Назначение цилиндро поршневой группы. 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.

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).

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 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.


В от­личие от уплотнительных (компрессионных) маслосъемные кольца имеют скос (рис. 142, а), с помощью которого масло удаляется из зеркала цилиндра и через специальные каналы 5 (см. рис. 139) в поршне стекает в картер. Необходимо особо быть вниматель­ным при монтаже маслосъемных колец, не допуская установки кольца скосом вниз, так как тогда масло будет попадать в камеру сгорания. Зазоры между поршневыми кольцами и стенками ка­навки в радиальном направлении равны 0,5-1,0 мм, по высоте 0,15-0,066 мм.

Типы замков поршневых колец показаны на рис. 142, б . При установке колец на поршень необходимо стыки (замки) распола­гать в разных положениях по окружности во избежание утечки газов. Поршневые кольца поршней двухтактных двигателей для предохранения от проворачивания и попадания замка в район рас­положения окоп стопорят фиксаторами.

Поршень крейцкопфного двигателя соединяется с шатуном, штоком и крейцкопфом. В этом случае поршень крепят к штоку жестко специальным фланцевым соединением (рис. 143). Поршень крейцкопфного двигателя разгружен от боковых усилий и не имеет тронка.


На рис. 144 показан составной охлаждаемый поршень крейц­копфного двигателя, имеющего штампованную вставку из алюми­ниевого сплава АК6. Поршень состоит из трех основных частей: головки 1 , отлитой из высокопрочного жаростойкого чугуна, кор­пуса 3 из перлитного чугуна и вставки 2. В поршнях новейшей конструкции пазы (канавки) под уплотнительные кольца хроми­руют или завальцовывают чугунными противоизносными коль­цами. Общий вид поршня, крейцкопфа и шатуна с подшипником приведен на рис. 145.

Для достижения нормальных условий работы поршня необхо­димо обеспечить его охлаждение и прежде всего головки. Наибо­лее надежным средством снижения температуры головки яв­ляется искусственное охлаждение. При диаметрах цилиндра в двухтактных двигателях свыше 250 мм, а в четырехтактных свыше 400 мм применяют масляное охлаждение поршня. Охлаждение во­дой используют редко, так как требуется тщательное герметизи­рующее устройство, предотвращающее попадание воды в масло картера. Наиболее распространена телескопическая и шарнирная системы подачи охлаждающей жидкости под давлением в закры­тую полость поршня.

Штоки крейцкопфных двигателей выполняют стальными ко­ваными, круглого сечения, часто пустотелыми. В верхней части они имеют фланцы для крепления с поршнем, а нижней пяткой или хвостовиком 4 (рис. 146) соединяются с поперечиной 7 и фик­сируются гайкой 2. В состав крейцкопфа входят: стальной или чугунный ползун, опорные рабочие поверхности а и б которого покрыты тонким слоем антифрикционного сплава. Ползун, скользя по параллели картера, передает последней боковые усилия и та­ким образом разгружает поршень. Поверхность а передает боко­вые усилия при работе двигателя на передний ход, поверхность б , значительно меньшая по площади,- на задний ход. Ползун кре­пят болтами к стальной поперечине 3 . Поперечина имеет цапфы 1 , которые охватываются головным подшипником шатуна. В двига­телях, длительное время работающих на задний ход (буксиры, ле­доколы), ползуны выполняют двусторонними. По каналу 5 масло поступает на охлаждение поршня, а по каналу 6 - на смазку ра­бочих поверхностей ползуна.

На рис. 147 показана параллель крейцкопфного двигателя.

Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.