Виды поршневых колец, из чего изготовлены, подбор и маркировка

Поршень и цилиндр двигателя внутреннего сгорания имеют близкие размеры, однако, с какой бы высокой точностью они не изготавливались, между ними все равно остается зазор, через который в картер могли бы свободно проходить газы, образующиеся в результате сгорания рабочей смеси, а из картера в камеру сгорания попадало бы моторное масло. Для предотвращения этих крайне нежелательных явлений применяются поршневые кольца.

Они представляют собой незамкнутые кольца, посаженные с небольшим зазором в предназначенных для этой цели поршневых канавках. По своему предназначению они делятся на две группы:

• компрессионные, задача которых состоит в предотвращении прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя;
• маслосъемные, предназначенные для удаления излишков моторного масла со стенок цилиндров.

Компрессионные поршневые кольца имеют наружный диаметр немного больше диаметра цилиндра. Чтобы деталь могла поместиться внутри, в ней делается вырез, называемый замком. Поверхность компрессионного кольца изготавливается ровной, без каких-либо выемок. Маслосъемные кольца, в отличие от них, имеют сквозные прорези, предназначенные для отвода масла.

Количество колец, устанавливаемых на один поршень, может варьироваться. На заре автомобильной эры, когда двигатели были тихоходными, чтобы как можно лучше справиться с потерями компрессии, их количество доходило до семи. В современных двигателях для каждого поршня, как правило, применяется три: два компрессионных и одно маслосъемное. У спортивных автомобилей с высокооборотистыми форсированными моторами инженеры довольно часто ограничиваются и вовсе двумя.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

В состав нержавеющей стали входит большое количество хрома для увеличения жаростойкости и сопротивляемости износу. Благодаря этому кольца из «нержавейки», как и хромированные, лучше сопротивляются высоким температурам, нежели чугунные. Поскольку первое компрессионное кольцо работает в условиях недостатка смазки, необходимо учитывать и этот фактор при выборе материала для него. Как нельзя лучше для покрытия подходит все тот же хром. Хромированные изделия намного лучше сопротивляются истиранию.

Молибден применяется в качестве покрытия рабочей части колец с целью увеличения их ресурса. Помимо этого, молибденовые поршневые кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, что особенно важно в случае их замены при проведении капитального ремонта двигателя.

Самостоятельная замена поршней

Всё начинается с подготовительных работ. Сначала нужно обесточить аккумулятор, слить антифриз и моторное масло из поддона картера. Потом провести этап квалифицированной диагностики. Это делается двумя способами: без снятия и со снятием моторной установки.

Чтобы обойтись малой кровью, демонтируется только головка блока цилиндров и поддон. С верхней части цилиндров напильником снимается нагар. Последующие действия:

• замерить диаметр между стенками цилиндра нутромером и сверить с паспортными данными;
• убедиться прокручиванием коленвала, что на гильзах имеются расточки — если состояние гильз не вызывает сомнений, двигатель можно не снимать;
• осмотреть дно поддона — насторожить должна металлическая стружка в масляной плёнке, указывающая на износ колец, вкладышей;
• проверить состояние поршней, аккуратно сняв их вместе с шатунами и кольцами — в норме не должно быть глубоких задиров на юбке, прогара днища, износа верхней канавки больше допустимого значения.

проверка поршней на двигателе

Как проводить на двигателе замену поршневых колец подробно описано ниже.

Как установить новый поршень вместо старого?

Если повреждения значительны, надо заменить поршень. Для этого его следует отделить от шатуна, удалив из отверстий в бобышках стопорные кольца. Палец достаётся с помощью выколотки.

Подробнее о том, как разъединить (выбить) поршень от шатуна:

• уложить поршень на два деревянных бруска;

• вдеть выколотку в отверстие под цилиндрический стержень на поршне;
• ударить сверху по выколотке молотком несколько раз, пока не выскочит палец.

Анатомия поршневых колец

Не следует думать, что для всех колец из комплекта применяется один и тот же металл. На применяемый материал основное влияние оказывает расположение поршневых колец на поршне. Поскольку все поршневые кольца работают в разных условиях, то и требования, предъявляемые к сплавам, из которых они изготовлены, различны.

Первое компрессионное кольцо

В наиболее тяжелых условиях находятся первые компрессионные кольца, поэтому к ним предъявляются наиболее высокие требования по жаростойкости и сопротивляемости износу. Чаще всего их изготавливают из чугуна с противоизносной вставкой из молибдена.

На первый взгляд все компрессионные кольца выглядят одинаково, однако их конфигурация может существенно различаться. Например, верхнее может быть немного перекручено. В результате с поверхностью цилиндра контактирует только его кромка, а не вся поверхность. Благодаря этому, уменьшаются потери на трение, и сокращается время приработки.

Другой тип – компрессионные кольца с L-образным участком. Их отличительная особенность – способность менять степень уплотнения в зависимости от давления, оказываемого рабочими газами на тыльную часть большого L-образного выступа. Под давлением они расширяются, улучшая компрессию (во время такта сжатия), когда давление уменьшается, диаметр наоборот, уменьшается, при этом уменьшается трение и износ деталей. Какие из колец лучше, каждый решает сам, поскольку у всех имеются свои преимущества.

Второе компрессионное кольцо

Условия его работы менее напряженные, поэтому требования, предъявляемые к материалу, из которого оно изготовлено, менее жесткие. Второе компрессионное кольцо выполняет двойную задачу:

1. обеспечивает дополнительное уплотнение, задерживая газы, прорвавшиеся через первое;
2. работает наподобие скребка, препятствуя попаданию моторного масла в камеру сгорания.

Нередко вторые компрессионные кольца имеют форму усеченного конуса, т.е. диаметр верхней части меньше, чем диаметр нижней. Благодаря такой конструкции, при движении поршня вниз со стенок цилиндра удаляется масло.

Маслосъемные кольца

Они устанавливаются под компрессионными. В отличие от последних, их поверхность не сплошная, она имеет окошки, предназначенные для отвода моторного масла. В современных двигателях маслосъемные кольца устанавливаются по одному на каждый поршень, раньше они устанавливались по несколько, особенно в двигателях, предназначенных для стационарного использования.

Материалы и вес поршней

Сплав, из которого поршень сделан, не только определяет его прочность и характеристики износостойкость, но также и особенности теплового расширения. В поршнях, предлагаемых на вторичном рынке для тюнинга, обычно используются сплавы с высоким содержанием кремния. Большинство поршней раньше делались из доэвтектических алюминиевых сплавов.

ЧЕМ ВЫШЕ ФОРСИРОВКА ДВИГАТЕЛЯ, ТЕМ ВЫШЕ НЕОБХОДИМОСТЬ ПОКРЫТИЙ НА ПОРШНЯХ

которые содержали от 8.5 до 10.5 % кремния. Сегодня мы видим больше эвтектических сплавов, у которых содержание кремния составляет 11% и заэвтектические сплавы, у которых кремния от 12.5 до более чем 16%. Кремний улучшает прочностную стойкость материала при высокой температуре и уменьшает коэффициент его расширения, таким образом, тепловые зазоры между поршнем и стенками цилиндров могут быть меньше. У заэвтектических поршней коэффициент теплового расширения приблизительно на 15 % меньше чем у стандартных поршней. Следовательно, выбирая такой поршень, нужно скорректировать указанный производителем зазор. Заэвтектические сплавы также несколько легче (приблизительно на 2%), чем материалы, применяемые в стандартных моторах. Но отливки часто делаются более тонкими, потому что сплав прочнее, что приводит в итоге к сокращению общей массы поршня до 10%.

Заэвгектические сплавы труднее отливать. потому что кремний сложно сохранить равномерно рассеянным по объему алюминия пока металл охлаждается. Размер частиц должен также тщательно контролироваться, чтобы поршень не становился ломким или с крупными твердыми включениями, мешающими механической обработке. Некоторые поршни проходят специальную термообработку, улучшающую структуру зерна для повышения прочности и износостойкости.

Информация – износ поршневой

Трение при холодных и сухих пусках способствуют повышенному износу деталей мотора. Двигатели с автономными системами смазки, оборудованные распылителями, которые могут включаться прежде пуска мотора, могли бы победить эту проблему. Но большинство современных двигателей имеют систему с мазки с маслонасосами, начинающими работу только в момент проворота коленчатого вала. Так что, поршневое покрытие не роскошь, а необходимости, Нагрев только масла перед пуском, который довольно часто используется автолюбителями в нашей стране, не гарантирует отсутствия износа, так как не устраняет увеличенные холодные зазоры при холодном блоке. Эту проблему может устранить только автономный подогрев системы охлаждения. Подобные подогреватели поднимают температуру не заведенного двигателя до 80 °С.
После такой термообработки эти показатели могут увеличиваться до 30%. Механическая обработка поршней из заэвтектическик сплавов из-за их твердости труднее, потому и стоимость их, как правило, несколько выше стандартных. Для конвейера подобный материал дороговат. Выбор веса поршней и материала, из которого они изготовлены, во многом (хотя и не полностью) обусловливается необходимой прочностью деталей для нагрузок в строящемся силовом агрегате. Ходимость — основной критерий, если, конечно, машину не планируется создавать заново перед каждой гонкой.

Вес применяемых поршней может быть уменьшен несколькими путями. Один из них — врезать в блок цилиндров масляные форсунки. Распыляемое ими масло охлаждает поршни, что позволяет сэкономить вес, используя конструкцию с более тонкими стенками днища. Другой способ — применение поршней с короткими юбками, предназначенных для высоко оборотистых моторов, также снизит вес, более легкие поршни облегчат раскрутку мотора, но при этом стоит быть крайне осторожным в выборе.

Подбор запчастей

При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.

Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.

В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.

Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.

Маркировка поршней ВАЗ

По статистике, маркировкой ремонтных поршней чаще всего интересуются владельцы или мастера по ремонту двигателей автомобилей ВАЗ. Далее приведем информацию по различным поршням.

ВАЗ 2110

Для примера возьмем двигатель автомобиля ВАЗ-2110. Чаще всего в данной модели используются поршни с маркировкой 1004015. Изделие производится непосредственно на ОАО «АвтоВАЗ». Краткая техническая информация:

• номинальный диаметр поршня — 82,0 мм;
• диаметр поршня после первого ремонта — 82,4 мм;
• диаметр поршня после второго ремонта — 82,8 мм;
• высота поршня — 65,9;
• компрессионная высота — 37,9 мм;
• рекомендованный зазор в цилиндре — 0,025…0,045 мм.

Непосредственно на корпусе поршня может быть нанесена дополнительная информация. Например:

• «21» и «10» в районе отверстия под палец — обозначение модели изделия (другие варианты — «213» обозначает двигатель ВАЗ 21213, а к примеру, «23» — ВАЗ 2123);
• «ВАЗ» на юбке с внутренней стороны — обозначение производителя;
• буквы и цифры на юбке с внутренней стороны — специфическое обозначение литейного оборудования (расшифровать его можно с помощью документации производителя, но в большинстве случаев эта информация бесполезна);
• «АЛ34» на юбке с внутренней стороны — обозначение литейного сплава.

Основные маркировочные символы, наносимые на днище поршня:

• Стрелка — это маркер ориентации, указывающий направление в сторону привода распределительного вала. На так называемых «классических» моделях ВАЗ иногда вместо стрелки можно встретить букву «П», что означает «перед». Аналогично, тот край, где изображена буква, нужно направлять в сторону движения машины.
• Один из следующих символов — A, B, C, D, E. Это маркеры класса диаметра, показывающие отклонение в значении по наружному диаметру. Далее приведена таблица с конкретными значениями.
• Маркеры группы массы поршня. «Г» — нормальная масса, «+» — увеличенная на 5 грамм масса, «-» — уменьшенная на 5 грамм масса.
• Одна из цифр — 1, 2, 3. Это маркер класса отверстия поршневого пальца, определяет отклонение по диаметру отверстия под поршневой палец. В дополнение к этому имеется цветовое обозначение данного параметра. Так, краска наносится на внутреннюю сторону днища. Синий цвет — 1 класс, зеленый цвет — 2 класс, красный цвет — 3 класс. Далее приведена дополнительная информация.

Для ремонтных поршней ВАЗ также существуют два отдельных обозначения:

• треугольник — первый ремонт (диаметр увеличен на 0,4 мм от номинального размера);
• квадрат — второй ремонт (диаметр увеличен на 0,8 мм от номинального размера).

Для машин других марок ремонтные поршни обычно увеличены на 0,2 мм, 0,4 мм и 0,6 мм, но без разбивки по классам.

Обратите внимание, что для различных марок машин (в том числе для разных двигателей) значение отличия ремонтных поршней нужно смотреть в справочной информации.

ВАЗ 21083

Другим популярным «ВАЗовским» поршнем является 21083-1004015. Он также производится на ОАО АвтоВАЗ. Его технические размеры и параметры:

• номинальный диаметр — 82 мм;
• диаметр после первого ремонта — 82,4 мм;
• диаметр после второго ремонта — 82,8 мм;
• диаметр поршневого пальца — 22 мм.

Он имеет аналогичные обозначения, что и ВАЗ 2110-1004015. Остановимся немного подробнее на классе поршня по наружному диаметру и классе отверстия под поршневой палец. Соответствующая информация сведена в таблицы.

Наружный диаметр:

Интересно, что модели поршней ВАЗ 11194 и ВАЗ 21126 выпускаются только в трех классах — A, B и C. При этом размер шага соответствует 0,01 мм.

Таблица соответствия моделей поршня и моделей двигателя (марки) автомобилей ВАЗ.

Отверстия под поршневой палец:

Какие кольца лучше

Вопрос, какие поршневые кольца лучше приобрести для замены, не дает покоя многим автовладельцам. При имеющемся многообразии выбор сделать нелегко. Ответить можно так: если цель замены– восстановление нормальной работоспособности мотора, вполне достаточно штатных, если же владелец хочет улучшить характеристики двигателя, лучше обратить внимание на более «навороченные» изделия, например, хромированные или молибденовые.

Легковые автомобили комплектуются различными типами двигателей, силовые агрегаты могут отличаться объемом, мощностью, конструкцией.

Если в двигателе повышается расход масла, чаще всего причиной этого являются изношенные или поломанные поршневые кольца, замена их – работа достаточно трудоемкая, к тому же требует определенных слесарных навыков.

Монтаж и демонтаж поршневых колец

Проведите тщательную очистку бывшего в употреблении поршня от прилипшей грязи

Обращайте внимание особенно на то, чтобы кольцевые канавки были свободны от масляного нагара и грязи. Прочистите при необходимости отверстия для обратного стока масла с помощью сверла или другого подходящего для этого инструмента

Обращайте внимание на то, чтобы не повредить боковые поверхности канавки при удалении из них масляного нагара. У нижней боковой поверхности канавки речь идёт об уплотняющей поверхности

При эксплуатации повреждения из-за царапин могут повлечь за собой чрезмерный расход масла или усиленный прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя.

Для монтажа и демонтажа поршневых колец непременно используйте специальные щипцы для ихустановки. Другие вспомогательные средства, как, напр., петли из провода или отвёртки повреждают и поршневое кольцо и поршень.

Никогда не натягивайте кольца рукой (исключение: маслосъёмные поршневые кольца со стальными пластинками). Существует не только опасность излома кольца, его деформации и растяжения, но и риск получить ранение от острых краев кольца, если оно разломается.

Быстрое надевание поршневого кольца рукой без того, чтобы его сломать, доказывает, правда, ловкость механика, повреждает, тем не менее, поршневое кольцо в большинстве случаев уже при монтаже.

Рис. 3

Монтажный набор для поршневых колец

Никогда не натягивайте кольца на поршень показанным способом (рис. 1). Если кольцо деформируется и больше не лежит ровно в канавке, то оно больше не вращается в этой канавке, изнашивается только с одной стороны или не совсем достаточно уплотняет. Тем не менее, дело обстоитхуже, если с колец с молибденовым покрытием слой молибдена сходит или надламывается. Если потеря скользящего слоя не происходит уже при монтаже, то это случается самое позднее при обкаткедвигателя. Скользящий слой отделяется и повреждает поршень и поверхность цилиндра. Поршень заедает в диаметре цилиндра, потому что горячие отработавшие газы продуваются между поршнем и стенкой цилиндра. Оторвавшиеся частички повреждают поршень и рабочие поверхности цилиндра.

Избегайте излишнего снятия и надевания поршневых колец. При каждом монтаже кольца немного деформируются. Не снимайте кольца с уже ранее собранных поршней снова, чтобы, например, ихзаново измерить. Соблюдайте последовательность монтажа колец. Сначала монтируется маслосъёмное поршневое кольцо, затем второе, после него — первое компрессионные поршневые кольца

Обращайте внимание при монтаже на маркировку. «Тор» означает, что эта сторона должна указывать наверх, к камере сгорания

Если Вы не уверены, или нет маркировки «Тор», тогда вставляйте кольцо с надписью наверх. «Тор» не значит, что речь идёт о первом компрессионном поршневом кольце.

Рис. 2

Проверьте, могут ли кольца свободно прокручиваться (вращаться) в кольцевых канавках.

Проверьте, исчезаетли полностью кольцо по всей длине окружности в кольцевой канавке, т.е., рабочая поверхность кольца не должна выходить за пределы юбки поршня

Это важно, так как при недостаточном зазоре на дне канавки(неправильное кольцо или нагар на дне канавки) работа кольца не гарантирована

При монтаже маслосъёмных поршневых колец, состоящих из двух частей, всегда обращайте внимание на положение спирального витого пружинного расширителя (рис. 6)

Концы расширителя всегда должны быть расположены напротив стыка поршневого кольца.

Рис. 6

У состоящих из трёх частей колец правильное положение пружины-расширителя является обязательным для выполнения функции удаления масляной плёнки (рис. 1 и 2). В любом случае перед монтажом проверьте также у поршня с уже вставленными кольцами положение пружины-расширителя. Во время транспортировки концы пружины находятся в ненатянутом состоянии и могут находить друг на друга. Обе цветных маркировки на концах пружины должны быть видны (рис. 3). Если они не видны, то концы пружины перекрываются внахлёстку и кольцо не функционирует. Все стыки маслосъёмного поршневого кольца, состоящего из трёх частей (обе стальные пластины и пружина-расширитель), должны вставляться смещёнными на 120° по отношению друг к другу.

Сместите стыки поршневого кольца готового для монтажа поршня таким образом, чтобы они лежали примерно 120° по отношению друг к другу. Они помогают поршню и, соответственно, кольцам при первом запуске двигателя. Причина: при первом запуске двигателя сжатие несколько ниже, так как поршневые кольца ещё не приработались. При помощи смещения стыковых концов по отношению друг к другу можно помешать тому, чтобы при первом пуске двигателя слишком много газов просачивалось из камеры сгорания в картер двигателя и, вследствие этого, двигатель плохо заводился.

Поршневые кольца двигателя

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) поршневые кольца (ПК) служат для уплотнения между стенками цилиндра (гильз) и поршнем, за счет них создается компрессия в цилиндрах. Если при сборке в мотор забыть поставить ПК, двигатель не заведется, так как не будет обеспечено необходимое сжатие рабочей топливовоздушной смеси.

В легковых автомобилях на каждом поршне стандартно устанавливаются по три кольца – два компрессионных и одно маслосъемное, причем, маслосъемные ПК могут быть наборными, то есть, состоять из нескольких элементов. Компрессионные поршневые кольца (КПК) служат для создания компрессии в цилиндрах, всегда изготавливаются из высокопрочного чугуна с различными присадками. Наибольшей прочностью обладает верхнее КПК, так как оно работает в самом тяжелом температурном режиме и испытывает максимальные нагрузки.

Маслосъемные поршневые кольца двигателя (МПК) нужны для отвода масла от стенок цилиндров, если кольца не будут выполнять свою функцию, двигатель будет расходовать масло. МПК могут быть как чугунными, так и стальными, причем, чугунные ПК почти всегда изготавливаются цельными, а вот стальные маслосъемные кольца бывает только наборными (составными). Стальное МПК на один цилиндр состоит из:

• двух пружинных стальных колец;
• осевого расширителя;
• радиального расширителя.

  

Как подобрать новый поршень и кольца?

Поршни подбираются в соответствии с ремонтным размером цилиндров. Маркировка ставится обычно на днище детали.

Каждый поршень выбирается индивидуально для получения зазора нужного размера. Его величина определяется с помощью специальной ленты-щупа, которая протягивается между цилиндром и поршнем. С противоположной от разреза юбки стороны устанавливается динамометр. Усилие на приборе при движении щупа сквозь зазор не должно превышать установленных пределов.

Проверить, правильно ли подобран поршень, легко опытным путем: деталь должна плавно перемещаться в установленном вертикально цилиндре под тяжестью собственного веса.

Помимо зазора, необходимо учитывать вес поршней – максимальная разница в весе деталей одного комплекта не должна превышать 5 грамм.

Изношенные и потерявшие упругость поршневые кольца заменяют новыми. Их ремонтный размер должен соответствовать размерам цилиндра и поршня.

Чтобы подобрать кольцо по цилиндру, его нужно поместить в гильзу, выровнять поршнем и при помощи щупа замерить зазор в стыке. Если он отсутствует или недостаточен, то стык увеличивается напильником. Слишком большой зазор указывает на непригодность кольца для данного цилиндра.

Для подбора по поршню кольцо «прокатывается» по канавке детали. Если зазор слишком мал, кольцо заедает. В таком случае его торцевая часть подлежит шлифовке при помощи наждачной бумаги.

Упругость новых поршневых колец проверяется специальным прибором. Величина нагрузки должна равняться значению зазора в стыке кольца, установленного в цилиндр.

Присоединяйтесь

© 2004 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Источник

Тепловой зазор поршневых колец

ПК представляют собой пружинные диски с одним разрезом – при установке на поршень они разжимаются, а в гильзе плотно прижимаются к ее стенкам. Чтобы достигалось максимальное сжатие рабочей смеси, стенки цилиндров должны быть максимально гладкими (без дефектов), а форма внутренней полости идеально круглой. На поршне ПК размещаются в специальных канавках, причем, они посажены неплотно, и на холодном поршне перемещаются в канавках свободно.

Поршневые кольца имеют тепловые зазоры:

Зазоры обязательно должны быть определенными, если они больше или меньше положенного значения, поршневая группа быстро выйдет из строя. Следует учитывать тот фактор, что при нагреве металл расширяется, и если тепловой зазор ПК будет слишком маленьким, поршневая группа начнет перегреваться. При больших зазорах не обеспечивается герметичность, возникают потери мощности.

Для легковых автомобилей, как правило, устанавливаются следующие зазоры:

• между канавками и КПК – от 0,02 до 0,08 мм (для верхнего кольца зазор должен быть немного больше);
• между канавками и МПК – от 0,05 до 0,06 мм;
• на стыке – от 0,25 до 0,5 мм.

По мере износа зазоры в ПК увеличиваются, и они не должны превышать:

• между кольцом и канавкой – 0,15 мм;
• на стыке – 1,0 мм.

  

Какой поршень выбрать при тюнинге (форсировке) двигателя?

Решив форсировать двигатель, механики обычно начинают с облегчения его деталей и естественно поршней (правильно облегчить поршни можно только их заменой на кованые, и о таких поршнях подробно читаем вот здесь). Этим мастера нередко только вредят двигателю, так как лёгкость деталей нужна только до определённого предела. И почему — разберёмся в этой статье.
Существует несколько способов прибавки мощности двигателю, и один из них — поднять крутящий момент. Тут важны два основных параметра — ход и диаметр поршня. И чем дальше вынесены от продольной оси коленчатого вала шатунные шейки (длиннее колено коленвала), тем больше сила с которой шатун толкает коленвал. А это значит, что двигатель разовьёт большую тягу. В таком случае вес поршня не имеет особого значения, и такие двигатели тихоходны, максимальные обороты у них всего 6 — 8 тысяч в минуту, и инерционные нагрузки на коленчатый вал и шатуны невысоки.

Массивные поршни требуют другого: когда такой поршень меняет направление движения при прохождении мёртвых точек, то возникает перекладка сил, которая прижимает боковую поверхность поршня к стенке зеркала цилиндра. И вот для этого прижима и нужна поршню юбка. К тому же шатун постоянно давит на поршневой палец и поршень под углом к оси цилиндра, и этот угол каждый раз меняет ориентацию на противоположную, когда поршень минует мёртвую точку. То есть при движении вверх поршень прижимается к одной стороне зеркала цилиндра, а при ходе вниз к другой стенке. И перекладка поршня должна происходить мягко, иначе он долго не протянет и треснет. Рассмотрим, что есть длинно- и короткоходный коленвал. Принято следующее деление: длинноходная конструкция — когда диаметр цилиндра меньше хода поршня; короткоходная — наоборот диаметр поршня больше его хода; и среднее решение — так называемая квадратная конструкция, когда диаметр поршня равен его ходу. Большинство современных дорожных моторов делают квадратными, они компромисно сочетают в себе достоинства тягавитого и быстроходного двигателей. Короткоходную конструкцию применяют на спортивных оборотистых двигателях, с узким диапазоном мощностных оборотов. У двигателей с длинными плечами (коленом) коленчатого вала сила прижатия поршня к зеркалу цилиндра выше чем у короткоходных моторов, так как эта сила растёт по мере увеличения угла наклона шатуна. Поэтому на таких двигателях юбка поршня должна быть «макси» — то есть достаточно длинная как на старых двигателях. Она равномерно распределяет нагрузку на большой площади, и поршень проходит мёртвые точки без разрывов масляной плёнки и ударных нагрузок.

Долголетний опыт создания таких двигателей породил определённое отношение длины юбки поршня к его диаметру, и обозначается — hю/D. Это отношение для различных моторов подбирается разное. Так для тяжело нагруженных двигателей — около 0,2 л.с. на килограмм веса транспортного средства оно составляет не менее 0,7. На более мощных машинах — от 0,5 л.с. на кг эта величина уже другая — примерно 0,6. Объясняется это просто: чем меньше лошадиных сил приходится на единицу массы автомобиля или мотоцикла, тем больше нагрузка на поршень и особенно на его юбку. Особенно когда поршень проходит самую напряжённую ВМТ — в такте рабочего хода.

Теперь представьте — со стороны камеры сгорания на днище поршня давят газы продуктов горения топлива, а с другой стороны перемещению поршня сопротивляется шатун, сильно нагруженный весом машины. К тому же в большинстве движений шатун упирается в поршень под углом и значительно затрудняет передачу усилия. И если двигатель слаб, а мотоцикл или машина тяжелы, то естественно короткая юбка от такого двойного удара не выдержит и деформируется. И при работе будет вгрызаться в зеркало цилиндра вытесняя масляную плёнку и обрастая задирами.

Форсирование моторов по увеличению крутящего момента было популярно в 50- 70-е годы двадцатого века. Но затем произошёл кризис этого способа, так как в габариты компактных двигателей спортивных машин и мотоциклов не впишешь ни коленвал с большим ходом поршня, ни цилиндры паровозного хода и диаметра.

Затем наступила эра оборотистых моторов — механики принялись за второй способ поднятия мощности за счёт увеличения оборотов коленвала. Естественно обороты можно поднять уменьшив плечо (колено) хода шатуна и поршня. И длина пути, то есть сумма расстояний при перемещении поршня за четыре такта при этом сокращается. И вполне естественно, что за один и тот же отрезок времени поршень такого двигателя совершит больше рабочих ходов, чем двигатель такого же объёма, но с длинноходным валом. Значит и работу совершит большую и мощность двигателя возрастёт. А также ещё и габариты мотора уменьшатся, ведь у короткоходных моторов меньше и габариты и масса.

Но вот поршни для таких моторов задали конструкторам задачу. Инерционные нагрузки, создаваемые поршнями на шатунах и шейках коленвала, в зависимости от оборотов и скорости перемещения поршней растут в геометрической прогрессии. И простейший способ снизить инерцию поршня — это снизить его вес, уменьшив диаметр. Но для сохранения общего литража двигателя придётся делать большее количество цилиндров (вспомните первые спортивные мотоциклы Беннели, Агусту или шестицилиндровую Хонду СВХ).

А это увеличивает стоимость производства двигателя в несколько раз. И инженеры пошли на рискованный шаг: юбку поршня стали изготавливать «миди» — hю/D = 0,6-0,55, ну а затем и «мини» — и hю/D уменьшили до 0,5 — 0,45. Такие поршни (см. фото слева) стали называть Т-образными, так как если направить взгляд перпендикулярно оси поршневого пальца, то поршень имеет форму буквы Т.

И самое интересное, что поршни, даже не кованные, а литые выдержали нахальное укорачивание юбки, так как инженеры воспользовались полезным свойством гидродинамического эффекта смазки.

Но юбка поршня должна не только сглаживать момент перекладки. Ещё боковому профилю юбки придаётся особая форма, поддерживающая устойчивый слой смазки, так называемый масляный клин между поршнем и стенкой зеркала цилиндра (см. фото). Здесь наиболее выгодна бочкообразная юбка, так как обычная конусная юбка не скользит по плёнке смазки, а разрывает её.

Отечественная техника до сих пор оснащается поршнями с конусной юбкой и при одинаковых размерах поршней, конус, не имеющий загнутого носка (кромки) хуже удерживает на поверхности масляный клин. Выгода в изготовлении конусных поршней есть только для производителя, так как изготовление такого поршня обходится в несколько раз дешевле бочкообразных.

Поршневые кольца ВАЗ

Волжский автомобильный завод производит двигатели для переднеприводных и заднеприводных автомобилей, поршневые кольца для моторов ВАЗ первоначально подставлял Мичуринский завод. У мичуринцев в продукции допускалось много брака, и с 1986 года в Тольятти было налажено собственное производство. В настоящее время существует много различных производителей, которые изготавливают ПК для вазовских двигателей, в частности, это:

• АВТОВАЗ (Тольятти);
• СТК (Самара);
• GOETZE (Германия);
• MAHLE (Германия);
• NPR EUROPE (бывшее название SM, Япония).

  

Признаки и причины износа (поломки) поршневых колец

На автомобилях ВАЗ в процессе эксплуатации происходит износ двигателя, так же выходят из строя ПК. Кольца могут:

• ломаться на две или несколько частей;
• изнашиваться по толщине;
• иметь общий износ.

Часто поломка деталей происходит вследствие перегрева ДВС, в этом случае в цилиндрах уменьшается компрессия, и мотор теряет мощность. Признаками неисправных ПК является:

• сизый дым из трубы глушителя, особенно часто он проявляется после долгой работы на холостых оборотах при резком нажатии на педаль газа;
• повышенный расход масла в двигателе;
• падение мощности, мотор перестает тянуть;
• закоксовывание свечей зажигания.

Если появляются признаки неисправности в поршневой группе, в первую очередь меняются поршневые кольца. Но замена ПК не всегда дает нужный эффект, часто после ремонта мотор продолжает дымить и расходовать масло. Причина здесь простая – имеется износ в самих цилиндрах. В блоке обычно гильзы изнашиваются неравномерно – они приобретают овальную форму, из-за выработки поршневые кольца не прилегают плотно к стенкам цилиндров и не обеспечивают герметичность.

Причины износа поршневой группы

Постоянная эксплуатация машины неминуемо приводит к повреждениям ПГ. Как и любые другие элементы силового агрегата, поршни изнашиваются по причине устаревания или из-за перегрева, вызванного нарушением процесса сгорания.

Чем вызывается износ днища поршня?

Задиры на днище поршня образуются по причине засорения или деформации масляной форсунки, установки элементов с другими размерами, неисправности в системе охлаждения.

На поршнях подержанных машин часто заметны следы от ударов. Вызываются они чересчур большим выступом поршня или неправильной подгонкой торцевой стороны ГБЦ. Это же происходит из-за отложений моторного масла на головке элемента, необычно узким зазором в клапанном приводе и неправильной установкой фаз ГРС.

Повреждения также определяются по наплывам металла на элементах. Такое происходит при неисправном инжекторе — количество впрыска определяется в этом случае системой неверно. Это же укажет на недостаточное сжатие, позднее или ранее зажигание.

Если на днище поршня и в полости камеры сгорания наблюдаются трещины, это свидетельство неисправной форсунки или недостаточной компрессии. Подобное также возможно при неграмотной чиповке двигателя, когда за счёт модернизации пытаются увеличить мощность агрегата.

проверка поршня на износ

Причины повреждения колец

Как правило, это случается из-за эрозии материала в зоне колец, вызванного неправильной установкой, избытком горючего в камере сгорания, нарушением теплового зазора между поршнем и его цилиндром. Такое же происходит при сильном осевом истирании канавки поршней и вибраций.

Замена поршневых колец

На автомобилях ВАЗ, впрочем, как и на всех других моделях легковых автомашин, одни лишь поршневые кольца целесообразно менять только в том случае, если:

• в цилиндрах нет выработки;
• не имеет следов повреждения их внутренняя поверхность.

При значительном износе гильз требуется их расточка, а если до этого уже был последний размер, требуется перегильзовка блока цилиндров. Заменить ПК можно на любом вазовском моторе, не снимая ДВС, для этого потребуется снятие ГБЦ и масляного картера. ПК меняют в том случае, если зазор в стыках у них не превышает 1 мм.

Для примера рассмотрим замену поршневых колец на автомобиле ВАЗ-2114 с 8-клапанным ДВС, такую работу необходимо проводить на яме или автоподъемнике:

• выключаем зажигание, ставим КПП на нейтральную передачу, скидываем с АКБ минусовую клемму;
• сливаем тосол, снимаем корпус воздушного фильтра вместе с патрубком (гофрой инжектора);
• снимаем клапанную крышку, распредшестерню, ослабляем ремень ГРМ и отводим его в сторону;
• отсоединяем от ГБЦ вв провода, патрубки системы охлаждения, откручиваем болты головки;
• раскручиваем гайки приемной трубы глушителя;
• полностью освобождаем ГБЦ от всех креплений, которые мешают ее снять, производим съем головки блока;

  

• если под двигателем есть защита, демонтируем ее;
• подставляем емкость под поддон двигателя, отворачиваем пробку на картере, сливаем масло;
• снимаем нижний лючок корпуса КПП (три болтика);
• головкой с воротком на 10 или торцевым ключом откручиваем все болты масляного поддона;

  

• демонтируем поддон, снимаем маслоприемник;

  

• отворачиваем гайки шатунов, снимаем нижние шатунные крышки, аккуратно выбиваем поршни с шатунами наверх. Поршни следует выбивать через выколотку из мягкого металла или через деревянный брус. Сначала нужно аккуратно выбить шатунный болт, не повредив на нем резьбу, затем выколотку наставить на торец шатуна – ни в коем случае нельзя бить по вкладышам или посадочному месту под ними;

  

• шатуны рекомендуется вынимать по одному, и сразу же на них наживлять крышки, между собой крышки путать нельзя, они назад ставятся строго по своим местам, и обязательно замок к замку;
• снимаем с поршней ПК, обломком старого кольца чистим поршневые канавки до чистого металла. Обязательно проверяем чистоту канавки по кругу, кокса в ней оставаться не должно;

  

• устанавливаем в канавки новые кольца, начинаем с нижнего МПК, затем ставим среднее компрессионное ПК, и в последнюю очередь верхнее. Для установки можно воспользоваться специальным приспособлением, но все же кольца удобнее ставить руками. Если МПК чугунные, их нельзя гнуть по своей оси, можно только аккуратно раздвигать. Компрессионные кольца выгибать тоже нужно аккуратно, по минимуму;
• устанавливаем на место поршень с помощью специальной оправки, забиваем деревянной ручкой молотка либо латунной или бронзовой выколоткой;

  

• ставим по одному поршню-шатуну, и тут же крепим на каждый шатунную крышку. Затяжку гаек шатунов следует выполнять динамометрическим ключом, усилие – от 4,5 до 5,5 кг;
• затем ставим все на место – маслоприемник, поддон двигателя, головку блока. Заливаем в радиатор тосол, масло в картер, для проверки запускаем мотор. После замены ПК ДВС может поначалу дымить и расходовать масло – движок необходимо обкатать приблизительно 2 тыс. км. Бывает так, что при кажущемся нормальном состоянии гильз ДВС продолжает дымить даже после замены колец после обкатки. В таком случае придется растачивать цилиндры и устанавливать ремонтную поршневую группу.

Виды износа поршней

Определить необходимость ремонта или замены деталей ЦПГ можно по состоянию поршней, колец и их посадочных мест.

О том, что следует принимать меры, предупреждающие поломку двигателя, говорят следующие явления:

• Залегание поршневых колец
• Износ канавок
• Износ отверстий в бобышках
• Износ поршня по диаметру
• Трещины и задиры на юбке
• Нагар на днище поршня

Нагар с днища поршня счищается при помощи тупого металлического скребка или щетки. Из канавок он удаляется при помощи специального приспособления.

Определить присутствие трещин на поршне можно на слух. Для этого деталь берется за головку, а по юбке наносятся легкие удары металлическим предметом. Глухой и дребезжащий звук свидетельствует о наличии трещин.

Поршни, имеющие трещины, глубокие царапины и большой износ по диаметру, не подлежат ремонту – только замене.

Изношенные канавки протачиваются на токарном станке при помощи кольца с наружным диаметром, равным внутреннему центрирующему пояску поршня. Это позволяет устанавливать кольца большей высоты. Протачивать канавки необходимо с учетом размеров установленных ремонтных колец.

Раскоксовка поршневых колец

Если мотор начинает дымить, есть вероятность, что в канавках поршней залегли кольца. В наше время есть немало различных современных средств для раскоксовки поршневых колец, и многие водители используют их для восстановления работоспособности мотора. Среди наиболее популярных составов можно отметить:

• Nitrox Power;
• ЛАВР МЛ-202;
• Титан;
• LIQUI MOLY;
• WYNN’S.

  

Автомобилисты полагают – если движок задымил, нужно воспользоваться средство для раскоксовки, и мотор заработает в прежнем режиме, без расхода масла и без дыма. Действительно, иногда эти средства помогают, но только лишь в тех случаях, когда мотор долго простоял без движения (например, после зимы), и от влаги в нем залегли ПК. Если машина подлежит длительной консервации (ставится в гараж на зимнее хранение) следует вывернуть свечи зажигания и в цилиндры залить масло, а свечные отверстия заткнуть чопиками. При такой профилактике и свечи не отсыреют, и на гильзах не скопиться ржавчина.

Но если все-таки забывчивый автовладелец не предпринял меры профилактики, можно воспользоваться средством для раскоксовки. От ржавчины в цилиндрах избавляемся следующим образом:

• сдергиваем высоковольтные провода;
• выкручиваем все свечи зажигания;
• проворачиваем коленчатый вал так, чтобы все поршни находились в среднем положении;
• в каждый цилиндр заливаем по 45 мл жидкости, наживляем свечи зажигания;
• оставляем «отмокать» цилиндры на 6-7 часов;
• зачем выворачиваем свечи, несколько оборотов прокручиваем стартером, чтобы вся грязь из двигателя вылетела;
• снятые детали устанавливаем на место, запускаем мотор. Первое время он может сильно дымить, но затем дым пройдет.

Автовладельцам следует помнить, что раскоксовка не является панацеей от всех бед, и если поршневые кольца изношены, то поможет только их замена.

При ремонте двигателей автомобилей различных марок и моделей иногда возникают ситуации, когда нужной детали найти быстро не удается. Как правило, это означает, что нужно делать заказ, — и тогда требуемую деталь можно получить только через 5 — 12 дней из-за границы. В некоторых случаях подобный срок может оказаться нежелательным или даже неприемлемым. А есть ли способ найти альтернативные решения?

Основные причины выхода поршней из строя

Поршень представляет собой подвижный элемент, перемещающийся между нижней и верхней точкой цилиндра. Движение поршня возникает вследствие давления газов при сгорании воздушно-топливной смеси.

В процессе работы поршень нагревается и существенно увеличивается в размерах из-за расширения металла. Избежать заклинивания внутри цилиндра позволяет консусообразная конструкция детали. Максимально увеличенная в диаметре нижняя часть поршня (юбка) нагревается и расширяется не так сильно, как головка. В результате при высоких температурах поршень приобретает цилиндрическую форму и свободно перемещается внутри цилиндра.

Охлаждению поршней способствует циркуляция моторного масла. При его дефиците ЦПГ перегревается, поршни увеличиваются в размерах и испытывают повышенное трение о стенки цилиндров. В результате на взаимодействующих поверхностях появляются многочисленные задиры, могут возникнуть заедания и заклинивания.

Возможные причины перегрева поршней:

• Нарушение циркуляции моторного масла и охлаждающей жидкости
• Выход из строя термостата
• Засорение радиатора
• Повреждение помпы
• Неисправность вентилятора охлаждения

При недостатке смазки поршневой палец приобретает синий цвет, в зоне бобышек возникают зазоры. Перегрев головки поршня между нижней частью поршня и верхней канавкой компрессионного кольца ведет к образованию задиров.

Подобные неисправности могут появляться не только из-за общего перегрева двигателя, но и по причине использования несоответствующего (низкооктанового) топлива, нарушения регулировки топливных форсунок, неисправности системы зажигания и т.д.

Чрезмерно высокая температура в ЦПГ может привести к разрушению поршневых колец и их посадочных мест, появлению трещин, оплавлению днищ и прочим повреждениям, полностью выводящим поршни из строя.