Поршневая группа и шатуны

 

Поршень воспринимает давление га­зов при такте рабочего хода и передает его через шатун на коленчатый вал. Поршень состоит из трех частей (рис. 3.5): дни­ща 5, уплотняющей части 6 с про­точенными в ней канавками для поршневых колец и юбки 7, которая соприкасается с по­верхностью зеркала цилиндра.

 

Рис.3.5. Поршни: а – карбюраторных двигателей;

б – дизелей КамАЗ; в – дизелей ЯМЗ

 

Днище поршня вместе непосредственно вос­принимает давление газов: оно мо­жет быть плоским (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-53-11), выпуклым (двига­тель автомобиля «Москвич-21412») и фасонным (дизели ЯМЗ, КамАЗ). Наибольшее распространение в карбюраторных двигателях получили плоские днища (см. рис. 3.5, а) из-за простоты изготовления. Днище 5 и уплотняю­щая часть 6 составляют головку поршня, на которой располагаются компрессионные и маслосъемные кольца 3. Число колец зависит от частоты вращения коленчатого вала и от типа двигателя. Зазор между го­ловкой поршня и стенкой цилиндра находится в пределах 0,4—0,6 мм.

Направляющей при движении поршня в цилиндре является юбка 7 поршня, имеющая форму конуса овального сечения. С внутренней стороны она имеет охлаждающие ребра и прили­вы - бобышки 2 с отверстиями для поршневого пальца 8 (см. рис. 3.5, б). У некоторых двигателей на юбке поршня с одной стороны сделаны Т- или П-образные тепловые прорези, предупре­ждающие заклинивание поршня при нагревании. Зазор между его юбкой и зеркалом цилиндра требуется для свободного перемещения поршня. При нормальном тепловом состоянии (80-95 °С) для различ­ных моделей двигателей этот зазор равен 0,04-0,08 мм.

На поверхности поршня около торцов поршневого паль­ца делают местные углубления — холодильники 1 (см. рис. 3.5, а) для предотвращения задиров при нагреве, отводу тепла от поршня и улучшения условий его смазывания.

В днище поршня в дизелях с непосредственным впрыском (КамАЗ-740, ЯМЗ-238) распо­лагается камера сгорания (см. рис. 3.5, б, в), а юбка поршня имеет форму конуса овального сечения, но без прорезей, что делает ее достаточно прочной. Кроме того, в ниж­ней части юбки поршня отдельных двигателей (КамАЗ-740, ВАЗ-2108) имеются боковые выемки для прохо­да противовесов коленчатого вала. Для уменьшения силы инерции возвратно-поступательно движущих­ся масс поршни, как правило, изготовляют из легких кремнистых алюминиевых сплавов. Поршни на одном двигателе не должны отли­чаться по массе более чем на 2—8 г.

Для по­вышения износостойкости первой канавки днища поршня, подвергающегося воздействию вы­соких температур, под верхнее поршне­вое кольцо устанавливают чугунную кольцевую вставку (у двигателей ЗИЛ-130, КамАЗ-740 и др.).

Поршень при переходе через ВМТ смещается в боковом направлении от одной стенки цилиндра к другой, что сопровождается стуком. Для его устранения ось отверстия под порш­невой палец сдвигают на 1,6 мм от диаметральной плоскости поршня в правую сторону двигателя (по ходу движения автомобиля).

Боковое давле­ние во время рабочего хода должна испы­тывать та часть поршня, где нет тепловых прорезей. Поэтому на днище поршня делают метку 4 (см. рис. 3.5, а) или стрелку, которая при установке поршня в цилиндр, должна быть обращена к передней части двигателя.

Поршневые кольца предназначены для уплот­нения камеры сгорания и обеспе­чения герметичности соединения де­талей поршень - цилиндр - канав­ки. Также, при сгорании рабо­чей смеси значительное количество тепла поглощается поршнем и отво­дится от него поршневыми кольца­ми.

Поршневое кольцо (рис. 3.6) представляет собой плос­кую разрезную пружину с зазором, называющимся замком.

Рис.3.6. Поршневые кольца: а – типы поршневых колец;

б – расположение колец на поршне

 

Благодаря замку кольца могут свободно расширяться при их нагревании в процессе работы двигателя, а также появляется возможность устанавливать кольца на поршень.

Поршне­вые кольца делятся на компрессион­ные и маслосъемные.

Компрессионные кольца 1 (рис. 3.6, а) должны иметь опре­деленный зазор (0,02—0,07 мм) по высоте к канавке поршня. Уста­новленные в цилиндр поршневые кольца сжимаются до небольшого зазора в замке и плотно придавливаются к по­верхности цилиндра, что предотвра­щает прорыв газов в картер двига­теля и попадание масла со стенок цилиндра в камеру сгорания. Излишки масла со стенок цилиндра и отводит его в поддон картера осуществляет маслосъемное кольцо 2.

Поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна, а для двигателей с большими динамичес­кими нагрузками — из специальной стали.

Для повышения износостойкости поверхность верхнего компрес­сионного кольца подвергают порис­тому хромированию, а остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова или молибдена.

Чугунное маслосъемное кольцо 2 имеет в отличие от компрессионного про­рези 9 для прохода масла. Для отвода масла внутрь поршня в ка­навке поршня под маслосъемное кольцо сверлят один или два ряда отверстий. На некоторых двигателях устанавливают стальные составные маслосъемные кольца. Так в двига­теле ЗИЛ-130 на каждом поршне применяют три компрессионных кольца и одно составное маслосъемное. Составное маслосъемное кольцо состоит из двух стальных кольцевых дисков 3 и двух расширителей: осевого 4 и радиального 5.

Выточки 8 на внутренних цилинд­рических поверхностях колец должны быть обращены вверх, в сторону днища поршня. Наружная поверхность нижнего компрессионного кольца 6 имеет небольшую конусность, боль­шее основание которого обращено вниз. Это способствует лучшему уплотнению соединения поршень - цилиндр. У большинства двигателей зазор в замках двух верхних компрессион­ных колец и чугунного маслосъемного составляет 0,25-0,60 мм, в ниж­нем компрессионном кольце — 0,15-0,40 мм, а в замке кольцевых дис­ков составного маслосъемного коль­ца — 0,8-1,4 мм.

Замки всех колец при наличии чугунного маслосъемного кольца при установке на поршень распо­лагают по окружности под углом 90°. При установке стального состав­ного маслосъемного кольца на рав­ные угловые интервалы сдвигаются только замки компрессионных колец.

Поршневой палец служит для шарнирно­го соединения поршня с верхней головкой шатуна. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготовляют из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой то­ками высокой частоты. Поршневой палец 6 (рис. 3.7) - это толстостенная трубка с тща­тельно отшлифованной наружной по­верхностью, проходящая через верх­нюю головку шатуна и концами опирающаяся на бобышки 3 пор­шня 2.

Пальцы по способу соединения с шатуном и поршнем делятся на пла­вающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Плавающие поршневые пальцы получили наибольшее рас­пространение, так как они свободно поворачиваются в бобышках и во втулке 7, установленной в верхней головке шатуна. Стопорные кольца 5, распо­ложенными в выточках бобышек поршня, ограничива­ют осевое перемеще­ние поршневого пальца.

 

Рис.3.7. Шатунно-поршневая группа

 

Так как коэффи­циент линейного расширения алю­миниевого сплава и стали различен, в бо­бышках поршня при работающем двигателе возможны стуки. Для устранения этого явления палец в бобышках устанавливают с натягом 0,01-0,02 мм, нагревая поршень до температуры 80-90 °С, что обес­печивает поддержание нормального теплового зазора (0,01-0,03 мм) в этом сопряжении на всех режимах работы двигателя.

Шатунсоединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и обеспечивает при такте ра­бочего хода передачу усилия от дав­ления газов на поршень к коленча­тому валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск), нао­борот - от коленчатого вала к поршню. При работе двигателя шатун совер­шает сложное движение: он движет­ся возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра и качается относитель­но оси поршневого пальца.

Шатун (см. рис. 3.7) состоит из стержня 9 дву­таврового сечения, верхней головки 8, нижней головки 13 и крышки 12. В стержне 9 шатуна при принуди­тельном смазывании плавающего поршневого пальца сверлится сквозное отвер­стие - масляный канал.

Шатун изготавливают из легированной или углеродистой ста­ли. Как правило, нижняя головка 13, должна быть разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. Если нижняя головка имеет значительные размеры и пре­вышает диаметр цилиндра (у дизе­лей ЯМЗ), плоскость разъема голов­ки делают под углом (косой срез).

Крышка шатуна обра­батывается совместно с нижней го­ловкой, поэтому перестановка крыш­ки с одного шатуна на другой не допускается. На шатунах и крышках с этой целью делают метки.

Для обеспечения высокой точности при сборке нижней головки шатуна его крышку 12 фиксируют шлифован­ными поясками болтов, которые затягивают гайками и стопорят шплинтами или шайбами. В ниж­нюю головку вставляют шатун­ный подшипник в виде тонкостенных стальных вкладышей 10, которые с внутренней стороны покрыты слоем антифрикционного сплава. От осевого смещения и провертывания вкладыши удерживаются выс­тупами (усиками) 11, которые входят в канавки нижней головки шатуна и его крышки.

Для периодического выбрызгивания масла на зеркало ци­линдра или на распределительный вал (у двигателей ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11) в нижней головке шатуна и во вкладыше делается отверстие 4.

Разница в массе шатунов для их лучшей уравновешенности не должна превышать 6-8 г.