Подбор поршневых колец: размеры и материалы изготовления

Коротко о поршнях: как подобрать поршень к цилиндру

Поршень в цилиндре

Начнем с того, что зазор между поршнем и цилиндром определяется четко прописанными нормами. Для деталей в новом двигателе такой зазор составляет от 0.05 до 0.07 мм. Для моторов, которые находятся в эксплуатации, зазор между поршнем и цилиндром не должен быть больше отметки в 0.15 мм.

Восстановление ЦПГ двигателя потребует расточки блока цилиндров в ремонтный размер, после чего производится подбор поршня из группы так называемых ремонтных поршней. Главным требованием к процессу расточки цилиндров является итоговый результат, максимально приближенный к четко указанному ремонтному размеру.

Также необходимо учитывать, что размер после расточки блока дополнительно уменьшится в среднем на 0.03 мм после процесса нанесения хона (хонингование поверхности цилиндра). По этой причине при хонинговке цилиндров нужно придерживаться такого диаметра, чтобы после установки поршня зазор был максимально приближен к 0.045 мм, что является показателем зазора применительно к новым деталям.

Чтобы точно подобрать новый поршень по размерам необходимо сначала провести дефектовку цилиндров и поршней. Для замера диаметров поршня и цилиндра потребуются измерительные приборы:

  • микрометр;
  • нутромер;

Микрометром измеряется диаметр поршня, при помощи нутромера производятся измерения диаметра цилиндра. Измерять диаметр цилиндра необходимо в четырёх поясах, а также промерять две перпендикулярные плоскости. Четко установленный зазор между поршнем и цилиндром позволяет без затруднений осуществить подбор необходимого размера поршня поле расточки цилиндров, а также обеспечивает легкость установки поршня при сборке.

Далее подбор осуществляется на основании специальной таблицы, в которой указаны номинальные размеры цилиндров и поршней. Диаметр ремонтных поршней получил специальное деление по классам в зависимости от наружного диаметра детали. Всего таких классов 5, каждый класс обозначен литерами от A до E в алфавитном порядке (А, B, C, D, E) через 0.01 мм размера. Также деление по классам предусматривает изменение диаметра отверстия под поршневой палец через каждые 0.004 мм.

Данная информация о классификации ремонтных поршней наносится в виде маркировки на днище поршня. Цифровое обозначение указывает на категорию отверстия под палец, а буквенное обозначение указывает на принадлежность поршня к тому или иному классу (класс ремонтного поршня). Также в процессе подбора номинальных размеров или ремонтного размера поршневой дополнительно необходимо обращать внимание на массу поршня. Поршни могут иметь как стандартную массу, так и увеличенный или сниженный на несколько грамм вес. Параллельно с подбором новых поршней необходимо подбирать ремонтные поршневые кольца, которые также имеют ремонтные размеры.

Технические данные

При расточке блока и установке поршней в блок цилиндров, требуется следовать рекомендациям производителя поршней по обработке цилиндров, монтажу и установке деталей цилиндропоршневой группы. Основная информация нанесена на верней части поршня. Если какая-либо информация не указана производителем поршней, ни на упаковке, ни на самом поршне, то необходимо следовать рекомендациям производителя автомобиля.

Размер поршня. Некоторые производителей поршней наносят на днище поршня размер самого поршня в сотых долях миллиметра, этот контрольный параметр позволяет проверить качество изготовления поршней и точность размеров, пред непосредственной установкой. Например: 83.93. Это означает, что в измеряемых точках размер поршня не превышает указанного размера (с учетом поля допуска). Измерение следует производить при температуре поршня (+20 градусов), с помощью микрометра или аналогичного измерительного инструмента, с точностью измерения до одной сотой доли миллиметра (0,01мм).

Монтажный зазор. Для того, что бы обеспечить уплотнение рабочей полости цилиндра и минимальную работу трения поршня, а так же предотвратить горячий поршень от заклинивания, между поршнем и стенкой цилиндра предусматривается монтажный (температурный) зазор ( Sp ). При повышенном зазоре между поршнем и стенкой цилиндра работа двигателя заметно ухудшается — имеет место прорыв газов в картер двигателя, ухудшается из-за этого качество масла, закоксовываются кольца и снижается мощность двигателя. Величина этого зазора задается производителем поршней для начальной температуры деталей цилиндропоршневой группы (обычно +20 градусов), и зависит в основном от разности температур, массы поршня и свойств материалов соприкасающихся деталей. Пример: Sp=0.04. Это означает, что зазор между поршнем (по максимальному размеру юбки поршня) и цилиндром должен быть 0,04 мм (с учетом поля допуска).Размеры поршней

Товарный знак. Каждый серьезный производитель поршней маркирует свою продукцию своим фирменным товарным знаком. Во-первых, это часть борьбы с подделок своей продукции, а во-вторых демонтировав при ремонте старый поршень сразу становится возможным идентифицировать его, с помощью номера отливки на днище поршня.

Направление установки. Поршни современных двигателей имеют строго определенное положение в двигателе, в частности, это связано с тем ось поршневого пальца имеет некоторое смещение, относительно центрально оси симметрии поршня. Это сделано для уменьшения шума при работе двигателя, а точнее ударных нагрузок на стенки цилиндра при перекладке поршня в крайнем положении. Как правило, производители используют два способа изображения направления установки— (для двигателей, размещаемых спереди и сзади автомобиля). На днище наносится либо стрелка, указывающее направление передней части автомобиля (направление движения), либо схематично изображается коленчатый вал с маховиком.

Опытные мотористы часто сталкиваются в своей работе с трудностью, когда в ремонт поступает очень старый автомобиль, и нет какой-либо возможности точно идентифицировать тип его двигателя. Часто просто бывает не корректная информация в документах, на автомобиль, например, ошибка (опечатка) в VIN коде или в графе «ТИП ДВИГАТЕЛЯ». Но ремонтировать нужно, и необходимо правильно подобрать ремонтные поршни.Размеры поршней

Тогда на помощь приходит информация о номере отливки на внутренней части поршня. Следует извлечь поршень из блока цилиндров, очистить от нагара внутреннюю полость и прочесть отлитые цифры и буквы. Подобный способ подходит не для всех поршней, но основные поставщики конвейеров европейских автомобилей MAHLE, Kolbenschmidt, AE, Nural позволяют расшифровать эти данные.
Что же такое «номер отливки»? Поршни, имеющие одинаковые основные параметры, изготавливаются на одном и том же технологическом оборудовании (в частности в одной литьевой форме), затем подвергаются последующей механической обработке в зависимости от требуемого ремонтного размера и модификации. То есть для поршней имеющие STD и ремонтные размеры номера отливок совпадают. Как правило, одному номеру отливки соответствуют несколько поршней на один двигатель, это стандартный поршень и его последующие ремонты. Но есть исключения (когда номер отливки совпадет с несколькими модификациями поршня) тогда необходимо замерить контролируемые геометрические параметры.

Как расшифровать? Мы рекомендуем проверять ваши номера отливок через бумажные каталоги соответствующих производителей. Помимо этого, вы можете расшифровать эти данные и с помощью on-line каталогов наших поставщиков.Размеры поршней

Следует определить изготовителя старого поршня по торговой маркировке, а затем, используя его каталог (бумажный или электронный) ввести найденный номер. Значение номера отливки необходимо вводить непосредственно в поле поиска по артикулу детали (Artikel #) или поиска по замене номера (Reference No:). Не забывайте проверять полученные результаты по основным геометрическим размером со старыми деталями.

Поршневые кольца двигателя

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) поршневые кольца (ПК) служат для уплотнения между стенками цилиндра (гильз) и поршнем, за счет них создается компрессия в цилиндрах. Если  при сборке в мотор забыть поставить ПК, двигатель не заведется, так как не будет обеспечено необходимое сжатие рабочей топливовоздушной смеси.

В легковых автомобилях на каждом поршне стандартно устанавливаются по три кольца – два компрессионных и одно маслосъемное, причем, маслосъемные ПК могут быть наборными, то есть, состоять из нескольких элементов. Компрессионные поршневые кольца (КПК) служат для создания компрессии в цилиндрах, всегда изготавливаются из высокопрочного чугуна с различными присадками. Наибольшей прочностью обладает верхнее КПК, так как оно работает в самом тяжелом температурном режиме и испытывает максимальные нагрузки.

Маслосъемные поршневые кольца двигателя (МПК) нужны для отвода масла от стенок цилиндров, если кольца не будут выполнять свою функцию, двигатель будет расходовать масло. МПК могут быть как чугунными, так и стальными, причем, чугунные ПК почти всегда изготавливаются цельными, а вот стальные маслосъемные кольца бывает только наборными (составными). Стальное МПК на один цилиндр состоит из:

  • двух пружинных стальных колец;
  • осевого расширителя;
  • радиального расширителя.Поршневые кольца двигателя

Поршневые кольца ВАЗ

Волжский автомобильный завод производит двигатели для переднеприводных и заднеприводных автомобилей, поршневые кольца для моторов ВАЗ первоначально подставлял Мичуринский завод. У мичуринцев в продукции допускалось много брака, и с 1986 года в Тольятти было налажено собственное производство. В настоящее время существует много различных производителей, которые изготавливают ПК для вазовских двигателей, в частности, это:

  • АВТОВАЗ (Тольятти);
  • СТК (Самара);
  • GOETZE (Германия);
  • MAHLE (Германия);
  • NPR EUROPE (бывшее название SM, Япония).Поршневые кольца ВАЗ

Раскоксовка поршневых колец

Если мотор начинает дымить, есть вероятность, что в канавках поршней залегли кольца. В наше время есть немало различных современных средств для раскоксовки поршневых колец, и многие водители используют их для восстановления работоспособности мотора. Среди наиболее популярных составов можно отметить:

  • Nitrox Power;
  • ЛАВР МЛ-202;
  • Титан;
  • LIQUI MOLY;
  • WYNN’S.Раскоксовка поршневых колец

Автомобилисты полагают – если движок задымил, нужно воспользоваться средство для раскоксовки, и мотор заработает в прежнем режиме, без расхода масла и без дыма. Действительно, иногда эти средства помогают, но только лишь в тех случаях, когда мотор долго простоял без движения (например, после зимы), и от влаги в нем залегли ПК. Если машина подлежит длительной консервации (ставится в гараж на зимнее хранение) следует вывернуть свечи зажигания и в цилиндры залить масло, а свечные отверстия заткнуть чопиками. При такой профилактике и свечи не отсыреют, и на гильзах не скопиться ржавчина.

Но если все-таки забывчивый автовладелец не предпринял меры профилактики, можно воспользоваться средством для раскоксовки. От ржавчины в цилиндрах избавляемся следующим образом:

  • сдергиваем высоковольтные провода;
  • выкручиваем все свечи зажигания;
  • проворачиваем коленчатый вал так, чтобы все поршни находились в среднем положении;
  • в каждый цилиндр заливаем по 45 мл жидкости, наживляем свечи зажигания;
  • оставляем «отмокать» цилиндры на 6-7 часов;
  • зачем выворачиваем свечи, несколько оборотов прокручиваем стартером, чтобы вся грязь из двигателя вылетела;
  • снятые детали устанавливаем на место, запускаем мотор. Первое время он может сильно дымить, но затем дым пройдет.

Автовладельцам следует помнить, что  раскоксовка не является панацеей от всех бед, и если поршневые кольца изношены, то поможет только их замена.

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.

Преимущества и недостатки цилиндра с большим рабочим объёмом

Цилиндр большего рабочего объёма имеет меньшие относительные потери теплоты в стенки. Это хорошо подтверждается примерами стационарных дизелей с большими рабочими объёмами цилиндров, которые имеют очень низкие удельные расходы топлива. В отношении легковых автомобилей это положение, однако, подтверждается не всегда.

Анализ уравнения мощности двигателя показывает, что наибольшая мощность двигателя может быть достигнута при небольшой величине хода поршня.

Средняя скорость поршня может быть вычислена как

Cп = S∙n/30 (м/с),

где S — ход поршня, м; n — частота вращения, мин-1.

При ограничении средней скорости поршня Cп частота вращения может быть тем выше, чем меньше ход поршня. Уравнение мощности четырёхтактного двигателя имеет вид

Ne = Vh∙pe∙n/120 (кВт),

где Vh — объём двигателя, дм3; n — частота вращения, мин-1; pe — среднее эффективное давление, МПа.

Следовательно, мощность двигателя прямо пропорциональна частоте его вращения и рабочему объёму. Тем самым к двигателю одновременно предъявляются противоположные требования — большой рабочий объём цилиндра и короткий ход. Компромиссное решение состоит в применении большего числа цилиндров.

Наиболее предпочтительный рабочий объём одного цилиндра высокооборотного бензинового двигателя составляет 300—500 см3. Двигатель с малым числом таких цилиндров плохо уравновешен, а с большим — имеет значительные механические потери и обладает поэтому повышенными удельными расходами топлива. Восьмицилиндровый двигатель рабочим объемом 3000 см3 имеет меньший удельный расход топлива, чем двенадцатицилиндровый с таким же рабочим объёмом.

Для достижения малого расхода топлива целесообразно применять двигатели с малым числом цилиндров. Однако одноцилиндровый двигатель с большим рабочим объёмом не находит применения в автомобилях, поскольку его относительная масса велика, а уравновешивание возможно лишь при использовании специальных механизмов, что ведёт к дополнительному увеличению его массы, размеров и стоимости. Кроме того, большая неравномерность крутящего момента одноцилиндрового двигателя неприемлема для трансмиссий автомобиля.

Наименьшее число цилиндров у современного автомобильного двигателя равно двум. Такие двигатели с успехом применяют в автомобилях особо малого класса («Ситроен 2CV», «Фиат 126»). Сточки зрения уравновешенности, следующим в ряду целесообразного применения стоит четырёхцилиндровый двигатель, однако в настоящее время начинают применять и трёхцилиндровые двигатели с небольшим рабочим объёмом цилиндров, поскольку они позволяют получить малые расходы топлива. Кроме того, меньшее число цилиндров упрощает и удешевляет вспомогательное оборудование двигателя, так как сокращается число свечей зажигания, форсунок, плунжерных пар топливного насоса высокого давления. При поперечном расположении в автомобиле такой двигатель имеет меньшую длину и не ограничивает поворот управляемых колёс.

Трёхцилиндровый двигатель позволяет использовать унифицированные с четырёхцилиндровым основные детали: гильзу цилиндра, поршневой комплект, шатунный комплект, клапанный механизм. Такое же решение возможно и для пятицилиндрового двигателя, что позволяет при необходимости увеличения мощностного ряда вверх от базового четырёхцилиндрового двигателя избежать перехода на более длинный шестицилиндровый.

В дизелях помимо уменьшения потерь теплоты при сгорании большой рабочий объёмом цилиндра даёт возможность получить более компактную камеру сгорания, в которой при умеренных степенях сжатия создаются более высокие температуры к моменту впрыска топлива. У цилиндра с большим рабочим объёмом можно использовать форсунки с большим числом сопловых отверстий, обладающих меньшей чувствительностью к нагарообразованию.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...