Что входит в цилиндро-поршневую группу. Полный комплект цилиндро-поршневой группы и двигательных агрегатов кшм

ЦПГ- цилиндро-поршневая группа.

Сегодня поговорим о ЦПГ — цилиндро-поршневой группе. Поршень и цилиндр — главные составляющие двигателя бензопилы, а двигатель это ее «сердце». Поэтому при эксплуатации бензиновой пилы необходимо уделять внимание профилактике и контролю состояния цилиндро-поршневой группы постоянно. Кроме того, что неудовлетворительное ее состояние влияет на правильную работу пилы, ее мощность, приемистость и другие характеристики, так еще и стоимость ЦПГ часто может доходить до половины стоимости всей бензопилы. Так что уделим время этому важному узлу, расскажем, что входит в состав ЦПГ, рассмотрим неисправности, некоторые особенности ЦПГ бензопил.

ЦПГ бензопилы

Итак, что входит в состав ЦПГ( цилиндро-поршневой группы):

• Поршень
• Цилиндр
• Кольца (маслосъемные и компрессионные)

ЦПГ это основной узел двигателя, неисправности которого неизбежно ведут к дорогостоящему ремонту. Для поддержания его в рабочем состоянии необходимо лишь четко следовать инструкции и соблюдать некоторые общие правила:

• Использовать качественные масла, разведенные в точной пропорции, которая указана производителем.
• Избегать перегрева двигателя.
• Соблюдать нормативы работы для класса бензопилы (бытовая, полупрофессиональная, профессиональная).
• Всегда использовать правильно наточенную цепь, установленную в нужном направлении.

Неисправности ЦПГ бензопилы

• Износ поршня, цилиндра
• Износ колец
• Механические повреждения (скол колец, подшипника)

Все эти и другие не такие распространенные неисправности в итоге приводят к задирам на стенках цилиндра или поршня, что в свою очередь приводит к замене полностью цилиндро-поршневой группы.

Как диагностировать в результате чего возникли задиры?

Первым делом снимите глушитель и в образовавшемся окне осмотрите ЦПГ на предмет задиров.

Если задиры только со стороны глушителя, то это свидетельство того, что бензопилу перегрели.

Если задиры по всей окружности цилиндра и они равномерные и имеют большое истирание и темный цвет, то это свидетельство неправильно приготовленной топливной смеси.

задир при неправильной смеси

В случае если задиры имеют вид глубоких царапин, расположенных неравномерно, то это механические повреждения ЦПГ, которые возникают в случае попадания в цилиндр инородных тел или сколов деталей ЦПГ.

Задиры расположены в зоне кольца- плохое качество смеси. Так же возможно что пилу обкатывали «по-советски».

Вот основные причины и виды неисправностей ЦПГ. Если у Вас есть вопросы, то задавайте их в комментариях или в группе ВК.

Вот неплохое видео о диагностике ЦПГ:

https://youtube.com/watch?v=2I2zWsWV-7U%3Frel%3D0%26enablejsapi%3D1

Вы можете помочь в составлении рейтинга бензопил, проголосовав в опросе: «Составляем рейтинг бензопил»

Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания (ЦПГ) — поршень с компрессионными и маслосъемными кольцами, которые называются поршневыми кольцами, а также гильза цилиндра. Кольца установлены в специальные канавки на поршне. Именно поршневые кольца вступают в контакт с рабочей поверхностью цилиндра, а точнее с гильзой.

В процессе работы двигателя поршень с установленными кольцами совершает возвратно-поступательные движения внутри гильзы, в результате чего рабочая поверхность гильзы (зеркало цилиндра) подвергается постепенному износу. Также износу подвержены и сами компрессионные и маслосъемные кольца.

От состояния цилиндро-поршневой группы напрямую зависят важнейшие показатели, необходимые для стабильной работы двигателя внутреннего сгорания. Состояние ЦПГ влияет на показатель компрессии (давления) в цилиндрах ДВС. Необходимая компрессия бензинового и дизельного мотора обеспечивает уверенный холодный и горячий запуск двигателя, его мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

От исправности и состояния ЦПГ также зависит расход топлива и моторного масла, а также продолжительность срока службы двигателя до его капитального ремонта. Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя подразумевает замену маслосъемных и компрессионных колец, расточку блока цилиндров, установку новых поршней и шатунов, гильзовку блока цилиндров.

Поршень — один из основных составных элементов КШМ. Главной задачей детали становится принятие давления активно расширяющихся и сильно разогретых газов, которые образуются в  рабочей камере при сгорании топливно-воздушной смеси. Полученная энергия от воздействия указанных газов на поршень далее передается на шатун. Поршень имеет три части, которые отвечают за реализацию различных функций. К таковым частям относят днище поршня, уплотняющую часть и направляющую часть поршня.

Поршень испытывает значительные тепловые и механические нагрузки в процессе работы двигателя. Основным материалом для изготовления поршня сегодня  выступают алюминиевые сплавы, ранее активно использовался чугун. Поршень совершает возвратно-поступательные движения в гильзе цилиндра, которая размещена в блоке цилиндров ДВС.

Поршень является цельной деталью цилиндрической формы, которую принято делить на головку поршня и юбку поршня. Головка поршня, которая также называется днище поршня, получает в процессе изготовления разную форму, что зависит от особенностей конструкции двигателя.

Головка поршня бывает плоской, выпуклой, может иметь вогнутую форму и т.п. В различных ДВС  форма головки поршня зависит от того, как расположены свечи зажигания, инжекторные форсунки, впускные и выпускные клапаны и т.д. Для бензиновых двигателей камера сгорания выполняется отдельно, но для дизельного мотора данная камера изготовлена прямо в головке поршня.

В зоне головки поршня выполнены специальные канавки. Указанные канавки нарезаются для того, чтобы разместить в них поршневые кольца. Данные кольца выступают уплотняющими элементами. Современные двигатели внутреннего сгорания имеют два типа  поршневых колец:

• маслосъемные кольца;
• компрессионные кольца;

Задачей компрессионного кольца становится не допустить того, чтобы газы прорывались в картер мотора. Маслосъемное кольцо служит для того, чтобы удалить излишки моторного масла со стенок цилиндра двигателя. Качественное уплотнение предельно важно для нормальной работы ДВС.

Поршень, шатун и гильза цилиндра образуют цилиндро-поршневую группу (ЦПГ). Одним из основных показателей исправности цилиндропоршневой группы выступает необходимая для того или иного мотора компрессия. Дополнительно состояние ЦПГ оценивают по отсутствию или наличию повышенной дымности выхлопа, а также заметного угара моторного масла в процессе эксплуатации. Исправный ДВС не должен иметь расход масла выше паспортного.

Юбка поршня представляет собой направляющую часть указанной детали, в которой  выполнена пара бобышек. Бобышки служат для установки поршневого пальца. Поршневой палец выступает соединяющим элементом поршня с шатуном.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

• Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
• Шатун.
• Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

Шатун

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

Коленчатый вал

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

• коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
• шатун;
• и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения  выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Особенности работы двигателя. Такты

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

Основные неисправности и обслуживание КШМ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя  достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:

• залегание и разрушение колец;
• прогорание поршня;
• трещины стенок гильзы цилиндра;
• изгиб шатуна;
• разрыв коленчатого вала;
• «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:

• Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
• Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
• Использовать только качественное топливо.
• Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от  смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Как работает поршень двигателя внутреннего сгорания?

В цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) происходит один из основных процессов, благодаря чему двигатель внутреннего сгорания функционирует: выделение энергии в результате сжигания топливовоздушной смеси, которая впоследствии преобразуется в механическое действие – вращение коленвала. Основной рабочий компонент ЦПГ — поршень. Благодаря ему создаются необходимые для сгорания смеси условия. Поршень — первый компонент, участвующий в преобразовании получаемой энергии.

Поршень двигателя имеет цилиндрическую форму. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения и выполняет две функции.

• При поступательном движении поршень уменьшает объем камеры сгорания, сжимая топливную смесь, что необходимо для процесса сгорания (в дизельных моторах воспламенение смеси и вовсе происходит от ее сильного сжатия).
• После воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания резко возрастает давление. Стремясь увеличить объем, оно выталкивает поршень обратно, и он совершает возвратное движение, передающееся через шатун коленвалу.

Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

Устройство детали включает в себя три составляющие:

• Днище.
• Уплотняющая часть.
• Юбка.

Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

Днище

Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности  проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать  причиной их разрушения.

Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.

В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.

Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.

Вас также заинтересует:

Юбка

Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.

Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.

Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Материалы изготовления

В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.

Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:

• возможность использования только в дизельных двигателях;
• больший вес по сравнению с литыми алюминиевыми;
• необходимость использования поршневых колец из жаростойких материалов;
• более высокая цена;

Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.

Принцип работы поршня двигателя. Устройство

Цилиндры
(рис. 18) рассматриваемых автотракторных
двигателей съемные. Отдельно изготовленный
цилиндр называют гильзой. Применение
вставных гильз позволяет увеличить
срок службы блок-картера за счет замены
изношенных гильз новыми. Гильза цилиндра
изготовлена из легированного чугуна.
Внутренняя поверхность гильзы, называемая
зеркалом, тщательно обработана и
закалена. По внутреннему диаметру гильзы
сортируют на три размерные группы: Б, С
и М (большая, средняя и малая).

Обозначения
размерной группы наносят на торце
буртика 1 гильзы.

Рис.
18(12). Конструкции цилиндров: а — «мокрая»
гильза цилиндра, б — схема установки
гильзы двигателя, в — цилиндр с воздушным
охлаждением, 1 — буртик, 2 — верхний поясок,
3 — нижний поясок, 4 — резиновое уплотнительное
кольцо, 5 — гильза цилиндра, 6 — вставка,
7 — водяная рубашка, 8 — уплотнительная
прокладка, 9 — картер

Гильзы, наружная
поверхность которых омывается охлаждающей
жидкостью называются «мокрыми» (рис.
18, а). На наружной поверхности гильзы
выполнены два посадочных пояска 2 и 3,
которые служат для плотной установки
гильзы в блоке. Между нижним пояском
гильзы и блоком цилиндра монтируют
резиновые уплотнительные кольца 4,
предотвращающие протекание воды в
картер из водяной рубашки блока. У одних
двигателей резиновые кольца устанавливают
в выточки, выполненные на нижнем пояске
гильзы, а у других — в расточке блока.
Верхний торец гильзы выступает над
плоскостью блока, что обеспечивает
лучшее обжатие металлоасбестовой
прокладки и создает надежное уплотнение
от прорыва газов из цилиндра. Износ
верхней части гильз уменьшается при
установке в некоторых автомобильных
двигателях износостойких вставок 7
(рис. 18, б) из антикоррозийного чугуна.
В некоторых двигателях между основанием
нижнего выступа блок-картера и опорной
поверхностью нижнего буртика устанавливают
медную кольцевую прокладку 8.

Цилиндры двигателей
с воздушным охлаждением (рис. 18, г)
снабжены снаружи охлаждающими ребрами.
В нижней части цилиндра имеется бурт,
который упирается в поверхность картера.
Между картером и буртом устанавливают
медное кольцо. Каждый цилиндр вместе с
головкой закрепляют специальными
(анкерными) шпильками на картере.

Поршни
(рис. 19) воспринимают и передают шатуну
усилия, возникающие

от
давления газов, а также обеспечивают
протекание всех тактов рабочего цикла.
Они подвергаются действию высоких
температур и давлений и движутся со
значительными скоростями внутри
цилиндра. В соответствии с условиями
работы материал поршня должен обладать
высокими механическими свойствами и
износостойкостью, быть легким, хорошо
отводить тепло. Поэтому в современных
двигателях поршни отливают из легкого,
но достаточно прочного алюминиевого
сплава.

Рис.
19(13). Конструкция поршня: а — поршень
дизельного двигателя, б — сечения поршней
дизельных двигателей, в — поршень
карбюраторного двигателя, г — поршневой
палец, 1 — маслосбрасывающая кромка, 2 —
канавка для маслосъемного кольца, 3 —
канавка для стопорного кольца, 4 —
отверстие для подвода масла к поршневому
пальцу, 5 — канавки для компрессионных
колец, 6 — камера сгорания в поршне, 7 —
прорезь, 8 — стопорное кольцо поршневого
пальца; А — днище, Б — головка, В — направляющая
часть, Г — бобышки, Д — холодильник, Е —
места клеймения массы и размерной группы
поршня, Ж — метка направления установки
поршня, З — место клеймения размерной
группы поршневого пальца

Поршень (рис. 19, а)
имеет вид перевернутого стакана. Он
состоит из днища А, головки Б (или
уплотняющей части) и направляющей части
В, называемой юбкой. Днище поршня
дизельного двигателя делают фасонной
формы с выемкой, которая зависит от
способа смесеобразования и расположения
клапанов и форсунок. Такая форма днища
способствует лучшему перемешиванию
воздуха с поступающим в цилиндр топливом
и более полному его сгоранию.

На внешней
поверхности головки и юбке проточены
канавки 5 и 2 для компрессионных и
маслосъемных колец. Число колец,
устанавливаемых на поршне, зависит от
типа двигателя и частоты вращения
коленчатого вала. Для повышения
износостойкости у некоторых двигателей
в канавку под верхнее компрессионное
кольцо заливают стальную вставку, что
увеличивает долговечность сопряжения
кольца с канавкой. По окружности канавок
под маслосъемные кольца просверлены
сквозные отверстия для отвода масла в
картер двигателя.

На внутренней
стороне юбки имеются два прилива —
бобышки Г, в отверстия которых устанавливают
поршневой палец. Бобышки соединяются
ребрами с днищем, увеличивая прочность
поршня. В бобышках проточены кольцевые
канавки 3 для стопорных колец. На наружной
поверхности поршня против бобышек
сделаны срезы — «холодильники», где
скапливается масло, способствующее
охлаждению утолщенной части поршня и
предохраняющее поршень от заклинивания.
С этой же целью применяют поршни, у
которых диаметр юбки больше диаметра
головки, а юбка имеет овальное сечение
(большая ось овала перпендикулярна оси
поршневого пальца).

По величине
наружного диаметра юбки поршня, как и
цилиндры, сортируют на три размерные
группы: Б, С и М. Обозначение размерной
группы наносят на днище поршня. При
сборке группа поршня должна быть
одинаковой с группой гильзы.

Поршни сортируют
на две размерные группы по диаметру
отверстия под

поршневой палец
и маркируют краской (черной или желтой)
на бобышках поршня.

На головке поршня
некоторых тракторных двигателей сделаны
мелкие кольцевые канавки глубиной 0,3
мм (рис.19, б). В них задерживаются продукты
сгорания масла (нагар), что предотвращает
преждевременное закоксовывание
поршневых колец.

В
карбюраторных двигателях применяют
поршни с плоским днищем (рис.19, в),
получившие широкое распространение
из-за простоты изготовления и меньшего
нагрева при работе. У некоторых
автомобильных двигателей часть юбки
под бобышками удалена для прохода
противовесов коленчатого вала при
нижнем положении поршня и его облегчения.
Поршни имеют поперечные прорези 7 под
головкой, на юбке может быть выполнен
продольный или Т-образный разрез. Прорези
повышают упругость юбки поршня, что
устраняет опасность заклинивания. Если
на юбке поршней имеются прорези, то их
устанавливают в двигатели так, чтобы
боковое давление при рабочем ходе
испытывала часть поршня без разреза.
Правильной установке поршня по направлению
в двигателе помогает надпись, выполненная
на юбке.

Поршневые пальцы
(рис.19, г) изготовлены пустотелыми из
стали. От осевого перемещения палец
удерживается разжимными стопорными
кольцами 8, которые установлены в канавках
бобышек поршня. Палец соединяет поршень
с шатуном. В отверстие втулки верхней
головки шатуна палец вставляют с зазором,
а в поршень — с натягом. Во время работы
двигателя из-за различных коэффициентов
линейного расширения материалов между
поршнем и пальцем при достижении рабочей
температуры появляется зазор, и палец
имеет возможность поворачиваться в
бобышках поршня. Такой палец называют
плавающим.

По величине
наружного диаметра пальцы разделяют
на две размерные группы. Размерные
группы маркируют, как и отверстия в
бобышках поршня,

черным
и желтым цветом. Краску наносят на
внутреннюю поверхность пальца 8. При
сборке пальца с поршнем необходимо
помнить, что их размерные группы должны
быть одинаковы.

Поршневые кольца
(рис.20) создают плотное, подвижное
соединение между поршнем и цилиндром.
По назначению их разделяют на компрессионные
1 и маслосъемные 2. Компрессионные кольца
предотвращают прорыв газов из камеры
сгорания в картер. Маслосъемные кольца
препятствуют проникновению масла из
картера в камеру сгорания, снимая излишки
масла со стенки цилиндра.

Кольца изготовляют
из легированного чугуна или стали.
Наружный диаметр кольца в свободном
состоянии больше внутреннего диаметра
цилиндра. Часть кольца вырезана,
вследствие чего при установке в цилиндр
кольцо пружинит и хорошо прилегает к
его поверхности. Вырез в поршневом
кольце называют замком. Замки поршневых
колец могут быть косые или прямые.
Наибольшее распространение получило
кольцо с прямым замком, как более простое
и дешевое в изготовлении. С целью
уменьшения утечки газов через зазоры
в замках кольца устанавливают замками
в разные стороны, желательно на равном
расстоянии по окружности. Для уплотнения,
обеспечивающего герметичность цилиндра,
у карбюраторных двигателей на поршни
размещают 2—3, а у дизелей, где давление
газов в цилиндрах более высокое, 3—4
компрессионных кольца. В канавках поршня
кольца устанавливают с небольшим зазором
и они могут свободно перемещаться
относительно поршня. Если поршневые
кольца неплотно прилегают к стенке
цилиндра, то газы, прорываясь через
просветы между цилиндром и кольцом,
вызывают перегрев кольца. При этом
образующиеся шлаковые отложения
заполняют зазоры между кольцами и
стенками канавок поршня по высоте.

Рис.
20(14). Поршневые кольца: а — внешний вид,
б — формы компрессионных колец в рабочем
состоянии, в — составное маслосъемное
кольцо, г — расположение колец на поршне;
1 — компрессионное кольцо, 2 — маслосъемное
кольцо, 3 — плоские стальные кольца, 4 —
осевой расширитель, 5 — радиальный
расширитель, 6 — поршень

Кольца
перестают свободно перемещаться и
пружинить. Это явление носит название
пригорания (закоксовывания) колец и
сопровождается потерей мощности
двигателя и повышенным расходом масла.

В
поперечном сечении компрессионные
кольца имеют различную форму (рис. 20,
б). По сравнению с кольцом прямоугольного
сечения кольцо с конической наружной
поверхностью имеет меньшую опорную
поверхность, что обеспечивает его
быструю приработку и хороший контакт
с цилиндром по всей окружности.
Компрессионные кольца некоторых
двигателей имеют по внутреннему диаметру
сверху кольца фаску или выточку. При
установке в цилиндр такие кольца
деформируются (скручиваются) и прилегают
к зеркалу цилиндра нижней кромкой.
Поэтому скручивающиеся кольца работают
подобно конусным и в то же время имеют
меньшее перемещение по поршню в
вертикальном направлении. Форма кольца
с поперечником в виде односторонней
трапеции уменьшает возможность зависания
в канавках поршня при больших отложениях
нагара и улучшает его прилегание к
стенке цилиндра.

Трущаяся о цилиндр
поверхность верхнего компрессионного
кольца хромируется с целью увеличения
срока службы всех колец и цилиндра.
Трущаяся поверхность поршневых колец
многих двигателей облуживается для
улучшения их приработки.

Маслосъемные
кольца (одно или два) устанавливают ниже
компрессионных колец. Они в отличие от
компрессионных колец имеют сквозные
прорези или состоят из двух колец
скребкового типа. На поршни некоторых
двигателей устанавливают составные
маслосъемные кольца (рис. 20, в) изготовленные
из двух стальных дисков и двух гофрированных
расширителей — осевого и радиального.
Осевой расширитель, расположенный между
дисками, плотно прижимает их к стенкам
канавки поршня. Радиальный расширитель
плотно прижимает диски к зеркалу
цилиндра.

Сборные кольца
хорошо прилегают к поверхности цилиндра
и обеспечивают низкий расход картерного
масла.

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

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

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

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

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

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

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

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

Конструкции
поршней с различной формой днища
представлена на рисунке

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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