Что входит в поршневую группу двигателя?

Главное меню

Судовые двигатели

Поршневая группа состоит из поршня в сборе, уплотнительных и маслосъемных колец, поршневого пальца. По конструктивным признакам различают поршни тронковые, для двигателей крейцкопфного типа и двустороннего действия.
Тронковые поршни соединяются с шатуном поршневым пальцем. Для обеспечения газонепроницаемости полостей цилиндра поршень снабжают уплотнительными кольцами, а для предотвращения попадания масла в камеру сгорания — маслосъемными кольцами. Материалом для поршней служит чугун марок СЧ24-44 и СЧ28-48 и сталь. Поршни небольшого диаметра быстроходных двигателей можно изготовлять из алюминиевых сплавов (АЛ1, АЛ2, АК2, АК4). Такие поршни имеют малый вес и небольшие температурные напряжения в днище; недостатки поршней — незначительная износостойкость и большой коэффициент теплового линейного расширения.

Поршень (рис. 139) состоит из нижней направляющей части — тройка или юбки 1 и верхней части — головки поршня 3 с поршневыми кольцами 2. Конфигурация камеры сгорания двигателя, тип продувки, расположение в крышке клапанов и форсунки определяют форму днища поршня 4. Днище поршня может иметь вогнутую, двояковогнутую, выпуклую и другую формы. Некоторые формы днищ поршней показаны на рис. 140. При диаметре поршня более 400 мм головку поршня выполняют съемной. Разъемная конструкция позволяет уменьшить стоимость поршня, так как только головку изготовляют из дорогостоящего жаропрочного материала, и облегчает ремонт поршня. Головку крепят к тройку болтами или шпильками.

В некоторых конструкциях поршня внутреннюю поверхность днища для предохранения от нагарообразования и защиты головного подшипника от теплового излучения закрывают мембраной; для увеличения жесткости днище снизу подкрепляют ребрами, которые одновременно улучшают его охлаждение.

Поршневой палец 1 (рис. 141) размещен в приливах (бобышках) 2 и фиксируется от осевого смещения пружинными кольцами 3 . Пальцы закрепляются стопорным болтом 6 либо свободно вращаются — пальцы плавающего типа. Пальцы плавающего типа более распространены у быстроходных двигателей. Бронзовые втулки 4, запрессованные в бобышки чугунного поршня, являются подшипниками для поршневого пальца плавающего типа. Пальцы изготовляют из малоуглеродистой стали 15 или 20 с последующей цементацией и шлифованием или из легированной стали 15ХМА, 12МХ2А, 18ХНМА, 20Х и др. с последующей закалкой. В некоторых конструкциях поршней с целью предотвращения соприкосновения пальца с зеркалом цилиндра ставят алюминиевые заглушки 5 грибовидной формы.

Поршневые кольца располагают в канавках, проточенных в теле поршня. Поршневые кольца делятся на уплотнительные и маслосъемные. Уплотнительные кольца 2 (см. рис. 139) обеспечивают плотность поршня в цилиндре, предотвращают прорыв газов в картер двигателя и способствуют отводу тепла от головки поршня через втулку цилиндра охлаждающей воде. Маслосъемные кольца 6 и 7 (см. рис. 139) служат для удаления излишнего масла с зеркала цилиндра, что уменьшает нагарообразование в цилиндре, и не допускают проникновения масла в камеру сгорания. Материалом для изготовления колец служит чугун СЧ24-44, реже сталь. Кольца изготовляют самопружинящими с разрезом-замком, обеспечивающим заводку кольца в канавку поршня и возможность теплового расширения кольца. Число уплотнительных колец шесть—три, маслосъемных три—одно. Уплотнительные кольца, как правило, прямоугольного сечения, рабочая поверхность кольца и поверхность зеркала цилиндра параллельны.

Металлический стук в моторе

Если в двигателе слышны стуки, которые усиливаются при нагрузках, значит, в цилиндрах и поршневой группе имеется серьезная проблема. Автохимия в таких случаях, как правило, не спасает. Необходимо сразу обращаться к профессионалам по ремонту автомобилей.
Часто посторонние шумы в моторе являются стуком поршневой группы. Подобный звук сигнализирует о несоответствии зазоров между поршнем и цилиндром. Это серьезная неисправность, которую необходимо устранить в срочном порядке.

Важно не спутать стук юбки поршня с такими звуками от вкладышей, гидрокомпенсаторов, шатунов и других деталей мотора. Опытные мастера определяют природу постороннего шума, прослушивая работающий двигатель с помощью фонендоскопа.

Почему появляется стук юбки поршня

При работе мотора поршень двигается в цилиндре вверх-вниз, а шатун описывает окружности нижней частью, закрепленной на коленчатом валу. Таким образом, шатун при движении вверх и вниз давит на цилиндр через поршень в боковом направлении. При нахождении в ВМТ происходит перекладка поршня, то есть боковое давление шатуна меняет направление на 180 градусов.
Если выработка гильзы и поршневых колец превысила допустимые значения, стакан «болтается», юбка поршня начинает ударять в стенку цилиндра. Из-за этих ударов и появляется посторонний звук в работе двигателя.

Стук может слабеть или вовсе исчезать после прогрева двигателя. Это объясняется просто. Когда мотор не прогрет, происходит перекладка поршня на холодную. Температура деталей двигателя еще мало отличается от окружающей среды. Износ дает о себе знать.

Нагреваясь, алюминиевый поршень расширяется быстрее чугунного цилиндра. Алюминий имеет больший коэффициент теплового расширения, чем чугун. Таким образом, технологический зазор приходит в норму (или приближается к ней), и перекладка поршня происходит без биения. Стук становится тише или не слышен совсем.

Что делать, если диагностирован стук при перекладке поршня на холодную

Если автослесарь уверен на 100%, что посторонние шумы – это стук юбки поршня при перекладке шатуна, приготовьтесь к недешевому ремонту. Не стоит затягивать с мероприятиями по восстановлению работоспособности двигателя – ситуация быстро усугубится.
Когда мотор работает с такой неисправностью, на юбке поршня появляются задиры, а внутренняя поверхность цилиндра быстро изнашивается. Если продолжать ездить на машине с такой неполадкой, степень износа цилиндра достигнет такого уровня, что можно «проскочить» ремонтный размер. То есть износ или задир будет больше, чем диаметр любого поршня, предназначенного для ремонта двигателя требуемой модели.

Поршень двигателя: конструктивные особенности

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

воспринимая давление газов, передает возникающее усилие на шатун;
герметизирует камеру сгорания;
отводит от неё излишек тепла.

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

высокую механическую прочность;
хорошую теплопроводность;
малую плотность;
незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;
хорошую коррозионную устойчивость.

Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть:

литыми;
коваными.

В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала. Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Поршневые кольца: виды и состав

Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

высокие стабильные показатели прочности и упругости в условиях рабочих температур на протяжении всего периода службы кольца;
высокую износостойкость в условиях интенсивного трения;
хорошие антифрикционные свойства;
способность быстрого и эффективного прирабатывания к поверхности цилиндра.

Благодаря легирующим добавкам хрома, молибдена, никеля и вольфрама, термостойкость колец значительно повышается. Путем нанесения специальных покрытий из пористого хрома и молибдена, лужения или фосфатирования рабочих поверхностей колец улучшают их прирабатываемость, увеличивают износостойкость и защиту от коррозии.

Из чего изготавливается

Рассмотрим материалы деталей ЦПГ. Все материалы для ЦПГ должны иметь высокую прочность, отличную теплопроводность, незначительно расширяться при нагреве и иметь антифрикционные свойства. Иметь повышенное сопротивление появлению ржавчины.

Гильзы выполняют из чугуна или специальной стали с присадками, чтобы деталь выдержала высокую нагрузку.

Поршни изначально делали чугунные, но с развитием технологий, стали производить алюминиевые. В современных моторах применяются сборные стальные поршни, особенно в дизелях. В экспериментальных моторах, тестируют керамические поршни, но пока в производстве керамика применяется только как напыление на поршнях.

Поршневые кольца изготавливают из серого чугуна высокой прочности, с добавками молибдена, хрома, вольфрама или никеля. Добавки обеспечивают лучшую «приработку» деталей, повышая их износостойкость и устойчивость к сильному нагреву.

Поршневые пальцы выполнены из легированной либо углеродистой стали, обработаны цементацией и закалены. Если напильник оставляет на пальце царапины, это бракованные (не каленые) пальцы, их нельзя устанавливать, это приведет к поломке ЦПГ.

Подводя итоги скажу, на каких моторах есть ЦПГ. Эта группа присутствует на всех агрегатах, работающих по принципу внутреннего сгорания топлива. Не зависимо от того, дизельный агрегат, бензиновый либо газовый. Благодаря удобству и относительной простоте исполнения, надежности и долговечности, а так же безопасности для человека (кроме экологичности), моторы с ЦПГ широко применяются во всем мире, даже в косилках и бензопилах. Электрические моторы ЦПГ не имеют, они работают по другому принципу.

Источник

Состав поршневой группы

Узел, состоящий из поршня, компрессионных, маслосъемных колец, а также поршневого пальца принято называть поршневой группой. Функция её соединения с шатуном возложена на стальной поршневой палец, имеющий трубчатую форму. К нему предъявляются требования:

минимальной деформации при работе;
высокой прочности при переменной нагрузке и износостойкости;
хорошей сопротивляемости ударной нагрузке;
малой массы.

По способу установки поршневые пальцы могут быть:

закреплены в бобышках поршня, но вращаться в головке шатуна;
закреплены в головке шатуна и вращаться в бобышках поршня;
свободно вращающимися в бобышках поршня и в головке шатуна.

Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
Регулярно проводить диагностику автомобиля
Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Машина не тянет

Значительное снижение мощности двигателя приводит к ухудшению динамических характеристик автомобиля. «Машина не тянет» – говорят в таких случаях водители

. Причин этой неисправности много: от некачественного топлива до проблем в трансмиссии. Одна из таких проблем – изношенность элементов цилиндропоршневой группы: колец и внутренних стенок цилиндров.

Зазор в паре трения поршень-цилиндр должен строго выдерживаться.

Детали изготавливаются с высокой точностью. Когда кольца или цилиндры изнашиваются, зазоры увеличиваются, герметичность нарушается. Компрессия падает, что приводит к неполному сгоранию топлива и мощность снижается. Расширяющиеся газы из камеры сгорания прорываются в картер, что увеличивает приводит к деструкции масла и снижению его ресурса.

Кроме того, износившееся маслосъемное кольцо не удаляет полностью масло с внутренней стенки цилиндра, когда поршень движется вниз. Смазочный материал сгорает при сжигании топлива. Поэтому выхлопной дым приобретает сизый оттенок. Кстати, изменившийся цвет выхлопа – один из признаков, позволяющих определить проблемы цилиндропоршневой группы на ранней стадии.

Увеличенный зазор в данной паре трения становится причиной еще одного признака – запаха бензина, исходящего от масла. Дело в том, что газы из камеры сгорания через увеличенные зазоры, появившиеся в паре поршень-цилиндр, прорываются в картер. Таким образом, не полностью сгоревшие пары топлива попадают в моторное масло, придавая ему характерный запах.

Что делать, если падение мощности вызвано износом элементов ЦПГ

Итак, мощность двигателя упала более чем на 10%. Выяснилось, что в двигателе низкая компрессия и есть основания полагать, что виноваты изношенные поршневые кольца или цилиндры. Что дальше? Есть два варианта.

Если изношены или повреждены кольца на цилиндрах

Цена замены поршневых колец наиболее незначительна среди других видов ремонта ЦПГ. Эту операцию можно выполнить, не снимая двигатель с автомобиля. Если есть навыки, заменить кольца на поршнях можно самостоятельно.

Если изношены стенки цилиндра

В этом случае потребуется расточка и хонингование цилиндров. Причем большинство двигателей современных автомобилей неремонтопригодны, т.е. не подлежат расточке и не имеют ремонтных размеров ЦПГ. Необходимо строго выдержать размеры, чтобы ремонтный комплект поршней и колец встал по месту с необходимым зазором. Допуски исчисляются сотыми долями миллиметров: например в двигателе ВАЗ 2106 монтажное расстояние между поршнем и цилиндром необходимо выдержать в диапазоне 0,05 – 0,07 мм.

Операцию по расточке и полировке (хонингованию) цилиндров необходимо поручать только опытным специалистам. Требуются навыки и оборудование профессионального уровня, чтобы сделать такую работу. Ошибки недопустимы. Если отклонение от заданных размеров превысит допуск, двигатель быстро выйдет из строя.

Легкий способ решения проблем ЦПГ

Очевидно, что стоимость услуги по расточке и полировке цилиндров относительно высока. Если вовремя принять меры, можно существенно сократить расходы, отодвинув замену поршневой группы на десятки тысяч километров пробега. При небольшом износе цилиндров и поршневых колец можно добавить в моторное масло триботехнический состав Suprotec Active Plus или аналогичные ему средства.

Присадка частично восстанавливает изношенные поверхности, уплотняет зазор и способствует лучшему съему масла со стенок цилиндра. В большинстве случаев это позволяет восстановить ресурс двигателя до приемлемых параметров – улучшается динамика автомобиля, исчезает сизый дым из выхлопной трубы.

Присадка в двигатель «Супротек Актив Стандарт»
Для безнаддувных бензиновых двигателей объемом до 1,6 литра. Восстанавливает и выравнивает компрессию, снижает расход топлива и масла на угар, защищает поверхности трения в ЦПГ, и газораспределительном механизме от износа при запуске и перегревах.
подробнееотзывы

Важно помнить, что если после применения триботехнического состава «Супротек» или аналогичного ему средства улучшений нет, значит, нужен ремонт. Не следует превышать дозу, указанную на упаковке, надеясь, что все обойдется. Лучшее решение – немедленно обратиться в надежный автосервис.

Сизый или белый дым из выхлопной трубы

Выше уже говорили, что это один из первых «тревожных звоночков», сигнализирующих, что в цилиндропоршневой группе не все благополучно. Если вовремя принять меры, можно обойтись «малой кровью». Заливка триботехнического состава – это относительно недорогая и простая операции. Даже замену поршневых колец можно произвести самостоятельно, сэкономив несколько тысяч рублей на услугах автомехаников.

Если не предпринять вовремя меры, посчитав, что сизый дым из выхлопной трубы – не слишком большая проблема, можно получить полномасштабную аварию двигателя. Ремонт в этом случае обойдется в десятки тысяч рублей. Поэтому, как только заметили, что дым из выхлопной трубы стал сизым, используйте автохимию. Если Suprotec или аналогичные средства не помогли, обращайтесь в автосервис.

Какие проблемы могут возникнуть в ЦПГ

Ухудшившаяся динамика, стуки, белый или сизый дым и повышенный расход масла – внешние проявления. Это сигналы, что требуется замена поршневых колец

или более сложный вид ремонта двигателя. А что происходит внутри? Разберемся.

В цилиндропоршневой группе двигателя могут возникнуть следующие неисправности:

износ и повреждение поршневых колец;
задиры на юбке поршня;
повреждения внутренних стенок цилиндров;
износ вкладышей шатунных и коренных подшипников;
износ внутренних стенок цилиндров.

В зависимости от вида проблемы требуется различный по степени сложности и дороговизне ремонт ЦПГ. Небольшие неполадки могут привести к лавинообразному нарастанию неисправностей, что обернется аварией. Лучше бороться с проблемами на ранних этапах.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Источник