Тепловой зазор поршня: Тепловой зазор поршневого кольца и расход масла · Technipedia · Motorservice

Поршневая группа — рекомендации и технические параметры. Статьи компании «АПЦ «АгроСВІТ»»

     ПОРШЕНЬ является основным элементом поршневой группы, так как именно он воспринимает давление газов (продуктов сгорания) и передает его через шатуны к коленчатому валу двигателя.

     Во время работы поршень сильно нагревается, причем днище и головка поршня нагреваются больше, чем его направляющая часть («юбка» поршня). Поэтому диаметр головки поршня меньше, чем диаметр его «юбки».

     С целью предотвращения заклинивания нагретого поршня в гильзе «юбка» поршня изготавливается не круглой, а эллиптической формы, — именно поэтому тепловой зазор в паре «гильза-поршень», измеряемый по «юбке» поршня в районе отверстий для ввода поршневого пальца больше, чем при измерении на остальной поверхности «юбки».

     Необходимость замены отдельных элементов из-за износа (чаще всего гильзы, так как поршень при работе не взаимодействует с гильзой), различные допуски на точность производства у различных производителей — все привело к тому, что для облегчения подбора поршня и гильзы сортируются по размерным группам (например М,Б,С или А,Б,В). Разница между размерными группами составляет 2-5 % от допустимого размера. 

     Не рекомендуем обращать внимание на размерную группу при подборе пары гильза-поршень, если они не изготовлены одним заводом, так как эти обозначения заводские, то есть точность допусков у производителей различна. Каждый завод имеет собственное оборудование различных производителей, собственный режущий инструмент, собственный технологический контроль, и как следствие, к примеру, размер поршня ЯМЗ группы «А» Костромского производства 129,83-129,85, а Камского производства 129,80-129,82 то есть разница в диаметре поршня может достигнуть 0,05 мм, в то время, как допустимое отклонение в размерах группы составляет 0,02 мм.

     Именно поэтому рекомендуем при подборе поршневой группы (особенно при замене отдельных элементов) ориентироваться на тепловой зазор между гильзой и поршнем, устанавливаемый для каждого двигателя заводом-изготовителем.

Зазор между гильзой и поршнем

Двигатель	Мин. зазор	Макс. зазор	Оптим. зазор
А-01, А-41	0,18	0,24	0,20
ГАЗ-53	0,04	0,07	0,05
Д-240, Д-65	0,11	0,18	0,15
Д-245, Д-65НТ	0,12	0,17	0,15
Д-144, Д-37, Д-21	0,14	0,21	0,16
КамАЗ	0,10	0,20	0,15
КамАЗ-EURO	0,11	0,19	0,15
СМД-14-24	0,16	0,26	0,20
СМД-31	0,17	0,25	0,20
СМД-60-72	0,16	0,24	0,20
ТМЗ-7511, 8410	0,17	0,23	0,20
ЯМЗ-236-238	0,18	0,24	0,20
ЯМЗ-240, 240 БМ	0,17	0,25	0,20
ТМЗ-850	0,16	0,24	0,20

     Кроме этого не следует забывать, что поршня должны быть подобраны по весовым характеристикам, так как превышение допустимой разницы приведет к дисбалансу в работе двигателя.  Разница в массе между собранными комплектами поршень-палец-втулка-шатун-кольца не должны превышать 15-20 грамм.

     ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА делятся на два типа – компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и гильзой и препятствуют прорыву продуктов сгорания (газов) в картер двигателя, а маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла со стенок гильзы.

    Поршневые кольца условно можно разделить на две категории – чугунные и стальные (опять же условно — по материалу изготовления маслосъемного кольца). Чугунные кольца предназначены для установки в новую поршневую группу (не рабочая гильза), а стальные  — в рабочую гильзу (с приработанной поверхностью – «наведенным зеркалом»).

     При установке стальных колец в новую поршневую группу увеличивается риск появления «задиров» на поверхности гильзы (исключение – поршневые кольца производства ЗАО «Стакол», однако производство давно свернуто, а Goetze почему-то не спешит наладить производство колец к отечественным дизелям).

По конструкции чугунные маслосъемные кольца условно можно разделить на два типа:

— коробчатое (привычное всем маслосъемное кольцо, с пружинным или пластинчатым расширителем).

— составное (так называемое «клинцовское кольцо», состоящий из двух горизонтальный частей, с пластинчатым расширителем или без него).

По конструкции стальные маслосъемные кольца условно можно разделить так же на два типа:

— трехкомпонентное (представляющее собою две стальные горизонтальные пластины, между которыми устанавливается решетчатый расширитель).

— четырехкомпонентное (представляющее собою две стальные горизонтальные пластины, между которыми устанавливается волнообразный расширитель, а между поршнем и кольцом устанавливается пластинчатый расширитель).

     Для установки колец на поршень и для предотвращения поломки кольца при тепловом расширении кольца изготавливаются разрезные, с тепловым зазором. При этом при установке не следует забывать, что замки колец должны быть направлены в разные стороны. Наиболее просто это осуществить, представив себе циферблат часов на поверхности поршня – 12 делим на количество поршневых колец (4, к примеру) и проворачиваем замки колец по кругу – через каждые «3 часа».

Зазор замков поршневых колец

Двигатель	Компрессионного	Маслосъемного
А-01, А-41	0,60 ± 0,20	0,60 ± 0,20
ГАЗ-53	0,30 ± 0,25	0,30 ± 0,70
Д-240, Д-65	0,60 ± 0,30	0,70 ± 0,30
Д-245, Д-65НТ	0,50 ± 0,20	0,40 ± 0,10
Д-144, Д-37, Д-21	0,60 ± 0,30	0,70 ± 0,30
КамАЗ	0,50 ± 0,15	0,30 ± 0,10
КамАЗ-EURO	0,50 ± 0,10	0,35 ± 0,10
СМД-14-24	0,60 ± 0,30	0,70 ± 0,30
СМД-31	0,60 ± 0,20	0,70 ± 0,30
СМД-60-72	0,60 ± 0,20	0,60 ± 0,20
ТМЗ-7511, 8410	0,65 ± 0,15	0,60 ± 0,30
ЯМЗ-236-238	0,60 ± 0,20	0,60 ± 0,20
ЯМЗ-240, 240 БМ	0,60 ± 0,20	0,60 ± 0,20
ТМЗ-850	0,65 ± 0,15	0,60 ± 0,30

     Обратите внимание, что данные зазоры представлены для чугунных колец, а для стальных данные размеры необходимо увеличить в два раза (из-за повышенной теплоемкости стали).  Кроме всего, не следует забывать, что верхнее компрессионное кольцо испытывает самое большое воздействие температуры и давления (именно поэтому оно делается из других материалов), а, следовательно зазор замка верхнего компрессионного кольца больше, чем у нижнего.

     Поршневые кольца должны свободно перемещаться в канавках поршня под собственным весом, поэтому они устанавливаются с зазором по высоте между кольцом и канавкой, который не должен превышать 0,10 мм. для карбюраторных и 0,15 мм. для дизельных двигателей (это особенно необходимо учитывать при установке новых поршневых колец в старый поршень). При измерении данного параметра измерительный щуп необходимо вставлять на 1/4 глубины канавки под маслосъемное кольцо.

     ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ представляет собою полый стальной цилиндр, наружную поверхность которого цементируют, а затем шлифуют. Палец устанавливается в бобышках поршня и удерживается стопорными кольцами от осевого перемещения (что бы не повредить внутреннюю поверхность гильзы).

    На современных двигателях используют поршневой палец плавающего типа – это значит, что во время работы палец проворачивается, что способствует его равномерному износу. Для обеспечения этого необходимо, что бы палец свободно входил во втулку шатуна с зазором 0,02 – 0,025 мм., а в отверстия бобышек поршня —  с небольшим натягом. При работе отверстия в бобышках расширяются (за счет нагрева) и палец начинает проворачиваться.

     Даже если палец свободно (но без зазора!) устанавливается в бобышки поршня, то при его установке поршень нагревают в масле до 80-100 градусов (что бы избежать микроповреждений бобышек).

     СТОПОРНОЕ КОЛЬЦО не должно иметь деформаций или повреждений, так как его разлом приведет к повреждению гильзы и поршня (а далее – шатуна и коленчатого вала). При установке стопорного кольца рекомендуем использовать специальный инструмент, так как съем кольца неспециализированными инструментами может привести к его поломке или, что самое плохое, к дефекту, незаметному вооруженным глазом.

Техническая информация о ремонте цилиндро-поршневой группы.

     РЕМОНТ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

   Поршни RPM для снегоходов изготовлены в соответствии со спецификациями производителей снегоходов. Эти поршни продаются в комплекте с поршневыми кольцами, пальцем и стопорными кольцами. Все эти части взаимозаменяемы с оригинальными.

  Поршни RPM для гидроциклов в основном изготовлены в соответствии со спецификациями производителей гидроциклов однако стопорные кольца этих поршней выполнены методом штамповки в отличии от оригинальных стопорных колец которые обычно изготавливают из проволоки. Эти поршни продаются в комплекте с поршневыми кольцами, пальцем и стопорными кольцами.

 Поршни WSM для гидроциклов изготовлены в соответствии со спецификациями производителей гидроциклов. Эти поршни продаются в комплекте с поршневыми кольцами, пальцем и стопорными кольцами. Все эти части взаимозаменяемы с оригинальными.

 

     Как установить поршень:

   Перед установкой нового поршня в двигатель необходимо точно установить причину по которой сгорел или заклинил предыдущий поршень и устранить эту неисправность. Чаще всего причиной такой поломки является слишком бедная смесь или подсос воздуха в картер двигателя.

   Помните! Замена сгоревшего поршня на новый, без устранения причины поломки, не решает вашу проблему, а приводит к очередной поломке.

 

   Тщательно измерьте цилиндр. Если его эллипсность или бочкообразность превышают 0,07 мм, такой цилиндр необходимо растачивать в новый ремонтный размер, а никосилевый цилиндр должен быть заменен или загильзован ремонтной чугунной гильзой.

   В двухтактных двигателях снегоходов зазор в сопряжении «поршень-цилиндр» («поршневой зазор») должен составлять:

   — для поршней диаметром менее 65,00 мм  —  0,08-0,11 мм

   — для поршней диаметром более 65,00 мм  —  0,11-0,15 мм

   В двухтактных двигателях гидроциклов зазор в сопряжении «поршень-цилиндр» («поршневой зазор») должен быть следующим:

KAWASAKI (все модели)  — 0,10-0,12 мм               

POLARIS 650/750/780     — 0,11-0,13мм

POLARIS 700/1050          — 0,14-0,16мм

SEA-DOO (все модели)    — 0,11-0,13мм

YAMAHA (все модели)      — 0,10-0,12мм

 

   Внимание! Важно! Если вы устанавливаете поршень во вновь расточенный цилиндр, пожалуйста соблюдайте рекомендации раздела “Как установить и расточить гильзу”, который находится ниже.

 

   Внимание! Перед  установкой поршневых колец на поршень ОБЯЗАТЕЛЬНО проверьте зазор в замках колец.

   Для двигателей снегоходов этот зазор должен быть в приделах 0,25-0,60 мм.

   Для двигателей гидроциклов рекомендуемые зазоры приведены ниже:

KAWASAKI 650 и 900       — 0,25-0,40мм

KAWASAKI 750/1100        — 0,25-0,50мм

POLARIS 650/750/780      — 0,25-0,55мм

POLARIS 700/1050           — 0,25-0,55мм

SEA-DOO (все модели)     — 0,25-0,45мм

YAMAHA (все модели)       — 0,20-0,40мм

   Помните! Невыполнение этого требования приведет к поломке двигателя!

 

   Некоторые модели поршневых колец имеют клинообразный профиль. Обратите на это внимание при установке колец на поршень. Если кольцо не садится в канавку поршня, возможно вы вставляете его неправильной стороной.

 

   При установке поршня в цилиндр стрелка на его дне должна смотреть на выпуск а стопорные штифты на впуск! Исключение составляют некоторые модели двигателей POLARIS у которых стрелка направлена в сторону магнето.

 

    Стопорные кольца поршневого пальца необходимо устанавливать замком вверх.

    Штампованные стопорные кольца устанавливают острой кромкой наружу.

   Для установки стопорных колец необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО использовать специальный инструмент! Установка стопроных колец с помощью отвертки, плоскогубцев, молотка или другого подобного инструмента приводит к их деформации, и как следствие, к поломке двигателя.

   Тщательно пороверьте положение стопорного кольца в канавке! Кольцо должно полностью сесть в канавку.

   Стопорные кольца не рекомендуется использовать повторно.

   Внимание! При несоблюдении вышеуказанных правил стопорное кольцо может выскочить из канавки во время работы двигателя, что приведет к его поломке. 

 

   Как установить и расточить гильзу:

 

   Конструктивно, наиболее распространены три типа цилиндров:

— Цилиндры с алюминиевой рубашкой и запрессованной в неё чугунной гильзой. Для удаления гильзы из такого цилиндра достаточно его нагреть до 200-250 °С и немного придавив, выпрессовать старую гильзу.

Внимание! Не пытайтесь выпрессовать такую гильзу не нагревая цилиндр. Это приведет к повреждению поверхности отверстия рубашки и непозволит правильно установить новую гильзу.

— Цилиндры с алюминиевой рубашкой и залитой в неё чугунной гильзой. Гильзу из такого цилиндра можно удалить, только вырезав её в расточном станке, так как она имеет наружные ребра которые не позволяют ей выйти из рубашки.

   Для ремонта таких цилиндров используют два варианта ремонтных гильз. В первом варианте ремонтная гильза имеет наружный размер немного больше чем та, которая была залита в цилиндр при его изготовлении. При этом вырезав полностью старую гильзу, новую, запрессовывают в алюминиевую рубашку непосредственно.

Второй вариант предусматривает, что старая гильза полностью не удаляется, а лишь растачивается до максимально возможного диаметра, после чего в неё запрессовывается ремонтная гильза.

— Никосилевые цилиндры не имеют внутри чугунной гильзы. Они представляют собой алюминиевую рубашку, в которой рабочая поверхность цилиндра это алюминий со специальным покрытием, которое обеспечивает твердость поверхности цилиндра на глубину менее 0,1 мм. При повреждении поверхности такого цилиндра его нельзя расточить в больший ремонтный размер, как цилиндр с чугунной гильзой. Отремонтировать такой цилиндр можно запрессовав в него ремонтную чугунную гильзу. Для этого цилиндр необходимо расточить в расточном станке до наружного диаметра ремонтной гильзы.    

 

   Перед установкой гильзы в цилиндр необходимо проверить натяг в сопряжении  цилиндра и ремонтной гильзы. Он должен быть в приделах:

— При запрессовке гильзы в алюминиевый цилиндр — 0,08-0,11 мм

— При запрессовке гильзы в старую чугунную гильзу — 0,04-0,07 мм

 

   Для установки ремонтной гильзы в цилиндр необходимо его нагреть до температуры 200-250 °С, вставить гильзу в подготовленное отверстие и пржать ее небольшим усилием пока цилиндр не остынет.

 

   После установки гильзы необходимо притереть ее верхнюю плоскость к плоскости цилиндра.

 

   Все ремонтные гильзы производятся с внутренним диаметром на 1,0-1,5 мм меньше стандартного (номинального). Это значит, что для установки в новую гильзу стандартного поршня её необходимо расточить до соответствующего размера.

 

   Настоятельно рекомендуем убедиться лично, что цилиндр расточен правильно. Проверьте цилиндр на бочкообразность, особенно в зоне окон.

 

   После расточки и хонингования на кромках окон которые расположены поперек направления хода поршня необходимо снять фаски, остальные кромки необходимо притупить. Фаски должны быть сняты под углом 30° к рабочей поверхности цилиндра на глубину не менее 1мм.

 

   Внимание! Информация приведенная в этом разделе не является учебным пособием по ремонту двигателей, а является рекомендацией для квалифицированных механиков.

   Если вам необходимо отремонтировать двигатель, настоятельно рекомендуем обратиться к профессионалам. 

Поршень — RacePortal.ru

 Детали шатунно-поршневой группы

 

1-Первое компрессионное кольцо

2-Второе компрессионное кольцо

3-Маслосъёмное кольцо

 3.1-Верхнее плоское кольцо

 3.2-Расширитель

 3.3-Нижнее плоское кольцо

4-Поршень

5-Поршневой палец

6-Стопорное кольцо поршневого пальца (2 шт)

7-Шатун

8-Болт крышки шатуна

9-Вкладыши подшипника шатуна

10-Крышка шатуна

11-Гайка крышки шатуна

 Поршень

  Во время работы двигателя на поршень оказываются значительные механические нагрузки, постоянно изменяющиеся как по направлению, так и по величине. Даже во время спокойного, равномерного движения автомобиля по обычной загородной дороге коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 3000 об/мин, следовательно, в течение одной минуты поршень должен разогнаться до высокой скорости, остановиться и опять разогнаться в противоположном направлении 6000 раз в минуту, или 100 раз в секунду. Если принять, что средний ход поршня современного короткоходного двигателя равен 80 мм, за одну минуту поршень пройдёт 480 метров, то есть средняя скорость движения поршня в цилиндре равна 28,8 км/час. Ещё выше эти нагрузки у высокофорсированных двигателей спортивных автомобилей. Если принять, что скорость вращения двигателя спортивного автомобиля 6000 об/мин (на самом деле может быть значительно выше), в этом случае поршень изменит направление своего движения 200 раз в секунду, линейное расстояние, которое поршень пройдёт за час, будет равно 57,8 км, при этом максимальная скорость движения поршня будет равна 120 км/час. То есть в течение одной секунды, поршню необходимо 200 раз на расстоянии всего 40 мм разогнаться до 120 км/час и на таком же расстоянии снизить скорость с 120 км/час до 0. Двигатели многих спортивных автомобилей имеют максимальную скорость вращения коленчатого вала до 12000 об/мин, а двигатели болидов Формулы 1 раскручиваются до 19000 об/мин.

 Можно представить какие большие инерционные нагрузки действуют на поршень, даже если просто предположить что коленчатый вал двигателя вращается от постороннего источника энергии. Но на поршень также оказывается воздействие усилия сжимаемых газов на такте сжатия и особенно полезное воздействие расширяющихся газов на такте рабочего хода. Максимальное давление в камере сгорания высокофорсированного двигателя достигает 80 – 100 атмосфер, давление в камере сгорания обычного автомобиля 55 – 60 атмосфер. И если принять, что диаметр поршня среднего автомобиля равен 92 мм, в момент максимального давления поршень испытывает усилие от 5,3 до 6,6 тонн. Так что можно сказать, что поршень автомобиля, как и другие детали кривошипно-шатунного механизма, испытывает огромные механические нагрузки. Но беда не приходит одна, кроме значительных механических нагрузок, поршень также подвергается воздействию очень высоких температур.

  Откуда появляется тепло, оказывающее воздействие на поршень? Первый, но не основной, источник этот трение. Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью, при этом он постоянно трётся о стенки цилиндров. Геометрия кривошипного механизма такова, что часть силы, прикладываемой к поршню, расходуется на прижатие поршня к стенкам цилиндра. И не смотря на качественную обработку поверхностей, как цилиндра, так и поршня, даже при наличии смазки, возникает достаточно большая сила трения. Как известно из школьного курса физики, при этом выделяется большое количество тепла. Но в основном тепло, воздействующее на поршень, появляется при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Температура сгоревших в цилиндре газов может достигать 2000º — 2500ºС. Под воздействием таких высоких температур разрушаются все конструкционные материалы, из которых изготавливаются детали современных двигателей внутреннего сгорания. Поэтому необходимо отводить тепло от наиболее нагруженных в тепловом режиме деталей двигателя и, разумеется, от поршней. Общее количество тепла, выделенное во время работы двигателя, зависит от количества сгоревшего в цилиндрах двигателя топлива за единицу времени. А этот показатель, в свою очередь зависит от объёма цилиндров и от скорости вращения двигателя. Двигатель превращает в полезную механическую работу только небольшую часть энергии сгоревшего топлива. Некоторая часть тепла выводится из двигателя с горячими отработавшими газами остальноё тепло необходимо рассеять в окружающем пространств.

 Опять вспоминая школьный курс физики можно сказать, что если два тела имеют разную температуру, но тепло от более нагретого тела перемещается к менее нагретому телу, пока температура обоих тел не сравняется. В автомобиле самым холодным телом, способным абсорбировать большое количество тепла, является окружающий воздух, следовательно, необходимо найти способ отвода тепла от нагретых деталей двигателя к окружающему воздуху. Поскольку весь земной шар всё равно не согреешь, можно считать, что окружающая среда способна абсорбировать любое количество тепла. Самая горячая часть поршня это его днище, поскольку оно непосредственно соприкасается с горячими рабочими газами. Далее тепло распространяется от днища поршня в направлении юбки.

  Тепло от поршня отводится тремя способами: Основная часть тепла передаётся поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра и далее отводится системой охлаждения двигателя. Часть тепла отводится внутренней полостью поршня и через поршневой палец и шатун, а также маслом, циркулирующим в системе смазки двигателя. Часть тепла отводится от поршня холодной топливовоздушной смесью поступающей в цилиндры двигателя.

1. Отвод тепла чрез поршневые кольца и юбку поршня. Ясно, что подвести охлаждающую жидкость, циркулирующую в системе охлаждения к поршню невозможно, поскольку поршень во время работы двигателя перемещается с большой скоростью. Но система охлаждения двигателя интенсивно охлаждает стенки цилиндров двигателя. Поэтому необходимо сконструировать поршень и поршневые кольца так, чтобы он излишнее тепло чрез поршневые кольца и юбку передавал стенкам цилиндра двигателя. Далее исправная система охлаждения двигателя выведет тепло их двигателя и передаст его окружающему автомобиль воздуху. Если это не сделать, то температура поршня превысит максимально допустимую, после чего начнётся разрушение поршня под воздействием механических нагрузок и даже его оплавление под воздействием высокой температуры. Без необходимого отвода тепла поршень, сделанный из алюминиевого сплава расплавится всего через несколько минут работы двигателя.

Отвод тепла от поршня

 Поступление тепла к поршню от рабочих газов, находящихся в цилиндре двигателя

• Охлаждение поршня поступающей топливовоздушной смесью
• Отвод тепла поршневыми кольцами (50% — 70%)
• Отвод тепла юбкой поршня (20% — 30%)
• Отвод тепла через внутреннюю полость поршня (5% — 10%)
• Отвод тепла через поршневой палец и шатун
• Охлаждающая жидкость рубашки охлаждения

 Из общего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 50% — 60% отводится поршневыми кольцами, это накладывает очень высокие требования к конструкции и точности изготовления поршневых колец. Некоторая часть тепла отводится во внутренне пространство поршня и рассеивается во внутреннем пространстве картера или через поршневой палец передаётся на шатун и тоже рассеивается во внутреннем пространстве картера двигателя.

1. Отвод тепла от поршня через поршневые кольца
2. Отвод тепла поршневыми кольцами
3. Камера сгорания
4. Стенка цилиндра
5. Рубашка охлаждения
6. Поршень
7. Первое компрессионное кольцо
8. Второе компрессионное кольцо
9. Маслосъёмное кольцо

 Поскольку самой горячей частью поршня является его днище, являющейся одной из стенок камеры сгорания, тепло перемещается от верхней части поршня к нижней. При этом из всего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 45% отводится первым компрессионным кольцом, по причине того, что это кольцо всего ближе расположено к самой горячей части поршня, 20% отводится вторым компрессионным кольцом и только 5% отводится маслосъёмным кольцом. Тепло, переданное поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра, отводится системой охлаждения двигателя. Поэтому исправность системы охлаждения оказывает больное воздействие на тепловой режим поршня. Увеличение температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения на 5º — 6ºС, увеличивает температуру поршня на 10ºС. При неисправности системы охлаждения первое что разрушается в двигателе это поршень. У поршня или прогорает днище или поршень заклинивается в цилиндре.

2. Отвод тепла при помощи масла системы смазки двигателя Поскольку многие внутренние детали картера двигателя смазываются распылением масла, масляный туман постоянно присутствует в картере двигателя. Соприкасаясь с горячими частями поршня или стенок цилиндра, масло забирает от них тепло и, осаждаясь в масляный поддон, переносит туда тепло. Обычно в таких системах при помощи масла от поршня отводилось не более 5% — 10% тепла. Но в последнее время в высоконагруженных двигателях, особенно в дизельных, масло системы смазки стало широко использоваться для охлаждения деталей, имеющих наибольшую тепловую нагрузку. Масло для охлаждения поршня может подаваться к поршню двумя способами. Первый способ – через специальный масляный канал, просверленный в стержне шатуна. В этом случае в шатуне имеется специальное отверстие, через которое масло разбрызгивается на внутреннюю стенку днища поршня. Второй способ – в нижней части картера устанавливаются масляные форсунки, которые под давлением распыляют масло во внутренней полости поршня, или впрыскивают его в специальный кольцевой охлаждающий канал, расположенный в головке поршня. Для отбора от поршня большего количества тепла масляный канал имеет волнообразную форму.

 В этом случае при помощи масла может от поршня отводиться от 30 до 50% тепла. В результате при разбрызгивании масла на внутреннюю стенку днища поршня удаётся снизит температуру днища поршня на 15 – 20ºС, а при организованной циркуляции масла в поршне, температуру днища поршня можно снизить на 25 – 35ºС. Масло, охлаждающие поршни и другие детали сильно нагревается. При нагреве масло разжижается и теряет свои смазывающие свойства. По этой причине возникает угроза заклинивания коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

 В таком случае система смазки двигателя имеет специальный охладитель масла, теплообменник которого передаёт тепло от масла жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя. Далее это тепло при помощи радиатора системы охлаждения рассеивается в окружающем автомобиль воздухе.

Охлаждение поршня маслом

 Масляная форсунка, установленная в нижней части гильзы цилиндра, разбрызгивает мало из системы смазки двигателя на внутреннюю сторону днища поршня. Масло отбирает тепло от днища поршня и стекает в масляный поддон двигателя, где происходит его охлаждение.

 Поршень с масляным каналом

 На этих рисунках показан поршень современного дизельного двигателя 2.0 TDI мощностью 103 кВт концерна VOLKSWAGEN. Масляная форсунка впрыскивает масло в охлаждающий канал поршня. По охлаждающему каналу масло проходит через головку поршня, охлаждая его, выходит из охлаждающего канала поршня с другой стороны и стекает в масляный поддон двигателя.

3. Охлаждение поршня холодной топливовоздушной смесью. Вообще поршень любого двигателя частично охлаждается топливовоздушной смесью. Причем чем богаче смесь, там больше она может забрать энергии от поршня. Но по причинам топливной экономичности и экологии современные двигатели часто работают на обеднённой смеси. Современные электронные системы управления двигателя для избежания детонационного сгорания на некоторых режимах работы двигателя немного переобогащают смесь, за счёт чего несколько снижается температура поршня.

 Конструкция поршня

1. Днище поршня
2. Головка поршня
3. Юбка поршня
4. Выемка для противовесов коленчатого вала
5. Отверстие поршневого пальца
6. Канавка стопорного кольца
7. Бобышка поршня
8. Отверстие для отвода масла из канавки маслосъёмного кольца
9. Отверстие для отвода масла ниже маслосъёмного кольца
10. Канавка маслосъёмного кольца
11. Третья перегородка поршневых колец
12. Канавка второго компрессионного кольца
13. Вторая перегородка поршневых колец
14. Канавка первого компрессионного кольца
15. Верхняя перегородка (жаровой пояс)
16. Метки направления установки поршня
17. Метки группы диаметра поршня

Вид поршня современного форсированного двигателя

1. Поршеньфорсированного двигателя
2. Днище поршня
3. Выемки клапанов
4. Вытеснитель
5. Верхняя перегородка (жаровой пояс)
6. Канавка верхнего компрессионного кольца
7. Вторая перегородка
8. Третья перегородка
9. Канавка маслосъёмного кольца
10. Отверстие для отвода масла из канавки компрессионного кольца
11. Юбка поршня с антифрикционным покрытием
12. Бобышка отверстия поршневого пальца
13. Отверстие поршневого пальца
14. Проточка под стопорное кольцо поршневого пальца
15. Канавка аккумулирования газов

 На первый взгляд в конструкции поршня нет ничего сложного, поршень очень похож просто на перевёрнутый стакан. Но, учитывая, что к поршню предъявляются очень высокие и часто противоречивые требования, поршень является одной из наиболее трудных в конструировании и изготовлении деталей двигателя. В зависимости от конструкции двигателя, формы его камеры сгорания, расположения клапанов днище, и другие части поршня, могут иметь различную форму.

 Некоторые примеры различных типов поршней

Поршень с вытеснителем и выемками клапанов

 

 Поршень двигателя с непосредственным впрыском топлива автомобиля VOLKSWAGEN с системой управления двигателя FSI FSI

Направление потока смеси

 Очень своеобразную форму имеют поршни двигателей автомобиля VOLKSWAGEN с расположением цилиндров VR и W. У этих двигателей днище поршня в одной плоскости не перпендикулярно оси поршня. Но все остальные детали поршня ось поршневого пальца и канавки поршневых колец строго перпендикулярны оси поршня.

 Порщень RV-образного двигателя

 Ранее отмечалось, во время работы двигателя поршень совершает возвратно поступательные движения с большой средней скоростью и с очень высокими знакопеременными ускорениями, следовательно, для уменьшения сил инерции конструктор должен стремиться сделать поршень, как и все остальные детали, совершающие возвратно-поступательное движение, как можно легче. Способов это сделать всего два, это применение материалов и низким удельным весом, и уменьшения общего количества материала, то есть удаление излишнего материала. Но удаление излишнего материала снижает прочность конструкции, чем деталь массивней, тем легче обеспечить её жесткость и теплоёмкость. Крайне не желательно деформация формы поршня под воздействием механических и температурных нагрузок. Во время работы двигателя поршень контактирует с другими деталями, стенками цилиндра, поршневыми кольцами и поршневым пальцем. Для обеспечения эффективной работы двигателя необходимо обеспечит точные зазоры между всеми этими деталями. Но все эти детали изготавливаются из различных материалов и, соответственно, имеют различные коэффициенты температурного расширения.

 Поршень конструируется так, что после прогрева двигателя до нормальной рабочей температуры все зазоры между движущимися деталями были минимальными и соответствовали расчётным. Вообще наружная форма и размеры поршня должны соответствовать форме цилиндра. При изготовлении стремятся придать отверстию цилиндра строгие геометрические формы. Но, например, неправильная затяжка болтов крепления головки блока цилиндров, может сильно исказить первоначальную форму отверстия цилиндра. Поэтому, при ремонте двигателя всегда строго соблюдайте рекомендованные моменты затяжки всех резьбовых соединений.

 Наружная форма поршня конструируется так, чтобы после прогрева двигателя поршень приобрёл форму строго цилиндра, поэтому при изготовлении поршня в его форму умышленно вносятся некоторые искажения, которые устраняются по мере прогрева двигателя. На холодном двигателе зазор между поршнем и стенками цилиндра увеличен. При прогреве двигателя до нормальной рабочей температуры тепловые зазоры между стенками цилиндра и поршнем уменьшаются и начинают соответствовать норме. Вот почему так важно поддерживать необходимую рабочую температуру двигателя.

 Поршень состоит из трёх основных частей:

1. Днище поршня
2. Головка поршня
3. Юбка поршня

 Днище поршня предназначено для восприятия усилия давления газов. Головка поршня обеспечивает герметизацию подвижного соединения поршня и стенок цилиндров за счёт установленных на головку поршня поршневых колец. Для установки поршневых колец в головке поршня делаются специальные канавки. В верхние канавки современных поршней вставляются компрессионные кольца, а нижняя канавка предназначена для установки маслосъёмного кольца. В канавке маслосъёмного кольца делаются сквозные отверстия, через которые излишнее масло отводится во внутреннюю полость поршня.

 Часть поршня, расположенная ниже нижнего кольца называется юбкой поршня. Юбка поршня, иногда её называют тронковая или направляющая часть поршня, предназначена для удержания поршня в правильном направлении и восприятия боковых нагрузок. То есть юбка является направляющим элементом поршня.

 Очень важным параметром поршня является высота головки поршня относительно оси поршневого пальца (4). Иногда различные модификации двигателя имеют различную степень сжатия. В производстве легче всего изменить степень сжатия изменением высоты головки поршня.

 При конструировании двигателя, для уменьшения сил инерции, конструкторы стремятся сделать поршень как можно легче. Но сделать все стенки поршня одинаковой толщины не удастся. Днище поршня, для восприятия больших нагрузок, всегда делается толще, чем стенки юбки. Но и юбка в различных местах имеет различную толщину. В местах бобышек под поршневой палец юбка имеет значительное утолщение, а, учитывая то, что различные части поршня имеют различную температуру, можно предположить, что при нагреве в разных местах поршень расширяется не одинаково. Поскольку во время рабаты двигателя головка поршня имеет более высокую температуру, следовательно, расширяется больше юбки поршня, головка поршня имеет несколько меньший диаметр по сравнению с юбкой поршня.

Поршень — диаметр головки

 Под воздействием тепловых деформаций поршня, сложенных с боковыми усилиями, действующими на поршень в перпендикулярно оси поршневого пальца, цилиндрический поршень может приобрети овальную форму. Для устранения этого явления поршень изначально делается овальным, но в противоположном направлении, по мере прогрева двигателя поршень, под воздействием боковых сил, приобретает круглую форму. Малая ось овала совпадает с направлением оси поршневого вала, а большая ось овала совпадает с направлением действующих на поршень боковых сил.

                                                                                          

 Но кроме овальности наружная поверхность поршня имеет некоторую конусность. Поршни современного двигателя, кроме овальности, по высоте имеют бочкообразную форму. Поэтому, поршень, кажущийся на первый взгляд простым цилиндром, имеет довольно сложную форму.

 Сложная форма поршня

 На этом рисунке даны отклонения диаметра поршня от номинального размера. Зелёная линия показывает отклонения от номинального диаметра на различной высоте поршня со стороны торцов поршневого пальца, а розовая линия показывает отклонение номинального размера со стороны упорных поверхностей поршня. Ширина жёлтой зоны показывает овальность поршня на различной высоте.

 Подбор точной наружной формы поршня очень трудная инженерная задача. В самом начале развития двигателестроения форма поршня подбиралась только опытным способом. Установив опытный поршнь в двигатель, двигатель нагружали различными нагрузками. После проведения необходимых испытаний поршень снимался и в местах, подвергшихся наибольшему износу, удалялась некоторая часть металла, и после этого проводился следующий цикл испытаний. Ели в результате излишне снятого металла поршень разрушался, толщину стенок или форму поршня изменяли и заново производили полный цикл испытаний. В результате продолжительных испытаний добивались наилучшей формы поршня для данного двигателя. По мере накопления опыта точная форма поршня стала определяться расчётным способом. Но даже сейчас, когда специальная компьютерная программа, может прочитать оптимальную форму поршня быстро, с высокой степью точности и с учётом всех, воздействующих на поршень температурных и механических факторов, проводится обязательное испытание поршней под различной нагрузкой. Другим способом терморегулирования поршня, то есть направленное изменение формы поршня под воздействием температуры является вплавление в алюминиевое тело стальных термостабилизирующих пластин. Термостбилизирующие пластины, при полном прогреве поршня, позволяют снизить радиальное расширение поршня приблизительно в два раза по сравнению с поршнем, полностью изготовленным из алюминиевого сплава.

 Термостабилизирующие пластины

 Термостбилизирующие пластины или кольца являются очень эффективным средством управления расширения поршня в необходимом направлении. Правда эти элементы имеют большое ограничение они могут быть вставлены только в литые поршни, но нет возможности установки этих элементов в современные кованные поршни. Как преднамеренные изменения формы поршня, так и вставка в поршень термостабилизирующих стальных пластин предназначены для обеспечения стабильного минимального теплового зазора между поршнем (юбкой поршня) и стеками цилиндра. Обычно тепловой зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра автомобильного двигателя лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм.

 Боковые силы, приложенные к поршню

 Во время работы двигателя шатун постоянно, кроме положения поршня в ВМТ и НМТ находится под некоторым углом к оси цилиндра, причем этот угол постоянно изменяется. Поэтому сила, приложенная к поршневому пальцу, раскладывается на две. Одна сила действует в направлении шатуна, а вторая сила действует в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к стенке цилиндра. При движении поршня вверх на такте сжатия сжимаемый воздух оказывает сопротивление перемещению поршня. Часть это силы прижимает поршень к правой стенке цилиндра, если смотреть со стороны передней части двигателя. Во время рабочего хода расширяющиеся газы с большой силой давят на поршень. Часть этой силы расходуется на прижатие поршня к левой стенке цилиндра. Не стоит думать, что эти силы незначительны. Боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра приблизительно равна 10% — 12% процентов, от силы, действующей в направлении оси цилиндра. Ранее упоминалось, что во время работы двигателя на днище поршня среднего легкового автомобиля действует сила в несколько тонн, следовательно, сила, прижимающая поршень к боковой стенке может быть равна нескольким сотням килограмм. Поскольку сила, действующая на поршень во время рабочего хода в направлении оси цилиндра значительно выше, силы, действующей на поршень во время такта сжатия, поверхность, к которой прижимается поршень, во время такта рабочего хода, называется основной упорной поверхностью.

 Из всего сказанного вытекает, что при прохождении поршнем ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода происходит перемещение поршня от вспомогательной упорной поверхности к основной. Поскольку на поршень действуют большие силы, а все процессы в двигателе происходят очень быстро, перемещение поршня происходи в форме удара. Для уменьшения силы удара при перекладке поршня ось поршневого пальца (вернее ось отверстия в бобышках поршня под поршневой палец) смещена в сторону основной упорной поверхности.

 Перекладывание поршня

 При движении поршня вверх на такте сжатия, давление сжимаемого воздуха оказываемого на днище поршня преобразуется в силу, направленную перпендикулярно днищу поршня. Поскольку шатун находится под некоторым углом к оси поршня, возникает нормальная сила, прижимающая поршень к вспомогательной упорной поверхности (2). Сила, возникающая в результате воздействия давления, равна произведению давления, умноженного на площадь, на которую действует давление. Поскольку ось поршневого пальца смещена в сторону основной упорной поверхности (1), площадь правой половины поршня стала несколько больше площади левой половины. В результате чего сила, действующая на правую половину поршня, будет больше силы, действующей на левую половину поршня. Поэтому, когда поршень остановится в ВМТ, в результате разности этих сил, нижняя часть поршня переместится к основной упорной поверхности. А как только давление в камере сгорания начнёт увеличиваться, произойдёт полная перекладка поршня к основной упорной поверхности. Это позволяет произвести перекладку поршня без ударных нагрузок. При движении поршня в низ, при изменении угла шатуна к оси цилиндра и возрастания давления в цилиндре поршень оказывает давление на основную упорную поверхность (1).

 Обычно смещение оси поршневого пальцы относительно оси поршня в автомобильных двигателях лежит в диапазоне 1,0 – 2,5 мм. Учитывая имеющиеся смещения оси поршневого пальца, поршень допускается устанавливать только в одном направлении. Неправильна установка поршня приведёт к появлению ударных звуков во время работы двигателя. Обычно на днище поршня имеется метка, указывающая правильное направление установки поршня. Перед ремонтом двигателя тщательно изучите руководство по ремонту.

 Нормальный тепловой зазор между цилиндром и юбкой поршня лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм. Но для каждого двигателя имеется точное значение этого параметра, которое можно найти в технических нормативах. Уменьшенный зазор приведёт к задирам поршня или поршневых колец и даже заклиниванию поршня в цилиндре.

 Измерение диаметра поршня

 При увеличенном зазоре повышается шумность работы двигателя и износ поршня и поршневых колец.

Измерение диаметра юбки поршня при помощи микрометра.

 

Измерение диаметра поршня Диаметр юбки поршня необходимо проверять в направлении перпендикулярном оси пальца строго на установленной высоте относительно нижнего края юбки. Замерьте диаметр юбки поршня на установленной высоте и запишите результаты измерений.

 Измерение диаметра цилиндра нутромером

 

При помощи нутромера замерьте диаметр цилиндра и запишите результаты измерений. Для определения зазора необходимо из второго полученного результата вычесть результат первого измерения. Измерение зазора при помощи плоского щупа Некоторые производители двигателей предлагают проводить измерение зазора между поршнем и цилиндром при помощи плоского щупа.

Измерение зазора между поршнем и стенками цилиндра

 На этих двух рисунках показаны различные способы измерения зазора при помощи плоского щупа.

Измерение зазора при помощи щупа 

Материалы, из которых изготовлен поршень

 Поскольку к поршням, как к изделию, предъявляются очень высокие требования, такие же высокие требования предъявляются к материалам, из которых изготавливаются поршни. Можно кратко перечислить требования к этим материалам:

• Для снижения инерционных нагрузок материал должен иметь как можно меньший удельный вес, но при этом быть достаточно прочным.
• Иметь низкий коэффициент температурного расширения.
• Не изменять своих физических свойств (прочности) под воздействием высоких температур.
• Иметь высокую теплопроводность и теплоёмкость.
• Иметь низкий коэффициент трения в паре с материалом, из которого изготовлены стенки цилиндров.
• Иметь высокую сопротивляемость износу.
• Не изменять своих физических свойств под воздействие нагрузок, вызывающих усталостное разрушение материала.
• Быть не дорогим, общедоступным и легко поддаваться механической и другим видам

 Алюминий значительно легче чугуна, но поскольку он мягче чугуна, приходится увеличивать толщину стенок поршня, по этой причине вес поршневой группы алюминиевого поршня легче подобной группы с чугунным поршнем всего на 30 – 40%. Алюминий обладает высоким температурным коэффициентом расширения, для устранения влияния которого приходится вплавлять в тело поршня стальные термостабилизирующие пластины и увеличивать зазоры между поршнем и другими элементами в холодном состоянии. Алюминий обладает низким коэффициентом трения в паре алюминий – чугун. Что удовлетворяет, по этому показателю, применение алюминиевых поршней в большинстве двигателей имеющих чугунный блок цилиндров или чугунные гильзы, вплавленные или вставленные в алюминиевый блок цилиндров. Но существуют современные прогрессивные двигатели (в основном немецкие – Фольксваген, Ауди и Мерседес) с алюминиевым блоком цилиндров, не имеющих вплавленных чугунных гильз. У этих двигателей поверхность алюминиевых отверстий цилиндров обрабатываются несколькими различными способами. В результате поверхность стенок цилиндров становится очень твёрдой и приобретает возможность сопротивления износу, даже выше чем у чугунных гильз. Но в паре алюминий – алюминий коэффициент трения очень высокий. В этом случае для уменьшения сил трения проводится железнение опорных поверхностей юбки поршня. В процессе железнения на опорную поверхность юбки поршня гальваническим способом наносится тонкий слой стали.

 Блок цилиндров без гильз

 Поршень с железнением юбки

 На этих рисунках показано плазменное напыление на рабочую поверхность цилиндров полностью алюминиевого блока цилиндров без применения вставных или вплавленных гильз цилиндров и соответствующий этой поверхности поршень с железнением опорной поверхности юбки поршня. Отсутствие чугунных гильз значительно уменьшает вес блока цилиндров.

 Поршень с антифрикционным покрытием

 Кроме антифрикционного покрытия на этом рисунке отчётливо видна стальная вставка, в которой проточена канавка для установки верхнего компрессионного кольца. Установка подобной вставки значительно увеличивает срок службы поршня.

Алюминиевые сплавы

 Кремнеалюминиевые сплавы, из которых изготавливаются поршни большинства современных автомобильных двигателей, делятся на две группы – эвтектические (содержания кремния 11 – 13%) и заэвтектические (содержания кремния 25 – 26%). Для улучшения термической стойкости и механических свойств в эти сплавы добавляются никель, медь и другие металлы. В эвтектических сплавах свободный кремний отсутствует, поскольку он полностью растворён в алюминии, в заэвтектических сплавах кремний может присутствовать в виде кристаллов, часто видимых на срезе или расколе материала. Поршни массовых автомобилей изготавливаются методом литья в кокиль из эвтектических сплавов, поскольку эти сплавы обладают хорошими литейными свойствами. Поршни дизельных двигателей тяжёлых грузовых автомобилей и других нагруженных двигателей изготавливаются из заэвтектических сплавов. Эти сплавы обладают большей прочностью, но имеют большую стоимость в производстве, поскольку изделия из этих сплавов трудней обрабатываются.

Литые и кованые

 На высоконагруженных форсированных автомобильных двигателях применяются поршни, изготовленные не методом литья, а методом ковки (горячей штамповки). Ковка значительно улучшает структуру материала, поэтому кованые поршни обладают большей прочностью и большей устойчивостью к износу. Но вкованные поршни невозможно установить терморегулирующие стальные пластины.

Структура металла кованного поршня

 Литые поршни не применяются, если обороты двигателя в рабочем режиме превышают 5000 об/мин. Кроме того, кованые поршни имеют лучшую теплопроводность, поэтому температура кованых поршней ниже температуры поршней, изготовленных методом литья.

 Сравнение температуры литого и кованного поршня

Ремонтные размеры и селективная подборка

 Как ранее отмечалось, диаметр поршня должен строго соответствовать диаметру цилиндра с обеспечением необходимого зазора между ними. Но в реальном производстве изготовленные детали всегда несколько отличаются друг от друга. Поэтому во многих отраслях машиностроения, и автомобилестроение в том числе, принята селективная подборка. После изготовления измеряются и по результатам измерений детали делятся на несколько классов или групп, с определённым диапазоном измеряемого размера. То есть каждому классу отверстия цилиндра (обычно класс цилиндра выбит в определённом месте на блоке цилиндров), подбирается поршень такого же класса. Например, на ВАЗе поршни подразделяются на пять классов (A, B, C, D и E), но в запасные части для ремонта двигателей поставляются поршни только трёх классов (А, С и Е). Считается, что этого вполне достаточно для выполнения качественного ремонта.

Группы поршня по диаметру

 Таблица и рисунок даны только для примера, поскольку для разных моделей двигателей выпускаются поршни разных номинальных размеров. На рисунке и в таблице упоминаются поршни разного номинального диаметра. Кроме этого выпускаются поршни ремонтного размера, с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм диаметром. Не путайте ремонтные размеры, с классами по селективной подборке. Классы селективной подборки отличаются друг от друга на сотые, а, иногда, на тысячные доли миллиметра. А номинальные ремонтные размеры отличаются на несколько десятых долей миллиметра.

 Во время капитального ремонта двигателя с расточкой блока цилиндров под ремонтный размер отверстий цилиндров специалисты ремонтного предприятия точно подгоняют диаметр цилиндра под имеющиеся поршни при хонинговке. Если по причине износа или наличия задиров требуется отремонтировать отверстие одного цилиндра, придётся растачивать все цилиндры. Не допускается применения на одном двигатели поршни разных ремонтных размеров. Диаметр поршня измеряется при помощи микрометра, в направлении, перпендикулярном оси поршневого пальца, на строго установленном расстоянии от низа юбки поршня, указанном в руководстве по ремонту. Все измерения, как диаметра поршня, так и диаметра отверстия цилиндра необходимо проводить при нормальной комнатной температуре – 20º С. Различные производители имеют различные группы или классы поршней по диаметру. Поэтому перед ремонтом двигателя ознакомьтесь с Руководством по ремонту. Кроме селективного подбора поршней по диаметру, поршни также делятся на несколько групп по диаметру отверстия под поршневой палец. Обычно группа поршня определяется цветовой меткой на внутренней поверхности бобышки поршня. Палец поршня имеет соответствующую по цвету метку на торцевой поверхности пальцы.

 Группа поршня по диаметру поршневого пальца

 Каждой группе соответствует установленный диапазон отверстия под поршневой палец, обычно различие между группами не превышает нескольких тысячных миллиметра.

Группа поршня по весу

 Некоторые производители, также делят поршни на несколько групп по весу. Иногда при ремонте двигателя вес поршней уравнивается за счёт снятия металла в установленном месте юбки поршня. Чем меньше различие в весе поршней, тем меньше вибрации двигателя. При замене поршней подбирайте поршни одной весовой группы или, если это указано в Руководстве по ремонту, при помощи удаления металла уравняйте вес поршней.

Данные о размерах поршня и направлении его установки обычно выбиты на днище поршня.

Метки на днище поршня

Маркировка поршня:

1. Стрелка для ориентирования поршня в цилиндре
2. Ремонтный размер
3. Класс поршня по диаметру
4. Группа отверстия поршневого пальца

И так, поршни одного двигателя делятся по следующим признакам: Класс поршня по диаметру (селективная подборка) Группа отверстия под поршневой палец (селективная подборка) Ремонтный размер Группа по весу поршня

Разъяснение мифов, тайн и заблуждений

Зазор между поршнем и стенкой является важным измерением для любого двигателя, и для различных применений могут потребоваться совершенно разные спецификации. Мы объясняем науке почему.

Среди блестящих предметов, которые появляются из новой коробки с высокопроизводительными поршнями, вам также представлена ​​спецификация с подробным описанием критических размеров поршня и, среди прочего, исключительно важного зазора между поршнем и стенкой цилиндра. Это основная спецификация, которой производители двигателей всегда стремятся обеспечить безотказную работу двигателей, которые они создают.

Для получения дополнительных советов, приемов и приемов по сборке двигателя НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ!

Зазор между поршнем и стенкой устанавливается около нижней части юбки со стороны упора, как показано здесь. Между точкой зазора и пакетом колец ни одна часть поршня не приближается к стенке цилиндра. Общеизвестно, что правильный зазор необходим для успешной работы, и что слишком большой или слишком маленький зазор может легко привести к фатальному повреждению двигателя. Некоторый небольшой зазор необходим для обеспечения пространства для смазочной среды, но большая часть зазора встроена для обеспечения скорости расширения компонентов при достижении двигателем рабочей температуры. Ваш новый набор поршней Wiseco обеспечит максимальную производительность, если вы будете следовать инструкциям, которые прилагаются к каждой упаковке. Рекомендуемый зазор между поршнем и стенкой обеспечивает правильную установку и бесперебойную работу.

Большинство конечных пользователей рассматривают рекомендуемый зазор между поршнем и стенкой как исчерпывающий показатель оптимальной посадки поршня в отверстии цилиндра для безопасной работы.

В общем смысле они верны, и внимательное отношение к рекомендуемой подгонке почти всегда предотвратит ужасные бедствия чрезмерного трения, удара поршня, повреждения колец и сопутствующих отказов.

Рекомендуемая точка измерения на поршне — это точка наибольшего диаметра поршня, поэтому она должна быть установлена ​​с надлежащим зазором производителя. Думайте об этом как о точках безопасности, которые производители предоставляют для предотвращения неправильной установки и последующего повреждения двигателя. Но это еще не все. Когда двигатель работает при рабочей температуре, каждая точка на юбке поршня и контактной поверхности кольца имеет определенный зазор, предназначенный для обеспечения надлежащего функционирования поршня и связанного с ним пакета колец.

Юбка поршня — это точка контакта с упорными сторонами поршня. Здесь зазор измеряется в рекомендованной производителем точке, которая варьируется в зависимости от поршня. Это наибольший диаметр поршня и точка критического зазора.

При определении оптимального зазора поршня до стенки конструкторы учитывают все физические и тепловые условия эксплуатации поршня, оценивая следующие факторы и их взаимосвязь для каждой конструкции поршня.

• Приложение
• Тип блока (материал)
• Материал поршня (сплав)
• Тип, (литой, кованый, заэвтектический)
• Размер поршня
• Смазка
• Охлаждение

ЗАЯВКА:

Различные приложения предъявляют разные требования. Скорость двигателя, давление в цилиндре, нагрузка на юбку, угол наклона штока и другие факторы — все это играет роль в оценке конструктором требований к окончательному зазору поршня.Во многих низкооборотных двигателях по-прежнему используются недорогие литые поршни с очень контролируемыми характеристиками расширения. Они могут быть очень плотно установлены в отверстии и прослужат долгое время при нормальной эксплуатации. Они не болтают о запуске, что является серьезной проблемой для автопроизводителей, и год за годом обеспечивают бесперебойную и бесперебойную работу.

Зазор между поршнем и стенкой является важным измерением, на которое влияет множество факторов. Знание размера поршня, основного материала, типа двигателя и многих других деталей имеет решающее значение для правильной работы. Непрерывная работа в режиме WOT резко увеличивает тепловую нагрузку на поршень, что приводит к его большему расширению. Двигатели, подвергающиеся длительному воздействию WOT, почти всегда требуют дополнительного зазора для увеличения расширения и обеспечения достаточного пространства для разбрызгивания масляной пленки на стенки цилиндра. Гоночные двигатели и судовые двигатели, которые выдерживают длительную работу WOT, являются яркими примерами необходимости увеличения клиренса. Высокопроизводительные уличные двигатели, работающие с впрыском закиси азота, требуют большего зазора между поршнем и стенкой, чем, скажем, обычный ежедневный водитель с четырьмя цилиндрами. Другие соображения включают двигатели с сильным форсированием и двигатели с впрыском закиси азота. Рекомендуемые зазоры зависят от области применения, и конструкторы поршней учитывают это, помогая вам с набором индивидуальных поршней. Такие высоконагруженные двигатели, как правило, испытывают более высокие тепловые нагрузки и гораздо более высокое давление в цилиндрах, что может увеличить прогиб поршня и потребовать большего зазора. Хотя поршень и шток являются механизмом, с помощью которого сила передается на коленчатый вал, поршень также отвечает за поддержание устойчивой платформы для поддержки колец.Неустойчивый поршень снижает кольцевое уплотнение и, следовательно, снижает мощность.

Тип и материал блока

Блочный тип существенно меняет требования к зазору поршня до стенки. Алюминиевый блок, такой как этот блок Chevrolet LS3, расширится больше, чем чугунный блок, значительно изменив требования к зазору.

Чугун и алюминий являются преобладающими материалами, из которых изготавливаются корпуса цилиндров. Эти материалы оказывают значительное влияние на зазор между поршнем и стенкой, в первую очередь из-за их характеристик теплового расширения.Чугунные блоки расширяются меньше, чем алюминиевые блоки с чугунными гильзами цилиндров, и, таким образом, более термически стабильны.

В некоторые блоки входят алюминиевые цилиндры с покрытием Nikasil без гильз — они расширяются еще больше. В любом случае необходимо учитывать изменения размеров из-за нагрева, чтобы обеспечить надлежащий зазор поршня. И это включает в себя учет тепловых характеристик материала поршня. Деформация отверстия из-за зажимной нагрузки на крепежный элемент головки блока цилиндров также влияет на окончательные значения зазора поршня.В зависимости от двигателя и конструкции блока, другие крепежные детали также могут деформировать канал ствола. Сюда могут входить крепления двигателя, насосы, кронштейны и т. Д.

МАТЕРИАЛ ПОРШНЯ

Основной материал поршня, вероятно, является самым большим определяющим фактором, определяющим расстояние от поршня до стенки. Поршни из материала 2618 потребуют немного больших зазоров, чем поршни из материала 4032, который содержит термостабилизирующий силикон.

Литые поршни со встроенной распоркой расширения были обычным явлением в течение многих лет, и они по-прежнему обеспечивают очень надежную работу в условиях малой мощности и низких оборотов.Около столетия назад было обнаружено, что добавление 12% кремния в качестве легирующего компонента значительно стабилизирует расширение алюминиевых компонентов, таких как поршни.

Известный как эвтектический сплав алюминия и кремния, он позволил разработать литые поршни с высоким содержанием кремния с содержанием кремния до 20 процентов. Они известны как заэвтектические поршни, и их главное преимущество — очень низкая скорость расширения. Они могут быть установлены с минимальным зазором между поршнем и стенкой 0,0005 дюйма на большом диаметре.

Интересно, что когда современный кованый поршень с большим начальным холодным зазором достигает рабочей температуры, разница в рабочем зазоре меньше, чем можно было бы предположить. Например, Wiseco использует сплавы 2618 и 4032 для всех своих поковок. Хотя степень расширения различается для каждого сплава, Wiseco создала поршни из каждого сплава для одного и того же двигателя, успешно работающие при почти одинаковом рабочем зазоре. Поршень 2618 с большим расширением может иметь больший начальный зазор, чем поршень 4032, но как только двигатель достигнет рабочей температуры, оба поршня будут иметь одинаковые рабочие зазоры.

Профиль поршня

Форма цилиндра поршня обеспечивает точку критического контакта ниже на юбке, чтобы обеспечить точку стабилизации рядом с нижней частью поршня. Поршни также овальные, а не круглые, чтобы уменьшить трение на неупорных поверхностях.

Профиль поршня играет важную роль в определении зазора. Более узкие зазоры, как правило, уменьшают удар поршня (грохот) при холодном запуске и обеспечивают более стабильную посадку, что способствует хорошему кольцевому уплотнению.

Утверждается, что поршни

с юбками полного радиуса (в отличие от бочкообразных профилей) более плотно прилегают. Реальность такова, что поршень с полной юбкой, поскольку он имеет профиль полного радиуса, измеряется в самом низу и имеет гораздо больший зазор везде, кроме точки измерения. Это пример общего зазора поршня, значительно отличающегося от опубликованных технических характеристик зазора.

Размер поршня

Чем больше размер поршня, тем больше он расширяется. В Hot Rod и американских двигателях V8 обычно используются большие поршни, которые требуют большего начального зазора между поршнем и стенкой, чем, скажем, двигатель Honda с меньшим размером внутреннего диаметра.

Для поршней большего размера обычно требуется больший зазор, чем для поршней меньшего размера. Сравнение крайностей иллюстрирует эту точку зрения, если мы рассмотрим разницу в двух не связанных между собой поршнях, используемых для полета. Поршень размером с гильзу от авиадвигателя модели Cox .049 отлично работает с таким минимальным зазором, что даже не требуется какой-либо формы поршневого кольца для уплотнения газообразных продуктов сгорания.

И наоборот, поршень диаметром 5,400 дюйма от двигателя Merlin V-12, который приводил в действие истребитель P-51 времен Второй мировой войны, требует.Зазор от 012 «до 0,014» для удовлетворительной работы. Здесь мы также отметим, что тепловая нагрузка от трения в двигателе Мерлина намного больше, чем в двигателе Кокса. В экстремальных условиях гонок на самолетах в двигателе Merlin возникает значительная тепловая нагрузка, и поршни соответственно расширяются.

Установка зазора поршня до стенки часто является функцией процесса хонингования. Большинство механических мастерских не будут затачивать блок, пока у них не будут под рукой поршни и спецификации. Хонинговальные бруски очень медленно удаляют материал, а также обеспечивают гладкость стенок цилиндров и наличие необходимых впадин для прилипания к ним масла.

Смазка

Масло на стенке цилиндра адаптируется к местным условиям при рабочей температуре, но зазор поршня должен оставлять некоторое пространство для смазочной пленки, чтобы выполнять свою работу. Масляная пленка создается за счет брызг, срывающихся с быстро вращающегося коленчатого вала. Проще говоря, утечка масла из боковых зазоров штока и коренного подшипника отбрасывается на стенки цилиндра и регулируется масляным кольцом тонкой пленкой. Масляная пленка может составлять менее 0,001 дюйма и учитывается в конечном зазоре поршня.Масляная пленка должна присутствовать не только для смазки поверхностей, но и для передачи тепла от поршня к блоку цилиндров, а затем к системе охлаждения.

Тип охлаждения двигателя влияет на расстояние между поршнями и стенками. Поскольку двигатели с воздушным охлаждением зависят от температуры окружающего воздуха и обтекают охлаждающие ребра двигателя (показаны), они видят более широкий диапазон рабочих температур и требуют дополнительных зазоров.

Тип системы охлаждения

Существует значительная разница в требованиях к зазорам для двигателей с воздушным охлаждением по сравнению с жидкостным охлаждением. Системы с воздушным охлаждением, такие как автомобили Volkswagen или Porsche, по сути, являются нерегулируемыми системами, зависящими от условий воздушного потока. Они более склонны к деформации отверстия и неравномерному расширению. Воздушное охлаждение более требовательно из-за значительных колебаний воздушного потока. Например, в авиационном двигателе охлаждение также уменьшается с высотой, потому что воздух тоньше и уносит меньше тепла.

Жидкостное охлаждение обеспечивает большую стабильность благодаря легко регулируемой системе и более быстрому нагреву в качестве бонуса.Охлаждающая среда подается внутрь и наружу в соответствии с температурными условиями и регулированием, обеспечиваемым термостатом. Эти факторы влияют на результирующий зазор между поршнем и цилиндром.

Двигатели сверхвысокой мощности с сумматорами мощности, такими как турбины, нагнетатели и закись азота, требуют большего зазора, чтобы справиться с чрезмерным нагревом, выделяемым в условиях WOT.

Инженеры прилагают все усилия, чтобы определить надлежащий зазор между поршнем и стенкой. Это включает в себя испытания в реальных условиях работающих двигателей с различными конфигурациями юбки и различными зазорами для определения пригодности каждого поршня для конкретного применения.После завершения проектирования зазор и место проверки указываются в инструкциях, прилагаемых к поршням. При строгом соблюдении этих рекомендаций вы можете рассчитывать на безотказную работу ваших новых поршней и оптимальное уплотнение цилиндра для максимальной мощности.

Как проверить зазор между поршнем и стенкой

Проверка зазора между поршнем и стенкой является критически важным измерением, которое должна включать каждая сборка двигателя. Вот подробное описание того, как измерить зазор между поршнем и стенкой.

Щуп больше не используется при определении зазора поршня до стенки на высокопроизводительном или гоночном двигателе. Несмотря на то, что фотографии, на которых производители двигателей проверяют этот размер с помощью тонких лопастей, можно найти в учебных пособиях и в Интернете, точность чисел ненадежна — и современные ведущие производители двигателей требуют точных допусков для обеспечения надежности и производительности.

Таким образом, точные измерения диаметров поршня и цилиндра имеют решающее значение для расчета зазора между поршнем и стенкой, что важно по двум причинам.Если зазор слишком велик, поршень может раскачиваться взад и вперед внутри цилиндра и повредить кольца, стенки цилиндра или юбки. Если зазор слишком мал, поршень может заедать в цилиндре, поскольку он расширяется из-за тепла сгорания.

Diamond тщательно определяет зазор между поршнем и стенкой для каждого продаваемого поршня, но проверка его по отношению к отверстию является обязательной частью процесса сборки. Видите ли, такие вещи, как износ канала ствола и допуск при хонинге, — все это необходимо проверять, чтобы гарантировать успешность сборки двигателя.Diamond устанавливает контрольную точку для своих поршней, измеряя расстояние от дна канавки для масляного кольца, и на приведенной ниже последовательности фотографий мы покажем вам все, что вам нужно знать, чтобы проверить зазор между поршнем и стенкой при следующей сборке. .

Все начинается с чтения спецификации и инструкций, предоставленных производителем поршня. В спецификации будет указан рекомендуемый зазор, а в инструкциях очень конкретно указано, где должен измеряться диаметр поршня. В нижнем графике также приведены корректировки предлагаемого зазора в зависимости от различных применений и сплава поршня. Поршни конические; то есть диаметр верха или тульи чуть меньше юбки. Это помогает компенсировать повышенное количество тепла, поглощаемого днищем поршня во время сгорания. Отверстие цилиндра должно быть идеально круглым, и проверить его с помощью стрелочного индикатора в двух или трех местах. Отверстие цилиндра также должно быть прямым и не иметь внутреннего конуса. Дважды проверьте размеры отверстия посередине и внизу цилиндра. Для этого алмазного поршня точка измерения находится на 0,700 дюйма ниже канавки масляного кольца и под углом 90 градусов к отверстию под палец. Если у вас нет конкретных инструкций от производителя, безопасная точка измерения находится в середине юбок под углом 90 градусов к средней линии отверстия под палец. Himley использует маркер для точного определения точки измерения на обеих сторонах поршня. Внешний микрометр подходящего размера используется для измерения всех поршней в рекомендуемых местах.Поскольку алюминий мягкий, может потребоваться небольшой опыт, чтобы получить точную технику измерения. Вначале обратитесь за помощью к опытному машинисту. Рекомендуемый зазор для этого поршня из сплава 2618 был 0,008 дюйма, но в таблице приложений указано, что для сумматора мощности добавляется 0,001 дюйма к 0,003 дюйма (этот малоблочный двигатель будет иметь сильный турбонаддув). Также сказано, что нужно вычесть 0,002 дюйма для твердого анодированного покрытия, которое имеет этот поршень. Итак, Химли остановился на разрешении 0,007. Если есть небольшие различия между отверстиями и диаметрами поршней, всегда согласовывайте большие поршни с большими отверстиями для более постоянного зазора между поршнем и стенкой.

Влияние зазора между поршнем и цилиндром на трение поршня на JSTOR

Абстрактный

Желательно минимизировать зазор между поршнем и цилиндром, чтобы уменьшить шум и подавить вибрацию. Хотя для этого были предприняты значительные усилия, повышенная сила трения поршня и возникновение заедания все же не позволяют достичь идеального зазора. Чтобы определить нижний предел зазора поршня, очень важно выяснить следующие неизвестные: какая часть поршня способствует увеличению трения при уменьшении зазора поршня, во время какой фазы движения поршня происходит увеличение трения и как зазор поршня влияет на явления смазки.Измерения силы трения поршня в рабочих условиях были выполнены с применением метода плавающей гильзы к одноцилиндровому испытательному бензиновому двигателю. Измерение показало, как изменяется трение поршня при уменьшении зазора поршня. Боковое движение поршня также было измерено. На основе этих экспериментальных результатов была уточнена взаимосвязь между зазором и силой трения поршня в условиях работы двигателя. Кроме того, были раскрыты причины увеличения трения.В этой статье также представлены результаты исследования контакта металла с металлом, который, как было установлено, происходил локально на юбке поршня, снижения силы трения путем изменения профиля юбки и влияния зазора поршня на условия смазки.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

Задиры из-за недостаточного зазора на юбке поршня · Technipedia · Motorservice

Задиры из-за недостаточного зазора на юбке поршня

Описание повреждений

• Несколько похожих участков задиров вокруг юбки поршня.
• Задиры на стороне давления и противодавления на юбке поршня, т. Е. Задиры на противоположных сторонах.
• Поверхность меняется от ярких следов износа до гладких темных участков износа в результате трения.
• Неповрежденная кольцевая зона.

Оценка повреждений

Зазор между юбкой поршня и рабочей поверхностью цилиндра был либо слишком мал по конструкции, либо ограничен деформацией, которая, возможно, не возникала до тех пор, пока двигатель не заработал.

Примечание:

В отличие от задира из-за отсутствия смазки, задиры из-за недостаточного зазора всегда возникают после короткого периода обкатки после ремонта двигателя.

Возможные причины поломки

• Диаметр цилиндра слишком мал.
• Головка блока цилиндров затянута слишком сильно или неравномерно (перекос цилиндра).
• Неровные сопрягаемые поверхности на блоке цилиндров или головке цилиндров.
• Грязные или поврежденные резьбовые отверстия или болты головки цилиндров.
• Заедание или недостаточная смазка посадочных поверхностей.
• Использование неподходящих или неподходящих прокладок головки блока цилиндров.
• Деформация цилиндра из-за неравномерного нагрева из-за отложений извести, грязи или других неисправностей в системе охлаждения.

Задиры под углом 45 °

Описание повреждений

• Задиры как со стороны давления, так и со стороны противодавления, со смещением примерно 45 ° к оси поршневого пальца.
• Области задиров меняются от ярких следов износа до относительно гладких участков с темным изменением цвета, вызванных трением (рис. 1).
• Поршневой палец имеет синий цвет закалки (рис. 3). Причина: станина поршневого пальца нагрелась из-за недостаточного зазора или отсутствия масла.

Оценка повреждений

Бобышка поршневого пальца сильно нагрелась. Тонкостенная и эластичная юбка поршня способна компенсировать повышенное тепловое расширение со стороны давления и противодействия осевой нагрузке. Бобышка поршневого пальца становится более жесткой, и ее расширение увеличивается. Зазоры ограничены, и происходит заедание поршня. Задиры поршня сосредоточены вокруг перехода между выступом поршневого пальца и юбкой поршня.

Возможные причины поломки

• Механическая перегрузка подшипника шатуна, например из-за ненормального сгорания.
• Неисправность / перелом в жиклере впрыска масла.
• Недостаточное давление масляного насоса или его отсутствие.
• Недостаточная смазка при первом запуске двигателя.Поршневой палец не смазывался или был недостаточно смазан при сборке.
• Выход из строя втулки шатуна (заедание поршневого пальца) из-за недостаточного зазора или смазки.
• Неисправность монтажа при усадке поршневого пальца (шатун с горячей посадкой). Во время процесса усадки необходимо следить за тем, чтобы сразу после вставки поршневого пальца не проверялась свобода движения ложа поршневого пальца из-за наклона поршня вперед и назад. Температуры между двумя компонентами выравниваются сразу после того, как холодный поршневой палец вставлен в горячий шатун. Подвод тепла увеличивает тепловое расширение поршневого пальца, как это имеет место во время работы двигателя. Если кровать перемещается в этом состоянии, это может привести к появлению начальных следов трения или задиров. Это может вызвать жесткость или повреждение станины поршневого пальца во время работы двигателя. По этой причине дайте собранным компонентам остыть, прежде чем проверять свободу движения.

Задиры из-за недостаточного зазора на нижнем конце юбки

Описание повреждений

• Задиры из-за недостаточного зазора на концах нижней юбки со следами износа и следами от износа.
• Следы изменяются от ярких следов износа до гладких участков с темным изменением цвета, вызванных трением (рис. 1).
• В остальной части поршня нет ничего необычного.
• Задиры на гильзе цилиндра в районе нижних уплотнительных колец (рис. 2).

Оценка повреждений

Задиры поршня на нижнем крае юбки поршня были вызваны деформацией / ограниченными зазорами в нижней части гильзы цилиндра.

рисунок 1 Рис. 2

Возможные причины поломки

• Неправильные уплотнительные кольца: слишком толстые уплотнительные кольца могут деформировать гильзу цилиндра и уменьшить рабочий зазор поршня.
• Дополнительное использование жидких герметиков в канавке под уплотнительное кольцо.Для герметизации поверхностей уплотнительные кольца должны иметь возможность упруго деформироваться. Необходимое для этого свободное пространство в канавке нельзя заполнять дополнительным герметиком.
• Любые остатки уплотнительного кольца или грязь в канавках под уплотнительное кольцо не удалялись перед установкой.
• Если уплотнительные кольца перекручиваются при вставке гильзы цилиндра или выскальзывают из канавки для уплотнительного кольца, гильза цилиндра будет сужаться в этой области. Во избежание этого при установке гильзы цилиндра всегда необходимо использовать смазку.

Зазор между поршнем и цилиндром: видеоинструкции с Mahle

Двигатель в сборе требует измерения нескольких компонентов для обеспечения достаточных зазоров. Зазор между поршнем и отверстием цилиндра является одной из таких критических областей. Хотя зазор обычно устанавливается машинистом во время хонингования цилиндра, сборщик обязательно должен знать, как проводить измерения, чтобы перепроверить машиниста. Mahle Motorsports подготовила это информативное видео с практическими рекомендациями о процессе.

Для измерения зазора между поршнем и отверстием требуются специальные инструменты. Список включает следующее: микрометр, штангенциркуль и калибр. Микрометры имеют диапазон в один дюйм и будут использоваться для измерения поршня. Выберите микрометр с диапазоном, который включает диаметр поршня. Штангенциркуль с круговой шкалой используется для определения точки измерения на поршне. От нуля до шести дюймов будет достаточно.

Наконец, калибр внутреннего диаметра будет использоваться для измерения диаметра отверстия цилиндра.Как и микрометр, калибры внутреннего диаметра покрывают определенный диапазон. Однако калибр внутреннего диаметра поставляется с рядом удлинителей и проставок для покрытия большего диапазона, например, от двух до шести дюймов.

После приобретения всех инструментов необходимо определить зазор и точку измерения для поршня. Оба они предоставляются производителем поршня. Mahle предоставляет онлайн-версию своего руководства по применению на своем веб-сайте.

Использовать руководство по применению Mahle очень просто.Найдите свое приложение и найдите справа номер детали поршня. Слева от номера детали указаны минимальный и максимальный зазоры, а также точка измерения поршня.

Определение правильной точки измерения имеет решающее значение, поскольку каждый поршень имеет уникальный профиль. Измерения, сделанные выше или ниже указанной точки, будут неправильными. Неправильное измерение поршня приведет к неправильному расчету зазора поршня и отверстия.

Штангенциркуль устанавливается на правильное расстояние для определения точки измерения (вверху), а затем используется Sharpie для отметки точки на поршне (см. Ниже).

Обязательно нанесите по одной отметке на каждую юбку в качестве ориентира. Очень важно, чтобы микрометр был размещен на каждой юбке на правильной высоте.

Наковальня и шпиндель микрометра должны быть перпендикулярны юбке. Если одна сторона немного смещена, вы получите неверное измерение. Запишите размер поршня.

Есть несколько способов настроить калибр внутреннего диаметра. В этом примере компания Mahle установила калибр внутреннего диаметра для измерения фактического диаметра отверстия. Датчик диаметра показывает ноль на 4.040 дюймов. Альтернативный метод — измерить зазор без каких-либо расчетов, установив калибр диаметра на ноль при измерении поршня. Показание калибра диаметра будет соответствовать зазору между поршнем и отверстием.

Покачивайте манометр взад и вперед и снимите наименьшее значение. Наименьшее показание происходит, когда манометр расположен перпендикулярно стенке цилиндра. Добавьте показание к 4,040, чтобы определить размер отверстия. Этот датчик показывает 0,0002 дюйма (две десятитысячных дюйма), что обычно обозначается как «две десятых».«Это в 15 раз тоньше, чем средний человеческий волос!
Если цилиндр хонинговался с помощью торсионной пластины, велика вероятность того, что отверстие имеет некруглую форму без затяжки головки цилиндра. Поэтому лучше всего проверять размер отверстия с установленной пластиной крутящего момента. Если он недоступен, измерьте расстояние около дна цилиндра в том месте, где втулка выходит из сердечника блока. Деформация цилиндра в этой области ограничена.

Размер отверстия цилиндра минус диаметр поршня равен зазору поршня до отверстия.

Переменные, влияющие на зазор между поршнем и цилиндром

Прецизионные измерения, такие как размер отверстия и диаметр поршня, имеют решающее значение для сохранения работоспособности двигателя. Учтите любые внешние факторы, которые могут исказить результаты измерения. Мал указал на два общих.

Во-первых, температура заставляет цилиндры и поршни расширяться и сжиматься. Крайне важно, чтобы и блок цилиндров, и поршни имели комнатную температуру. Небольшие различия в температуре могут значительно изменить измерения, учитывая, что микрометр и калибр внутреннего диаметра измеряют с шагом в одну десятитысячную дюйма.

Измерительные инструменты также должны иметь комнатную температуру. Сведите к минимуму контакт рук с инструментами. Выполните измерение, затем установите инструмент, чтобы записать показания. Тепло тела от того, что вы держите манометр в руке, сдвинет стрелку на две десятых. В качестве альтернативы, перед обнулением и измерением вручную нагрейте манометр.

Как упоминалось ранее, при хонинговании цилиндра поршень настраивается на зазор отверстия. Предоставьте механику двигателя поршни, чтобы можно было получить правильный зазор.Шаги, изложенные Mahle, позволят сборщику дважды проверить работу машиниста.

Оптимальная конструкция по зазору пары трения поршня водяного гидравлического насоса

[2] Бин Сюй, Цзюньхуэй Чжан, Хуайонг Ян, Журнал Технологического университета Ланьчжоу, Vol.36 (2010), стр 31-37.

[3] Ван X., Ямагути А., Часть 2: Об эксцентрической нагрузке и потерях мощности, Tribology International, Vol.35 (7) (2002), стр. 435-442.

[4] Гуоцинь Хуан, Юйцюань Чжу, Сяохуэй Ли, 7-я Международная конференция по передаче энергии и управлению ею: Ханчжоу, апрель (2009 г.), стр.494-497.

[5] Шудун Ян, Гидравлика, пневматика и уплотнения, Vol. 28 (l) (2008), стр. 16-18, на китайском языке.

Зазор между поршнем и цилиндром

Расшифровка

— Добро пожаловать на сегодняшний вебинар.Сегодня мы поговорим о зазоре между поршнем и стенкой цилиндра. Мы собираемся выяснить, что это за термин, что он означает и почему он является одним из наиболее важных показателей в вашем движке. Если вы хотите создать двигатель, который будет красивым и тихим, с хорошей мощностью и крутящим моментом, с минимальным расходом масла и, что наиболее важно, конечно, с длительным сроком службы. Теперь это одна из тех горячих тем, когда дело доходит до создания высокопроизводительного двигателя, и, как и большинство вещей в индустрии повышения производительности послепродажного обслуживания, существует довольно много мифов и недоразумений относительно зазора между поршнем и стенкой цилиндра, поэтому, надеюсь, сегодня мы собираемся попробовать и разрушить некоторые из этих барьеров, избавиться от некоторых из этих мифов.

Итак, у вас есть действительно четкое представление о том, что это такое и что вам нужно знать об этом. Как обычно, у нас будет набор вопросов и ответов, поэтому, если есть что-то, о чем я сегодня говорю по этой теме, пожалуйста, не стесняйтесь спрашивать их в чате, команда передаст их мне, и мы застрянем в те, что в конце. Итак, я думаю, мы начнем с разговора о том, что это такое, и на самом деле ключ кроется в названии. Это просто зазор между юбкой поршня и внутренней частью цилиндра.Итак, если мы посмотрим на один из образцов поршней, которые у нас есть, у нас есть юбка поршня, и для того, чтобы этот поршень правильно работал в наших отверстиях, нам нужен определенный зазор между внешней стороной юбки и внутри нашего ствола.

Хотя, честно говоря, я не думаю, что у меня есть много шансов установить поршень LS в наш Subaru FA20, это проблема, с которой мы разберемся немного позже. Идея получения правильного зазора заключается в том, что если он правильный, он будет гарантировать, что поршень будет правильно и стабильно работать в канале ствола.Как вы, наверное, догадались, если зазор между поршнем и стенкой цилиндра будет чрезмерным, мы получим ситуацию, когда поршень может качаться назад и вперед в отверстии. Теперь с этим есть пара проблем. Прежде всего, это создаст шум.

Это не то, чего мы действительно хотим от нашего недавно созданного движка производительности. Поскольку поршень также будет раскачиваться на довольно высокой скорости, если он будет делать это много, очевидно, что это приведет к большему износу, чем если бы поршень был красивым и устойчивым в канале ствола.Другой важный аспект, который здесь часто упускается из виду, заключается в том, что нам нужно убедиться, что наш поршень находится в хорошем состоянии и стабилен в отверстии, потому что, в свою очередь, это стабилизирует пакет колец относительно отверстия, а уплотнение между кольцом и отверстием так важно. чтобы убедиться, что наше давление сгорания остается в верхней части поршня, уменьшает удар, проходящий мимо набора колец, вниз в картер картера, и в качестве дополнения всего этого, если мы сможем сохранить наш пакет колец в хорошем состоянии и стабильная, мы также получим преимущество, потому что в конечном итоге мы получим меньший расход масла.Вот чего мы пытаемся достичь, мы пытаемся получить определенный зазор для стабилизации поршня. Однако сложность здесь в том, что, когда мы строим наши двигатели, мы, очевидно, строим их при комнатной температуре.

В камере сгорания вырабатывается много тепла, которое затем подается в головку поршня. Конечно, наши поршни сделаны из алюминиевого сплава, поэтому он будет расширяться при нагревании. Итак, то, что мы пытаемся сделать здесь при комнатной температуре, — это выбрать зазор между поршнем и стенкой цилиндра, который, по сути, даст нам хороший плотный минимальный рабочий зазор, когда этот поршень расширится и достигнет рабочей температуры.И здесь все становится немного сложнее. Первый аспект заключается в том, что разные поршни будут иметь разные коэффициенты теплового расширения или, другими словами, они будут расширяться более или менее при нагревании.

Итак, конечно, это важный фактор, который мы должны принять во внимание. Нам нужно учитывать тип поршня, который используется в нашем двигателе. И действительно, когда дело доходит до этого, мы собираемся встретить три типа поршней в целом. И я просто хочу пройтись по ним, чтобы мы получили некоторое представление о поршнях и о том, что свойства этого поршня значат для нас, в чем заключаются их преимущества и недостатки и, конечно же, как это влияет на их коэффициент теплового расширения.На самом деле, с точки зрения теплового расширения или, другими словами, насколько поршень расширяется при достижении рабочей температуры, это действительно сводится к содержанию кремния, который содержится в алюминиевом сплаве поршня.

Итак, если мы имеем дело с заводским поршнем или заводским двигателем, почти неизбежно заводским поршнем будет литой поршень. Это сделано потому, что это рентабельно, для производителя очень дешево производить литые поршни, и, честно говоря, в наши дни литые поршни на самом деле чертовски хороши по сравнению с тем, с чем мы имели дело много лет назад.И они действительно могут выдержать достаточно высокий уровень злоупотреблений в наши дни, поэтому наличие литого поршня, в зависимости от вашего приложения, не обязательно означает, что это будет проблематично. Таким образом, большинство этих литых поршней, которые мы используем, называются заэвтектическими поршнями, и это относится к содержанию кремния, содержащегося в алюминиевом сплаве. Таким образом, заэвтектический поршень обычно находится в диапазоне от 16% до 19% с точки зрения содержания кремния.

Таким образом, чем больше содержание кремния у нас здесь, тем в конечном итоге мы получим более твердую и хрупкую конструкцию поршня, и мы также собираемся закончить, когда содержание кремния увеличивается, с поршнем, который расширяется меньше для заданная температура.Теперь, с точки зрения литого поршня, у нас есть литой поршень, я не буду вдаваться в процесс производства, но процесс литья, по сути, мы просто заливаем расплавленный сплав в форму. В итоге мы получаем поршень, который не имеет реальной зернистой структуры. Так что это один из недостатков. Из-за этого, в сочетании с высоким содержанием кремния, он имеет тенденцию быть довольно хрупким, и именно здесь литой поршень не слишком хорошо выдерживает очень высокое давление в цилиндре, и, в частности, он очень нетерпим к любому уровню давления в цилиндре. детонация.

Когда происходит детонация, у нас возникают резкие скачки давления внутри камеры сгорания, и самый простой способ сравнить это с тем, что кто-то на самом деле бьет молотком по головке поршня. А с литым поршнем с высоким содержанием кремния, мы, скорее всего, с высоким уровнем детонации в конечном итоге вырвем секции из зоны нашего кольца. И это один из наиболее распространенных видов отказа, который мы наблюдаем при использовании литого поршня. В частности, тот, который был настроен на слишком большой угол опережения зажигания, агрессивный угол опережения зажигания, когда он действительно страдал от детонации.Однако жесткий аспект этого высокого содержания кремния, заэвтектический поршень, с точки зрения производителя оригинального оборудования, является преимуществом.

Это означает, что поршень менее подвержен износу. Так что это здорово для производителя оригинальных комплектующих, это даст поршню, который обеспечит действительно долгий срок службы, он будет сохранять свою форму, а также будет поддерживать точный контроль наших кольцевых канавок, что опять же очень важно для обеспечения того, чтобы наши кольца плотно прилегают.Целостность этих кольцевых канавок действительно важна, поэтому у вас есть прочная, стабильная поверхность для уплотнения наших колец. Другой аспект заключается в том, что с точки зрения зазора, который мы, вероятно, увидим, сейчас я не могу дать вам подробностей, потому что фактический зазор будет зависеть от области применения, а также, в некоторой степени, от диаметра отверстия. Но мы, вероятно, увидим зазор между стенкой и стенкой поршневого цилиндра на нашем литом заводе где-то в районе примерно одной, 1,5 тысячи, а иногда даже меньше одной тысячи.

Очень-очень плотный зазор между поршнем и поршнем, и то, что он делает, прямо с холодного пуска поршень очень устойчив в канале ствола, абсолютно нет шансов, что поршень будет раскачиваться назад и вперед, потому что мы очень плотно прилегаем к нему. стенка цилиндра, и, конечно же, когда поршень расширяется, он получает еще большую поддержку. Итак, это наш заводской литой поршень. Следующим шагом наверху, если мы будем рассматривать поршни с высокими эксплуатационными характеристиками, будет кованый сплав 4032. Таким образом, их можно приобрести практически у всех производителей поршней на вторичном рынке.И они не очень распространены, и, честно говоря, они поршневые, которые, вероятно, действительно хорошо подходят для большинства сборок, которые мы видим там.

В частности, для уличных автомобилей, которые собираются увидеть или которым потребуется длительный срок службы между ремонтами, и даже для умеренно мощных гоночных двигателей, ковка 4032 на самом деле неплохой вариант. Итак, в первую очередь мы переходим от литого поршня к поковке. Таким образом, это снова связано с производственным процессом заготовки, из которой изготавливается поршень, и, по сути, теперь мы придаем материалу сплава форму поршня под воздействием высоких температур и давления.И преимущество в том, что это дает нам красивую структуру зерна, которая дает нам больше прочности в поршне. Опять же, немного в стороне от нашей актуальной темы, но о которой стоит поговорить.

Итак, с 4032 содержание кремния падает с 16% до 19%, которые мы наблюдаем в заэвтектическом литом поршне, до примерно 10-12% содержания кремния. Таким образом, 12% находится около точки эвтектики, в основном выше, чем мы приближаемся к точке, когда у нас больше кремния, чем может быть поглощено или растворено в алюминиевом сплаве, с которым мы имеем дело.Таким образом, у нас все еще есть разумное содержание кремния, так что с этой поковкой 4032 это содержание кремния снова помогает сделать поршень относительно твердым. У нас действительно есть некоторые аспекты поршня, которые также увеличиваются с точки зрения его хрупкости, очевидно, что это может быть недостатком, это действительно своего рода, здесь есть свои плюсы и минусы. Имея зазор между цилиндром и поршнем, зазор между стенкой цилиндра и поршнем на поковке 4032, мы могли бы подскочить где-то в районе двух-трех тысячных долей дюйма.

Таким образом, мы значительно больше, чем то, что мы могли бы увидеть для сопоставимого литого поршня. Но все же от двух до трех тысяч, это относительно мало, и мы все еще собираемся поддерживать хороший контроль над этим поршнем при холодном двигателе. Теперь, поскольку поршень 4032 содержит меньше кремния, чем литой, к тому же он кован, у нас есть поршень, который менее хрупкий и более гибкий, чем литой поршень. Таким образом, он будет более прочным, но поскольку в нем все еще есть разумное содержание кремния, мы по-прежнему собираемся получить хорошие характеристики износа этого поршня 4032.Итак, как я уже сказал, это действительно хороший выбор в середине пути, если вы ищете поршень, который должен будет пройти долгий срок службы при таких уровнях мощности, которые литой поршень, вероятно, не будет. подходит для.

И затем, вероятно, самый популярный товар, который мы видим на вторичном рынке кованых поршней, — это 2618. И это снова относится к содержанию кремния в поршне, и здесь мы упали с 10% до 12%, что мы видели в ковке 4032, примерно до 0,25%. Очевидно, это будет немного отличаться от одного производителя к другому.Так как теперь в этой поковке очень мало кремния, она будет расширяться намного больше при нагревании. Обратной стороной этого является то, что нам нужен гораздо больший зазор между цилиндром и стенкой поршня, чем с нашим 4032 и литым поршнем.

Мы, вероятно, будем в диапазоне от 3,5 до 5 тысяч зазор поршня до стенки цилиндра. Его легко может быть значительно больше, особенно для больших диаметров отверстий на двигателях с большим наддувом или двигателях, работающих с большим наддувом или с большим количеством закиси азота, если на то пошло, нам понадобится гораздо больший зазор, чем это, потому что мы собираемся производить намного больше тепла.Таким образом, преимущество поковки 2618 и то, почему люди выбирают ее, заключается в том, что по сравнению с 4032 материал более податлив, это технический термин, в основном он немного мягче. И я говорю мягче с точки зрения того, что это все еще металл, вы не собираетесь гнуть его голыми руками или чем-то еще, не думайте, что это что-то в этом роде. Он также имеет более высокий предел прочности на разрыв и более высокое сопротивление усталости по сравнению с 4032.

Так что для приложений с очень высокой мощностью это не проблема, это определенно лучший поршневой двигатель.И если вы можете сломать поршень 2618, скорее всего, что-то не так с вашей конструкцией двигателя или настройкой. Итак, чтобы снова оценить это, по сравнению с поршнем 4032, поковка 2618 будет расширяться примерно на 15% больше при рабочей температуре. Это диапазон поршней, с которыми мы имеем дело, и приблизительный ориентир от 0,5 до одной тысячи для литого заэвтектического поршня до пяти тысяч или более для нашего кованого поршня 2618. Теперь все это не имеет значения, когда наш двигатель прогрет до рабочей температуры, и мы, конечно же, закончим с расширенным поршнем, и он будет красивым и стабильным в канале ствола.

Эти проблемы проявляются, в частности, в поковке 2618, где поршень холодный, особенно в очень холодном климате. Когда мы запускаем двигатель холодным способом, мы можем столкнуться с характерным дребезжанием поршня. И это буквально поршень, раскачивающийся вперед и назад, когда он движется вверх и вниз по каналу. Звучит не очень хорошо, в нем есть все те проблемы, о которых я уже говорил ранее. К счастью, он должен исчезнуть, как только наш двигатель немного нагреется.Так что это в некоторой степени неизбежно.

Мы действительно хотим позаботиться об этом, потому что, очевидно, интенсивная работа двигателя или использование большой мощности с двигателем, когда он холодный, когда наш поршень все еще расширяется до рабочей температуры, на самом деле не рекомендуется, мы закончим с большим количеством ударов мы собираемся закончить с большим расходом масла с этим. Так что нам нужно было это учитывать. Одна из вещей, которые я отметил за свою карьеру, — я не машинист двигателя.Поэтому я всегда работал с машинистами двигателей, чтобы выполнить работу по механической обработке двигателей, поэтому наши поршни, наши блоки расточены и отточены в соответствии со спецификациями. И то, что я отчасти обнаружил, и я думаю, что это справедливо, вероятно, касается многих основных механических мастерских, так это то, что, когда они выбирают зазор между поршнем и стенкой цилиндра, они проявляют осторожность.

В пределах разумного, уменьшение зазора между поршнем и стенкой цилиндра всегда будет безопаснее, чем более узкое.Если у нас есть небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра, мы получим двигатель, который будет немного шумным в холодное время года. Возможно, двигатель, у которого немного снизилась мощность, возможно, двигатель, который дышит немного больше и не вырабатывает столько мощности, сколько мог бы, извините, использует немного больше масла, чем следовало бы, по сравнению с тем, если бы мы пошли немного плотно прилегает к зазору между поршнем и стенкой цилиндра, конечно, когда наш поршень расширяется вверх, если у нас недостаточно зазора, мы попадаем в ситуацию, когда поршень заедает в отверстии.Теперь, если это произойдет, это не закончится хорошо, и вам придется разобрать двигатель и заменить компонент. Поэтому, столкнувшись с этим выбором и в некоторой степени понятным, машинист склонен выражать осторожность, но иногда я обнаруживаю, что они идут немного дальше, чем им действительно нужно.

Итак, все дело в образовании и понимании того, что нам сойдет с рук, а также в понимании вашего конкретного приложения. И мы обнаружим, что все наши поршни поставляются с некоторыми рекомендациями по зазору между поршнем и стенкой цилиндра.Итак, что я собираюсь сделать, я думаю, что моя камера iPhone действительно умерла, что не слишком помогает. Но это нормально, у нас есть другая альтернатива. У нас есть лист спецификации поршней, который поставляется JE с поршнями, которые мы используем для нашего Subaru FA20.

Итак, что я попробую сделать здесь, это просто поместить их под наш снимок сверху, и, надеюсь, надеюсь, я смогу сделать это так, чтобы вы могли это увидеть. Да, я думаю, это сработает. Итак, то, что мы здесь видим, является важной информацией для нашего разрешения.И здесь мы видим, что для этого конкретного набора поршней установите зазор 0,0040 дюйма или четыре тысячных дюйма, если вы хотите работать в метрической системе, 0,1016 миллиметра. Обратите внимание, что для некоторых приложений может потребоваться больше прав.

Так что это действительно важно понять, я вернусь к этому. Хотя мы делаем этот снимок сверху, я также хочу упомянуть, что действительно важно, где мы на самом деле измеряем этот зазор, и у нас есть этот красивый маленький рисунок, чтобы показать нам, где это делать.Это называется контрольной точкой, и если вы не можете увидеть ее здесь дома, наша контрольная точка составляет 0,275 дюйма или семь миллиметров от низа юбки. Итак, это часть важной информации, которая нам нужна. На самом деле в этом листе спецификаций также есть предлагаемый размер готового отверстия, до которого машинист двигателя должен иметь возможность довести отверстия до него, и если они это сделают, это по определению должно дать нам запрошенный зазор.

Хорошо, я просто хочу вернуться и поговорить о том факте, что для некоторых приложений может потребоваться дополнительное разрешение.А в двигателестроении, к сожалению, не так много абсолютов. Нам действительно нужно понять, что повлияет на наши идеальные рабочие зазоры. И это ничем не отличается, например, от набора поршневых колец. Здесь нет универсального ответа, есть руководство, которое мы можем использовать, а затем нам нужно адаптировать это руководство в зависимости от того, что мы делаем.

Надеюсь, теперь вы понимаете, что на самом деле все сводится к тому, сколько тепла подвергается поршень. Так, например, если мы запускаем двигатель без наддува, а затем берем тот же двигатель и добавляем турбонагнетатель или нагнетатель, наш двигатель теперь вырабатывает больше мощности, потому что он сжигает больше топлива и воздуха в камере сгорания. .Понятно, что более крупное сгорание создает больше тепла, которому подвергается головка поршня. Таким образом, при прочих равных, нам, вероятно, потребуется немного больше зазора между цилиндром и поршнем, поршнем и стенкой цилиндра для двигателя с принудительным впуском, чем для двигателя без наддува. Это также могло быть связано с использованием двигателя.

Что касается двигателя для гонок на выносливость по сравнению с уличным двигателем, то же самое, мы, вероятно, увидим, что поршень будет подвергаться более высокой температуре в течение более длительного периода времени, и, очевидно, в крайних случаях это одна из наших очень-очень высоких гонок наддува. двигатели, которые используются для дрэг-рейсинга, где мы можем использовать наддув от 60 до 80 фунтов на квадратный дюйм.Возможно, это двигатель мощностью около 1500 лошадиных сил всего на два литра и четыре цилиндра. Таким образом, в этом диапазоне нам нужно как бы учитывать это и быть немного более щедрым с нашим зазором между поршнем и стенкой цилиндра. Теперь точка измерения, которую я только что вам показал, точка на юбке, которую нам нужно измерить, это действительно важно, и это снова то, на что часто не обращают внимания. Хотя на первый взгляд может показаться, что наш поршень параллелен или две стороны поршня параллельны друг другу, если бы мы действительно измерили их микрометром, мы бы обнаружили, что это не так.

И, как правило, мы получаем небольшую цилиндрическую форму юбки нашего поршня. И причина, по которой у нас есть эта цилиндрическая форма, когда поршень находится здесь при комнатной температуре, заключается в том, что головка поршня будет расширяться больше, чем основание юбки. Просто он будет подвергаться большему нагреву. Производитель принимает это во внимание, и диаметр юбки подбирается таким образом, чтобы справиться с этим. И это ситуация, которую я видел в нескольких группах на Facebook, люди говорят о состоянии своего двигателя, и в основном у них двигатель стоит на стенде, даже если это свежая сборка, поршень будет наверху. мертвая точка, и они будут раскачивать его вперед и назад в отверстии.

И по номинальной стоимости, если вы не знаете, на что смотрите, может показаться, что зазор безумно чрезмерен, и это просто потому, что у нас гораздо больше зазора прямо на кольцевом пакете, чем на нижнем. низ юбки, это нормально, именно так и должно быть. Но важно отметить, что если мы собираемся получить достоверные данные, когда мы измеряем зазор между поршнем и стенкой цилиндра, очень важно измерить юбку поршня в этой точке измерения.Итак, что мы собираемся сделать, я просто расскажу о покрытиях юбок, а затем мы быстро продемонстрируем, как мы можем это измерить. Это еще один аспект, который может повлиять на зазор между поршнем и стенкой цилиндра, поэтому важно понимать, какое покрытие вы нанесли, если оно есть, и какой эффект это может иметь. Итак, у меня есть три примера, очевидно, у нас есть поршень LS, с которым я экспериментировал, и очевидно, что на нем вообще нет покрытия юбки.

Это довольно просто, мы просто измеряем юбку нашим микрометром, и это все, что нам нужно учитывать.У меня есть еще один поршень, эти два следующих поршня — Subaru FA20 от JE. На этот конкретный поршень нанесено относительно обычное антифрикционное покрытие, которое можно приобрести практически у всех производителей поршней на вторичном рынке. Идея состоит в том, что это смазка с сухой пленкой, предназначенная для износа. Это относительно мягкое и очень тонкое покрытие.

Таким образом, с этим типом покрытия нам не нужно делать какие-либо поправки в отношении зазора между поршнем и стенкой цилиндра.Таким образом, это будет четко указано, если вы просите покрытие на юбке поршня, поэтому вам нужно просто принять это во внимание. Есть и другие покрытия, которые мы рассмотрим дальше, и нам нужно это учитывать. Итак, это покрытие, особенно после того, как двигатель немного поработал, когда мы его снимем, мы увидим, что на нем будет рисунок износа, и особенно там, где юбка соприкасалась со стенкой цилиндра, мы в конечном итоге это покрытие будет практически стерто на некоторых участках.Следующее покрытие, которое мы собираемся рассмотреть, относительно новое от JE, они называют его покрытием Perfect Skirt.

И я думаю, что на данный момент, я думаю, что Wiseco также предлагает свою собственную версию, которую, как мне кажется, они называют ArmorGlide. По сути, это то же самое, но то, что он призван сделать, на самом деле исправить некоторые из тех недостатков поковки 2618, когда нам нужен чрезмерный зазор между поршнем и стенкой цилиндра при сборке двигателя. Таким образом, это покрытие намного толще, и на самом деле оно не предназначено для износа, как покрытие, которое мы только что рассмотрели.Таким образом, это фактически предусмотрено в зазоре, который мы указываем или указываем JE для поршня, и то, что он предназначен для того, чтобы взять на себя часть этого, то, что мы могли бы назвать чрезмерным зазором, и убедиться, что поршень хороший и стабильный, особенно когда Холодно. Но он может деформироваться, в основном до формы нашего цилиндра, чтобы действительно войти в цилиндр и убедиться, что у нас нет проблем с заеданием нашего поршня.

Итак, с таким покрытием, надеюсь, вы действительно увидите, давайте перейдем к нашей верхней камере.Вы можете видеть, что на юбке поршня есть небольшое окошко в покрытии юбки. Так что это проходит через покрытие юбки прямо к алюминию, и это область, где нам нужно снять наши измерения. Так что, если мы действительно измерим само покрытие юбки, потому что оно относительно толстое, это даст нам совершенно неточный результат. Идея покрытия Perfect Skirt заключается в том, что мы можем уменьшить зазоры в диапазоне, может быть, тысячу или около того, что вполне сравнимо с традиционным литым поршнем, чтобы добиться приятной бесшумной работы двигателя.

Фактический зазор, который мы получаем, по-прежнему достаточен для поковки 2618. Но это идеальное покрытие юбки должно компенсировать провисание. Таким образом, мы еще не использовали этот набор поршней, поэтому я говорю по существу только из пропаганды продаж JE, поэтому я добавлю это туда. Но хотя это относительно недавно, они уже были в эксплуатации и уже довольно хорошо зарекомендовали себя. Хорошо, мы скоро перейдем к некоторым вопросам и ответам, так что если они у вас есть, это прекрасный шанс задать эти вопросы, и мы перейдем к ним в ближайшее время.

Итак, я просто хочу провести грубую операцию по измерению зазора между поршнем и стенкой цилиндра. И независимо от того, полагаетесь ли вы на механический цех, которым, вероятно, пользуется 99,9% из вас, если у вас есть собственный механический цех, вам, вероятно, не нужно посещать этот веб-семинар и узнавать о зазоре между поршнем и стенкой цилиндра. Так что да, вы, вероятно, будете полагаться на внешнего машиниста двигателя. Я обнаружил, что всегда полезно следить и просто проверять и видеть, каковы ваши допуски.И я думаю, что это, вероятно, одно из золотых правил построения двигателя в целом, просто никогда не делайте предположений.

Всегда измеряйте и проверяйте абсолютно все. И даже если у вас есть качественный машинист, который выполняет исключительную работу, вы также должны понимать, что эти люди все еще люди и, в конце концов, они все еще могут совершать ошибки. Будет намного дешевле и намного проще подобрать это во время сборки манекена и на этапе сборки, чем просто слепую сборку вашего двигателя, предполагая, что все в порядке, а затем обнаруживая на собственном опыте, что что-то действительно не так.Другой аспект, который, я думаю, немного более тонкий, заключается в том, что если у вас есть отношения со своим машинистом двигателя, и они знают, что вы собираетесь проверять их работу и измерения, и вам не нужно указывать это неприятным образом, но если они действительно понимают, что вы умны, вы знаете, что делаете, и проводите свои собственные измерения, чтобы проверить их работу, я обычно обнаруживаю, что они, как правило, идут дальше, чтобы убедитесь, что вы не собираетесь их показывать. Так что я просто обнаружил, что проверка зазоров, как правило, дает вам по умолчанию лучшую отделку.

Хорошо, поэтому мы хотим начать с измерения нашего поршня, мы избавимся от нашего поршня LS здесь и возьмем один из наших кованых поршней JE. И у нас есть точка измерения, которая, как мы обнаружили, находилась в семи миллиметрах от верха юбки, и, чтобы упростить это, я на самом деле считаю, что хороший способ — просто отметить это маркером. Итак, у меня есть небольшая точка, которую я уже разместил с обеих сторон этого поршня в точке, где мы будем проводить измерения.Итак, в этом случае все, что нам нужно сделать, это использовать обычный микрометр, и мы собираемся использовать здесь наш микрометр и проводить измерения прямо в этих точках, всегда неплохо просто следовать обычному протоколу, когда мы используем наш микрометр, убедившись, что мы получаем там хорошие точные измерения. Я также упомяну, что когда мы проводим эти измерения, поскольку алюминий действительно имеет относительно высокую скорость теплового расширения по сравнению, например, с чугуном, рекомендуется, вы, вероятно, обнаружите в своей спецификации, что эти измерения были выполнены при 20 градусов С.

И совсем недавно у нас на форуме возник вопрос по этому поводу, какая разница? И реальность такова, что несмотря на нормальные температуры, которые мы, вероятно, увидим, нормальные температуры окружающей среды, которые мы, вероятно, увидим в наших машиностроительных помещениях, это, вероятно, не самое главное. Но если вы работаете при очень высоких температурах окружающей среды, возможно, стоит подумать о приобретении кондиционера. Хотя бы по лучшей причине, чем сделать свою жизнь немного более комфортной.Итак, мы провели здесь измерения с помощью нашего микрометра, и прямо перед тем, как мы двинемся дальше, очевидно, что это наше обычное покрытие юбки. Я просто хочу показать вам небольшую хитрость с новым покрытием Perfect Skirt, которое JE начала применять, и это действительно добавляет еще один элемент сложности, потому что мы не можем использовать обычный микрометр для его измерения.

Как вы снова можете видеть на нашем снимке сверху, маленькое окошко, которое у нас есть, действительно очень маленькое, и когда мы сравним его с размером наковальни на нашем обычном микрометре, мы собираемся в конечном итоге просто охватить через это маленькое окошко, и мы собираемся измерить само покрытие юбки.Итак, что нам понадобится, если мы используем одно из этих покрытий юбки и мы хотим точно измерить поршень, нам понадобится то, что называется микрометром лезвия. Теперь я снова думаю, что наш iPhone мертв, поэтому я не могу показать вам это более подробно, но здесь нет ракетостроения, это именно то, что следует из его названия. Вместо наковальни у нас есть маленькие лезвия, так что это просто позволяет легко попасть прямо в окна на юбке поршня и получить хорошие точные измерения. Мы действительно должны учитывать, хотя я думаю, что мы заплатили где-то около 300-350 долларов США за микрометр с лезвием.

Немного дороговато, если вы хотите сделать только один двигатель с такими поршнями. Итак, как только мы получили показания микрометра на юбке поршня, всегда полезно также подтвердить или проверить показания микрометра и сравнить их с нашими спецификациями. И это просто хорошая проверка работоспособности, прежде всего, мы действительно правильно измерили поршень. Также хорошая проверка работоспособности, чтобы убедиться, что, если мы правильно измерили поршень, мы получаем повторяющиеся ответы, которые не совпадают с нашей спецификацией.У нас может быть проблема.

Всегда легче предположить, что наши поршни в хорошем состоянии, но поршню очень легко упасть с рабочего стола, особенно если это произошло до того, как вы получили поршни или в мастерской по ремонту двигателей, это может быть то, что действительно очень легко упустить из виду, поэтому всегда неплохо просто подтвердить, что все имеет смысл. Следующим шагом будет то, что нам понадобится еще одно измерительное оборудование, а именно наш индикатор внутреннего диаметра.И индикатор диаметра шкалы, по сути, не имеет большого значения для измерения сам по себе, это действительно сравнительное устройство. Итак, вверху у нас есть циферблатный индикатор. У нас есть ряд просто разных расширителей, которые доступны здесь.

На самом деле я просто принесу сюда наш полный комплект, чтобы вы могли увидеть, что мы получаем. Таким образом, он доступен для различных размеров отверстия, и в основном мы просто заменяем или заменяем небольшой удлинитель в зависимости от того, с каким размером отверстия мы работаем. Таким образом, этот здесь будет от 50 до 105 миллиметров, плюс у нас есть удлинитель на 55 миллиметров.То есть до 160 миллиметров. Итак, как только мы обнуляем, о, как я уже говорил, это инструмент для сравнения, так что у нас есть небольшой поршень внизу, который будет двигать наш циферблатный индикатор.

И то, что мы собираемся здесь сделать, в основном найти это между наковальнями нашего микрометра. Честно говоря, довольно утомительно. Мы будем раскачивать это взад и вперед, я не собираюсь проходить через этот процесс здесь. Но покачивая его вперед и назад, находим наименьшую точку, и мы собираемся обнулить наш циферблатный индикатор.Итак, на этом этапе мы обнулили наш индикатор диаметра шкалы по внешнему диаметру юбки поршня.

Итак, по сути, если мы видим ноль на нашем индикаторе с круговой шкалой, мы знаем, что у нас точно такой же диаметр отверстия, как у юбки поршня. Будем надеяться, что это не так. Следующим шагом, конечно же, является установка нашего индикатора внутреннего диаметра в отверстие. Немного сложно показать вам это на камеру, но мы просто качаем ее вперед и назад здесь, и мы ищем, где наша стрелка приближается к нашей нулевой отметке, и это покажет нам наш допуск.Другой аспект с нашим индикатором диаметра цилиндра, и опять же, даже если вы не проверяете зазор между поршнем и стенкой цилиндра, вы можете использовать его для проверки состояния ваших отверстий.

Итак, я имею в виду, что если мы перемещаем наш индикатор диаметра шкалы и проверяем в трех местах, поэтому мы хотим проверить верхнюю, среднюю и нижнюю части отверстий, а затем мы можем повторить этот процесс перпендикулярно нашему первому показанию. . Это действительно хороший способ проверить наши цилиндры на наличие раструба, конуса или отклонения от круглой.И в идеальном мире нам хотелось бы видеть там все идеально круглым, идеально параллельным сверху донизу. Здесь следует отметить важный момент: если вы имеете дело с производительной сборкой двигателя, как правило, в большинстве сборок, которые мы проходим, мы используем пластину крутящего момента, которая используется для процесса расточки и хонингования. Таким образом, пластина крутящего момента прикручивается болтами к верхней части блока цилиндров, и она воспроизводит деформацию, которая возникнет в блоке двигателя после того, как головка блока цилиндров будет прикручена болтами.

Итак, то, что мы пытаемся сделать, в основном расточить и затачивать блок так, чтобы он был идеально круглым, когда головка блока цилиндров прикручена болтами.В этом нет особого смысла, если мы просто пойдем и наскучим и отточим наш блок, как будто он сидит здесь прямо сейчас, все может быть абсолютно идеально, сидя здесь при комнатной температуре на скамейке, но затем мы идем и прикручиваем к нему головку блока цилиндров, и если это искажает блок, и внезапно наши отверстия больше не идеально круглые, это реальное условие, при котором двигатель будет работать, и, очевидно, мы хотим, чтобы наши цилиндры были круглыми. Если мы используем торсионную пластину, конечно же, само собой разумеется, что мы также хотим использовать эту торсионную пластину или закрепить ее болтами, когда мы проверяем зазор между поршнем и стенкой цилиндра, иначе это само по себе может вводить в заблуждение.Хорошо, мы перейдем к делу, быстро рассмотрим, какие у нас есть вопросы, если у вас есть еще, пожалуйста, не стесняйтесь спрашивать. Брендан Бэнкс спросил, действительно ли покрытие поршня способствует формированию юбки поршня, чтобы получить идеальную посадку с натягом, или оно просто изнашивается, и вы сразу же вернетесь к избыточному зазору? Хорошо, думаю, я, наверное, немного рассказал об этом в рамках вебинара.

Есть очень разные типы покрытий, поэтому все будет зависеть от того, что вы используете.Таким образом, покрытие, снижающее трение, сухое пленочное покрытие, вы, вероятно, обнаружите, что довольно бесполезно пытаться применить его в более толстом покрытии, чтобы занять чрезмерный зазор между поршнем и стенкой цилиндра, оно действительно разработано как покрытие, которое будет стираются, так что это очень краткосрочное решение. С другой стороны, покрытие Perfect Skirt или ArmorGlide, как Wiseco, имеют в виду аналогичную технологию, совсем другое покрытие, так что, опять же, не то, с которым у меня лично еще был опыт, но в целом я бы сказал, если вы говорите о двигатель с большим пробегом, и вы пытаетесь восстановить чрезмерный зазор между поршнем и стенкой цилиндра, пытаясь сделать это, добавляя послепродажное покрытие, вероятно, вам не подойдет.Робин спросил, если вы покупаете вторичный поршень для определенного стандартного отверстия, скажем, поршни JE для R32 Golf, диаметр отверстия 84 миллиметра, изготавливается ли тогда поршень для соответствия стандартному отверстию? Хорошо, это на самом деле хороший вопрос, Робин, и это, вероятно, то, что мне следовало бы обсудить на этом вебинаре. Это проблематично, поэтому мы обнаруживаем, что, очевидно, в течение срока службы двигателя он будет изнашиваться.

У нас поршни прижаты к стенкам цилиндров, поршневые кольца прижаты к стенкам цилиндров, неизбежен некоторый износ, особенно в двигателе с большим пробегом.Так что это сложная часть, когда дело доходит до выбора поршня для сборки послепродажного обслуживания. В некоторых случаях мы, возможно, не сможем расточить и отточить блок до того, что называется первым превышением размера. Это было бы нашим обычным делом, мы бы расточили и затачивали блок на 20 тысячных дюйма или полмиллиметра, и это позволило бы удалить износ из отверстия, позволить свежую шлифовку на отверстии, а затем мы снова в порядке. Конечно, у этого есть недостаток, потому что мы удаляем часть материала из отверстий, поэтому мы по своей сути ослабляем отверстия, и в некоторых двигателях, как я как бы упомянул, у нас может не хватить толщины втулок или вкладышей, чтобы на самом деле позволяет расточить двигатель.

Хороший, о котором я знаю, потому что я только что прошел сборку, — это GM LS1 с диаметром отверстия 3,9 дюйма. Мы не можем расточить и отточить это, поэтому в основном мы получаем поршень, в котором мы полагаемся на стенку цилиндра, цилиндры выходят в хорошем состоянии с чистым диаметром отверстия 3,903 дюйма. Так что немного рискованно, особенно если у вас двигатель, который изначально был не в лучшем состоянии. Как бы то ни было, вернитесь к вашему конкретному вопросу здесь, на самом деле вам нужно сделать, прежде чем заказывать поршни, разобрать двигатель и фактически проверить состояние отверстия.Вы должны иметь возможность попросить машиниста двигателя дать вам довольно хорошую оценку этого, а JE даст вам готовый размер отверстия.

Как я уже упоминал в этой спецификации, будет готовый размер отверстия, который будет соответствовать этим поршням. Так что сразу же ваш машинист сможет сказать вам, даст ли хонингование отверстия достаточно хорошую отделку и нужный размер отверстия, и тогда это станет своего рода балансирующим действием, если вам нужно немного почистить отверстия. Немного больше, хотите ли вы немного увеличить зазор между поршнем и стенкой цилиндра, чтобы получить идеально круглые отверстия и приятный свежий узор точения, хотите ли вы немного скомпрометировать это и сохранить зазор между поршнем и стенкой цилиндра ближе к тому месту, где он должен быть .Я прошел через точно такую ​​же ситуацию с нашей сборкой Toyota 2JZ, которую мы сделали в рамках нашего практического курса по сборке двигателей. Он был снабжен набором стандартных поршней CP диаметром 86 мм. Они нацелены примерно на 3,5 тысячи, и хотя мы имели дело с совершенно новым блоком прямо от Toyota, мы обнаружили, что у нас уже было чуть больше 3,5 тысяч.

Учитывая мощность этого двигателя в лошадиных силах, я чувствовал себя вполне комфортно, разгоняясь до четырех тысяч с этим конкретным двигателем.Но это такая ситуация, в которой вы можете оказаться. Столь длинный ответ, мне очень жаль, но надеюсь, Робин дал вам немного информации по этому вопросу. Крис Пратт спросил, если во всем двигателе зазоры между поршнем и стенкой составляют около 0,004 или 4 тыс. Дюймов, насколько больше зазор между поршнем и стенкой нам нужен для двигателя с принудительным впуском? Вы даете больше клиренса в лошадиных силах, как узнать, какие характеристики использовать? Хорошо, это сложный вопрос, и ответ действительно сводится к производителю поршня.В вашем конкретном примере, если вы нацелены примерно на четыре тысячи зазор между поршнем и стенкой цилиндра для двигателя без наддува, конечно, в зависимости от величины давления наддува, которое вы хотите создать, вы можете захотеть быть где-то в диапазоне возможно зазор между поршнем и стенкой цилиндра 4,5 тыс.

Не обязательно так много. С другой стороны, если у вас был двигатель с очень высоким наддувом, возможно, это тяговый двигатель, работающий на бензине, вам может потребоваться увеличить мощность в пять тысяч или больше.Просто чтобы показать вам, что с этим связаны некоторые сложности, и с некоторыми из наших тяговых двигателей ничто не может быть окончательно окончательно, потому что мы работали на метаноле, в то время как мы вырабатывали большую мощность, метанольное топливо работает намного холоднее, чем топливо на основе бензина. Таким образом, даже с нашими двигателями Mitsubishi 4G63 мощностью 1200 лошадиных сил, мы все еще были где-то в диапазоне около пяти тысяч, может быть, 5,5 тысяч зазора между поршнем и стенкой цилиндра. Итак, чтобы ответить на вторую часть вашего вопроса, да, мощность, или, точнее, конкретный уровень мощности, так что я говорю о мощности на цилиндр, потому что, конечно, это 1200 лошадиных сил на 6-литровом V8 против 1200 лошадиных сил на четырехцилиндровый двухлитровый мотор, совсем разные вещи.

Тем не менее, последняя часть вашего вопроса, и это действительно то, что я хотел здесь затронуть, очевидно, это распространенный вопрос. Как узнать, какие спецификации использовать? И это правильный вопрос. И именно здесь это действительно отличная идея, если вы сомневаетесь, если вы делаете что-то, что действительно отклоняется от того, что OE, производитель поршня действительно намеревался, поэтому для этого поршня используйте стандарт mil, если вы делаете что-то действительно необычное, позвоните производителю поршня, у всех есть горячая линия техподдержки.И они предпочли бы, чтобы вы позвонили и получили правильную информацию от одного из их технических парней или девушек, а не просто сделали какие-то предположения, собрали двигатель и дали поршень выйти из строя, потому что тогда они будут плохо выглядеть, а вы — нет. собираются сказать много хорошего о своем продукте, так что это никому не поможет. Раньше я делал это несколько раз с некоторыми из наших экстремальных сборок, и в нашем случае мы обычно имеем дело с JE, я считаю их исключительными, и они были очень полезны, так что я так и поступил. что.

Low Dynamics спросила, есть ли преимущества или недостатки асимметричных поршней? Что касается преимуществ, то на самом деле то, что мы делаем, — это два раза: мы уменьшаем количество материала на поршне, так что это дает преимущество в уменьшении веса поршня, очевидно, веса поршня, важного аспекта массы вращающегося узла, поэтому чем меньше вес, тем лучше. На самом деле я должен поддержать тех, кто не осознает, о чем я говорю. У меня нет здесь, чтобы показать вам, но асимметричный поршень, размер или размер юбки отличается от одной стороны поршня к другой, в зависимости от того, говорим ли мы о упорной поверхности или ненагруженной поверхности.Таким образом, в основном больше материала, более широкая поверхность помещается на упорную сторону поршня, потому что именно там он будет прижиматься к стенке цилиндра, поэтому нам нужна эта поддержка здесь. Другое преимущество асимметричной конструкции поршня состоит в том, что она снижает потери на трение внутри двигателя, поскольку поршень физически меньше контактирует со стенкой цилиндра.

С точки зрения минусов, наверное, не идеальное решение для очень мощного двигателя. У вас меньше юбки поршня, поддерживающей поршень, так что прочность, вероятно, не так хороша, как у полнопроходного или кованого поршня с боковым разгрузкой на очень высоком уровне мощности.Хорошо, на этом мы подошли к концу наших вопросов. Как обычно, если у наших участников есть дополнительные вопросы, задавайте их на форуме, и я буду рад ответить на них там. Спасибо, что присоединились к нам, и я надеюсь увидеть вас на нашем следующем вебинаре.

.