Поршень двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Сборка шатунно-поршневой группы

Для сборки шатуна с поршнем нужно подобрать поршневой палец к втулкам верхней головки шатуна и бобышкам поршня. Для соединения с шатуном поршень нагревают в масле или в электронагревательном приборе до температуры 55 °С. При этом палец в отверстие бобышки нагретого поршня должен входить плавно от усилия большого пальца правой руки. В таком соединении после охлаждения поршня появляется необходимый натяг 0,0025 …0,0075 мм.

Затем нужно сверить порядковые номера поршней и шатунов. Шатун закрепляют в тисках, устанавливают поршень, их соединение фиксируют пальцем. Поршень при сборке с шатуном должен быть установлен так, чтобы метка на днище поршня была направлена к передней части двигателя. Бобышка, выштампованная на шатуне для левой группы цилиндров, также должна быть направлена к передней части двигателя, т.е. в одну сторону с меткой на поршне. Для правой группы цилиндров при сборке поршня с шатуном бобышка шатуна должна быть направлена к задней части двигателя, а метка на днище поршня — к передней части.

После соединения и проверки шатунно-поршневой группы следует закрепить стопорными кольцами палец в бобышках поршня, затем тщательно протереть подобранные по канавкам и подогнанные к цилиндрам поршневые кольца и установить их на поршни с помощью специального приспособления. Поршни в сборе с шатуном необходимо проверить по массе. Детали комплекта, установленного на одном двигателе, не должны отличаться по массе более чем на 12 г, т.е. шатуны должны соответствовать по массе одной группе. Для установки поршней с шатунами в цилиндры блока нужно выполнить следующие операции:

• повернуть блок двигателя, установить его на стенде вертикально, передней частью вверх;
• последовательно, один за другим брать поршни с шатунами в сборе;
• тщательно протереть салфеткой постель под вкладыши в нижней головке шатуна;
• отвернуть гайки и снять крышку шатуна;
• установить шатун с поршнем.

При этом рекомендуется надеть на шатунные болты специальные колпачки из латуни или меди, предохраняющие зеркало гильзы цилиндров от повреждений.

Затем необходимо проверить и продуть отверстие в нижней головке шатуна, служащее для разбрызгивания масла на стенки цилиндра, вставить вкладыши в шатун и в крышку, протереть салфеткой верхние вкладыши шатуна и поршень, установить на поршень кольца, располагая внутреннюю выточку вверх, развести стыки компрессионных колец по окружности поршня примерно на 120°. После установки развести стыки компрессионных колец на 180°.

Далее следует протереть салфеткой гильзы цилиндров блока и шатунную шейку, смазать чистым маслом, применяемым для двигателя, поверхность шатунного вкладыша, поршня, поршневых колец и гильз цилиндров, вставить поршень с шатуном в цилиндр, направив метку на днище поршня к передней части двигателя с помощью специального приспособления, довести подшипники шатуна до шейки коленчатого вала, продвигая поршень по цилиндру с помощью деревянной оправки, смазать маслом шейку вала и подтянуть нижнюю головку к ней, снять предохранительные наконечники с шатунных болтов и поставить на место нижнюю крышку шатуна, закрепив ее шатунными гайками.

Перед окончанием сборки нужно проверить суммарный осевой зазор между торцами шатунов и шатунной шейки коленчатого вала с помощью щупа и окончательно затянуть болты шатунных подшипников динамометрическим ключом. После затяжки каждой пары шатунных подшипников следует проворачивать коленчатый вал. Момент прокручивания вала при правильно подобранных радиальных зазорах в подшипниках должен быть не более 100 Нм. Аналогичные операции нужно провести при установке в цилиндры остальных поршней с шатунами.

Зачем нужен зазор в замке поршневых колец?

Первоначально давайте определимся, о чем идет речь. Внешний вид поршневого кольца показан на фото ниже:

Конструктивно у ДВС внутри цилиндра перемещается поршень. Именно он воспринимает избыточное давление, возникающее при сгорании топлива, и передает его на коленвал. В этом обманчиво простом описании заложены, как минимум, несколько особенностей:

1. между стенкой цилиндра и движущимся поршнем надо выдержать зазор, позволяющий полностью использовать величину возникающего избыточного давления в камере сгорания;
2. при этом необходимо обеспечить их минимальный контакт для снижения износа деталей;
3. масло, используемое для смазки, должно создавать нормальные условия работы отдельных деталей, и в то же время надо исключить его попадание в камеру сгорания;
4. необходимо обеспечить отвод тепла от поршня на стенки блока цилиндров.

Вот все эти задачи и решают поршневые кольца. Условия, в которых им приходится работать, очень сложные – значительный нагрев и механические нагрузки. Для компенсации воздействия температуры и предусматривается зазор поршневых колец.

Типология и классификация

Классификатор ЕСКД «Классификатор изделий и КД машиностроения и приборостроения» относит поршневые пальцы к 71 классу общемашиностроительных деталей — тела вращения.

В Российской Федерации требования к производству поршневых пальцев нормируются:

• ГОСТ Р 53443-2009 Автомобильные транспортные средства. Пальцы поршневые двигателей. Общие технические требования и методы испытаний.
• ОСТ 23.3.13-86 Пальцы поршневые тракторных и комбайновых дизелей. Общие технические условия.

В деталях машин поршневой палец в соединениях с поршнем и шатуном образует по классификации И. И. Артоболевского кинематическую пару с одной степенью свободы. Эта кинематическая пара относится к высшим, то есть имеет контакт по поверхности.

С точки зрения динамического расчета ДВС поршневые пальцы относятся в группе поршня, которая вызывает силы инерции поступательно движущихся масс. С точки зрения видов нагружения поршневой палец относится к стержням, рассчитываемым на срез и смятие. С учетом малых плечей действия сил (расстояние между головкой шатуна и бобышкой поршня очень мало относительно общей длины опор пальца) расчет на изгиб не производится.

По конструкции поршневые пальцы делятся на:

• сплошные (у ДВС малых размерностей, например в авиамоделизме);
• полые (основная масса ДВС).

По посадкам деталей в шарнире:

• палец — бобышки с зазором, палец — головка шатуна с зазором (т. н. «плавающий палец», наиболее распространенная схема);
• палец — бобышки с зазором, палец — головка шатуна с натягом (не требует осевой фиксации, но выше износ бобышек):
• палец — бобышки с натягом, палец — головка шатуна с зазором (практически не используется).

Поршневой палец

Поршневой палец, удерживаемый двумя стопорными кольцами только от осевых перемещений, во время работы двигателя имеет возможность свободно проворачиваться в бобышках поршня и в верхней головке шатуна; поэтому поршневой палец изнашивается незначительно и равномерно по всей длине.
 

Поршневой палец, увеличенный на 0 08 мм, также служит для эксплуатационного ремонта.
 

Поршневой палец 3 ( см. рис. 31) пустотелый, изготовленный из стали 12ХНЗА, предназначен для соединения поршня с шатуном. Палец плавающего типа, так как он не закреплен ни в верхней головке шатуна, ни в бобышках поршня. Осевое перемещение пальца ограничивается заглушками 1 из алюминиевого сплава. Отверстия а в заглушках предназначены для выхода воздуха из полости пальца при установке заглушек.
 

Поршневой палец изготовляют из легированной или малоуглеродистой стали. Наружная поверхность его цементируется или закаливается токами высокой частоты. В современных двигателях используются пустотелые плавающие пальцы, свободно устанавливаемые как в поршне, так и в верхней головке шатуна. От осевого смещения пальцы предохраняются пружинными кольцами.
 

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он вставляется в отверстия бобышек поршня и в отверстие верхней головки шатуна. Поршневой палец может свободно проворачиваться как в бобышках, так и в шейке шатуна. От продольного перемещения палец стопорится с двух сторон пружинящими стопорными кольцами, которые входят в канавки бобышек поршня.
 

Поршневой палец необходим для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он выполнен из специальной стали в виде пустотелого короткого стержня. Чтобы при работе двигателя палец не выходил из бобышек поршня и не царапал зеркало цилиндра, его закрепляют при помощи пружинящих колец или другим способом.
 

Поршневой палец служит для подвижного соединения шатуна с поршнем. В зависимости от конструкции различают плавающие пальцы, свободно перемещающиеся в верхней головке шатуна и бабыш-ках поршня, и неподвижные, закрепленные в поршне.
 

Поршневой палец — деталь, предназначенная для соединения поршня с шатуном ( фиг. Выполняемые варианты соединения поршня с шатуном: палец неподвижен относительно поршня ( фиг.
 

Поршневой палец 2, шарнирно соединяющий поршень с шатуном, изготавливают из стали в виде пустотелого цилиндра.
 

Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Палец изготовлен в виде пустотелого цилиндрического стержня, наружная

Поршневой палец служит для подвижного соединения поршня с шатуном.
 

Поршневой палец должен быть проверен ( фиг.
 

Поршневой палец, служащий для подвижного соединения поршня с шатуном, изготовляют пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты и закрепляют в бобышках поршня с помощью двух стопорных колец. Такое крепление позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня.
 

Подбор поршня к цилиндру Ваз 2107 Жигули

1. Руководства по ремонту
2. Руководство по ремонту ВАЗ 2107 (Жигули) 1982+ г.в.
3. Подбор поршня к цилиндру

Расчетный зазор между поршнем и цилиндром (для новых деталей) составляет 0,05–0,07 мм. Он определяется промером цилиндров и поршней и обеспечивается установкой поршней того же класса, что и цилиндры. Максимально допустимый зазор (при износе деталей) — 0,15 мм.

Если у двигателя, бывшего в эксплуатации, зазор превышает 0,15 мм, то необходимо заново подобрать поршни к цилиндрам, чтобы зазор был возможно ближе к расчетному.

В запасные части поставляются поршни классов A, C, E. Этих классов достаточно для подбора поршня к любому цилиндру, так как поршни и цилиндры разбиты на классы с некоторым перекрытием размеров.

↓ Комментарии ↓

1. Эксплуатация и техническое обслуживание автомобиля

1.0 Эксплуатация и техническое обслуживание автомобиля 1.1. Эксплуатация автомобиля 1.2 Техническое обслуживание автомобиля

2. Общие данные

2.0 Общие данные 2.1 Техническая характеристика автомобилей 2.2 Органы управления и контрольные приборы 2.3. Управление вентиляцией и отопление салона

3. Двигатель

3.0 Двигатель 3.1 Снятие и установка двигателя 3.2 Разборка двигателя 3.3 Возможные неисправности двигателя, их причины и методы устранения 3.4 Сборка двигателя 3.5 Стендовые испытания двигателя 3.6 Проверка двигателя на автомобиле 3.7. Блок цилиндров 3.8. Поршни и шатуны 3.9. Коленчатый вал и маховик 3.10. Головка цилиндров и клапанный механизм 3.11. Распределительный вал и его привод 3.12. Система охлаждения 3.13. Система смазки 3.14. Система питания

4. Трансмиссия

4.0 Трансмиссия 4.1. Сцепление 4.2. Коробка передач 4.3. Карданная передача 4.4. Задний мост

5. Ходовая часть

5.0 Ходовая часть 5.1. Передняя подвеска 5.2. Задняя подвеска 5.3. Амортизаторы

6. Рулевое управление

6.0 Рулевое управление 6.1. Осмотр, проверка и регулировка рулевого управления 6.2. Рулевой механизм 6.3. Тяги и шаровые шарниры рулевого привода 6.4. Кронштейн маятникового рычага

7. Тормоза

7.0 Тормоза 7.1. Проверка и регулировка тормозов 7.2 Возможные неисправности тормозов, их причины и методы устранения 7.3 Кронштейн педалей сцепления и тормоза 7.4. Вакуумный усилитель 7.5. Главный цилиндр тормозов 7.6. Передние тормоза 7.7. Задние тормоза 7.8. Регулятор давления задних тормозов 7.9. Стояночный тормоз

8. Электрооборудование

8.0 Электрооборудование 8.1 Схема электрооборудования 8.2. Аккумуляторная батарея 8.3. Генератор 8.4. Стартер 8.5. Система зажигания 8.6. Освещение и световая сигнализация 8.7. Звуковые сигналы 8.8. ОЧиститель ветрового стекла 8.9 Очиститель фар 8.10. Электродвигатель отопителя 8.12. Контрольные приборы

9. Кузов

9.0 Кузов 9.1. Двери 9.2 Возможные неисправности кузова, их причины и методы устранения 9.3. Капот, крышка багажника, бамперы 9.4. Остекление кузова 9.5. Омыватели ветрового стекла и стекол фар 9.6. Панель приборов 9.7. Сиденья 9.8. Отопитель и вентиляция салона кузова 9.9. Ремонт каркаса кузова 9.10. Лакокрасочные покрытия 9.11. Противокоррозион-ная защита кузова

10. Модификация и комплектация автомобилей ВАЗ-2107

10.0 Модификация и комплектация автомобилей ВАЗ-2107 10.1. Автомобиль ВАЗ-21072 10.2 Автомобиль ВАЗ-21074 10.3. Автомобиль ВАЗ-21073-40

11. Приложения

11.0 Приложения 11.1 Приложение 1. Моменты затяжки резьбовых соединений* 11.2 Приложение 2. Инструмент для ремонта и технического обслуживания* 11.3 Приложение 3. Применяемые горюче-смазочные материалы и эксплуатационные жидкости 11.4 Приложение 4. Основные данные для регулировки и контроля 11.5 Cхема

Облегчение коленвала ВАЗ

О том как облегчать маховик, мы уже писали, но от одного маховика толку мало. В этой статье разберёмся с облегчением коленвала и остальными деталями КШМ.

Облегчение коленвала ВАЗ:

Для стандартного коленвала тоже можно делать облегчение, запас прочности у него большой. Но делать это надо взвесив все плюсы и минусы.

Итак плюсы облегчения коленвала:

• Уменьшаются инерционные массы, которые отрицательно действуют на коренные шейки коленвала, увеличивая их износ
• Мотор легче и быстрее набирает обороты

Минусы облегчения:

• При неправильном или чрезмерном облегчении коленвала может ухудшиться работа на холостых, а при высоких нагрузках коленвал может просто лопнуть.
• Дополнительные затраты на тюнинг (ну а как без этого?)

Облегчение коленчатого вала заключается в основном в обработке щёк и противовесов. Единой схемы облегчения коленвала нет. Кто то фрезерует боковые стороны щёк, кто-то затачивает противовесы, иногда даже очень остро, кто то просто доводит литую поверхность до хорошей чистоты, убирая дефекты литья, шлифуя и полируя поверхность колена.

Но не всё так просто. После любого вмешательства в конструкцию коленчатого вала, желательно даже после шлифовки шеек, нужно обязательно проводить его балансировку.

Статическая балансировка здесь не подойдёт как для маховика, тут нужна динамическая, на специальном оборудовании.

Правда бывают мастера которые могут вам отбалансировать на своих самодельных стендах, но в основном это всё не качественно.

Коленвал облегчают вместе с маховиком. Такая балансировка даст ощутимый результат. Сначала один коленвал, а потом в сборе с маховиком. Балансировать коленвал с корзиной сцепления и шкивом можно, но на практике это не выгодно. Потому что сцепление меняется довольно часто, особенно на тюнинговых авто, поэтому мы же не будем каждый раз вынимать коленвал из двигателя и каждый раз его балансировать. Стоимость балансировки в каждом регионе разная, колеблется от 1.500 до 3500 рублей, может и дешевле. Если кто знает, что почём и где прошу оставить комментарий. Может кому-то пригодится.

Сильно облегчать противовесы коленвала не стоит, так как они сильно взаимосвязаны с весом шейки и шатуна, чтобы не получилось так что противовес будет намного легче шейки. Облегчение коленвала более чем на 1 кг — это опасно.

Ещё раз напоминаю, после облегчения коленвала, динамическая балансировка — обязательна.

Посмотрите как делают облегчение коленчатого вала. В кадре коленвал «Надежды», для других моделей ВАЗ всё аналогично.

Желаю успехов!

Leo-Mason › Блог › Поршневой палец

По условиям кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, необходимо чтобы обе головки шатуна были подсоединены шарнирно. Поршневой палец является осью качания шатуна в соединении с поршнем. Через поршневой палец передаются все силы, возникающие между поршнем и шатуном. К этим силам относятся сила инерции, возникающая при изменении направления движения поршня, сила давления сжимаемой в цилиндре двигателя воздушно топливной смеси или воздуха в дизельном двигателе при сжатии и, главное, сила давления расширяющихся газов во время рабочего такта.

Поршневой палец относится к деталям двигателя, совершающим возвратно-поступательное движение во время работы. Конструкторы двигателей всеми способами стремятся уменьшить вес таких деталей. Но, как отмечалось ранее, через поршневой палец передаются очень большие силы. Поэтому размер (диаметр) пальца, конструкция, технология и материал изготовления пальца, с учётом себестоимости массового изготовления, это результат принятия сложного компромиссного инженерного решения.

Во время работы двигателя на поршневой палец действуют изгибающие усилия и усилия среза. Под воздействием этих усилий поршневой палец может принять недопустимую овальность, в результате которой возможно заклинивание поршня в поршневой головке шатуна или в бобышках поршня. Овальность поршневого пальца может привести к появлению трещин в бобышках поршня и последующему разрушению поршня. Внутреннее отверстие пальца массовых двигателей цилиндрической формы, поскольку такой палец имеет самую низкую себестоимость изготовления. В двигателях, в которых стоимость изготовления не играет решающего значения, по сравнению с качественными показателями, для облегчения веса пальца, внутреннее отверстие изготавливается в виде двух конусов, сужающихся к середине пальца. На эпюре нагрузки, приложенной к поршневому пальцу, видно, что, усилие, приложенное к центру поршневого пальца, значительно меньше усилия, приложенного к его концам. На современных автомобильных двигателях наибольшее распространение нашли плавающие пальцы. Фиксированным называется поршневой палец, который не вращается в одном из соединяемых элементов за счёт установки с тугой посадкой или в верхней головке шатуна или в отверстиях бобышек поршня. Тугая посадка поршневого пальца в одном из элементов обеспечивает осевую фиксацию пальца. В старых автомобильных и стационарных двигателях палец в верхней головке шатуна вообще крепился при помощи разрезной втулки и стяжного болта, но в настоящее время в автомобильных двигателях такой способ крепления поршневого пальца не применяется. Чаще фиксированное соединение обеспечивается в верхней головке шатуна. При этом вращение пальца осуществляется в отверстиях бобышек поршня. поршневого пальца обеспечивается за счёт установки пальца в верхней (поршневой) головке шатуна с натягом 0,01 ÷ 0,042 мм. При этом в соединении пальца с бобышками поршня, для обеспечения шарнирного соединения, устанавливается необходимый зазор. Это наиболее дешёвый способ фиксации пальца в массовом производстве. В этом случае во время ремонта двигателя при сборке шатунно-поршневой группы возникает необходимость нагрева шатуна до достаточно высокой температуры. В двигателях с фиксированным поршневым пальцем бронзовая втулка в поршневую головку шатуна не устанавливается. Плавающим называется палец, установленный с необходимым зазором, и в верхней головке шатуна, и в бобышках поршня. В этом случае осевая фиксация поршневого пальца осуществляется за счёт стопорных колец, устанавливаемых в специальные проточки в бобышках поршня. Во время работы плавающий палец вращается и в головке шатуна и в бобышках поршня. При таком соединении необходимо обеспечить рекомендованный зазор как между пальцем и бобышками поршня, так и между пальцем и втулкой поршневой головки шатуна. В двигателе с плавающим поршневым пальцем для уменьшения трения в поршневую головку шатуна устанавливается бронзовая втулка. Из-за различного температурного коэффициента расширения материалов, из которых изготовлены шатун, поршневой палец и поршень эти зазоры различны. При комнатной температуре во втулку верхней головки шатуна палец должен входить плотно без люфта и качания. А в бобышки поршня, в холодном состоянии, поршень должен входить с небольшим натягом. Поэтому перед снятием или установкой плавающего пальца поршень необходимо нагреть в воде до температуры 60º ÷ 85º С.

Поршень с кольцами и пальцем

Поршень – это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.

Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).

Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.

Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.

Шатун

Шатун – еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.

Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).

Кривошип (колено)

К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.

Коленчатый вал

Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.

Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.

Маховик

Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.

В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа – два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.

Блок цилиндров

Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.

Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.

Головка цилиндров

Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.

Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.

Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.

Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:

• рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
• V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
• оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
• VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
• W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали

От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.

Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.