворі під поршневий палець і по масі.
Таблиця. Класи шатунів за масою верхньої і нижньої головок
|
Маса головок шатуна, г |
клас |
колір маркування |
|
|
верхньої |
нижньої |
||
|
184+2 |
489+3 495+3 501+3 |
Ф Л Б |
Червоний зелений |
|
188+2 |
|||
До цилиндропоршневой групі (ЦПГ) відносяться гільзи, поршні, поршневі пальці і кільця. Циліндри двигуна можуть бути розточені в блоці 1 (рис. 14, а) або зроблені у вигляді спеціальних вставок - гільз 4 (рис. 14, б, в, г).
гільзи циліндрів відливають із спеціального чавуну і встановлюють в блок циліндрів. У всіх розглянутих конструкціях двигунів (крім автомобілів ВАЗ) застосовують мокрі гільзи. Вони омиваються зовні охолоджувальною рідиною в сорочці охолодження 2. Внутрішню поверхню циліндра називають дзеркалом циліндра. Під час роботи двигуна у верхній частині циліндрів згорає робоча суміш.
Мал. 14. Схеми циліндрів двигунів:
а - без гільз, але з короткою вставкою (автомобілі ЗІЛ-157КД, ГАЗ-52-04); б і в - з мокрою гільзою (дизелі ЯМЗ-236 і КамАЗ-740); г - з мокрою гільзою, в яку запресована коротка вставка (автомобіль ЗІЛ-431410); 1 - блок циліндрів; 2 - водяна сорочка охолодження; 3 - вставка; 4 - гільза циліндрів; 5 - ущільнювальні кільця (гумові або мідні, що встановлюються під бурт); 6 - антікавітаціонной кільце
При цьому виділяються продукти окислення - оксиди вуглецю і азоту, сірчистого газу, пари води та інші речовини. При роботі двигуна зі зниженими температурами (50 ... 60 ° С) охолоджуючої рідини і масла частина продуктів окислення, особливо пари води, конденсується на стінах циліндрів, внаслідок чого утворюються кислоти, які призводять до корозії циліндрів. Крім того, руйнується масляна плівка і збільшується знос циліндрів і поршневих кілець. Дзеркало циліндрів крім корозії піддається нагарообразованию і механічному зношуванню внаслідок проникнення в двигун пилу. Механічне зношування дзеркала циліндра у верхній частині більше, ніж в нижній, через більш високого тиску газів.
У двигуні автомобіля ЗІЛ-431410 (рис. 4.5, г) для підвищення зносостійкості циліндрів в їх гільзи запресовують вставки 3 зі спеціального чавуну, а на автомобілях ГАЗ-3307 гільзи відливають монолітними з високоміцного чавуну без вставок. У двигунах автомобілів ВАЗ циліндри розточені в блоці і по діаметру через 0,01 мм поділені на п'ять класів, які позначаються буквами А, В, С, D, Е. Клас циліндра вказано на нижній площині блоку проти кожного циліндра. Циліндр і сполучаються з ним поршень повинні бути одного класу для забезпечення зазору між поршнем і циліндром 0,05 ... 0,07 мм.
поршень сприймає тиск газів під час робочого ходу і передає його через палець і шатун колінчастого валу. Крім механічних навантажень поршень піддається дії високих температур в період згоряння палива і розширення утворилися газів. Він нагрівається також внаслідок тертя його бічній поверхні об стінки циліндра. В автомобільних двигунах найчастіше встановлюють поршні, виготовлені з алюмінієвого сплаву. Вони мають достатню міцність, малою масою, високою теплопровідністю і хорошими антифрикційними властивостями.
Поршень 1 (рис. 15) має ущільнюючу частина ( головку), В якій виконані канавки під компресійні (ущільнюючі) кільця, днище і спрямовуючу частина ( спідницю). Для кріплення поршневого пальця 2 в поршні зроблені бобишки. У днище поршня у дизелів є фігурна виїмка, яка формує камеру згоряння. Іноді зроблені проточки для клапанів.
Мал. 15. Поршень двигуна ЯМЗ-КАЗ-642 в зборі:
1 - поршень; 2 - поршневий палець; 3 - стопорне кільце; 4, 5 - відповідно верхнє і нижнє компресійні кільця; 6 - маслос'емноє кільце
Поршні під час роботи нагріваються нерівномірно. Щоб компенсувати різну ступінь розширення, поршні роблять овальної і конусної форми. Діаметр по осі бобишек у холодного поршня менше, ніж поперечний діаметр, так як велика маса металу розширюється інтенсивніше. Діаметр головки менше, ніж спідниці, оскільки верхня частина нагрівається інтенсивніше. Вище бобишек (а іноді і на направляючої частини) виконана канавка під маслос'емноє кільце. Всередині неї зроблені отвори для проходу відскрібатися кільцем зі стінок циліндра масла всередину поршня. На днище зазвичай вибивають такі мітки: напрямок установки, розмірна група, маса поршня.
Поршні двигунів ЯМЗ-КАЗ-642 (див. Рис. 15) мають вставку з жароміцного чавуну під верхнє компресійне кільце 4 і колоїдно-графітове покриття спідниці. На поршні розташовані два компресійних 4 і 5 і одне маслос'емноє 6 кільця. У голівці поршня виконана тороїдальна камера згоряння. Поршень з'єднаний з шатуном пальцем 2 плаваючого типу, осьове переміщення якого обмежується стопорними кільцями 3.
Поршні двигунів автомобілів ЗІЛ мають поперечні прорізи під головкою, а на спідниці Т-подібний розріз для компенсації розширення при нагріванні.
Поршні двигунів автомобілів ВАЗ виготовлені з алюмінієвого сплаву. У голівці поршня залита сталева пластина, що забезпечує компенсацію нерівномірною теплової деформації поршня при нагріванні. У бобишках поршня є отвори для проходу масла до поршневого пальця. Отвір під поршневий палець зміщений від осі симетрії на 1,2 мм в праву (у напрямку руху) сторону для зменшення стукоту поршня при переході через в.м.т. Тому на днище поршня таврують стрілку, яка при складанні повинна бути звернена в сторону передньої частини двигуна.
Поршні, як і циліндри, сортують по зовнішньому діаметру на п'ять класів через 0,01 мм, а по діаметру отвору під поршневий палець - на три категорії через 0,004 мм, що позначаються цифрами 1, 2, 3. Клас поршня (букву) і категорію отвори під поршневий палець (цифру) таврують на днище поршня. При виготовленні строго витримується маса поршнів. Тому під час складання двигуна підбирати поршні однієї групи по масі не потрібно.
поршневі пальці з'єднують поршень з верхньої голівкою шатуна. Вони повинні бути легкими, міцними і зносостійкими, так як під час роботи піддаються тертю і великим механічним навантаженням, змінним за величиною і напрямком. Пальці виготовляють з вуглецевої і маловуглецевої сталі у вигляді пустотілих труб. В основному в двигунах розглянутих автомобілів застосовують пальці «плаваючого» типу, тобто повертаються як у верхній голівці шатуна, так і в бобишках поршня (виняток становлять деякі двигуни автомобілів ВАЗ, де палець запресований у верхню головку шатуна). Поршневі пальці фіксують в поршні двома стопорними кільцями. Пальці виготовляють з високою точністю і підбирають до поршнів і шатунів. При складанні палець, поршень і шатун комплектують з деталей тільки однієї групи. Щоб уникнути задирів на сполучених поверхнях складання пальця з поршнем слід проводити після нагрівання поршня до температури 55 ° С. Нагрівати поршні треба тільки в рідкому і чистому маслі.
Поршневі кільця, Що надягають на поршень, створюють щільне, рухоме з'єднання між поршнем і циліндром. компресійні кільця забезпечують створення тиску в камері згоряння (компресію) завдяки зменшенню кількості газів, які прориваються з камери згоряння в картер, і відводять теплоту від головки до стінок циліндра.
маслос'емниє кільця знімають надлишки масла з дзеркала циліндра, чим перешкоджають проникненню масла в камеру згоряння. Кільця виготовляють із спеціального легованого чавуну або сталі. Розріз кільця, званий замком, може бути прямим (найчастіше), косим або ступінчастим.
Перше (верхнє) компресійне кільце працює в умовах високої температури, Високого тиску і зношується швидше за інших. Для підвищення зносостійкості першого кільця його зовнішню циліндричну поверхню піддають пористій хромуванню або напилівают зовнішню поверхню молібденом. Решта кільця покривають шаром олова для кращого припрацювання їх до циліндрів.
Поршневі кільця піддають складній обробці з метою найбільш вигідного розподілу тиску кільця на стінку гільзи і збільшення його терміну служби. При установці кілець на поршень їх стики (замки) повинні бути розташовані під кутом 90 ° один до іншого.
Поршневі кільця автомобілів ЗІЛ встановлюють по чотири на кожному поршні: три компресійних і одне маслос'емних. Два верхніх компресійних кільця хромовані по зовнішній циліндричній поверхні. Маслос'емноє кільце складається з двох плоских сталевих дисків і двох розширювачів: осьового і радіального. При установці поршня в циліндр двигуна замки плоских кільцевих дисків один до іншого. При цьому замки осьового і радіального розширювачів повинні бути розташовані під кутом 120 ° до них.
Поршневі кільця автомобілів ГАЗ-3307 встановлюють по три на кожному поршні: два компресійних і одне маслос'емних. Компресійні кільця встановлюють так, щоб виточення на внутрішній поверхні кілець була звернена вгору (рис. 16). При цьому стики кілець повинні бути зміщені на кут 180 °. Маслос'емноє кільце складається з двох плоских сталевих хромованих дисків (кілець) і двох розширювачів: осьового і радіального. При установці поршня в блок двигуна треба стежити, щоб замки плоских кільцевих дисків 2 розташовувалися під кутом 180 ° один до іншого і 90 ° до замків компресійних кілець. При цьому замки осьового 3 і радіального 4 розширювачів (кожен) повинні бути розташовані під кутом 90 ° до них.
Мал. 16. Установка кілець на поршень двигуна автомобіля ГАЗ-3307:
1 - компресійні кільця; 2 - кільцевий диск маслос'емного кільця; 3 - осьовий розширювач; 4 - радіальний розширювач