Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

Зазор между поршнем и цилиндром может в эксплуатации недопустимо сузиться почти до полного отсутствия при неправильной регулировке движущихся деталей, при перекосе цилиндров или же при термической перегрузке. Кроме того, температура поршня в работе значительно выше температуры цилиндра, что в эксплуатации приводит к различным характеристикам теплового расширения поршня и цилиндра. Поршень подвергается более сильному тепловому расширению, чем смежный цилиндр. Кроме того, алюминиевые материалы, по сравнению с серым чугуном имеют двойное тепловое расширение, что необходимо соответственно учесть в конструкции.

При уменьшающемся зазоре между поршнем и цилиндром сначала возникает полусухое трение,потому что масляная пленка на стенке цилиндра вытесняется расширяющимся поршнем. В результате этого несущие поверхности на юбке поршня сначала стираются до высокого блеска. Изза полусухого трения и возникающего тепла трения температура элементов становится еще выше. Поршень при этом оказывает все большее давление на стенку цилиндра. Функция масляной пленки при этом полностью исчезает. Поршень в цилиндре начинает работать без смазки. В результате этого появляются первые задиры с гладкой темной поверхностью.

Обобщенно можно привести следующие характерные признаки задиров из-за недостаточного зазора. За местами противодействия с зеркальным блеском следуют гладкие темные задиры. Задиры при заедании из-за недостаточного зазора имеются как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне.

Задиры из-за недостаточного зазора на юбке поршня

porhnevaya 54 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

На поверхности юбки поршня имеется несколько одинаковых задиров

Задиры возникли на нагруженной и на ненагруженной стороне, т.е., к задирам на одной стороне поршня имеются соответствующие задиры на противоположной стороне. Поверхность задиров переходит от точек давления с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Зона колец не имеет повреждений.

Зазор между юбкой поршня и рабочей поверхностью цилиндра был или слишком узким или суживался в недопустимой мере перекосами, которые возможно возникли только при эксплуатации двигателя.

В отличие от задиров в результате работы без смазки задиры из-за недостаточного зазора возникают всегда по истечении короткого времени эксплуатации после капитального ремонта двигателя.

Возможные причины повреждения

• недостаточный диаметр цилиндра.

• слишком сильная или неравномерная затяжка головки цилиндра (перетяжка цилиндра).

• неровные торцевые поверхности на цилиндре или на головке цилиндров.

• нечистая или неравномерная резьба в резьбовых отверстиях или на винтах головки цилиндров.

• заедание или неравномерная смазка на опорных поясках головок винтов

• использование неправильных или неподходящих прокладок головки блока цилиндров.

• перекос цилиндров в результате неравномерного нагрева из-за накипи, загрязнение или другие неисправности в системе охлаждения.

Задиры из-за недостаточного зазора соответственно рядом с бобышкой пальца (задиры под углом 45°)

porhnevaya 55 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

porhnevaya 56 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

Характерным для этого повреждения являются задиры, появляющиеся соответственно со смещением на 45° относительно оси бобышки, причем как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне. Поверхность задиров переходит от точек нажима с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Поршневой палец имеет синий цвет побежалости, это признак тому, что в данном случае температура поршневого пальца была слишком высокой в результате недостаточного зазора или нехватки смазки.

Повреждение появляется, если зона вокруг крепления поршневого пальца слишком сильно нагревается. Поскольку в этой зоне поршень отличается довольно высокой жесткостью, возникает повышенное тепловое расширение в этой зоне и зазор между поршнем и рабочей поверхностью цилиндра сужается. Относительно тонкостенная и тем самым эластичная направляющая часть поршня может компенсировать повышенное тепловое расширение своей эластичностью. На переходе к жестким бобышкам пальца материал, однако, с большим усилием давит на стенку цилиндра, что в конечном счете приводит к прерыванию масляной пленки и к возникновению трения на поршне.

Возможные причины повреждения

• Слишком высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не достиг рабочей температуры

Поршень может достичь своей полной рабочей температуры в течение 20 секунд, в то время как для холодного цилиндра для этого требуется намного больше времени. В результате различий в тепловом расширении обоих элементов поршень расширяется намного больше и быстрее, чем цилиндр. Зазор поршня сильно сужается в вышеописанных местах. Появляются названные повреждения.

• Слишком узкая посадка поршневого пальца в головке шатуна (горяче запрессованные шатуны). Слишком узкая посадка поршневого пальца в бобышке шатуна может привести к некруглости бобышки шатуна и тем самым также поршневого пальца. Это связано с различной толщиной стенки в бобышке шатуна. В то время как в направлении шатуна имеется больше материала и более толстые стенки, толщина стенки в конце шатуна намного меньше. При деформации поршневого пальца зазор в креплении пальца уменьшается. В результате этого недостаточный зазор в креплении вызывает повышенное тепло трения и таким образом повышенное тепловое расширение в данной зоне.

• задиры в бобышке шатуна из-за недостаточной смазки при первом вводе двигателя в эксплуатацию.

При сборке поршневой палец не смазывается или смазывается недостаточно. Перед тем как масло при первом пуске в эксплуатацию поступает к месту опоры, нет достаточной смазки, это вызывает заедание опоры пальца и тем самым повышенное образование тепла.

• Дефект монтажа при горячей посадке поршневого пальца (горяче запрессованный шатун)

Кроме вышеназванной смазки пальца при горячей посадке поршневого пальца бобышки шатуна необходимо обратить внимание на то, чтобы непосредственно после вставки пальца подшипник пальца не был подвергнут контролю на свободный ход путем качающего движения. Непосредственно после вставки холодного пальца в горячий шатун температура между обеими деталями выравнивается. Поршневой палец может стать очень горячим. Он расширяется и заклинивается в еще холодном подшипнике пальца. Если подшипник в этом состояние перемещают, здесь может возникнуть первое место трения или задир, который в эксплуатации приводит к тяжелому ходу подшипника и тем самым к повышенному трению и образованию тепла. По этой причине смонтированные детали должны остыть спокойно, опору следует контролировать на свободный ход только после остывания.

Читайте также:  Как откидывается заднее сиденье на приоре

Задиры из-за недостаточного зазора в нижней части юбки поршня

porhnevaya 57 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

На нижних концах юбки поршень имеет типичные задиры с местами нажима на одной стороне и на противоположной стороне. Следы переходят от места нажима с зеркальным блеском в гладкие темные задиры, (рис. 1) Все остальные части поршня не имеют особенностей. Те же самые задиры имеет соответствующая мокрая рабочая втулка цилиндра (рис. 2) в нижней части, там где она на наружном диаметре несколькими уплотнительными кольцами уплотняется к картеру от попадания воды и масла,. Все остальные части рабочей втулки цилиндра также не имеют особенностей.

Тот факт, что задиры имеют характерные признаки заедания из-за недостаточного зазора как на поршне, так и на рабочей втулке цилиндра, указывает на то, что зазор между поршнем и цилиндром в нижней части, вероятно, из-за деформации цилиндра был настолько сужен, что масляная пленка прервалась.

Возможные причины повреждения

• неправильные по размерам или неподходящие кольца круглого сечения могут привести к деформации рабочей втулки до полного отсутствия зазора юбки поршня. Для обеспечения достаточно большого пространства набухания уплотнительные кольца должны заполнить лишь ок. 70 % объема канавок.

• использование дополнительного уплотнительного средства в кольцах круглого сечения

Для используемых для данной цели уплотнительных колец характерно набухание в работе под воздействием масла. Это свойство так и предусмотрено, чтобы обеспечить герметичность в течение длительного времени. Поэтому не разрешается использование дополнительного уплотнительного средства. Свободное пространство было бы полностью заполнено и кольца круглого сечения не могли бы расширяться в работе.

• В пазах для уплотнительных колец в корпусе, возможно, сохранились еще остатки старых уплотнительных колец (см. выше).

• Уплотнительные кольца не могут обеспечить безупречную герметизацию, если они перекошены при вводе рабочей втулки. Поэтому они должны быть всегда смазаны средством скольжения перед монтажом рабочей втулки.

%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%8C - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

Все в курсе, что: мощность и «тяга» мотора напрямую зависят от состояния деталей цилиндро-поршневой группы. Знаете и то, что поверхности трения этих деталей изнашиваются из-за попадания на них пыли, использования некачественных масел и просто от длительной работы. Поскольку замерить мощность двигателя в бытовых условиях практически нельзя, многие используют косвенный показатель — максимальную скорость, а кто-то замеряет компрессию в цилиндре. Второй способ оценки мощности более предпочтительный, ведь скоростные возможности аппарата могут снизиться, например, из-за того, что закоксовалась выпускная система, нарушилась регулировка зажигания, разладилась работа карбюратора.
Если двигатель действительно «подсел», не спешите сразу растачивать цилиндр под ремонтный размер. Умудренные опытом люди обычно придерживаются следующей последовательности в действиях: в первый раз меняют кольца, во второй — кольца и поршень (оба раза — на номинальные размеры), потом еще раз меняют кольца (тоже на номинальные) и лишь затем растачивают цилиндр под первый ремонт с последующей установкой ремонтного поршня с кольцами. Когда начинать эти замены,- зависит в основном от условии эксплуатации. Первая замена колец может понадобиться через шесть-семь (и до 25 у большекубатурных аппаратов) тысяч километров, а поршня — через 15-40.
Оценить степень износа можно, если разобрать цилиндро-поршневую группу. Проводя разборку, нужно твердо помнить две вещи.

Первая — не уроните стопорное кольцо в кривошипную камеру. Чтобы избежать этой неприятности, сразу закройте камеру, скажем, тряпкой.

И вторая -не загните шатун, когда станете молотком выбивать палец. Лучше всего пользоваться съемником.
Итак, поршень у вас в руках. Аккуратно снимите с него кольца (используйте три-четыре подкладных пластинки (рис. 1) и вставьте их в верхнюю часть цилиндра.

%D1%80%D0%B8%D1%81 1 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

«Выровняйте» кольца поршнем — вставьте его в цилиндр снизу и измерьте зазоры в замках колец (рис 2) Если они превышают 3 мм, кольца подлежат замене. Зазоры в замках новых колец не должны превышать 0,2-0,4 мм.

%D1%80%D0%B8%D1%812 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром Сразу оцените и состояние поршня: если зазор между ним и цилиндром более 0,3-0,4 мм, поршень требует замены. При подборе нового поршня удобно руководствоваться «дедовским» методом: вымытый и смазанный моторным маслом цилиндр лежит на столе, а вы опускаете в него поршень. «Хороший» поршень должен опускаться под тяжестью собственного веса около одной секунды. Если он со стуком провалился или, что еще хуже, застрял «на полпути», — ищите другой поршень. У каждой модели мотоциклов существует от двух до четырех размерных групп поршней, их разница в диаметре может составлять от 0,01-0,025 мм. Маркировка группы обычно наносится клеймом на днище поршня и на нижнем торце цилиндра. Следите, чтобы эти цифры совпадали.
Особое внимание уделите состоянию бывшего в эксплуатации поршня. Осмотрите его на предмет наличия трещин и, если таковые имеются, — выбрасывайте его на помойку. Как правило, трещины возникают в зоне бобышек на внутренней поверхности поршня и по углам продувочных окон. Так или иначе, трещины всегда образуются в местах повышенных концентраций напряжений (рис. 3).

%D1%80%D0%B8%D1%813 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

К ним относятся острые внутренние углы, остающиеся после механической обработки поршня, или из-за брака литья. Такие места скруглите надфилем, шарошкой и тщательно заполируйте.
Однако трещины — не единственная опасность, подстерегающая поршень в его бесконечных возвратно-поступательных движениях. Сюрприз могут преподнести и поршневые кольца. Чаще всего приходится чистить от нагара канавки колец, когда сами кольца теряют подвижность («залегают»). Делайте это обломком старого кольца или острым предметом типа шабера. Использовать для чистки надфили или ножовочные полотна крайне нежелательно: можно вместе с нагаром счистить и «мясо» поршня. Последствия вы себе представляете: из-за утечки газов между кольцом и поршнем падает компрессия со всеми вытекающими последствиями.
В этих же канавках установлены стопорные штифты. Они фиксируют кольца, чтобы те не проворачивались на поршне. Если в двухтактном двигателе, в цилиндре которого впускное, выпускное и продувочные окна, кольцо начнет вращаться (что и происходит при выпадении штифта), то в один ужасный момент стык кольца неминуемо окажется в зоне впускного (или выпускного) окна. Кольцо стремится разжаться, его концы немного распрямляются и входят в окно. В следующее мгновение противоположная кромка окна срезает высунувшиеся «на свободу» концы кольца, и двигатель с лязгом и грохотом выплевывает в глушитель его обломки. Но не ищите штифтов на поршнях четырехтактных двигателей. На них кольца просто разводятся стыками в противоположные стороны, ведь «опасных» окон нет вовсе. Разница ясна?! Так вот, теперь мы знаем, что стопорный штифт в двухтактном моторе -очень важная деталь. «Правильный» штифт ориентирует стык кольца на участок гильзы без окон (рис. 4)

Читайте также:  Холодный радиатор охлаждения причины

%D1%80%D0%B8%D1%814 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром Следующий объект изучения — отверстие под поршневой палец. В канавках этого отверстия с каждой стороны поршня установлены стопорные кольца с загнутыми усиками. Назначение усиков — облегчить монтаж-демонтаж стопорных колец в поршне. С ними такая история: конструкция подобных стопорных колец не прижилась на спортивных двигателях — из-за опасности того, что усики подрежутся поршневым пальцем и попадут в цилиндр. Поэтому на всех современных высокофорсированных двигателях применяются исключительно «безусые» стопорные кольца. А для удобства их демонтажа на поршне предусмотрена специальная канавка. Но какой бы формы ни было стопорное кольцо, оно должно утопать в канавке не менее чем на половину диаметра проволоки, из которой изготовлено. Кстати, рекомендуем проверенный способ, страхующий от выталкивания стопорных колец поршневым пальцем. Удалите у колец усики, а на торцах пальца по наружному диаметру немного увеличьте фаски (рис. 5). Теперь палец будет надежнее запирать такой фаской стопорное кольцо.

%D1%80%D0%B8%D1%815 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

При нагревании двигателя зазор между поршнем и гильзой должен быть равномерным по всему ее периметру. Поэтому поршень в холодном состоянии имеет весьма сложную форму: по высоте — конический, ступенчатый или бочкообразный, а в поперечном сечении -овальный. Наибольшая овальность — в зоне отверстия под поршневой палец (до 0,03 мм). Поэтому, измеряя поршень, не удивляйтесь тому, что он «неправильный».
Итак, вы подобрали поршень к цилиндру, теперь ищите подходящий палец. Диаметры пальцев, как поршней и цилиндров, делятся на несколько (до четырех) размерных групп. Подбирайте палец согласно предписаниям заводской инструкции. Обычно на торец пальца ставят точку краской определенного цвета. Такого же цвета метка наносится на бобышке внутри поршня. При комнатной температуре поршневые пальцы двигателей современных мотоциклов обычно входят в бобышку поршня под действием небольшого усилия. Однако на старых моделях пальцы в поршень прессовались, для чего поршни нагревали в кипящей воде… Опять-таки, внимательно почитайте инструкцию к своему мотоциклу.
Напоминаем еще раз: работая со стопорными колечками, закройте картер тряпкой. Эта простая операция избавит от того, что вам придется до посинения трясти перевернутый мотор, чтобы удалить упавшую внутрь деталь. Когда установите стопорные колечки (с усами или без), проверьте правильность их посадки: каждое кольцо должно сидеть в канавке плотно, но прокручиваться по окружности при надавливании шилом на один из ее краев.
Уже как анекдот постоянно слышишь об «умельцах», которые устанавливают поршни «задом наперед». Избежать неминуемой поломки колец поможет стрелка, выбитая на всех без исключения днищах поршней отечественных двухтактных двигателей — она и указывает, как следует сориентировать поршень. Правда, у всех «Иж-Юпитеров» стрелка смотрит в карбюратор. Если стрелка отсутствует или не просматривается, сориентируйте поршень по расположению стопорных штифтов: они должны «смотреть» на вертикальные сектора гильзы без окон…….

6AAAgNHWuA 100 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

5497cfas 960 - Тепловой зазор между поршнем и цилиндром

Причин тому множество. Например, такие повреждения могли случиться из-за недостаточного зазора. Еще одна причина появления задиров — работа мотора без смазки.

Зазор между поршнем и цилиндром, при эксплуатации, может недопустимо уменьшится (почти до полного исчезновения) при неправильном монтаже движущихся деталей, при перекосе гильз цилиндров или же — при перегреве. Кроме того, температура поршня во время работы, значительно выше температуры цилиндра, поэтому поршень расширяется сильнее, чем смежный цилиндр. Кроме того, алюминий, по сравнению с серым чугуном имеет удвоенное тепловое расширение, что тоже необходимо учесть. При уменьшающемся зазоре между поршнем и цилиндром сначала возникает полусухое трение, потому что масляная пленка со стенки цилиндра вытесняется расширяющимся поршнем. Поэтому несущие поверхности на юбке поршня сначала стираются до блеска. Из-за полусухого трения, и нагрева от него, температура деталей становится еще выше. Поршень оказывает все большее давление на стенку цилиндра. Масляная пленка исчезает полностью, и поршень начинает работать без смазки. В результате появляются первые задиры с гладкой темной поверхностью. В общем можно указать следующие характерные признаки задиров из-за недостаточного зазора: за участками с зеркальным блеском следуют гладкие темные задиры. Задиры имеются как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне поршня.

Задиры, из-за недостаточного зазора, на юбке поршня

Читайте также:  Шеви нива замена сайлентблоков передних рычагов

Описание картины: На поверхности юбки поршня имеется несколько одинаковых задиров. Они возникли на нагруженной и на ненагруженной стороне, то есть, задирам на одной стороне поршня соответствуют задиры на противоположной стороне. Поверхность повреждений переходит от точек давления с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом.

— Недостаточный диаметр цилиндра;
— Слишком сильная или неравномерная затяжка головки блока цилиндров;
— Неровные привалочные поверхности на блоке цилиндров или на головке блока;
— Грязная или изношенная резьба в отверстиях блока или на болтах;
— Заедание болтов или неравномерная смазка на опорных поясках головок болтов;
— Использование неподходящих прокладок головки блока цилиндров;
— Деформация цилиндров в результате неравномерного нагрева из-за накипи, загрязнения или других неисправностей системы охлаждения.

Задиры, из-за недостаточного зазора, рядом с бобышками пальца (задиры под углом 45°)

Характерными являются задиры, со смещением на 45° относительно оси бобышек, причем как на нагруженной стороне, так и на ненагруженной стороне. Их поверхность переходит от точек нажима с зеркальным блеском в относительно гладкие места трения с темным цветом. Поршневой палец имеет синий цвет побежалости. Это признак того, что температура пальца была слишком высокой из-за недостаточного зазора или нехватки смазки.

Появляется, когда слишком сильно нагревается зона вокруг бобышек поршневого пальца. Поскольку, в этом месте поршень отличается довольно высокой жесткостью, возникает повышенное тепловое расширение и зазор между поршнем и поверхностью цилиндра уменьшается. Относительно тонкостенная направляющая часть поршня может компенсировать повышенное тепловое расширение за счет своей эластичности. Однако, в местах перехода к жестким бобышкам металл с большим усилием давит на стенку цилиндра. Это, в конечном счете, приводит к разрыву масляной пленки и к возникновению задиров на поршне.

Возможные причины повреждения:

— Слишком высокая нагрузка на двигатель, когда он еще не прогрелся. Поршень может достичь своей нормальной рабочей температуры в течение 20 секунд, в то время как холодному цилиндру для этого требуется намного больше времени. В результате поршень расширяется намного больше и быстрее, чем цилиндр. В вышеописанных местах зазор сильно уменьшается, и появляются задиры.
— Слишком плотная посадка поршневого пальца в верхней головке шатуна (горячезапрессованные шатуны). Слишком плотная посадка может привести к некруглости отверстия в шатуне и, тем самым, поршневого пальца. Это связано с различной толщиной стенок верхней головки. В направлении стержня шатуна металла больше и стенки более толстые, а в других направлениях толщина металла намного меньше. При деформации поршневого пальца зазор между ним и отверстиями в бобышках уменьшается. Поэтому в месте контакта выделяется много тепла, что вызывает избыточное тепловое расширение в этой зоне.
— Дефект монтажа при горячей посадке поршневого пальца. Кроме вышеназванного дефекта при установке пальца, необходимо обратить внимание и на то, чтобы сразу после установки пальца подшипники пальца не проверялись на свободный ход путем покачивания поршня. Сразу после монтажа холодного пальца в горячий шатун температура между обеими деталями выравнивается. И поршневой палец может стать очень горячим. Он расширяется и заклинивается в холодном поршне. Если поршень, в этом состоянии, покачать, в отверстиях бобышек может возникнуть задир, который в эксплуатации приведет к подшипников и, тем самым, к местному перегреву. Поэтому собранные детали должны остыть, а свободное перемещение поршня на пальце следует проверять только после охлаждения!
— Задиры верхней головки шатуна, из-за недостаточной смазки, при первом запуске двигателя после ремонта. При сборке поршневой палец не смазывали или смазывали недостаточно. Перед тем, как масло при первом запуске поступит во втулку ВГШ, смазка недостаточна, что вызывает заедание пальца и, тем самым, повышенное выделение тепла.

Задиры, из-за недостаточного зазора, в нижней части юбки поршня

На нижней части юбки поршень имеет типичные задиры с местами нажима на одной и на противоположной стороне. Следы переходят от места нажима с зеркальным блеском в гладкие темные задиры. Все остальные части поршня повреждений не имеют. Те же самые задиры имеет соответствующая мокрая гильза цилиндра в нижней части, там, где она уплотняется с картером, от попадания воды. Остальная поверхность гильзы цилиндра также не повреждена.

Детали имеют характерные признаки заедания из-за недостаточного зазора. Это указывает на то, что зазор между поршнем и цилиндром в нижней части, вероятно, из-за деформации цилиндра, был настолько мал, что масляная пленка разрушилась.

Возможные причины повреждения:

— Уплотнительные кольца круглого сечения не смогли нормально расшириться при работе. Неподходящие кольца круглого сечения могут привести к деформации гильзы, вплоть до полного отсутствия зазора между ней и юбкой поршня. Для получения достаточной свободы уплотнительные кольца должны заполнять примерно 70 % объема канавок;
— Для уплотнительных колец, используемых для данной цели, характерно набухание под воздействием масла. Эта особенность предусмотрена, чтобы обеспечить герметичность в течение длительного времени. Поэтому нельзя использовать дополнительный герметик;
— В проточках, для уплотнительных колец, возможно, сохранились остатки старых уплотнений;
— Уплотнительные кольца не могут обеспечить отличную герметизацию, если они были перекошены при монтаже гильзы. Поэтому их всегда надо смазывать перед монтажом.