Диаметр поршня и диаметр цилиндра

Что дает соотношение хода поршня к диаметру цилиндра скутер

Для мощности двух и четырехтактных двигателей гоночных машин, соотношение ход поршня/диаметр цилиндра имеет исключительно большое значение. Разберемся, почему.

Что касается двух и четырехтактных двигателей, выбор соотношения между ходом поршня и диаметром цилиндра действительно очень важен для определения характеристик отбора мощности. Если ход поршня меньше диаметра цилиндра, соотношение меньше 1, получаем двигатель с коротким ходом (тип «super-square»). Если ход поршня и диаметра цилиндра равны, соотношение равно 1 (тип «square»). Если ход поршня больше диаметра цилиндра, соотношение больше 1, получаем двигатель с длинным ходом (тип «under-square»). При одинаковом объеме двигателя и аналогичных значениях важных параметров наблюдается следующая тенденция: как правило, двигатели с длинным ходом поршня, по сравнению с двигателями с коротким ходом, имеют больший крутящий момент и лучшую тягу, но меньшие обороты и максимальную мощность. Кроме того, благодаря меньшей камере, они, похоже, имеют улучшенное сгорание и меньшее выделение не сгоревших газов. И все же сегодня среди двухтактных двигателей с наилучшими эксплуатационными характеристиками, и не только гоночных, все чаще встречаются те, у которых диаметр цилиндра и ход поршня равны.Рассмотрим причины, обусловившие этот выбор

В двухтактном двигателе с отличными эксплуатационными характеристиками соотношение между ходом поршня и диаметром цилиндра очень важно для получения рациональной и эффективной с точки зрения гидроаэромеханики компоновки детали типа «link stud» {связывающая стойка).

Преимущества длинного и короткого хода поршня.

В мире специальных мощных гоночных двухтактных двигателей уже вряд ли есть место длинному ходу поршня. В картинге появление на треке двигателя Rotax, 100 смЗ, тип «square», определенно привело к закату эры славных двигателей с длинным ходом поршня (имевших, как правило, типовые размеры 48 мм х55мм), доминировавших до 1988 г.Вообще говоря, двигатель с длинным ходом поршня способен развивать более высокий момент вращения на меньших оборотах. У него тяжелее шатун, даже если поршень, по теории, может быть легче. При длинном ходе поршня, по сравнению с коротким ходом поршня, ведущий вал всегда имеет больше пространства между пальцем шатуна и шатунной шейкой, поэтому он не столь жесткий, и имеет маховик большего диаметра.Двигатели с соотношением ход поршня /диаметр цилиндра меньше или равным 1 имеют следующие особенности: наличие клапана на выхлопе, новейшей коробки скоростей с цифровым зажиганием, водяного охлаждения (позволяющих вам работать с большими коэффициентами сжатия, а также с опережением зажигания и бедной карбюрацией) и точной гидроаэромеханики в части перепускных окон. Эти факторы позволили им достичь хороших результатов на малых и средних оборотах, вращаясь с частотой, немыслимой для двигателей сдпинным ходом, развивать очень высокую мощность.Также двигатели с соотношением ход поршня /диаметр цилиндра меньше или равным 1, по сравнению с двигателями с длинным ходом, имеют следующее преимущество: они могут рассчитывать на меньшую среднюю скорость поршня при той же частоте вращения. Это означает меньшее температурное и механическое напряжение, не говоря об очевидных преимуществах при наполнении насоса с отводом. Что касается продувки, двигатель с коротким ходом поршня имеет преимущество, поскольку короче путь, который свежие газы должны совершать для полной замены выхлопных, а площадь контакта между границами свежих и выхлопных газов меньше. Однако у двигателя с коротким ходом больше проблем с охлаждением, и, как следствие, более высокая чувствительность, исходя из вариации соединения цилиндр/поршень.

Одним из двигателей объемом 100 смЗ, на котором чаще других в истории картинга выигрывали гонки, несомненно, является DAP T75. Он несколько раз побеждал в 80-х годах; его характеристическое соотношение 48 мм х 55 мм, это двигатель с длинным ходом поршня, и отличным крутящим моментом на малых оборотах. Макс, частота вращения — 175000 об/мин.

Двигатель с соотношением ход поршня/диаметр цилиндра, равным 1: идеальное решение…

Соотношение ход поршня /диаметр цилиндра, равное 1, идеальное решение для изготовления специального высокомощного гоночного двигателя (а также для использования на дорогах). Кроме того, сочетание преимуществ, свойственных двигателям с длинным и коротким ходом, позволяет рассчитывать на лучшее соответствие между перепускными и выхлопными окнами. Вообще говоря, это решение позволяет окнам с идеальным соотношением высота/ширина обеспечивать лучшее «дыхание» двигателя при любых оборотах.Например, рассмотрим обычный двигатель 125 смЗ, с диаметром цилиндра 56 мм и ходом поршня 50,6 мм (типично для двигателей Yamaha). Оказывается, обычное выпускное окно (со штифтом и бустером) и единственное находящееся напротив него окно иногда связаны не 4 боковыми перепускными окнами (что свойственно двигателям типа «square»), a 6. Это решение часто использовалось в двигателях с коротким ходом, поскольку у двигателя с объемом 125 смЗ и соотношением 56 мм х 50,6 мм часто оказывалось, что боковые поперечные окна излишне расширялись: они требовали существенного внутреннего давления и скорости расхода для обеспечения хорошей продувки, хорошего повторного заполнения, а такие значения давлений можно было получить только на высоких оборотах. Эту проблему в некоторых моделях двигателей можно решить разделением первичного (а иногда и вторичного) перепускного окна на два, уменьшая секцию расхода и получая более чистую подачу на средних оборотах.

Rotax стал первым производителем, вернувшимся к выпуску двигателей типа «square» (ход поршня равен диаметру цилиндра) с объемом 100 смЗ для картинга. Омологация прошла в 1988 г. Превосходство этого двигателя на быстрых треках ознаменовало историческую перемену: на некоторых треках самые последние двигатели типа «square» с объемом 100 смЗ превышают показатель 21000 об/чин.

Более глубокие исследования в области гидроаэромеханики сделали возможным применение решения с 5 перепускными окнами и на двигателях с коротким ходом. Причина, по которой решили не отказываться от использования двигателей этого типа в гонках, в том, что двигатели типа «square» имеют лучше мощность на малых и высоких оборотах. В то же время, двигатель с соотношением 56 х 50.6 мм сохранял такое преимущество, как близкая к максимальной мощность на средних оборотах (в аналогичных двигателях это, понятно, является базовой концепцией!). Последним из производителей мотоциклетных двигателей, перешедшим от двигателя с соотношением 56×50.6 мм на чемпионате мира с объемом 125 смЗ, стала Yamaha, представители которой — инженер Бартол и гонщик — на личном опыте смогли почувствовать разницу между двумя решениями. Сразу после перехода с 56×50.6 мм на 54×54 мм показатели фирмы выросли, и вскоре она стала непримиримым соперником таких компаний, как Aprilia и Honda.

Конфигурация link stud с 4 противолежащими боковыми перепускными окнами и корректирующим перепускным окном всегда гарантирует наилучшие результаты продувки и эффективности наполнения.

Некоторые преимущества в гидроаэромеханике, которые можно получить за счет увеличения диаметра цилиндра в четырехтактных двигателях

Не считая самого очевидного преимущества, получаемого при увеличении диаметра, т.е., гарантированного большего прироста объема, чем при увеличении хода поршня, такой подход дает ощутимые преимущества, касающиеся гидроаэромеханики четырехтактных двигателей. Увеличивая зону камеры сгорания, вы, фактически, получаете большее пространство вокруг седел клапанов, и очевидные преимущества, касающиеся заполнения цилиндра и снижения вредных воздействий на зоны между корпусом цилиндра и тарельчатым клапаном, что может иметь существенное значение при высоких оборотах. Затем, в некоторых случаях, вы можете перейти к установке больших клапанов, и это может стать неизбежным в точке, в которой цилиндр потребует более широких каналов для лучшего заполнения на повышенных оборотах.В отличие от двухтактного, четырехтактный двигатель много выигрывает от снижения хода поршня из-за моментов, не только жестко связанных с диаметром клапана, но и связанных со средней скоростью перемещения поршня, которая, при превышении порога в 25 м/с, начинает вызывать первые проблемы в части надежности.Четырехтактный двигатель имеет одну фазу (цикл выхлопа), когда поршень поднимается к головке без замедления (при открывании выпускного клапана поршень поднимается, не испытывая влияния противодействующей силы). Этого не происходит в двухтактных двигателях (компрессия начинается, фактически, сразу после выхлопа, и с нею приходит замедление).

Двигатели классов KZ и KF: одной и той же дорогой. На всех двигателях объемом 125 смЗ классов KZ и KF ход поршня равен диаметру цилиндра: на всех — 54 х 54 мм.

Средняя скорость поршня

Под средней скоростью поршня мы понимаем среднюю скорость, достигаемую поршнем при определенных оборотах. Средняя — ибо поршень за один оборот коленвала виртуально останавливается дважды, в ВМТ и НМТ, для смены направления движения снизу вверх и наоборот. Основная часть напряжения на поршень приходится на его штифт: разрыв поршня при чрезмерных оборотах происходит в этой критической точке, именно этим объясняется ее укрепление.Линейная скорость поршня представлена формулой:V = (C x g):30где V- средняя скорость поршня, м/с,С — ход поршня, м (ход в 40 мм равен 0,04 м)g — скорость вращения (обороты), при которой необходимо определить среднюю скорость поршня30 -фиксированное числоИзучая некоторые двигатели, в том числе, гоночные, мы обнаружили интересные вещи.Двигатель 50 смЗ для скутера при 8000 об/мин имеет среднюю скорость поршня 10,6 м/сДвигатель 100 смЗ для карта ICA при 21000 об/мин имеет среднюю скорость поршня 35 м/с!

Сравнение основных конструктивных особенностей.

Сравниваем два двигателя объемом 125 смЗ, имеющие различные конструктивнее особенности. В первом ход поршня и диаметра цилиндра равны между собой, 54 х 54 мм, имеется разделенный выпуск с деталью типа «link stud» (связывающая стойка) (Honda), а во втором — короткий ход, 56 х 50,6 мм (Cagiva). Видно, что конструкции их перепускных окон отличаются.

MBA VR1

Чтобы использовать преимущества и двигателей с коротким ходом, и двигателей типа «square», MBA разработала одноцилиндровый двигатель 125 смЗ с диаметром цилиндра 55 мм и ходом поршня 52 мм Количество боковых перепускных окон — 6, из них основное разделено, для обеспечения достаточного давления в тракте и лучшей продувки также и при средней скорости; пятое перепускное окно также разделено.

Двигатель с коротким ходом oт CRS

В последней омологации от CRS был последний двигатель 125 смЗ KZ, использующий короткий ход с соотношением 56 мм х 50,6 мм; на мировых чемпионатах школа Yamaha постоянно выступала с такого рода двигателями, пока не был выпущен двигатель Харальса Бартола 125 см3 54 мм х 54 мм, а впоследствии — и reed derbi 125 см3, и tkm.

Rotax

Двигатель, который вошел в историю современных двухтактных двигателей: rotax 125 смЗ устанавливается на картах Aprilia, а теперь и на rotax max, с соотношением диаметра цилиндра и хода поршня 54 х 54 мм. Используется компоновка с 4 противоположно расположенными и одним корректирующим перепускными окнами.

Линейная скорость поршня — очень важный параметр в жизни двигателя. Не случайно на двигателе 100 смЗ после расхода 20 литров на средне скоростной кольцевой гоночной трассе, и даже после каждого нагрева на скоростном треке, необходимо устанавливать новый поршень. Не сделав этого, вы рискуете угробить свой двигатель!По этой формуле вы можете вычислить среднюю скорость поршня любого двигателя. Только вдумайтесь, для двухтактного двигателя еще в середине 80-х порог в 30 м/с казался непреодолимым; затем, с внедрением новейших материалов, достигли 35 м/с, даже на двигателях, способных выдержать только один нагрев в картинге.В четырехтактных двигателях, где проблема серьезнее, идет расширение в цикле выхлопа (поршень не замедляется при подъеме к ВМТ), предел не должен превышать 25 м/с, хотя во время гонки, и на особенно быстрых двигателях, это предельное значение часто превышалось…

Статья взята http://www.vroom.it

vsescooter.ru

Своими силами проверяем зазор между поршнем и цилиндром » АвтоНоватор

В момент пуска холодного двигателя вы вдруг, услышали звук, напоминающий стук, а при прогреве двигателя он исчез или уменьшился, то пришло время проверять зазор между поршнями и цилиндрами. То есть пора браться за динамометрический ключ, и начинать откручивать головку блока цилиндров.

Что происходит с зазором между поршнем и цилиндром

В процессе правильной эксплуатации двигателя происходит естественный процесс и зазор между поршнем и цилиндром сужается. Это происходит исходя из условий постоянной эксплуатации в высоком температурном режиме деталей.

Кроме того, причиной сужения зазора между поршнем и цилиндром может являться неправильная регулировка движущихся деталей, температурная перегрузка или перекос цилиндров. Не следует забывать, что блоки цилиндров всё чаще выполнены из алюминиевых материалов, которые имеют двойной коэффициент расширения, по сравнению с легированным чугуном.

Уменьшенный зазор между поршнем и цилиндром приводит к тому, что возникает полусухое трение, и, как результат, повышается температура деталей блока цилиндров. Постепенно смазка прекращается вообще и следствием исчезновения зазора являются первые задиры на поршне.

Практически всегда итогом диагностики состояния блока цилиндров является ремонт цилиндров и элементов поршневой группы двигателя. Полностью определить степень дефектов поршней, гильз и остальных деталей, можно только после разборки головки блока цилиндров.

Добравшись до поршневой группы приступаем к дефектовке цилиндров и поршней. Основными измерительными приборами при измерении диаметров являются: микрометр – для поршней и нутромер (индикаторный калибр) для измерения диаметра цилиндра.

Нормы соответствия поршней и цилиндров

Прежде всего, занявшись ремонтом поршневой группы, вы должны знать, что существуют группы диаметров поршней, и таблицы номинальных размеров цилиндров и поршней. Именно на эту информацию и нужно ориентироваться в дальнейшем.

Диаметр поршней классифицируется по наружному диаметру на 5-ть классов: A, B, C, D, E через каждые 0,01 мм размера. Плюс категории по диаметру отверстия под поршневой палец через каждые 0,004 мм. Эти данные в виде цифры (категория отверстия) и буквы (класс поршня) маркируются на днище поршня.

Существуют расчетные нормы, которым должен соответствовать зазор между поршнем и цилиндром. Для новых деталей он должен быть 0,05 – 0,07 мм. Для бывших в эксплуатации деталей зазор между поршнем и цилиндром не должен превышать 0,15 мм.

Собственно для того и осуществляется промер зазора между поршнем и цилиндром. Чтобы либо приобрести поршни именно того класса, что и цилиндры. В случае если у эксплуатируемого двигателя зазор между поршнем и цилиндром превысил 0, 15 мм, то вам необходимо приступать к подбору поршней к цилиндрам, с максимальным приближением к расчетному размеру.

Предварительно должна производиться расточка цилиндров максимально приближенная к ближайшему по значению ремонтному размеру. Плюс нужно не забыть оставить припуск примерно в 0,03 мм для хонингования поверхности цилиндра после расточки. А вот теперь можно и за поршнями.

При хонинговке необходимо выдерживать диаметр, чтобы при установке поршня зазор соответствовал допустимой максимальной цифре зазора новых деталей – 0,045 мм.

Поршни измеряются микрометром, а цилиндры нутромером. Диаметр цилиндра измеряют в четырёх поясах и двух перпендикулярных плоскостях.

Подбирая поршни к цилиндрам, помимо номинального либо ремонтного размера, нужно обязательно учитывать массу поршней. Она бывает нормальная, увеличенная или уменьшенная на 5 грамм. К поршням ремонтной группы, кроме всего, подбираются ремонтные кольца, тоже ремонтных размеров.

Определившись с зазором между поршнем и цилиндром, вы легко подберете нудные размеры, и после проведенной расточки цилиндра (по необходимости) установите поршень.

Удачи вам при определении зазора между поршнем и цилиндром.

Из всех творений рук человеческих автомобиль больше всего похож на живое существо.

Оцените статью:

carnovato.ru

Влияние диаметра цилиндра и хода поршня на эффективный кпд двигателя внутреннего сгорания

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1] 27082 2

Объём камеры сгорания в известной степени указывает на количество вводимой теплоты. Теплотворная способность поступающего заряда в бензиновом двигателе определена соотношением воздуха и топлива, близким к стехиометрическому. В дизель подаётся чистый воздух, а подача топлива ограничена степенью неполноты сгорания, при которой в отработавших газах появляется дым. Поэтому связь количества вводимой теплоты с объёмом камеры сгорания достаточно очевидна [2].

Наименьшим отношением поверхности к заданному объёму обладает сфера. Тепло в окружающее пространство отводится поверхностью, поэтому масса, имеющая форму шара, охлаждается в наименьшей степени. Эти очевидные соотношения учитываются при проектировании камеры сгорания. Следует, однако, иметь в виду геометрическое подобие деталей двигателей разных размеров. Как известно, объём сферы равен 4/3∙π∙R3, а её поверхность — 4∙π∙R2, и, таким образом, объём с ростом диаметра увеличивается быстрее, чем поверхность, и, следовательно, сфера большего диаметра будет иметь меньшую величину отношения поверхности к объёму. Если поверхности сферы разного диаметра имеют одинаковые перепады температур и одинаковые коэффициенты теплоотдачи α, то большая сфера будет охлаждаться медленнее.

Двигатели геометрически подобны, когда они имеют одинаковую конструкцию, но отличаются размерами. Если первый двигатель имеет диаметр цилиндра, например, равный единице, а у второго двигателя он в 2 раза больше, то все линейные размеры второго двигателя будут в 2 раза, поверхности — в 4 раза, а объёмы — в 8 раз больше, чем у первого двигателя. Полного геометрического подобия достичь, однако, не удаётся, так как размеры, например, свечей зажигания и топливных форсунок одинаковы у двигателей с разными размерами диаметра цилиндра.

Из геометрического подобия можно сделать тот вывод, что больший по размерам цилиндр имеет и более приемлемое отношение поверхности к объёму, поэтому его тепловые потери при охлаждении поверхности в одинаковых условиях будут меньше.

При определении мощности нужно, однако, учитывать некоторые ограничивающие факторы. Мощность двигателя зависит не только от размеров, т. е. объёма цилиндров двигателя, но и от частоты его вращения, а также среднего эффективного давления. Частота вращения двигателя ограничена максимальной средней скоростью поршня, массой и совершенством конструкции кривошипно-шатунного механизма. Максимальные средние скорости поршня бензиновых двигателей лежат в пределах 10—22 м/с. У двигателей легковых автомобилей максимальное значение средней скорости поршня достигает 15 м/с, а значения величины среднего эффективного давления при полной нагрузке близки к 1 МПа.

Рабочий объём двигателя и его размеры определяют не только геометрические факторы. Например, толщина стенок задана технологией, а не нагрузкой на них. Теплопередача через стенки зависит не от их толщины, а от теплопроводности их материала, коэффициентов теплоотдачи на поверхностях стенок, перепада температур и т. д. Колебания давления газа в трубопроводах распространяются со скоростью звука независимо от размеров двигателя, зазоры в подшипниках определяются свойствами масляной пленки и т. д. Некоторые выводы относительно влияния геометрических размеров цилиндров, тем не менее, необходимо сделать.

Преимущества и недостатки цилиндра с большим рабочим объёмом

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

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

Средняя скорость поршня может быть вычислена как

Cп = S∙n/30 (м/с),

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

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

Ne = Vh∙pe∙n/120 (кВт),

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

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

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

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

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

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

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

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Частное от деления величины хода поршня S на величину диаметра цилиндра D представляет собой широко употребляемое значение отношения S/D. Точка зрения на величину хода поршня в течение развития двигателестроения менялась.

На начальном этапе автомобильного двигателестроения действовала так называемая налоговая формула, на основе которой взимаемый налог на мощность двигателя рассчитывался с учетом числа и диаметра D его цилиндров. Классификация двигателей осуществлялась также в соответствии с этой формулой. Поэтому отдавалось предпочтение двигателям с большой величиной хода поршня с тем, чтобы увеличить мощность двигателя в рамках данной налоговой категории. Мощность двигателя росла, но увеличение частоты вращения было ограничено допустимой средней скоростью поршня. Поскольку механизм газораспределения двигателя в этот период не был рассчитан на высокую оборотность, то ограничение частоты вращения скоростью поршня не имело значения.

Как только описанная налоговая формула была упразднена, и классификация двигателей стада проводится в соответствии с рабочим объёмом цилиндра, ход поршня начал резко уменьшаться, что позволило увеличить частоту вращения и, тем самым, мощность двигателя. В цилиндрах большего диаметра стало возможным применение клапанов больших размеров. Поэтому были созданы короткоходные двигатели с отношением S/D, достигающим 0,5. Усовершенствование механизма газораспределения, особенно при использовании четырех клапанов в цилиндре, позволило довести номинальную частоту вращения двигателя до 10000 мин-1 и более, вследствие чего удельная мощность быстро возросла.

В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению расхода топлива. Проведённые с этой целью исследования влияния S/D показали, что короткоходные двигатели обладают повышенным удельным расходом топлива. Это вызвано большой поверхностью камеры сгорания, а также снижением механического КПД двигателя из-за относительно большой величины поступательно движущихся масс деталей шатунно-поршневого комплекта и роста потерь на приводы вспомогательного оборудования. При очень коротком ходе нужно удлинять шатун с тем, чтобы нижняя часть юбки поршня не задевалась противовесами коленчатого вала. Масса поршня при уменьшении его хода мало уменьшилась и при использовании выемок и вырезов на юбке поршня. Для снижения выброса токсичных веществ в отработавших газах целесообразнее применять двигатели с компактной камерой сгорания и с более длинным ходом поршня. Поэтому в настоящее время от двигателей с очень низким отношением S/D отказываются.

Рис. 1

Влияние отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D на среднее эффективное давление pe гоночных автомобилей

Зависимость среднего эффективного давления от отношения S/D у лучших гоночных двигателей, где четко видно снижение pe при малых отношениях S/D, приведена на рис. 1. В настоящее время более выгодным считается отношение S/D, равное или несколько большее единицы. Хотя при коротком ходе поршня отношение поверхности цилиндра к его рабочему объёму при положении поршня в НМТ меньше, чем у длинноходных двигателей, нижняя зона цилиндра не так важна для отвода теплоты, поскольку температура газов уже заметно падает.

Длинноходный двигатель имеет более выгодное отношение охлаждаемой поверхности к объёму камеры сгорания при положении поршня в ВМТ, что более важно, так как в этот период цикла температура газов, определяющая потери теплоты, наиболее высока. Сокращение поверхности теплоотдачи в этой фазе процесса расширения уменьшает тепловые потери и улучшает индикаторный КПД двигателя.

Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 27.09.2011

Сноски

↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 186 - 192 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
↺ Узнать больше о эффективном КПД. – Прим. icarbio.ru

Зазор между поршнем и цилиндром

Как только вы завели двигатель и вам послышался звук, похожий на стук, а потом, когда двигатель прогрелся он пропал, либо немного стих, это значит, что пришла пора для проверки зазора между поршнями и цилиндрами. А это говорито том, что в руки нужно взять в руки инструмент и начать разбирать ГБЦ.

По Вашему мнению может ли быть что-то общее между человеком и мотором машины. Маленький человек, не может вам рассказать или пожаловаться вам на какую-то боль или беспокойство. Только по стечению времени он начинает говорить и может вам что-то объяснить. Точно так и мотор машины, когда он новый, он работает и ему ничего не мешает. Но опять же проходит какой-то промежуток времени и он начинает сообщать о каких-либо проблемах. Это можно понять по звуку издаваемому им. А точнее по стуку деталей которые находятся внутри.

У этого стука могут быть разные проблемы происхождения. Это может как распредвал так и коленвал стучать или какие-либо другие детали. Как упоминали ранее возможно это зазор между поршнем и цилиндром. Именно о такой проблеме двигателя пойдет сегодня речь. Нужно знать, что рано или поздно стук появится и эту проблему необходимо будет решать, а не откладывать на потом.

Какие изменения могут быть с зазором между поршнем и цилиндром

При правильной эксплуатации мотора со временем естественным путем сужается зазор между этими деталями. Происходит это из-за того, что во время эксплуатации при высоких температурах работают детали. Помимо этого, еще причинами возникновния такой проблемы являются неправильное регулирование движущихся деталей, перегрузки температуры, перекос цилиндров. Вы знаете то, что блоки цилиндров изготавливают чаще всего из аллюминиевого материала, у которых преобладает двойной коэффициент расширения, в сравнении с легированным чугуном.

Причиной уменьшения зазора между описываемыми деталями, является полусухое трение, из-за чего увеличивается температура деталей блока цилиндров. Со временем смазка пропадает и зазор исчезает из-за появления задир на поршне.

Для определения состояния блока цилиндров проводят диагностику, после которой выносят вердикт о ремонте цилиндров и элементов поршневой группы мотора. Но полностью сказать на сколько поршни, гильзы и другие детали деформировались можно при полном разбирании ГБЦ. Если вы дошли до поршневой группы можно начинать дефектовку цилиндров и поршней. Приборы которыми измеряют диаметры называются микрометр применяют для поршней, а нутрометр применяют при измерении диаметров цилиндров.

Существуют ли какие-то нормы соответствия поршней и цилиндров

Перед началом ремонта поршневой группы, вам нужно узнать о том, что бывают группы диаметров поршней, и таблицы в которых указаны номинальные размеры цилиндров и поршней. Именно этими знаниями нужно пользоваться при ремонте. Существует определенная классификация поршней в зависимости от наружного диаметра, их всего пять: А, В, С, D, E через каждый 0,01 миллиметр размера. К этому еще категории размеру отверстия под поршневой палец через каждые 0,004 миллиметра. Эти данные в форме цифры - это категория отверстия, а буквы – это класс поршня, они написаны на днище поршня. Расстояние между поршнем и цилиндром должно соответствовать определенным расчетным нормам. Норма для новеньких деталей считается от 0,05 до 0,07 мм. А для деталей бывших в использовании зазор должен быть не более 0,15 мм.

В общем-то для этого и делается промер зазора между поршнем и цилиндром, чтобы купить поршни такого класса, какого и цилиндры. Но может быть и так, что зазор превышает размер 0,15 мм, то нужно подобрать поршень к цилиндру, с наибольшим близким значением к расчетному размеру. Сначала нужно делать расточку цилиндров с максимальным приближением близкому к цифрам ремонтного размера. Но еще необходимо не забыть оставить припуск около 0,03 миллиметра для хонингования поверхности цилиндров после расточки. Только после этого всего можно приобретать поршни. Во время хонингования нужно выдерживать диаметр, чтобы при устанавливании поршня зазор входил в пределы допускаемой максимальной цифры зазора новых деталей 0,045 миллиметров.

Микрометр служит для определения размера поршней, а нутрометр для определения размера цилиндров. При покупке поршней к цилиндрам нужно учитывать не только номинальный или ремонтный размер, а также нужно знать и вес поршней. Он может быть нормальным, а может больше или меньше на пять грамм. К ремонтным поршням нужно подбирать ремонтные кольца ремонтных размеров. Только после всех нужных проведенных манипуляций с зазором между этими деталями, вы быстро подберете необходимые размеры, и после растачивания установите поршень.

Причины изменения зазора между поршнем и цилиндром

Почему так происходит? Вроде бы стараешься эксплуатировать двигатель согласно инструкции. Масло моторное заливаем как советует производитель. Не жалеем денег на то чтобы двигатель был всегда "накормлен", так как говорят производители.

Но все же есть причины изменения зазора:

Даже во время правильной эксплуатации мотора, не может вам с точностью объяснить почему появляется увеличение зазора между этими двумя деталями. Нужно помнить, что все детали работают в экстремальных условиях, то есть при высоких температурах. Поэтому избежать изменения свойств металла не получится, можно только отодвинуть не надолго, но избежать не удастся. У поршня со временем начинают изнашиваться естественным путем канавки для колец, отверстия под палец и др.

Причинами могут стать неисправности появляющиеся во время эксплуатации мотора: перегрев мотора незафиксированный, не правильно урегулированные движущиеся детали, перекос мотора, плохого качества моторное масло, попадание в моторное масло топлива или охлаждающей жидкости и другие причины. Все эти возникающие проблемы приводят к образованию такого зазора, который не соответствует заданным параметрам.

К чему может привести возникшая проблема зазора между поршнем и цилиндром

Увеличенный по размерам зазор может привести к стуку, к плохой компрессии мотора, увеличению расхода масла, и к поломке двигателя. А вот уменьшенный зазор может привести к появлению задир на цилиндрах, перегреву деталей блока. Как при увеличении зазора, так и при его уменьшении понадобится ремонтировать поршневую группу. Тут без вариантов. Можно конечно задуматься о приобретении нового мотора. Но дешевле будет если сделать ремонт такого рода поломки. Весь процесс будет исходить из замены цилиндров и их расточке и хонинговании.

Как самостоятельно проверить зазор между поршнем и цилиндром

Конечно, чтобы проверить зазор, необходимо для начала разобрать ГБЦ. В общем то вы начинаете капитальный ремонт мотора. Так как по результатам диагностики скорее всего появятся проблемы с распредвалом, коленвалом, заменой прокладок, подшипников, вкладышей, работы вам будет предостаточно. Но сегодня мы рассматриваем зазор между цилиндрами и поршнями. Для начала нам необходимы для измерительных инструмента: нутрометр и микрометр. Для чего они нужны мы упоминали ранее. Останавливаться на структуре материала и технологии изготовления деталей мы не станем. Начнем измерять размеры поршней.

Как и у цилиндров, у поршней тоже есть классификация по наружному диаметру и их пять классов: A, B, C, D, E. Замерять диаметр поршня нужно в районе цилиндрической части юбки, расстояние от днища плоскости в 52,4 миллиметра. Класс поршня вы разгледите на днище поршня. Расстояние между поршнем и цилиндром должно соответствовать определенным расчетным нормам. Для новых деталей нормой считается от 0,05 до 0,07 мм. А для деталей бывших в использовании зазор должен быть не больше 0,15 мм.

В общем-то для этого и делаются промеры, чтобы купить поршни такого класса, какого и цилиндры. Но возможно и следующее, что зазор превышает размер 0,15 миллиметров, то необходимо подобрать поршень к цилиндру, с наибольшим приближенным значением к расчетному размеру. Сначала нужно делать расточку цилиндров к максимально близкому по цифрам ремонтному размеру. Также не нужно забывать оставлять припуск около 0,03 миллиметра для хонингования поверхности цилиндров после растачивания. Только после этого всего можно приобретать поршни. Как только вы сделали ремонт цилиндров, начинаем подбирать поршни нужного ремонтного размера. Для обычных моделей моторов отечественного производства, норма монтажного зазора между этими двумя деталями следующая: 0,06-0,08 миллиметров для двигателей 05 и 06, а 0,05-0,07 для двигателей 01 и 03.

Обязательно при покупке поршней необходимо уделить внимание на их массу. Вес одного поршня двигателя не должен быть меньше или больше на 2,5 грамм. Это нужно для того чтобы снизить вибрацию мотора при разности масс возвратно-поступательного движения. Все необходимые размеры поршня и цилиндра, а также нормы производителя к зазорам для того мотора который у вас можно узнать из руководства по эксплуатации именно вашего типа мотора. Желаем удачи вам при проведении замеров зазора между поршнем и цилиндром, а также в правильном выборе необходимых деталей.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?Да Нет

auto.today

Замена поршня, цилиндра, поршневого пальца.

Эта статья о замене поршня, поршневого пальца и ремонте цилиндра будет полезна и автомобилистам.

В статье замена поршневых колец, которую можно найти вот тут, я написал о замене и подгонке ремонтных поршневых колец. Но наступает такой момент, когда замена колец уже не помогает, и приходится задумываться о замене поршня, поршневого пальца и о восстановлении правильной геометрии цилиндра. В этой статье мы и поговорим о деталях цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и рассмотрим некоторые технические нюансы, связанные с этими важными деталями.

Срок службы нормального поршня, соответствует примерно времени износа на нём двух комплектов поршневых колец. Причём продление срока службы изношенного поршня, путём установки новых колец (третьего комплекта и дальше), возможно лишь на короткое время, в течении которого поршневые кольца изнашиваются очень быстро.

У поршня изнашивается его юбка, отверстия под поршневой палец, а так же боковые стенки канавок для поршневых колец. Для восстановления первоначальной прямоугольной формы изношенных канавок колец, их восстанавливают протачиванием на токарном станке, и затем устанавливают в канавки поршня более высокие (ремонтные) поршневые кольца.

Для устранения овальности отверстий поршневого пальца, отверстия в бобышках поршня обрабатывают развёрткой, под размер ремонтного пальца большего диаметра. При этой операции нужно будет увеличить и диаметр втулки верхней головки шатуна, и как это правильно сделать я написал вот здесь.

При износе юбки поршня, поршень как правило бракуют и заменяют новым. Но качественный поршень для некоторых мотоциклов (в том числе и советских) сейчас найти не так то просто, и прилавки загружены алюминиевым металлоломом, в составе которого кремния нет вовсе. Поэтому есть смысл восстановить родной поршень, с помощью наращивания его размера специальным составом, который кроме восстановления изношенной юбки, вдобавок значительно уменьшит трение поршня о стенки цилиндра. Подробнее об этом советую почитать вот в этой статье.

Пределом износа поршня, можно считать образование между нижней частью его юбки и стенкой цилиндра зазора около 0,5% от диаметра цилиндра. Например при диаметрах цилиндра 50, 70, 80 мм, предельный зазор будет в 0,25; 0,35; 0,4 мм соответственно. Величину зазора (при наличии щупа) измеряют внизу поршня, отступив на 5 — 10 мм от нижнего края передней или задней стороны юбки, при расположении поршня в нижней, менее изношенной части цилиндра, а затем в средней наиболее изношенной части.

Однако для полноты картины, цилиндр следует измерять с помощью индикаторного нутромера, в четырёх поясах (см. рисунок слева), и в двух диаметрально противоположных направлениях, так как цилиндр изнашивается неравномерно. Как пользоваться нутромером ремонтники новички могут почитать вот здесь.

Кстати, у некоторых двигателей, кроме естественного износа цилиндра в виде бочки и овала, бывает ещё неравномерный износ, например из-за смывания смазки потоком рабочей смеси, направленным на боковую стенку, или от постоянного стекания смазки на одну сторону цилиндра, при горизонтальном расположении цилиндров (как на наших оппозитах Урал, Днепр, К-750 и др.).

У кого нет индикаторного нутромера, то разность геометрии цилиндра, можно определять с помощью поршневого кольца, которое сначала вставляют внизу или вверху цилиндра, а затем в середине. Зазор в замке кольца измеряют щупом, и разность между б′ольшим и меньшим значениями зазора, делят на число ∏ (число пи, равное 3,14) и получают величину износа.

При подборе нового поршня, проверяют чтобы его диаметр в верхней части (участок рядом с кольцами) был меньше диаметра в нижней части. Так как правильный качественный поршень, расширяется от донышка к юбке конусом. К примеру, при диаметре цилиндра 52, конусность поршня составляет 0,17 мм, при диаметре 72 может составлять 0,25 — 0,4 мм, и при диаметре поршня 78 мм, конусность может быть уже от 0,55 до 0,6 мм.

Однако это примерные данные, которые могут немного отличаться на некоторых моторах. Всё зависит от теплового режима двигателя, например мотор с водяным охлаждением, имеет меньшую конусность на поршнях, так как его головка, а соответственно и донышко поршня, будет нагреваться меньше (значит и расширяться от нагрева), чем головка и поршень того же К-750, чугунные цилиндры и поршни которого нагреваются значительно больше .

Конусность поршню необходима, так как он нагревается неравномерно (донышко болше всего, середина меньше, и юбка в самом низу ещё меньше. И при нагреве поршня с конусом, он становится правильной цилиндрической формы.

Диаметр поршня пишется на донышке, и он как правило соответствует диаметру поршня в районе поршневых колец.

Но подбор нового поршня к цилиндру, лучше производить по диаметру внизу юбки поршня (который чуть больше). В таком случае обкатка будет безопаснее и быстрее, особенно для двигателей воздушников, которые греются чуть больше водянок, а так же если вы не знаете из какого сплава сделан ваш поршень, и какое у него тепловое расширение (но об этом чуть ниже).

И зазор меду диаметром внизу юбки поршня и диаметром цилиндра, может составлять от 0,05 (для самых маленьких кубатур) до 0,1 мм для больших объёмов цилиндров. Но всё же точное значение рабочего зазора лучше всего узнать в мануале своего двигателя.

Сейчас на прилавках появилось очень много поршней разных «фирм» (как правило дешёвых азиатских), алюминиевый сплав которых уже не тот что был раньше, а о важности кремния в составе поршней некоторые фирмы даже не знают. И тепловое расширение этих сплавов не то, что было раньше.

Это часто приводит эксплуатацию мотоцикла или машины после ремонта к печальным последствиям, когда уже при обкатке, поршни заклинивают в цилиндрах, не смотря на то, что вроде бы зазоры подобраны правильно.

Конечно такие поршни лучше не покупать, а поискать качественные советские детали у народа в глубинке. Или подобрать поршень от какой то машины иномарки. Ну или восстановить старый поршень с помощью состава, о котором можно почитать, если перейти по ссылке выше. Но кто не хочет этим заморачиваться, особенно когда сезон уже наступил, и всё же купит поршень неизвестного сплава, то полезно сделать следующее.

Поршень и цилиндр нагревают до 150 градусов (это примерно когда капля воды от металла не отскакивает с шипением, а остается на поверхности и быстро испаряется). После этого, с помощью рукавиц вставляют поршень в цилиндр, и при нормальном зазоре, поршень должен не падать, или клинить в цилиндре, а плавно опускаться в цилиндр под собственным весом.

А можно просто замерить микрометром диаметр холодного поршня, и записать размер, а затем нагреть его и опять замерить. Естественно при нагреве поршня, его диаметр станет больше, а вот на сколько больше — это и есть величина его теплового расширения.

И исходя их этой величины, и руководствуются при подборе теплового зазора между поршнем и цилиндром — этот зазор должен быть примерно на 1 сотку больше теплового расширения поршня, но никак не меньше, иначе поршень при нагреве заклинит.

Увеличение зазора против нормы на 0,01 — 0,03 мм допустимо, а когда мотор уже изрядно «пробежал», и подбирается поршень, то можно и уменьшить этот зазор.. Необходимо только учесть, что при меньшем зазоре следует проявлять особую осторожность при обкатке двигателя после ремонта, чтобы не допустить заклинивания нового поршня в цилиндре.

У самых маленьких мотоциклов воздушного охлаждения, с рабочим объёмом в 125 кубиков, поршень устанавливают в цилиндр двигателя с зазором 0,065 — 0,085 мм — это с чугунным цилиндром, который больше греется.

А у алюминиевого цилиндра, который лучше охлаждается зазор может быть чуть меньше — 0,05 мм (у иномарок может быть другой зазор — ищем в заводском мануале конкретного мотора). Этот зазор, как я уже говорил, можно измерить щупом у нижнего края юбки (в самой широкой части поршня).

На поршне (его донышке) может быть выбит диаметр в миллиметрах, а может быть выбит номер одной из размерных групп, в виде цифры 0; 1; или 2. Разность диаметра поршня каждой соседней цифры (размерной группы), составляет 0,01 мм.

На бобышках некоторых поршней (как правило качественных советских), имеются цветные метки (белая, чёрная или красная). Эти метки служат для подбора поршневых пальцев нужного диаметра (на пальцах тоже цветные метки). Естественно, цвет пальца и бобышки поршня должен совпасть.

Если же меток нет, то придётся замерить наружный диаметр пальца, и внутренний диаметр отверстий в бобышках, и сверить эти диаметры с рекомендуемыми диаметрами завода изготовителя именно вашего двигателя.

Если отверстие мало, его развёртывают развёрткой нужного диаметра, ну а если отверстие наоборот больше необходимого, то придётся поискать более толстый палец, или наложить на него слой хрома, если такие пальцы не продаются (например для антикварных мотоциклов).

Для наших 750 кубовых оппозитов (К-750, М-72), поршень подбирают к цилиндру с зазором 0,08 — 0,1 мм (для Урала и Днепра чуть меньше).По диаметру юбки поршни делятся на три размерные группы. Первая группа — 77,94 мм, вторая — 77,93 мм, и третья — 77,92 мм.

Но существуют и ремонтные поршни трёх ремонтных групп (сейчас некоторые заводы делают для многих мотоциклов более трёх ремонтных групп). Первая ремонтная группа 78,2, вторая 78,5 и третья 79,0.

Новые цилиндры тоже делятся на три группы, в зависимости от диаметра. Первая — 78,03, вторая — 78,02, и третья 78,01 мм. Но сейчас купить новые цилиндры на эти мотоциклы нереально, поэтому эти размеры следует использовать при расточке цилиндров.

Сейчас выше перечисленные размеры (зазоры) можно найти практически для любого двигателя, а двигателей очень много, поэтому мне нет смысла перечислять их здесь. Вышеперечисленные размеры я опубликовал для примера, чтобы была видна разница зазоров самого маленького мотоцикла, и самого большого (естественно на иномарках есть моторы объёмом посолиднее).

Цилиндр растачивают и хонингуют (о правильной хонинговке и ремонте, когда мотор становится лучше нового заводского, советую почитать вот тут), когда его диаметр от износа увеличивается на 0,15 — 0,2о мм. Однако эти примерные величины тоже могут отличаться, в зависимости от объёма двигателя (диаметра цилиндров). Расточка и хонинговка могут потребоваться и раньше, если на зеркале образовались задиры, например от попадания вылетевшего стопорного кольца, или заклинивания поршня.

При износе цилиндра или от задиров и рисок, естественно падает компрессия и мощность двигателя. При этом восстановить нормальную компрессию путём установки в изношенный цилиндр нового поршня и новых колец не получится. Так как новый поршень и кольца не смогут нормально приработаться к бочкообразному или овальному цилиндру. И зазоры между поршнем и зеркалом (а так же в замках колец) в наиболее изношенной части цилиндра, будут отличаться от зазоров в наименее изношенной части.

Вдобавок, при поступательном движении поршня по бочкообразному и овальному цилиндру, поршневые кольца будут непрерывно сжиматься и разжиматься, и велика вероятности их поломки, к тому же и боковые стенки поршневых канавок будут интенсивно изнашиваться.

Изношенный цилиндр подлежит ремонту, с расточкой и последующим хонингованием. Об этом я уже подробно написал в этой статье, по ремонту цилиндра. Но кое что всё же хочу добавить. В незаводских условиях, многие ремонтники растачивают цилиндр в патроне токарного станка. При такой расточке, следует во первых учесть точную перпендикулярность оси обрабатываемого цилиндра его фланцу.

А во вторых многие токари, для упрощения работы при расточке, закрепляют цилиндр за нижнюю часть (фланец) в четырёхкулачковый патрон. Этого делать очень нежелательно, даже если фланец цилиндра достаточно толстый (массивный). Так как для прочного закрепления цилиндра токарем, кулачки зажимают цилиндр и деформируют его стенки. При этом резец снимает металл на выступающих частях зеркала (в тех местах где кулачки) больше металла, чем в других.

В результате, после проточки и снятия цилиндра, за счёт упругости металла, стенки цилиндра возвращаются назад, и в этих местах получаются незаметные глазу впадины, и такой цилиндр приобретает неправильную геометрическую форму.

Чтобы исключить такие неприятности (при расточке токарным станком, а не специальным), изготавливают выверенную планшайбу (строго перпендикулярную оси цилиндра) и крепят цилиндр болтами за отверстия фланца.

Одновременно с износом поршня, изнашивается и поршневой палец, и появляются повышенные зазоры, между пальцем и втулкой верхней головки шатуна, или бобышками поршня (возникает стук при работе двигателя). Поэтому чаще всего, поршень, палец и бронзовую втулку заменяют одновременно.

Но бывает, что в следствии неправильной эксплуатации или неточной подгонки деталей при сборке (или втулка некачественная), необходимость замены пальца, бронзовой втулки (или роликового подшипника) или поршня наступает в разные сроки, и тогда следует определить очерёдность замены какой то детали. Это делают по прослушиванию мотора при работе, так как появляется стук изношенной детали, и подробно об определении состояния двигателя по механическим шумам, можно почитать вот эту статью.

И если есть подозрение на стук, исходящий именно от сочленения пальца и верхней головки шатуна, то следует разобрать двигатель, и тогда убедиться в этом будет несложно. Износ деталей определяется на ощупь. Осевое перемещение поршня с пальцем во втулке шатуна явление нормальное.

Но самое незначительное перемещение поршня в радиальном направлении, относительно верхней головки шатуна, недопустимо и именно оно вызывает при работе двигателя интенсивный стук, и может даже быть причиной поломки поршня (трещин на бобышках).

Радиальное перемещение поршня и интенсивный стук от этого, происходит из-за износа отверстия бронзовой втулки, пальца, увеличения отверстий в бобышках, а так же от ослабления посадки бронзовой втулки в верхней головке шатуна. Причем при появлении даже незначительного стука, он может быстро превратиться в сильный стук, из-за быстрого увеличения диаметра бронзовой втулки от наклёпа (от ударов).

Просто заменить изношенный палец новым в большинстве случаев не помогает, так как отверстие в бронзовой втулке и в бобышках поршня становится овальным. Поэтому следует развернуть развёрткой (лучше раздвижной) отверстие во втулке или в бобышках, чтобы вернуть им круглую форму вместо овальной. При подборе диаметра развёртки, следует учитывать диаметр ремонтного пальца ближайшего ремонтного размера.

При выпрессовке или запрессовке поршневого пальца, нельзя использовать ударную технику, так как можно погнуть шатун, а лучше использовать специальное приспособление, которое можно сделать за несколько часов (см фото 5 и рисунок чуть ниже).

Кстати, на некоторых поршнях, посадка пальца в бобышках производится с натягом ( примерно 0,008 мм), а на некоторых поршнях применяют свободную посадку ( с необходимым зазором). Поэтому прежде чем разворачивать отверстия в бобышках поршня, изучите мануал вашего двигателя и уточните соответствующие зазоры (между пальцем и бронзовой втулкой и между пальцем и бобышками поршня, а точнее их отверстиями).

Зазор между пальцем и отверстием бронзовой втулки составляет примерно 0,001 — 0,009 мм, но опять же он может отличаться в зависимости от объёма двигателя и от его рабочей температуры. Поэтому всегда нужно сверяться с точными заводскими данными нового двигателя какой то модели.

Ну а при ремонте современных двигателей, в которых вместо бронзовой втулки стоит роликовый подшипник, мастера обычно покупают комплект, в котором новый поршневой палец упакован вместе с подшипником. Здесь только следует поменять изношенную втулку верхней головки шатуна, но на современных моторах сейчас уже втулки не используют.

В современных шатунах применяют твёрдое напыление верхней головки шатуна, которое позволяет верхней головке шатуна иметь большой ресурс (подробнее об этом здесь), и при ремонте заменяют только подшипник, с роликами (иногда используют ролики большего, ремонтного диаметра, если отверстие верхней головки чуть износилось, но это бывает после очень большого пробега).

При запрессовке поршневого пальца в бобышки поршня (если используется именно такая посадка) потребуются специальные приспособления, например как на фото слева, или описанное вот в этой статье.

Выпрессовка сильно изношенной втулки, с помощью приспособлений.а — выпрессовка при помощи тисков, б — выпрессовка при помощи болта.1 — шатун, 2 — бронзовая втулка, 3 — оправка, 4 — вспомогательная втулка, 5 — губки тисков, 6 — болт, 7 — шайба.

Если нужно заменить бронзовую втулку в верхней головке шатуна (при её сильном износе), то для её выпрессовки можно воспользоваться простыми приспособлениями, показанными на рисунке слева.

После всех ремонтных расточных операций и приобретения новых деталей, производят сборку двигателя, и чтобы не испортить новые кольца, а так же облегчить сборку поршневой (ввод поршней в цилиндры) следует пользоваться специальными приспособлениями, показанными и описанными вот тут.

Вот вроде бы и все особенности по замене поршня, поршневого пальца и ремонте цилиндра, которые я хотел донести до ремонтников новичков, и надеюсь эта статья поможет им восстановить свой изношенный двигатель не хуже нового заводского; удачи всем.

suvorov-castom.ru

Как правильно форсировать поршневой двигатель по объёму. (R/S). :: SS20 Sport Club

Как правильно форсировать поршневой двигатель по объёму.

Увеличение объема двигателя внутреннего сгорания является самым простым способом поднять моментные (в большей степени) и мощностные характеристики мотора.

Первый (более «народный» – т.к. дешевый) – расточка блока цилиндров под больший диаметр поршня. Затратная часть – работы по расточке блока, стоимость комплекта поршней и колец большего диаметра.

Второй способ (более дорогой) – замена штатного коленчатого вала на другой, имеющий больший радиус кривошипа – больше ход поршня – больше объём. Затратная часть – коленчатый вал (диаметр кривошипа от 74,8 мм до 88 мм), комплект специальных поршней под данный коленчатый вал (т.к. блок цилиндров имеет определенную конечную высоту), поршневые кольца, ну и работы по расточке блока под заданный комплект поршней.

На удивление, рост рабочего объема поршневого двигателя не всегда самый выгодный способ форсировки – иногда, в зависимости от того, что вы хотите получить от мотора, выгоднее доработать головку блока цилиндров с установкой подходящего распределительного вала и после этих операций «снять» большую мощность с вашего силового агрегата.

Естественно, чтобы возможности распределительного вала раскрылись в полную силу, необходима доработка ГБЦ – зачастую довольно серьезная – вплоть до перепрессовки седел и установку клапанов бОльшего диаметра (на 8-ми клапанные моторы хорошо подходят клапаны от BMW, а на 16-ти клапанные – от различных VW и Opel). Кроме того, нельзя забывать про впускные и выпускные каналы, по которым топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, а отработанные газы «вырываются» с большой скоростью – их необходимо дорабатывать, увеличивая до определенных пределов их сечение, производя внутреннюю полировку и изменяя их профиль.

Кроме ГБЦ, достаточно большое влияние на характер мотора оказывает содержимое и «геометрия» блока цилиндров. Мы не будем обсуждать разные типы поршней и их форму, весовые характеристики коленчатых валов, хотя бесспорно они вносят определенный вклад в характер будущего мотора.

Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по своей сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени. В данной статье мы рассмотрим влияние соотношения длинны шатуна и диаметра кривошипа коленчатого вала на «характер» мотора двигателей семейства ВАЗ-2108. В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75.

В Интернете вы сами можете при желании найти достаточно много выкладок и расчетов по геометрии моторов Honda. Отчасти все они будут справедливы и для моторов ВАЗ, так как в обоих случаях речь идет о двигателях относительно небольшого рабочего объема (моторы Honda серий В16А — В20В с объемом соответственно от 1,6 до 2,0 литров, что вполне соотносится с литражом моторов ВАЗ 21083 (2112), получаемым при форсировании путем увеличения рабочего объема). Вот для примера геометрия легендарного мотора В16А (объем 1587 см. куб., мощность 160 л.с.; это первый «гражданский» мотор, имеющий удельную мощность 100 лс\литр):

Длина шатуна: 134 мм Ход поршня: 77 мм Соотношение R/S: 1,74:1 (что как видим практически близко к «золотой середине»)

Посмотрим какая обстановка с отечественными двигателями (берем только ВАЗ 8-го семейства, т.к. другие не столь актуальны)21081 – объём 1099 куб. см - ход 60,6 мм - диаметр поршня 76 мм - длина шатуна 121 мм - R/S = 1,9962108 — объём 1288 куб. см - ход 71 мм - диаметр поршня 76 мм - длина шатуна 121 мм - R/S = 1,721083 — объём 1499 куб. см. - ход 71 мм - диаметр поршня 82 мм - длина шатуна 121 мм - R/S = 1,721084 — объём 1580 куб см. - ход 74,8 мм - диаметр поршня 82 мм - длина шатуна 121 мм - R/S = 1,61

Нестандартные конфигурации двигателя 21083 (табл. 1) :

Шатун 132 мм могут устанавливаться в стандартный блок цилиндров ВАЗ 21083 только при использовании 2-х колечных поршней.

Эффект большого R/S:

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R/S:

ЗА: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R/S.

ПРОТИВ:

Малая величина R\S означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:

1) Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.

2) Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении «кованных» поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.

3) Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм. Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 121мм (он обеспечивает 83-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 121 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S (см. табл. 1), поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с большей длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.

ss20club.ru

Как проверить зазор между поршнем и цилиндром

Если утром, когда вы запустили холодный двигатель, был слышен металлический стук, который исчез при прогреве мотора, то это говорит только о том, что был нарушен зазор между поршнем и цилиндром. Почему он нарушается, и какие допустимые нормы применяются для зазоров между поршнем и цилиндром? Ответ вы найдете ниже.

Как меняется зазор между поршнем и цилиндром в процессе эксплуатации?

Уменьшение зазора происходит из-за естественного износа рабочих частей поршня и цилиндра. Такое изменение формы металла связано с его свойством поддаваться влиянию перепадов температур.

Помимо этого, уменьшение зазора может произойти и при неправильной сборке двигателя. Например, нарушена установка шатунов или появился перекос цилиндров. Не в стороне остается и перегрев двигателя, так как большие температуры имеют свойство расширять материалы. Особенно это касается алюминия, который, в отличие от чугуна, имеет высокий коэффициент расширения.

Как и любой другой дефект, нарушение зазора между поршнем и цилиндром оказывает негативное влияние на работу двигателя. Соприкосновение поршня и цилиндра под неправильным углом приводит к возникновению сухого трения, которое осуществляется без смазочного материала и повышает температуру деталей. Последствием такого трения почти во всех случаях становится появление различных царапин на рабочих поверхностях цилиндров.

После этого, любой двигатель обязательно подвергнут ремонту. Для проведения диагностики необходимо полностью снять головку блока цилиндров и как только поршневая группа будет на виду, то можно приступать к соответствующим замерам. В процессе замеров вам понадобятся микрометр, который покажет зазор поршней и нутромер для определения диаметра цилиндра.

Как снять головку блока цилиндров?

1. В первую очередь, необходимо обездвижить автомобиль. Под колеса устанавливаются противооткатные упоры, а рычаг КПП устанавливается в положение «первая передача». Откройте капот автомобиля и найдите место расположения ГБЦ.

2. Вначале, снимаются все части, которые мешают свободному доступу к головке. Таковыми могут быть: воздушный фильтр, карбюратор (или инжектор), «штаны», а также различные тросы, приводы педалей и проводка электрических датчиков. С ГБЦ выкручиваются свечи, при необходимости, снимается трамблер.

3. Слейте масло из двигателя и охлаждающую жидкость. Откройте крышку привода ГРМ и демонтируйте ремень. Это нужно для того, чтобы освободить распределительный вал. После этого, открутите гайки крепления крышки ГБЦ и снимите ее вместе с прокладкой. Перед сборкой рекомендуется установить новую прокладку.

4. Теперь можно приступать, непосредственно, к демонтажу головки блока цилиндров. Открутите специальные болты крепления и демонтируйте головку вместе с прокладкой. После этого, вы получите открытый доступ к блоку цилиндров.

Какие существуют нормы зазоров между поршнями и цилиндрами

Перед проведением соответствующего ремонта поршневого механизма, необходимо знать, что существуют определенные нормы зазоров, которые расписаны по таблицам и должны соблюдаться в строгой форме.

Диаметр поршней разделяется всего на пять классов: A B C D E. Каждый новый класс определяет увеличение диаметра на 0,01 миллиметра. Кроме того, имеются специальные категории, которые определяют диаметр отверстия под поршневой палец. Они меняются на каждые 0,004 миллиметра. Все эти цифры и маркировка, в обязательном порядке маркируется на нижней части поршня.

Для различных деталей существуют соответствующие нормы. Так, например, новые поршни должны устанавливаться с зазором 0,06 миллиметров по всей его окружности. Если же деталь уже прошла достаточно внушительный километраж, то ее зазор не должен быть больше 0,15 миллиметров.

В случаях, когда зазор начинает превосходить установленные нормы, то следует подобрать и приобрести те поршни, которые обеспечат требуемую зазорность. Совсем необязательно подгонять поршень с высокой точностью. Достаточно лишь иметь образец с приблизительными размерами.

Предварительно, необходимо в обязательном порядке расточить цилиндры до ремонтных размеров и оставить запас, примерно, в 0,03 миллиметра. Он необходим для дальнейшего хонингования поверхности. Во время хонингования обязательно выдерживайте точность диаметра, чтобы при монтаже нового поршня зазор соответствовал требованиям, предъявляемым к установке новых деталей.

Диаметр цилиндра замеряется в четырех поясах, а также в двух перпендикулярных плоскостях. Нутромер необходимо устанавливать строго перпендикулярно блоку цилиндров. Таким образом, можно исключить любые отклонения от правильности измерений.

Видео - Как правильно замерять поршень

Помимо размеров поршней, немало важным показателем является и их масса. Масса поршней бывает нормальная, или с изменением на плюс (минус) 5 грамм. Кроме того, к поршням необходимо правильно подобрать маслосъемные кольца, которые должны быть ремонтных размеров.

После того, как поршни будут подобраны и установлены, необходимо еще раз проверить величину зазоров. Если она находится в пределах нормы, то можно приступать к обратной сборке двигателя. Устанавливается ГБЦ, затем привод газораспределительного механизма. После этого, прикручивается крышка ГБЦ с новой прокладкой и все навесные элементы. Не забудьте залить масло, ОЖ и отрегулировать механизм газораспределения. После этого, скорее всего, придется выставить угол опережения зажигания. Теперь автомобиль полностью готов к работе.

На этом проверка зазора между поршнем и цилиндром завершена. Какой бы простой вам не казалась эта сложная процедура, ее, все же, рекомендуется производить только в специализированных станциях технического обслуживания, так как сборка блока цилиндров – дело ответственное и лучше доверить его профессионалам. Удачи на дорогах!

vipwash.ru