Облегченный поршень. Зачем устанавливают? И можно ли сделать своими руками
Облегчение системы КШМ (кривошипно-шатунного механизма), может добавить свои плюсы в работе всего двигателя в целом. Многие тюнеры облегчают не только шатуны и коленчатый вал, но и сами поршни. Если идти дальше, то можно облегчить и сам маховик. Но для простого обывателя это очень сложная информация для усвоения. Многие слышали про поршни двигателя, многие даже видели вживую, но вот зачем их облегчать – не понимают! Сегодня я постараюсь рассказать вам простыми словами, про эту процедуру, а также в конце статьи будет небольшая инструкция для облегчения стандартных вариантов своими руками. Так что читайте …
ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ
- Зачем он нужен и для чего его устанавливают?
- Как обычно происходит облегчение?
- Как сделать своими руками + ВИДЕО
Для начала давайте вспомним, что такое поршень?
Это часть механизма КШМ (кривошипно-шатунного механизма), который имеет только одно назначение – нагнетание давления в цилиндре. Нагнетает давление при помощи движений вверх, а его в свою очередь толкает шатун, который связан с коленчатым валом. Эта конструкция всем известна и уже не нова. Хороша она или нет, это вопрос другой, но стоит отметить — КПД двигателя внутреннего сгорания крайне мал.
Если вы хотите понять принцип работы, то возьмите обычный пластиковый (аптечный) шприц для инфекций лекарств. У него также есть поршень иногда с прорезиненной прослойкой — он практически имитирует работу нашего металлического варианта.
Вспомнили – разобрались, дошли до облегченного варианта.
Зачем он нужен и для чего его устанавливают?
Если разобрать все по полочкам, то получается вот такая информация.
1) Облегчение позволяет двигателю работать с более высокими оборотами, это полезно для тюнинговых двигателей, например с компрессором. А как известно при высоких оборотах мощность возрастает.
2) Двигатель быстрее набирает обороты, ему не нужно тратить энергию на раскрутку тяжелых поршней.
3) Двигатель работает более ровно, уменьшается детонация. Посмотрите короткий, но познавательный ролик.
4) Ходит мнение, что увеличивается ресурс деталей. Так как испытываемые нагрузки уменьшаются в связи с уменьшение веса поршня.
Если подвести промежуточный итог, то получается – скоростнее (более высокие обороты), более уверенный старт с места, меньше детонации, больше ресурс.
Как обычно происходит облегчение?
Конечно, хочется понимать, благодаря чему снижается вес и чем жертвует конструкция?
Если посмотреть на строение «обычного» поршня, то можно увидеть полый цилиндр высотой примерно от 80 до 100 мм (это усредненные размеры). Такими они были на заре своего появления. Если подбить по весу, то получается примерно 500 – 600 грамм. То есть полкило летает вверх – вниз оттягивая на себя часть энергии. А чем больше обороты – тем больше энергии приходится тратить!
Теперь облегченный вариант, если сравнить его с «обычным» то:
Во-первых, уменьшают высоту, она (если опять взять усредненные размеры) – от 50 до 80 мм.
Во-вторых, уменьшают вес, конечно он значительно уходит от уменьшения высоты, но этого не достаточно, срезают еще и бока. Получается так называемый «Т-образный» облегченный поршень. «Т-образный» потому что если посмотреть на него с одного боку он напоминает букву «Т», кстати некоторые называют «треугольный».
Единственное что оставляется неизменным это верхняя площадка, кстати, некоторые могут иметь проточки нужные при обрыве ремня ГРМ.
Такие вариации могут снизить приличную массу, средний вес облеченного варианта – около 250 грамм. Что в два раза легче. А с 4 штук, уходит более 1 килограмма! Для мотора это очень существенно.
Как сделать своими руками?
Знаю многих мучает такой вопрос – как из обычного, сделать облегченный поршень и вообще возможно ли это?
Конечно возможно, причем некоторые умельцы вытачивают и срезают лишнее в своих гаражах. Однако хочется отметить — что нужны точные размеры под срезы, а также «развесовка» и «балансировка».
Срезают как обычно высоту и бока.
Работа очень трудоемкая и точная, если что-то сделаете не правильно, то поршень идет на свалку. Поэтому лучше сначала вычислить размеры на бумаге-компьютере.
Далее нанести контур карандашом, затем закрепить по этому контуру метки. Многие их отмечают клеящейся бумагой (можно и малярным скотчем), другие рисуют нестирающимся маркером (например — перманентным).
После можно срезать не нужную часть на специальном станке, либо можно отрезать болгаркой или специальными насадками на дрель.
Опять же отмечу, срез должен быть точный, либо баланс поршня будет нарушен и у двигателя будет большая детонация. Так что если ни разу этим не заниматься, нужно обратиться к «тюнерам» вашего города. Возможно они уже это проходили.
А из личного опыта скажу, иногда лучше купить уже готовый комплект для вашего агрегата, они также продаются в большом количестве на интернет площадках.
А теперь смотрите большое видео, как установить облегченне покупные поршни на двигатель ВАЗ
Наверное на этом все, думаю это информация была вам полезной. Читайте наш АВТОБЛОГ.
(10 голосов, средний: 3,20 из 5)
Динамические законы ШПГ на примере двигателей семейства М30. Часть 2. Окончательное обоснование бессмысленности внимания к R/S.
Внимание.: Данная статья содержит мнение автора за год до продолжения цикла статей, где вопрос R/S был изучен более глубоко. Оставлена статья в качестве отражения хода мыслей автора.
__________________________________________________________________
Сегодня мы завершим изучать динамические законы шатунно-поршневых двигателей на примере двигателей BMW семейства М30.
В предыдущей части мы выразили результирующую вращающую силу следующим образом:
Fв = (Fг + Fивп)* k + Fив,
где
Fг — сила давления газов на поршень
Fивп — сила инерции возвратно-поступательных масс
Fив — сила инерции вращающихся масс
k — коэффициент передачи сил от поршня к коленчатому валу
После мы рассмотрели эпюры силы инерции возвратно-поступательных масс, силы инерции вращающихся масс и коэффициента передачи сил от поршня к коленчатому валу в сравнении моторов М30В25, М30В34 и S38B36.
Сегодня мы рассмотрим вращающую силу со следующей позиции:
Fв = k*Fг + (k*Fивп + Fив).
Для чего я переписал выражение для вращающей силы? Дело в том, что таким образом мы можем выделить для себя силы, всегда присутствующие в конкретном двигателе и независящие от других параметров таких, как коэффициент наполнения, температура двигателя, состав топливовоздушной смеси, угла опережения зажигания и т.п. Эти силы как раз приведены в скобках.
4. Произведение коэфициента передачи сил от поршня к коленчатому валу на силы инерции возвратно-поступательных масс.
Рассмотрим эпюры произведения двух рассмотренных ранее детально параметров: k*Fивп. Иначе говоря, рассмотрим составляющую вращающей силы, возникающую по причине инерции возвратно-поступательных масс.
4.1. Посмотрим сравнение зависимости k*Fивп от угла поворота коленчатого вала для моторов М30В34 и М30В25:
Ход (М30В25) = 71,6 мм,
Ход (М30В34) = 86 мм
Длина шатуна (М30В25) = Длина шатуна (М30В34) = 135 мм
Возвратно-поступательную массу возьмем, как и ранее, равной 1 кг.
Частота оборотов вращения коленчатого вала 3000 об/мин:
Частота оборотов вращения коленчатого вала 6000 об/мин:
4.2. Посмотрим сравнение зависимости k*Fивп от угла поворота коленчатого вала для моторов S38В36 и М30В34:
Ход (М30В34) = Ход (S38B36) = 86 мм
Длина шатуна (М30В34) = 135 мм
Длина шатуна (S38B36) = 144 мм
Возвратно-поступательную массу возьмем, как и ранее, равной 1 кг.
Частота оборотов вращения коленчатого вала 3000 об/мин:
Частота оборотов вращения коленчатого вала 6000 об/мин:
5. Полное значение составляющей вращающей силы, не зависящей от настройки и режимов ДВС.
Рассмотрим эпюры полного значения составляющей вращающей силы, не зависящей от настройки и режимов ДВС.
Выражение для этой составляющей: k*Fивп + Fив
Еще раз напомню, что это та часть вращающей силы, которая есть всегда при определенных оборотах и не зависит ни от состава смеси, ни от ГРМ, ни от каких-либо иных настроек двигателя. Даже если вы вручную вращаете двигатель, эти силы будут возникать, и именно поэтому у Вас не хватит силенок раскрутить двигатель до тех оборотов, что мы рассмотрим в эпюрах.
5.1. Посмотрим сравнение зависимости полного значения составляющей вращающей силы, не зависящей от настройки и режимов ДВС, от угла поворота коленчатого вала для моторов М30В34 и М30В25:
Ход (М30В25) = 71,6 мм,
Ход (М30В34) = 86 мм
Длина шатуна (М30В25) = Длина шатуна (М30В34) = 135 мм
Возвратно-поступательную массу возьмем, как и ранее, равной 1 кг.
Вращающиеся массы, как и ранее, возьмем равными 2,2 кг
Частота оборотов вращения коленчатого вала 3000 об/мин:
Частота оборотов вращения коленчатого вала 6000 об/мин:
5.2. Посмотрим сравнение зависимости полного значения составляющей вращающей силы, не зависящей от настройки и режимов ДВС, от угла поворота коленчатого вала для моторов S38В36 и М30В34:
Ход (М30В34) = Ход (S38B36) = 86 мм
Длина шатуна (М30В34) = 135 мм
Длина шатуна (S38B36) = 144 мм
Возвратно-поступательную массу возьмем, как и ранее, равной 1 кг.
Вращающиеся массы, как и ранее, возьмем равными 2,2 кг
Частота оборотов вращения коленчатого вала 3000 об/мин:
Частота оборотов вращения коленчатого вала 6000 об/мин:
Ну, вот, собственно, и все, что можно показать в механике деталей блока шатунно-поршневого двигателя.
Какие выводы можно сделать по динамике и кинематике?
1. Значения сил линейно зависят от радиуса кривошипа, т.е. от хода коленчатого вала.
2. Значения сил линейно зависят от масс вращающися и возвратно-поступательных деталей, т.е. масс поршня, колец, пальца, шатуна и коленчатого вала со вкладышами.
3. Значения сил практически не зависят от длины шатуна.
4. Значения сил зависят по квадратичному закону от частоты оборотов коленчатого вала. Т.е. увеличение оборотов в 2 раза приводит к увеличению значения сил по модулю в 4 раза.
5. Соотношение r/l дает нам некоторый параметр, который постоянно фигурирует в формулах. Но от его значения зависит результат настолько незначительно, что популяризированный в просторах интернета миф об R/S можно считать очередным псевдонаучным фактом, которые абсолютно беспричинно будоражит юные головы.
Кстати, чтобы было понятно, объясню:
«R/S» = 0,5 / (r/l), т.е. половина обратной функции от r/l
Не верите в абсурдность шума об R/S? Полистайте страницы:
Ну, на этом буду заканчивать.
Следите за новостями в блоге, и не пропустите рассмотрения следующих законов работы ДВС.
19 декабря 2015
Поделиться:
Комментарии 32
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы писать комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждении.
Перечитал все статьи по данному вопросу. Вроде все выводы логичны, но есть одно «но». Почему тогда у мотоциклетных двигателей значение R/S всегда около «2». Ведь длинный шатун — это дополнительный вес и габариты; и то и другое — ведь весьма критичные вещи для мотоцикла.
Видно, не все мои статьи прочитаны=) Читайте далее или сразу найдите итог. Тема RS раскрыта полностью была позже и даже калькуляторы для вычисления были написаны мною.
В шапке данной статьи не зря написано: «Внимание.: Данная статья содержит мнение автора за год до продолжения цикла статей, где вопрос R/S был изучен более глубоко. Оставлена статья в качестве отражения хода мыслей автора».
Т.е. высокий r/s инженеры закладывают в случае сверхвысокооборотистых двигателей для максимального снижения «ударных» нагрузок на связку поршень/шатун, так?
Последние статьи цикла раскроют суть RS, но отвечу на конкретный вопрос:
Я бы предположил, что в каждом конкретном случае зависит от инженера, поставленной задачи и цели. Наряду с экономичностью, мощностью, габаритами и прочими характеристиками есть и понятие моторесурс. Решение любой инженерной задачи — это компромисс. Не думаю, что RS в инженерном деле выделяется прямо в особую категорию. На мототехнике, к примеру, короткий шатун невозможен из-за компоновки, а в автомобильном моторе гонка за большим RS может привести к увеличению габаритов, массы и прочего либо снижению объёма, что более нежелательно, нежели неправильный RS.
Вообще, в инженерной и учебной русскоязычной литературе чаще встречается половина обратного значения RS — «лямбда», которое является отношением радиуса кривошипа к длине шатуна. И никакого стремления к 0,25 и меньше (Это и будет RS больше или равно 2) там нельзя наблюдать, кроме как, например, (цитирую из одного источника studfile.net/preview/7238800/page:2/): «Для современных автотракторных двигателей лямбда составляет в пределах от 0,21 до 0,30. Принимаем соотношение радиуса кривошипа к длине шатуна равное 0,23. Выбираем это значение в сторону уменьшения, т. к. с увеличением лямбды повышается вероятность задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра. Это ведёт за собой дополнительные нагрузки: увеличивается давление на стенку цилиндра, повышаются потери мощности на трение, тем самым ускоряется изнашивание цилиндров и поршней; силы инерции второго порядка возрастают, что способствует изнашиванию деталей двигателя; уменьшается габаритная высота, масса шатуна и двигателя.»
Должен сказать, в этом источнике подход правильный с точки зрения RS=)))) Трактор в примере получится с RS=2,17. Но, видно, после университета иные подходы к решению задач.
Несуществующий пользователь
Без машины
кто понимает рс работает только для атмо двигов
это утверждение основано на.
Я езжу на BMW 3 series (E21)
Привет. Уже слишком поздно я за четыре часа просто зачитался уже кучу разных статей, но нигде не могу найти как же найти давление в цилиндре и откуда оно берется и вообще возможно ли без реальных замеров реального двигателя просто на бумаге прикинуть чисто по его физическим параметрам на каких оборотах какой будет момент ориентировочно Или это всё же слишком сложно прикидывать без например уоз итп?
Считая грубо по этой Fг = (Р — Рк) * п * D^2 / 4 и этой Мкр = Fв * r формулам получается хз что. за давление в цилиндре я беру СЖ в степени 1.2 вычитаю 1Атм перевожу в МПа и умножая на площадь поршня в мм2 и половине хода поршня в м получаю например Мкр = 255Нм и что с этим делать? что это такое? реальный момент у двигателя 138Нм при 5200. Что делать с этими 255? 255Нм Когда, где? никак не учтены обороты, как их учесть.
Во-первых, в расчетах все значения должны быть в системе счисления СИ, т.е. все пространственные размеры — в метрах, все давления в Па, все силы в Ньютонах и так далее.
Во-вторых, давление в цилиндре при расчёте крутящего момента — это не давление в конце такта сжатия, а функция давления от времени в момент рабочего хода и значение будет в разы выше, нежели давление в конце такта сжатия в степени адиабаты, в следствие повышения давления в процессе горения газов.
Чтобы получить формулу давления от времени нужно знать наполнение цилиндров (зависит от каналов ГБЦ, параметров распредвалов, формы днища поршня, опять же хода и площади и оборотов двс для всех этих параметров), состав смеси, качественные параметры топлива, качество смешения топлива и воздуха, температуру в камере сгорания, угол опережения зажигания, энергию искры свечи и её длительность и так далее.
Мне пока не удалось в полной мере описать газодинамические процессы в ДВС, дабы возможно было получить чёткую математическую модель давления. Возможно, это получится у Вас.
В-третьих, для расчета не моментального значения крутящего момента для одного цилиндра в такте рабочего хода важно получить функцию давления от времени на все четыре такта для каждого цилиндра, затем сложить полученные функции моментальных крутящих моментов друг на друга со смещением для каждого цилиндра на соответствующий угол поворота коленчатого вала. Получите близкую к реальности функцию. Ну, затем останется описать механизм запаса кинетической энергии маховиком, что позволит выравнить полученный график функции и получить максимально близкую картину. После останется лишь вычесть все потери на навесных агрегатах, как генератор, помпа и так далее. И Вы получите желаемый результат.
Шпг что это такое в машине
Москва 8 800 101 6229
Киев +38 096 163 2183
E-mail: написать 
Наш опыт в двигателях — с 1990 года!
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ МОТОРНЫЙ ЦЕНТР
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук, директор моторного центра «АБ-Инжиниринг»
Сергей Самохин
Машина заехала в лужу, мотор хлебнул водички, «схватил клина» и заглох — гидроудар и гнутые шатуны налицо. Гораздо хуже, когда попадание воды в двигатель проходит незамеченным. Но это событие никогда не остается без последствий. Внезапно проявляясь, оно становится полной неожиданностью для автовладельца и загадкой для многих сервисменов и экспертов. Между тем, технически грамотные специалисты легко ее разгадают.
Постоянные читатели журнала припомнят, что к теме гидроудара мы обращаемся не в первый раз. Причина проста: с течением времени она, к сожалению, не утрачивает актуальности. Автопарк быстро молодеет, качество сервиса понемногу улучшается и количество моторов, попадающих в ремонт по причине естественной смерти или неграмотного обслуживания, заметно сокращается. Но стоит лишь случиться очередному природному катаклизму, сопровождающемуся обильными осадками, как тут же появляются жертвы гидроудара. Они вылезают снова и снова, как грибы после дождя. В эту беду попадают любые автомобили: импортные и отечественные, бензиновые и дизельные, старые или не очень. Перефразируя великого поэта, справедливо сказать, что «гидроудару все возрасты покорны». Покорны ему и совсем новые, гарантийные машины, оснащенные современными, высокотехнологичными моторами. В таких случаях особенно остро встают вопросы: «кто виноват?», «гарантийный случай или нет?», «как ремонтировать и можно ли это делать?». Да и вообще, как распознать, что в моторе случился гидроудар?
Что такое хорошо…
Допустим, машина въехала в лужу, утонула, мотор захлебнулся и заглох. Выход один — вызывать эвакуатор и везти обездвиженный автомобиль в автосервис. Казалось бы, чего тут хорошего. Действительно, хорошего мало, и все же такой сценарий вовсе не самый плохой. «Одномоментность» происшествия позволяет с большой вероятностью предположить, что произошел гидроудар, и уже заранее представить возможные последствия. Проверить догадку несложно: достаточно заглянуть в воздушный фильтр — он наверняка будет полон воды. Естественно, вода будет в одном или нескольких цилиндрах, причем, она может оставаться в них несколько дней и даже недель.
Как правило, в таком случае вскрытие мотора не выявляет повреждений, «не совместимых с жизнью». Ведь глубокие лужи обычно никто не форсирует на высокой скорости и в режиме предельной мощности. Обычно обнаруживается один или несколько погнутых шатунов. В общем случае такая авария надежно лечится заменой шатунно-поршневой группы (ШПГ) в сборе. Почему рекомендуется заменить ШПГ целиком? Во-первых, как будет пояснено ниже, если шатун в той или иной степени деформировался, то и геометрия поршня однозначно нарушена. Во-вторых, определить отсутствие повреждений шатуна «на глаз» невозможно, а специальных приспособлений для контроля его геометрии в России не найти днем с огнем. Оставлять шатун «на удачу» очень опасно — в этом мы убедимся далее.
Из этого общего случая есть исключения. Если машина старенькая, ее остаточная стоимость невысока, да и жить ей осталось недолго, возможны менее затратные, но и более рискованные варианты вроде частичной замены ШПГ с использованием деталей с разборки. Другое дело, когда машина сравнительно новая. Если владельцу не удастся доказать, что гидроудар произошел в результате цунами, этот случай, скорее всего, не признают страховым, а квалифицируют как неграмотную эксплуатацию. Мол, не зная броду, не суйтесь в воду! Оплачивать ремонт двигателя придется автовладельцу. Наиболее правильным решением в этом случае будет замена «шорт-блока», то есть блока цилиндров в сборе с «внутренностями».
Почему не замена ШПГ, что более экономно? Новый автомобиль — это, как правило, современный, технологически сложный двигатель: алюминиевый блок, коренные крышки в виде единой постели, в ее разъеме зачастую проходят каналы, требующие герметизации и т.д. Поэтому замена ШПГ и проверка коленвала, связанная с его снятием-установкой, не только трудоемки, но и требуют высокой квалификации персонала. Не на всех дилерских станциях есть специалисты по сложному агрегатному ремонту — у дилеров специфика работы иная. Поэтому разумнее заплатить больше денег, но быть уверенным в надежности отремонтированного мотора. Если мотор 4-цилиндровый, то «шорт-блок» не будет чрезмерно дорог, и экономить однозначно не стоит. Для V-образников, напротив, «шорт-блок» может оказаться непомерно дорог — но опять-таки возможны варианты.
В любом случае «гидронокаут», немедленно вызвавший заклинивание мотора, однозначно диагностируется, а его последствия достаточно просто устраняются.
. и что такое плохо
Гидроудар гидроудару — рознь. Его сила и, соответственно, степень повреждения деталей двигателя, зависят от соотношения объема камеры сгорания и количества попавшей в цилиндр воды. Когда воды немного (она занимает лишь часть камеры сгорания или чуть больше нее), гидроудар не приводит к нокауту двигателя, но по-любому мотор получает увесистый «прямой в голову». Зачастую это событие происходит незаметно для автовладельца, но не без последствий для двигателя.
И вот, когда прошедшее ненастье давным-давно забыто, в погожий день человек неспешно едет на дачу и вдруг… бах-трах-тарарах — машина встает! Владелец в изумлении: ехал себе спокойно, никого не трогал! Везет машину в сервис, мотор вскрывают и обнаруживают полный «сталинград»: оборванный шатун, покореженный, застрявший в камере сгорания поршень, разбитый «в хлам» цилиндр, пробитый блок. Если автомобиль куплен недавно и находится на гарантийном обслуживании, ситуация обостряется до предела. Обе стороны назревающего конфликта задаются неприятным вопросом: «кто за это заплатит?». Хозяин машины в силу естественной неосведомленности начинает подозревать, что ему продали «неправильный» автомобиль или неправильно его обслуживали. Работники сервиса недоумевают не меньше владельца. Им так же важно установить причину произошедшего, но практика показывает, что немногие сервисмены способны достоверно распознать, что причиной аварии стал именно «гидроудар», полученный двигателем в прошлом. И уж тем более они не могут убедительно доказать это клиенту.
По требованию автовладельца назначается экспертиза, но и она нередко оказывается беспомощной объяснить, что же на самом деле произошло. Как показала практика, большая часть экспертов, смело берущихся за исследования причин поломки двигателей, даже не знает, каковы признаки гидроудара, и не может вразумительно объяснить, как двигатель мог отказать в сухую погоду в спокойной поездке по шоссе. Есть и такие «эксперты», которые из корыстных побуждений намеренно искажают истину: сваливают все на заводской дефект или наоборот, усматривают последствия гидроудара там, где им и не пахнет — в зависимости от того, кто «заказал музыку» — автовладелец или автоцентр. Так или иначе, следующий за нерешенными спорами судебный процесс запутывается, и «Фемида», как ей и положено, через год-полтора принимает решение с завязанными глазами, руководствуясь одной ей понятными мотивами. Понятно, что решение оказывается справедливым далеко не всегда.
И такое происходит сплошь и рядом. Чтобы пресечь сие зло раз и навсегда, нужно совсем немного — просто научиться за обломками шатунов и поршней безошибочно распознавать гидроудар. Сделать это не сложно — гидроудар легко «читается», его признаки практически невозможно спутать с чем-то иным. Нужно лишь ясно представлять, какими явлениями и процессами он сопровождается.
Картина гидроудара
Когда при движении вверх поршень упирается в водяную «стену», на шатун начинает действовать гигантское усилие сжатия. Его источник — не мощность, развиваемая двигателем, а инерция движущегося автомобиля, которая через колеса и трансмиссию проворачивает коленвал, преодолевая мощное сопротивление поршня, упертого в воду на такте сжатия. Под действием силы сжатия шатун теряет устойчивость и изгибается, чтобы пройти ВМТ. В момент деформации в соединении поршня с шатуном возникает колоссальное усилие, сила трения в парах шатун/палец и палец/поршень резко увеличивается и всячески препятствует поршню повернуться на пальце при движении шатуна. При этом поршень стремиться повернуться в цилиндре вместе с шатуном, и на одну сторону юбки поршня будет приложена чрезвычайно высокая нагрузка, деформирующая юбку. Внешне поршень может выглядеть идеально, но стоит лишь взять в руки микрометр, как нарушение геометрии станет очевидным.
Дальнейшее развитие событий зависит от величины деформации шатуна (в основном, от того, сколько воды было в цилиндре). Он может согнуться так сильно, что упрется в нижний край стенки цилиндра и мотор заклинит. Двигатель может «дать клина» и по другой причине. Сгибаясь, шатун укорачивается, и если он стал короче примерно на 3 мм и более, поршень в НМТ «сядет» на противовесы коленвала. При встрече со «щеками» на следующем полуобороте коленвала поршень повредится частично или развалится полностью.
Но если водички было немного, деформация шатуна будет небольшой, воду «выплюнет» через систему выпуска на следующем обороте, и машина помчится дальше… Такое незначительное повреждение ШПГ — самое хитрое следствие гидроудара. Оно может дать о себе знать слабым, едва заметным стуком, который возникает из-за нарушения параллельности осей отверстий в нижней и верхней головках шатуна. Иногда стука может и не быть вовсе. Укорачивание шатуна приводит к изменению положения поршня в ВМТ и, как следствие, к снижению степени сжатия в цилиндре. Небольшое падение степени сжатия в одном или двух «горшках» бензинового мотора не оказывает заметного влияния на его работу. Такие изменения можно зарегистрировать только методами аппаратной диагностики. Поскольку никаких явных признаков повреждения может и не быть, владелец автомобиля не будет ведать о том, что мотор в опасности.
В дальнейшем события развиваются так. На шатун всегда действуют циклические осевые нагрузки растяжения/сжатия. Когда шатун погнут, осевые нагрузки приводят к возникновению в его теле дополнительных знакопеременных изгибающих напряжений. Это нерасчетный режим работы, который вызывает усталостное разрушение шатуна. Чтобы произошло усталостное разрушение, требуется немалое время, которое может измеряться несколькими сотнями или тысячами (обычно до 5000-7000) километров пробега. Некоторые «знатоки» для обозначения описанного явления используют термин «отложенный гидроудар», что, согласитесь, абсолютно неверно и свидетельствует больше о непонимании процесса авторами термина, чем о реальной картине происходящего. Ведь гидроудар происходит безотлагательно, откладываются лишь его последствия.
Кстати, для дизельных двигателей такой сценарий нехарактерен. Из-за меньшего объема камеры сгорания и отсутствия в большинстве моторов дросселирования воздуха дизели «держат гидроудар» гораздо хуже бензиновых двигателей. Образно говоря, дизель если уж хлебнет, так, скорее всего, «по полной» и сразу — в нокаут. Последствия гидроудара обычно проявляются немедленно, и как проявляются: могучие шатуны нередко гнет и ломает так, что диву даешься!
Семь признаков
Как же определить через тысячи километров пробега, действительно ли гидроудар был причиной разрушения шатуна? Для этого не надо иметь семь пядей во лбу, достаточно знать только семь главных признаков гидроудара.
Признак первый. Если двигатель в результате гидроудара не заглох, а проработал довольно долго, то воды в нем не будет совсем. И нигде. И искать ее бесполезно — она давно испарилась (хотя некоторые «эксперты» умудряются ее найти — видимо, действуя по принципу «кто ищет, тот всегда найдет»). Но есть одно место, где можно обнаружить явные следы воды — воздушный фильтр. Если фильтр бумажный, попадание воды и последующее ее испарение вызовет характерную деформацию и коробление гофр. Если такое удалось найти, практически можно исследование закончить и объявить причину поломки найденной. К сожалению, многие современные моторы комплектуются фильтрами из синтетики, которая на воду никак не реагирует. Тогда следов воды не будет нигде, и придется искать другие верные признаки гидроудара.
Признак второй. В цилиндре над местом, где верхнее кольцо останавливается в ВМТ (верхняя мертвая точка поршня), всегда есть нагар. Поскольку деформированный шатун укорачивается, поршень в положении ВМТ опускается ниже своего прежнего нормального положения. При смещении поршня ширина кромки нагара ступенчато увеличивается, что хорошо заметно и невооруженным глазом, а величину расширения кромки нагара можно замерить обычной линейкой. Даже после обрыва деформированного шатуна ширина кромки нагара легко укажет, что пока шатун был «жив», его длина была меньше положенной.
Признак третий. При гидроударе нередко вода попадает не в один, а несколько цилиндров. В соответствии с этим повреждения могут получить несколько шатунов, из которых сломается первым самый гнутый. Тогда остальные легко проверить «на глаз» — если шатун испытал гидроудар, его стержень после потери устойчивости будет иметь вид характерной «змейки» в плоскости качания.
Признак четвертый. Когда гнется шатун, оси его отверстий теряют строгую параллельность. Перекос осей, обычно измеряемый сотыми долями миллиметра, после гидроудара настолько велик, что нередко виден даже «на глаз». Очевидно, тогда поршень начинает работать в цилиндре с перекосом. Это классический случай, признаки которого хорошо известны. У поршня на юбке будет заметно пятно контакта характерной диагональной формы. Также на поршне появится дополнительное контактное пятно, расположенное выше поршневого пальца, в то время как противоположная зона огневого пояса, наоборот, будет покрыта большим слоем нагара.
Признак пятый. На цилиндре, в котором работал деформированный шатун, будут ответные поршню следы: в верхней части цилиндра в месте касания поршня поясок нагара будет стерт, его кромка будет неровной, возможно, с рисками от нештатного касания поршня. Иногда ниже на цилиндре появляются также характерные блестящие следы.
Признак шестой. После деформации шатуна вкладыши также начнут работать с перекосом. На них появятся следы «диагонального» износа — блестящие полоски по краям.
Признак седьмой. «Осаженный» на несколько миллиметров шатун и уменьшенная степень сжатия — достаточные основания для уменьшения количества поступающего в данный цилиндр воздуха. Однако форсунка подает топливо в данный цилиндр в том же количестве, что и другие форсунки в соседние цилиндры. Кроме того, с искривленным шатуном и поршневые кольца работают с перекосом. В результате топливовоздушная смесь в цилиндре с укороченным шатуном станет богаче, а нагара на стенки камеры сгорания осядет больше. Это легко увидеть после демонтажа головки блока цилиндров — более темный цвет нагара на стенках цилиндра, «схватившего» гидроудар, скажет сам за себя.
Этих семи признаков более чем достаточно, чтобы уверенно утверждать, что шатун длительное время работал изогнутым — возможно, по причине перенесенного гидроудара. Можно даже примерно определить, когда он произошел, если «отмотать кинопленку» назад, на время, за которое автомобиль прошел несколько тысяч километров. Несмотря на это, время от времени находятся умники, которые упрямо доказывают, что причина аварии — некий производственный дефект шатуна (дефект материала, термической или механической обработки — в зависимости от фантазии «эксперта»), случившийся тысяч через 50-100 после покупки автомобиля. Или наоборот, ищут воду в каналах долго работавшего после гидроудара двигателя. Некоторые изобретают собственные признаки (типа, если гнутых шатунов несколько, значит был гидроудар), или вообще прикрывают свое незнание процесса фразами наподобие «характер, объем и месторасположение дефектов указывают на гидроудар», забывая при этом уточнить и характер, и объем, и место.
Мы же утверждаем, что любые скрытые дефекты деталей двигателя, вызывающие подобные поломки, как правило, выявляются при пробегах до 10 000 км (в редких случаях — до 20 000 км пробега). Если «сталинград» в моторе случился при существенно большем пробеге, можно с закрытыми глазами утверждать, что заводской брак тут не причем. А чтобы установить действительную причину, нужно просто открыть пошире глаза и немного пошевелить мозгами. Только и всего.
Другие наши статьи.
 1. Признак гидроудара первый — коробление гофров воздушного фильтра. |
 2. Признак второй — пояс нагара в верхней части цилиндра с кривым шатуном шире, чем в остальных цилиндрах, что даже можно померить. |
Шпг что это такое в машине
Шатунно-поршневая группа
В шатунно-поршневую группу входят поршень, поршневые кольца, поршневой палец и шатун.
Поршень служит для восприятия давления газов при такте расширения и передачи его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, а также обеспечивает выполнение вспомогательных тактов цикла — впуска, сжатия и выпуска. В двухтактных двигателях поршень, кроме того, служит золотником газораспределительного механизма.
Поршень работает в весьма тяжелых условиях. На него действуют силы от давления газов и инерционные силы, он подвергается также действию высоких температур. В соответствии с условиями работы материал поршня должен обладать прочностью и износостойкостью, быть легким, хорошо отводить тепло. Этим требованиям удовлетворяют алюминиевые сплавы.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
- Смесеобразование в дизельных двигателях
- Новые энергонасыщенные тракторы
- Основные направления в развитии конструкций тракторов
- Типаж тракторов и двигателей
- Испытание трактора
- Устойчивость трактора
- Отопление и вентиляция кабины
- Лебедка автомобиля
- Тягово-сцепное устройство
Преимуществами поршней, изготовленных из алюминиевого сплава, по сравнению с чугунными, являются меньшая масса (примерно в 2,5 раза), более высокая( в 3—4 раза) теплопроводность, малая (на 30% меньше) теплопередача от газов к поршню. В связи с этим их температура ниже, чем поршней, выполненных из чугуна.
Вместе с тем поршни из алюминиевых сплавов вследствие высокого коэффициента линейного расширения необходимо выполнять с большими зазорами между стенками цилиндра и поршнем. Они обладают меньшим сопротивлением износу, значительным снижением прочности при нагреве. Для устранения последнего недостатка поршни из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке (закалке и старению). Для лучшей приработки поршня к цилиндру поверхность поршней двигателей ЗИЛ-130, ГАЗ-бЗА и других покрывают тонким слоем (0,002—0,006 мм) олова.
Поршень (рис. 19) состоит из головки с днищем и канавок и для поршневых колец, направляющей части и бобышек.
Днища поршней четырехтактных карбюраторных двигателей (рис. 20, а. б, в) могут быть различной формы (плоские, вогнутые, выпуклые и др.). Форма определяется конструкцией камеры сгорания. Наибольшее распространение получили плоские днища (рис. 20, а) как наименее нагревающиеся во время работы двигателя и более простые в производстве Днища поршней некоторых двухтактных двигателей (рис. 20, г, д, е-имеют отражатели-дефлекторы для на) правления горючей смеси и выпуска отработавших газов. Днища поршней у дизельных двигателей имеют самые разнообразные формы (рис. 20, ж, з. и, к). Чтобы придать днищу поршня большую прочность, у последнего с внутренней стороны делают ребра жесткости.
Рис. 19. Конструкция поршня дизельного двигателя:
Головка поршня имеет утолщенные боковые стенки для размещения канавок поршневых колец. Верхние канавки (см. рис. 19) служат для установки компрессионных колец, нижние — для маслосъемных. В поясе канавок для маслосъемных колец сверлят ряд сквозных отверстий для отвода масла, снимаемого со стенок цилиндра. Количество поршневых колец зависит от давления газов в цилиндре двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Обычно на поршнях карбюраторных двигателей устанавливают 2—4 кольца, а на поршнях дизельных двигателей 3—5 колец. В головку поршня двигателя ЗИЛ-130 залито чугунное кольцо, в котором прорезана канавка для верхнего (наиболее нагруженного) компрессионного кольца.
Направляющая часть поршня направляет его движение в цилиндре и передает боковое усилие стенкам цилиндра. Длина направляющей части зависит от величины бокового усилия и выбирается такой, чтобы получить допустимые удельные давления.
Неравномерность нагрева поршня по высоте и различное раширение отдельных его частей обусловило изготовление поршней с возрастающим диаметром от головки к направляющей части. Зазор между поршнем и цилиндром в верхней части поршня составляет 0,3—0,8 мм, а в нижней 0,05—0,8 мм. Для предотвращения заклинивания поршня при нагреве и появлении стуков при большом зазоре между поршнем и стенками цилиндра поршни из алюминиевых сплавов выполняют с разрезом П- или Т-образной формы или придают направляющей части поршня овальную форму. Размер вдоль оси пальца делается на 0,15—0,30 мм меньше размера в перпендикулярном направлении. Для уменьшения передачи тепла от головки поршня к направляющей части между ними прорезают горизонтальную канавку. У некоторых конструкций поршней (для уменьшения массы) нерабочая направляющая часть их вырезана. Вырезы обеспечивают проход противовесов при вращении коленчатого вала (ГАЗ-53А, КамАЭ-5320 и др.).
Бобышками называются приливы с внутренней стороны поршня, в отверстиях которых устанавливается поршневой палец, соединяющий поршень с шатуном. В некоторых автотракторных двигателях ось поршневого пальца смещают на 0,02—0,03/3 относительно оси поршня (D — диаметр поршня) в сторону более нагруженной поверхности поршня, что приводит к перераспределению давлений на стенку цилиндра по длине направляющей части и предотвращает стуки поршня при изменении направления его движения.
Комплект поршней подбирается как по размерам, так и по массе. Отклонение по массе поршней одного комплекта не должно превышать г. С этой целью внизу направляющей части делают утолщение (буртик), с которого при подгонке удаляют излишний металл.
Рис. 20. Формы днищ поршней
Поршневые кольца, как уже было сказано, бывают двух типов: компрессионные и маслосъемные.
Компрессионные кольца служат для предотвращения прорыва газов из цилиндра в картер двигателя и проникновения масла в камеру сгорания, а также для отвода тепла.
Маслосъемные кольца предназначены для снятия излишнего масла со стенок цилиндра.
Основное требование, предъявляемое к кольцам,— плотное прилегание к стенкам цилиндра и к стенкам канавок в поршне. Плотное (без просвета) прилегание колец к стенкам цилиндра достигается их упругостью. Компрессионные кольца, устанавливаемые в канавках поршня, прижимаются к зеркалу цилиндра также и давлением газов, проникающих за кольца, и благодаря наличию масляного слоя создают уплотнение полости цилиндра.
Вырез в поршневом кольце называется замком. Формы замков поршневых колец бывают разные, но наибольшее распространение получил прямой замок, как наиболее простой в производстве. Чтобы избежать заклинивания нагретого кольца в цилиндре, оно должно иметь в замке небольшой зазор (0,15— 0,45 мм в карбюраторном двигателе и 0,30—1,0 мм в дизельном).
Поршневые кольца устанавливаются так, чтобы замки были расположены дальше один от другого. Кольца двухтактных двигателей фиксируются от проворачивания, так как их стыки могут попасть в зону расположения впускных, продувочных или выпускных окон.
Поршневые кольца имеют несколько меньшую высоту, чем канавки поршня. Величина торцевого зазора по высоте составляет 0,16—0,20 мм.
В поперечном сечении компрессионные кольца имеют различную форму: косой срез на внутренней стороне (рис. 21, а, б), канавки на торцах колец (рис. 21, г, д) или кольцевые канавки (рис. 21, ж).
Поршневые кольца с косым срезом на внутренней стороне или с канавками на торцах при сжатии скручиваются и принимают коническую форму, в результате чего боковая поверхность кольца касается зеркала цилиндра не всей поверхностью, а лишь узкой кромкой. Этим ускоряется приработка колец к цилиндрам и уменьшается расход масла.
При применении колец с трапецеидальным сечением, которые получили широкое распространение на дизельных двигателях, предотвращается возможность их застревания в канавках поршня при значительном отложении нагара.
Рис. 21. Поршневые кольца:
Для уменьшения попадания масла в камеру сгорания, помимо компрессионных колец, устанавливаются одно или два маслосъемных кольца (рис. 21, в, е, з), которые изготовляются с отверстиями или профрезерованными щелями.
Маслосъемные кольца двигателей ЗИЛ и ЯМЗ комбинированные. Такое кольцо (рис.21, У) состоит из двух стальных кольцевых дисков и двух расширителей — осевого и радиального 3. Кольца изготовляются из серого чугуна, легированного чугуна и из стали.
Наиболее распространенным способом изготовления чугунных колец является индивидуальная отливка и механическая обработка с последующей вырезкой замка и в ряде случаев термообработка. Для повышения износоустойчивости и ускорения приработки рабочую поверхность колец покрывают слоем хрома толщиной в 0,1—0,1 мм. Хромируются, как правило, два верхних компрессионных кольца. Все нехромированные кольца обычно подвергаются электролитическому лужению (толщина слоя 0,005— 0,01 мм) или фосфатированию. Лужение и фосфатирование ускоряют приработку и повышают сопротивляемость к коррозии.
Рис. 22. Поршень и шатун:
1 и 2 — компрессионные кольца; 3 — маслосъемные кольца; 4 — поршень; — верхняя головка; — нижняя головка; — стопорная шайба; и — шатунные болты; — вкладыши; — стержень шатуна; — втулка; — палец; — стопорные кольца
Поршневой палеи, служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и передачи усилий, возникающих между ними. Палец должен быть прочным, жестким, износоустойчивым и легким. Для уменьшения массы он исполняется в форме полого цилиндра. Иногда внутри канала кольца делают перегородку, которая предотвращает возможное перетекание газов между впускными и выпускными окнами двухтактных двигателей (ПД-10У, П-350 и др.). Своими концами палец (рис. 22) устанавливается в отверстие бобышек поршня, а средней частью проходит через отверстие верхней головки шатуна. Чтобы палец не касался зеркала цилиндра, его делают несколько меньше, чем диаметр поршня, и удерживают от осевых перемещений стопорными пружинящими кольцами, которые вставляются в выточки обеих бобышек поршня, либо алюминиевыми заглушками.
В настоящее время преимущественное распространение получили плавающие пальцы, которые во время работы двигателя поворачиваются как в головке шатуна, так и в бобышках поршня, что обеспечивает их малый и равномерный износ.
Во втулке верхней головки шатуна палец устанавливается с зазором. Посадку пальца в отверстия бобышек поршня производят с натягом, для чего поршень из алюминиевого сплава нагревают до температуры 70—75 °С.
Поршневые пальцы изготовляются из углеродистой или легированной стали и подвергаются термической обработке. Необходимая твердость наружной поверхности при изготовлении пальцев из низкоуглеродистой стали достигается цементацией на глубину 0,5—2 мм или поверхностной закалкой токами высокой частоты на глубину 1—1,5 мм при изготовлении их из высокоуглеродистой стали. В процессе изготовления поршневые пальцы шлифуют и полируют.
Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом и передает коленчатому валу усилия, действующие на поршень при расширении газов и в обратном направлении при вспомогательных тактах.
Шатун состоит из стержня и двух головок — верхней, соединяемой с поршневым пальцем и нижней, соединяемой с коленчатым валом. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, постепенно увеличивающееся книзу и плавно переходящее в нижнюю головку шатуна. В тех случаях, когда во втулку верхней головки шатуна смазка подается под давлением, стержень шатуна имеет продольный канал, соединяющий обе головки.
При плавающем крёплении пальца верхняя головка шатуна изготовляется цельной и в нее запрессовывают втулку из латуни или бронзы. Для удержания смазки и распределения ее по поверхности поршневого пальца на внутренней поверхности втулки сделаны винтовые канавки, а для подвода масла служат кольцевая канавка на наружной поверхности втулки и в верхней головке шатуна и одно или несколько сверлений в стенке втулки. Длина верхней головки шатуна делается на 2—4 мм меньше расстояния между бобышками поршня для предотвращения перекосов при сборке, возможных из-за неточностей изготовления и вследствие удлинения деталей при нагревании во время работы.
Нижняя головка шатуна для удобства соединения с шейкой коленчатого вала делается разъемной и соединяется болтами и 9. Болты закрепляются либо гайками и шплинтами (наиболее распространенный способ), либо ввертываются в резьбовые отверстия тела шатуна и шплинтуются стопорными шайбами или проволокой.
Крышка нижней головки шатуна выполняется с ребрами и утолщениями различной формы, чем достигается достаточная прочность и жесткость, а следовательно, меньший износ подшипника и шейки коленчатого вала. Нижняя головка шатуна некоторых пусковых двигателей тракторов изготовляется неразъемной, в нее запрессовывается роликовый или игольчатый подшипник. В нижней головке шатуна иногда делают сверление, через которое периодически фонтанирует масло для смазки зеркала цилиндра, кулачков распределительного вала и толкателей.
Верхняя часть нижней головки шатуна и крышка обрабатываются совместно с большой точностью, поэтому переставлять крышку с одного шатуна на другой нельзя. Для предотвращения возможного разукомплектования на поверхности обеих половин нижней головки шатуна наносятся одинаковые цифры или метки спаренности, в соответствии с которыми осуществляют соединение крышки с шатуном.
В нижней головке шатуна расположен подшипник скольжения, представляющий собой тонкостенные вкладыши, изготовленные из стальной ленты толщиной 1—3 мм, внутренняя поверхность которой для уменьшения трения и износа шеек коленчатого вала покрыта тонким (0,15—0,5 мм) слоем антифрикционного сплава — баббитом, свинцовистой бронзой или алюминиевым сплавом АСМ-НАТИ. Для предохранения вкладыша от проворачивания или продольного смещения на его наружной поверхности делают выступы, входящие в соответствующие углубления нижней головки шатуна. В последнее время применяют сталеалюминиевые вкладыши, у которых поверх стального основания нанесен сплав А0-20.
В подшипниках дизельных двигателей в качестве антифрикционного сплава применяется свинцовистая бронза или сплав из алюминия, сурьмы и магния (АСМ). Антифрикционные сплавы должны обладать хорошей прирабатываемо-стью, высокой износоустойчивостью и теплопроводностью.
У V-образных двигателей шатуны противолежащих цилиндров бывают трех типов: – нижняя головка одного из шатунов (главного) (рис. 23, а) установлена на шейке вала. Головка этого шатуна имеет специальные ушки 4, с которыми при помощи пальца соединен второй (прицепной) шатун 3\ – один из шатунов (рис. 23, б) имеет вильчатую нижнюю головку, в развилину которой входит другой шатун 5. В этом случае на шейке вала устанавливают общий удлиненный вкладыш, у которого внутренняя и середина наружной поверхности имеют антифрикционную заливку; – нижние головки обоих шатунов установлены рядом (рис. 23, в) на общей шейке вала. В этом случае шатуны имеют обычное устройство, но для их размещения один ряд цилиндров несколько сдвигают относительно другого вдоль оси вала.
Для обеспечения уравновешенности двигателя разница по массе комплекта шатунов, устанавливаемых на один двигатель, не допускается более установленной заводом-изготовителем.
Шатуны изготовляются штамповкой из углеродистой или легированной стали с последующей механической и термической обработкой. Шатунные болты и гайки изготовляют из высококачественных легированных сталей.