Что входит в поршневую группу двигателя?

Что входит в поршневую группу двигателя

В нее входят поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец и шатун. Поршень 9 (рис. 8) воспринимает усилия от расширяющихся газов и через шатун 5 передает их коленчатому валу. Поршни отливают из алюминиевого сплава.

Верхняя часть поршня — головка — имеет днище. На головке поршня проточены три кольцевые канавки для двух компрессионных колец 10 и одного маслосъемного. От канавки масло-съемного кольца к внутренней полости идут две щелевидные прорези, по которым излишнее масло, снимаемое маслосъемным кольцом с цилиндра, сбрасывается в картер двигателя.

Рис. 8. Шатунно-поршневая группа:

а — поршень с шатуном, б — установка поршневых колец; 1 — крышка шатуна, 2 — шатунные вкладыши, 3 — гайка, 4—болт, 5 — шатун, 6 — втулка верхней головки шатуна, 7 — стопорное кольцо, 8 — поршневой палец, 9 — поршень, 10 — компрессионные кольца, 11 — кольцевые диски маслосъемного кольца, 12— осевой расширитель, 13 — радиальный расширитель; А —выступы

Наружная поверхность поршня луженая. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, а по высоте имеет коническую форму: в верхней части диаметр меньше, чем в нижней. В бобышках поршня сделаны отверстия Для прохода масла к поршневому пальцу. Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 1,5. 2 мм в правую сторону двигателя. Для правильной установки поршня в цилиндр около отверстия под поршневой палец есть метка П или стрелка (на рис. не показано), которая должна быть обращена в сторону передней части двигателя.

По наружному диаметру поршни подразделяются, как правило, на пять классов с разницей 0,01 мм, а по диаметру отверстия под поршневой палец — на три-четыре категории с разницей 0,004 мм. Такая разбивка поршней на классы и категории помогает во время сборки двигателей при подборе поршней по соответствующим классам гильз цилиндров и поршневых пальцев по категориям поршней. Класс поршня (буква) и категория отверстия под поршневой палец (цифра) клеймятся на днище поршня.

Для создания уплотнения между стенками цилиндра и движущимся поршнем предусмотрены поршневые кольца.

Компрессионные кольца 10 изготовляют из специального чугуна. Верхнее компрессионное кольцо для увеличения износостойкости покрывается по наружному диаметру слоем хрома, нижнее — для улучшения приработки — слоем олова. Для более плотного прилегания колец к стенкам цилиндра и канавкам поршня на некоторых компрессионных кольцах делают фаски или выточки на наружной или внутренней поверхности.

Маслосъемные кольца изготовляют стальными в виде комплектов, состоящих из четырех элементов (двух дисков 11, радиального 13 и осевого 12 расширителей), или чугунными — с прорезями для снимаемого со стенок цилиндра масла.

Поршневые пальцы 8 — стальные, пустотелые. Наружная поверхность их подвергается закалке. В продольном направлении пальцы фиксируются в поршне стопорными кольцами 7 из упругой проволоки, размещенными в канавках бобышек поршней. Рабочая поверхность пальцев тщательно шлифуется и полируется.

Шатун 5 — стальной, кованый. Стержень шатуна двутаврового сечения. Нижняя головка шатуна разъемная, в ней устанавливаются вкладыши 2 шатунного подшипника. Шатун обрабатывается вместе с крышкой 1, и поэтому она невзаимозаменяема с крышками других шатунов.

Чтобы при сборке не перепутать крышки шатунов, на каждом шатуне и соответствующей ему крышке (сбоку) ставят клеймо — номер этого цилиндра, в который они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находиться с одной стороны. Там, где нижняя головка шатуна переходит в стержень, предусмотрено отверстие, по которому проходит масло, смазывающее стенки цилиндра.

Поршневая группа автомобильного двигателя — высокотехнологичный и важный узел. Его составляющие требуют более подробного рассмотрения по отдельности. Поршневые комплекты ямз по доступным ценам можно приобрести в интернет-магазине Motor-dizel.

Поршень с кольцами.

По всей видимости, данная деталь – самая ответственная. Поршень принимает ключевое участие в передаче энергии от воспламененного топлива к вращающимся валам мотора.

При этом он подвергается мощнейшим тепловым и механическим нагрузкам. Эти нагрузки носят непостоянный характер, потому что с изменением скорости автомобиля, частоты вращения двигателя они тоже меняются с большой амплитудой. Отсюда очень серьезные требования к качеству и технологичности материалов изготовления.

Обычно поршни отливаются из алюминия с высоким содержанием углерода. Далее покрываются оловом для предотвращения наноса алюминия на стенки цилиндра во время работы.

Поршень так же служит изолятором между камерой сгорания и картером, предотвращая попадание масла в цилиндры и отработавших газов в картер двигателя. Зазор между поверхностями цилиндра и телом поршня менее одной 0,01.

Окончательно зазор между поршнем и цилиндром выбирается за счет поршневых колец. Они изготавливаются из высоколегированной стали и проходят термообработку для улучшения износостойкости и прочностных характеристик.

Шатун

Шатун крепится верхней стороной к поршню, а нижней — к коленчатому валу. Крышки снизу шатунов съемные, но не взаимозаменяемые. Дело в том, что для точности эти элементы обрабатываются в собранном виде и при перестановке не обеспечат точные и равномерные зазоры.

На коленвал под шатуном и крышкой устанавливаются вкладыши, которые по сути своей представляют подшипники скольжения. Другими словами, шейка коленчатого вала вращается в масляной пленке не соприкасаясь с элементами корпуса шатуна.

Для придания дополнительной прочности и уменьшения веса агрегата стержень шатуна изготавливается в виде двутавры.

Поршневой палец

Пустотелый стальной цилиндр обеспечивает соединение верхней части шатуна с поршнем.

Сталь, применяемая при изготовлении тоже должна быть высококачественной, наружная поверхность пальца подвергается цементированию для улучшения износостойкости и предотвращения повреждений при масляном голодании двигателя.

После термообработки поверхность пальца доводится до идеального состояния шлифованием и полировкой.

Шатунно-поршневая группа является одной из наиболее ответственных частей двигателя внутреннего сгорания, поскольку именно на нее приходятся максимальные нагрузки в процессе эксплуатации. При работе двигателя поршни движутся с большой скоростью и ускорением, при этом нагреваются до высоких температур. Они выполняются из легких и прочных материалов, при этом большое значение имеет точность изготовления всех элементов поршневой группы.

Из чего состоит поршневая группа

В конструкцию поршневой группы входят следующие элементы:

• Поршень
• Поршневой палец
• Шатун
• Компрессионные кольца
• Маслосъемное кольцо
• Втулка верхней головки
• Вкладыши

Поршни двигателя 4 обычно изготавливаются из алюминиевого сплава. некоторые автопроизводители на поршне протачивают небольшие углубления, чтоб исключить удар поршня о клапан. На поверхности поршня проточены три канавки: две для компрессионных колец 1 и одна для маслосъемного кольца 2. Компрессионные кольца обеспечивают плотный контакт поршня с цилиндром, препятствующий прохождению через зазор толкающих его газов, а маслосъемное кольцо убирает со стенок цилиндра излишки масла, сбрасывая их в картер.

Поршень подвижно соединен с шатуном 8 через поршневой палец 5, который фиксируется с обеих сторон при помощи стопорных колец 6. Для уменьшения трения между шатуном и пальцем используется алюминиевая втулка 3. В ней есть отверстие, обеспечивающее попадание масла в зазор между двумя соприкасающимися поверхностями. Нижняя часть шатуна разборная и состоит из двух частей, которые соединяются между собой болтами. Между шейкой коленчатого вала и шатуном имеются вкладыши 7. В коленчатом вале предусмотрены специальные каналы, по которым под давлением подается масло в зазор между валом и вкладышем, обеспечивая хорошее скольжение вкладышей.

Особенности конструкции

Как известно из школьного курса физики, при нагревании тела расширяются. Если говорить о поршне двигателя, то здесь ситуация осложняется тем, что его верхняя часть, контактирующая с раскаленными газами, нагревается намного сильнее, чем нижняя, охлаждаемая маслом из картера. Для того чтобы при рабочей температуре добиться необходимого зазора, поршень имеет коническую форму — его диаметр в верхней части чуть меньше, чем у основания. Компрессионные кольца также отличаются. Верхнее кольцо, расположенное ближе к камере сгорания и испытывающее большую нагрузку, покрывается слоем твердого металла, например хрома, что обеспечивает высокую прочность и износостойкость. Нижнее кольцо имеет слой более мягкого металла, например олова. Это обеспечивает быструю приработку к поверхности цилиндра в процессе обкатки двигателя и гарантирует плотное прилегание, удерживая газы, прошедшие через более твердое верхнее кольцо.

Износ поршневой группы обычно сопровождается следующими признаками:

• снижение мощности двигателя
• увеличение расхода топлива
• уменьшение компрессии в цилиндрах
• появление посторонних шумов и вибраций

Для того чтобы продлить срок эксплуатации поршней двигателя вашего автомобиля, используйте только качественные горюче-смазочные материалы и постоянно следите за уровнем и давлением масла. Это позволит избежать преждевременного капитального ремонта и связанных с ним финансовых затрат.

Поршень двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Поршень – ключевая деталь КШМ цилиндрической формы, которая предназначена для трансформации топливной энергии в механическую работу автомобильного двигателя.

Поршень выполняет ряд важных функций:

• обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
• отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
• обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

1. Головка поршня ДВС
2. Поршневой палец
3. Кольцо стопорное
4. Бобышка
5. Шатун
6. Юбка
7. Стальная вставка
8. Компрессионное кольцо первое
9. Компрессионное кольцо второе
10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения. Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца – предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

• разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
• движением масла по змеевику в поршневой головке;
• подачей масла в область колец через кольцевой канал;
• масляным туманом

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Поршневая группа: ремонт. Цилиндро-поршневая группа

Подвергается ремонту поршневая группа в различных случаях: при значительном износе трущихся деталей, вследствие чего снижается давление в цилиндрах, при разрушении поршней (например, после обрыва ремня газораспределительного механизма), а также при плановом обслуживании – по достижении определенного пробега. Выявить неисправности несложно, достаточно ориентироваться на внешние признаки либо на характеристики двигателя. Но необходимо знать основные симптомы поломок, чтобы своевременно их выявить и исправить.

Из чего состоит двигатель?

Основа любого двигателя внутреннего сгорания – это блок, массивный и тяжелый, в нем имеется множество отверстий, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, масло, а также производится движение механизмов, в частности, поршней. Между ними и блоком установлены стальные гильзы, которые имеют зеркальную поверхность. Поршни передают поступательное движение при воспламенении топлива через шатун коленчатому валу. Последний вращается за счет того что имеет особую конструкцию.

Впуск топливовоздушной смеси в камеру сгорания, а также выпуск отработанных газов происходит через отверстия в верхней части мотора. Это головка блока цилиндров. Чтобы увеличить мощность двигателя, эти отверстия закрываются клапанами, приводимыми в движение распределительным валом. Последний имеет кулачки, которые максимально синхронизированы и позволяют проводить открытие своевременно. Между распределительным и коленчатым валами натянут гибкий ремень или металлическая цепь. Перед установкой этих элементов необходимо провести синхронизацию всех валов – выставить их по меткам.

Что такое поршень?

Можно даже сказать, что это основа всей системы. Именно с его помощью создается давление в цилиндрах, а при взрыве топливовоздушной смеси он смещается в нижнее положение и приводит в движение коленчатый вал. Изготавливаются поршни из сплавов на основе алюминия. В верхней части имеются канавки для колец – компрессионных и маслосъемного. Назначение их понятно из названий: первые необходимы для создания давления, а вторые – для снятия масляной пленки с внутренней поверхности цилиндра. Именно с их помощью цилиндро-поршневая группа нормально функционирует.

Примерно в середине, чуть ниже колец, находится палец, с помощью которого производится установка поршня на шатун. В некоторых автомобилях в целях безопасности двигателя во время обрыва ремня ГРМ применяются поршни, в верхней части которых, обращенной в сторону клапанов, сделаны выемки. При разрыве ремня коленчатый вал продолжает перемещать все поршни, а клапаны падают в нижнее положение. Результат – сильнейшие удары тарелок клапанов о поверхность поршней. Выемки позволяют избежать этого.

Коленчатый вал двигателя

Коленвал – это цельнометаллическая конструкция, имеющая своеобразную форму. С его помощью осуществляется сглаженная работа всех цилиндров. Например, при положении одного в верхней мертвой точке другой находится в нижней, а третий с четвертым – на подходе к ВМТ и НМТ соответственно. Между поршнем и коленчатым валом установлен шатун. Он подвижно закреплен с обоих краев. Когда проводится ремонт поршневой группы, обязательно заменяются вкладыши на месте соединения шатуна с коленчатым валом.

Скольжение шатуна на коленчатом валу обеспечивают вкладыши с канавками. По ним поступает масло, которое смазывает поверхности и уменьшает трение. Коленвал с одной стороны имеет маховик – тяжелый сбалансированный металлический диск, который позволяет избавиться от незначительных вибраций, возникающих при работе. С другой стороны устанавливаются шкивы для привода газораспределительного механизма и дополнительного оборудования (ГУР, компрессор кондиционера, электрический генератор, и пр.).

Распределительный вал и ГБЦ

Эти узлы влияют на то, насколько правильно будет осуществляться подача топливной смеси и отвод газов после сгорания. При движении поршня вверх происходит открывание выпускных клапанов, под создавшимся давлением сгоревшие газы уходят в выпускной коллектор. Незадолго до достижения ВМТ происходит закрывание выпускных и открывание впускных клапанов. В момент, когда поршень находится в крайнем верхнем положении, пробивает искра, смесь из бензина и воздуха взрывается. Так как на этот момент все отверстия герметично закрыты, ему некуда деваться – приходится только идти вниз. И в итоге шатунно-поршневая группа осуществляет вращение коленвала.

И такая работа происходит постоянно. Для правильного функционирования необходимо устанавливать распредвал и коленвал синхронно. В противном случае работа всего двигателя окажется неправильной: в момент, когда клапан должен открываться для подачи топлива, он будет закрыт. Следовательно, воспламенения смеси не произойдет, а это главное условие стабильной работы любого двигателя внутреннего сгорания. Установлен распредвал в ГБЦ, изготовленной из алюминиевых сплавов. Крепеж производится после каждой пары кулачков. По краям вала имеются подшипники для обеспечения плавного вращения.

Признак износа поршневой группы

Проведите замеры давления в каждом цилиндре. Оно должно быть везде одинаково. Причем отличий от данных, указанных в технических характеристиках, не должно наблюдаться. Падение компрессии в двигателе можно выявить и во время движения. Так, автомобиль становится менее приемистым, с трудом перевозит нескольких пассажиров. Это говорит о том, что цилиндро-поршневая группа имеет дефекты, в частности большую выработку. Обратите внимание на то, что все системы должны функционировать стабильно.

Аналогичные симптомы присутствуют и в случае нарушений в системе зажигания или топливоподачи. Поэтому для верности необходимо удостовериться в том, что давление действительно ниже нормы. Зачастую причиной такого является чрезмерный перегрев, когда охлаждающая жидкость закипает, а двигатель работает без дополнительного теплообмена. Кольца в поршнях залегают и не соприкасаются с поверхностью цилиндров. Поможет в этом случае лишь капитальный ремонт.

Проведение тюнинга

При усовершенствовании узлов и агрегатов двигателя необходимо проводить их облегчение. Но нужно и учитывать то, что следует делать это разумно, без фанатизма, чтобы не ухудшить прочность и надежность механизмов. Например, у поршней стачивают юбку с внутренней стороны, что позволяет уменьшить вес на несколько грамм, но крутящий момент заметно увеличивается. Вся поршневая группа двигателя нуждается в значительном облегчении ее элементов. Аналогично производится уменьшение массы коленчатого вала: с его поверхности убирается слой металла. Маховик, расположенный на валу, тоже подвергается обработке: с внутренней части снимается лишний металл. Аналогичные действия проделать нужно и с шатунами.

Стоит заметить, что при усовершенствовании (тюнинге) таких агрегатов, как маховик, коленвал, распредвал, обязательно необходимо проводить по окончании центровку и балансировку. Поскольку это элементы, которые вращаются вокруг оси, если точка тяжести окажется смещена, то появится биение. И если оно слишком сильное, то разрушения агрегатов ждать останется не очень долго. Более простой способ, но с финансовой стороны не слишком выгодный, можно применить, если провести установку узлов для конкретного двигателя, уже прошедших процедуру облегчения. У них и форма несколько иная, и используемый материал по прочности не уступает стандартному, зато масса его намного меньше. Обратите внимание на поздние модификации моторов. Например, поршневая группа “ВАЗ-2101” может быть заменена на более совершенные элементы модели 2103 или 2106.

Что еще учесть при проведении тюнинга

Не нужно останавливаться на достигнутом. Так как вы увеличили мощность и крутящий момент, нужно предусмотреть и более эффективную смазку. Без модернизации масляного насоса никуда не деться. Систему смазки лучше всего дополнить канавками с внутренней стороны вкладышей. Занятие не из легких, так как эти элементы с трудом подвергаются какой-либо обработке. Но выполнить все можно, хоть и затратите время. Также позаботьтесь о системе охлаждения. Режим работы мотора существенно изменился, поэтому со стандартным теплообменником он может перегреваться.

Применение сцепления усиленного типа обязательно, так как крутящий момент вышел в плюс. Стандартные диски могут просто не выдержать возросших нагрузок. Выжимной подшипник также подбирается, исходя из новых характеристик. Но самое главное – это модернизация тормозов. Увеличение площади соприкосновения колодки с диском – это эффективное решение для обеспечения торможения. На колесах сзади следует отказаться от применения барабанных механизмов, отдавайте предпочтение дисковым. Любой легковой автомобиль можно переоборудовать таким образом. И если изменяются размеры поршневой группы, проводится облегчение, то в обязательном порядке требуется усовершенствование всех агрегатов автомобиля.

Расточка цилиндра

Если решите во время ремонта сделать тюнинг, то старайтесь учитывать все требования, изложенные выше. Но даже замена всех агрегатов на стандартные даст результат. Не стоит забывать, что при уменьшении компрессии в цилиндрах падает мощность ДВС. Если с поршнями все предельно понятно (достаточно приобрести следующий ремонтный размер), то с блоком все оказывается немного сложнее. Гильзы, расположенные в нем, нужно подвергнуть проточке на специальном токарном станке. И есть два варианта проведения такой процедуры.

Первый заключается лишь в том, что вся поверхность уменьшается, ей придается форма правильного круга. Если взглянуть на нее до ремонта, то она окажется скорее овальной. Второй способ – то же самое, только после обработки наносится на поверхность мелкая сетка. Называется эта процедура хонингованием. Бытует мнение, что такой способ увеличивает мощность. На самом же деле, рифленая поверхность сильно изнашивает кольца. А через 10-20 тыс. км пробега гильза и вовсе становится зеркальной, хонинговка исчезает. Если решите сэкономить на ремонте так, чтобы не навредить двигателю, то выбирайте первый способ расточки. Подобным образом ремонтируется поршневая группа “Камаз”, а также всех остальных двигателей внутреннего сгорания.

Несколько советов

Главная рекомендация состоит в следующем: не пытайтесь проводить тюнинг или ремонт двигателя, если не уверены в своих силах либо вообще не понимаете, для чего нужны те или иные узлы. Отдайте все в руки профессиональных мастеров, которые сделают работу максимально качественно.

Если вы желаете провести ремонт, то оцените и свои финансовые возможности. Даже самостоятельное его проведение выльется в копеечку. Порой выгоднее оказывается приобрести двигатель с небольшим пробегом, нежели восстанавливать свой. А так как мотор – это запчасть, а не номерной агрегат, то регистрация в ГИБДД не требуется (если он установлен с автомобиля той же модели).