Основное назначение поршней в работе двигателя

Принцип работы гидравлического цилиндра

Гидравлический цилиндр – это объёмный двигатель возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения. Гидроцилиндры широко применяют во всех отраслях техники. Например, в строительно-дорожных, землеройных, подъёмно-транспортных машинах, в авиации и космонавтике, в технологическом оборудовании — металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах и т.п.

В простейшем случае основой конструкции гидроцилиндра является гильза, представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень, имеющий резиновые манжетные уплотнения, которые предотвращают перетекание рабочей жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. При подаче под давлением рабочей жидкости (специальные минеральные масла) в полость цилиндра поршень начинает перемещаться под действием давления жидкости.

Усилие от поршня передает шток – стержень, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грундбукса. С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечку жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником. На резьбу штока крепится проушина или деталь, соединяющая шток с подвижным механизмом.

Проушина служит для подвижного закрепления корпуса гидроцилиндра. Управление работой гидроцилиндра осуществляется с помощью гидрораспределителя или с помощью средств регулирования гидропривода. Гидроцилиндры работают при высоких давлениях (до 32 Мпа), что налагает целый ряд требований к прочности и надежности всей конструкции системы (механизм, цилиндр, управление). Для того, чтобы вам было легче найти и купить гидроцилиндр, который будет устраивать вас по всем параметрам, рассмотрим их основные виды подробнее.

Гидроцилиндры одностороннего действия

Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение — от усилия пружины. Усилие, создаваемое гидроцилиндрами данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины. Пружина выполняет здесь роль возвратного элемента. В тех случаях, когда возврат производится за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра или силы тяжести поднятого груза, гидроцилиндр может не иметь возвратной пружины ввиду отсутствия необходимости. Такой принцип действия применяется в домкратах.

Гидроцилиндры двустороннего действия

Как при прямом, так и при обратном ходе поршня усилие на штоке гидроцилиндра создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости соответственно в поршневой и штоковой полости цилиндра. Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе, за счёт разницы в площадях, к которым приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.

Телескопические гидроцилиндры

Называются так благодаря конструктивному сходству с телескопом или подзорной трубой. Такие гидроцилиндры применяются в том случае, если при небольших размерах самого гидроцилиндра в исходном, сложенном состоянии, необходимо обеспечить большой ход штока. Конструктивно представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого.

Такие гидроцилиндры имеют исполнение как для одностороннего, так и для двустороннего действия. Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.

Дифференциальные гидроцилиндры

«Обычное» подключение поршневых гидроцилиндров двустороннего действия предусматривает поочередное подключение полостей гидроцилиндра к нагнетательной и сливной магистралям через распределитель, что обеспечивает движение поршня за счет разности давлений. Соотношение скоростей движения, а также усилий при прямом и обратном ходе, различны и пропорциональны соотношению площадей поршня. Между скоростью и усилием устанавливается зависимость: выше скорость — меньше усилие, и наоборот.

При рабочем ходе (выдвижении штока) жидкость от насоса подается в поршневую полость, вытесняемая же жидкость из штоковой полости, за счет кольцевого подключения (распределитель 3/2), направляется не в гидробак, а подается также в поршневую полость. В результате выдвижение штока происходит намного быстрее, чем в обычной схеме подключения (распределитель 4/2 или 4/3). Обратный ход (втягивание штока) происходит при подаче жидкости только в штоковую полость, поршневая соединена с гидробаком.

При использовании гидроцилиндра с соотношением площадей поршня 2:1 (в некоторых источниках именно такие гидроцилиндры называются дифференциальными) такая схема позволяет получить равные скорости и равные усилия прямого и обратного ходов, что для гидроцилиндров с односторонним штоком без регулирования или дополнительных элементов получить невозможно.

Механизмы с гибкими разделителями

К механизмам с гибкими разделителями относятся мембраны, мембранные гидроцилиндры и сильфоны. Мембраны применяют в основном при небольших перемещениях и небольших давлениях (до 1 МПа). Мембранный исполнительный механизм представляет собой защемленное по периферии корпуса эластичное кольцо.

При увеличении давления в подводящей камере эластичное кольцо прижимается к верхней части корпуса, и шток, связанный с эластичным кольцом, выдвигается. Обратный ход штока обеспечивает пружина. Сильфоны предназначены для работы при небольших давлениях (до 3 МПа). Их изготавливают из металлов и неметаллических материалов (резины или пластиков).

Металлические сильфоны бывают одно- и многослойные (до пяти слоев). Применение сильфонов оправдано в условиях высоких и низких температур, значение которых лимитируется материалом, из которого изготовлен сильфон. Сильфоны могут быть цельные или сварные. Цельные изготавливают развальцовкой тонкостенной бесшовной трубы.

На сегодняшний день самыми распространенными гидроцилиндрами являются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия.

Чтобы вам легче было подобрать гидроцилиндр, нужно знать ряд его параметров. Сначала нужно определить диаметр гильзы (наружный и внутренний в мм). Затем — диаметр штока гидроцилиндра. Нужно определить диаметр проушин или вилок для поршневого гидроцилиндра, диаметр шаров, цапф и бугелей для телескопического гидроцилиндра.

Определить расстояние по центрам проушин (осям) гидроцилиндра в сложенном состоянии в мм, расстояние по центрам проушин (осям) гидроцилиндра в разложенном состоянии (выдвинутом штоке или штоках в мм). По разности двух длин можно определить ход штока гидроцилиндра.

Знание этих параметров существенно облегчит вам задачу по поиску необходимого гидроцилиндра. Если нет стандартного гидроцилиндра с требуемыми параметрами, необходимо заказать изготовление цилиндра по вашим требованиям.

Наши инженеры проконсультируют вас по всем вопросам выбора, изготовления, установки и ремонта гидроцилиндров для вашего оборудования.

Поршневые кольца: принцип работы, ремонт и устройство

При изучении принципов работы двигателя внутреннего сгорания отмечалось, что скользящее соединение между поршнем и цилиндром герметично, то есть газы, находящиеся под давлением в надпоршневом пространстве, не проникают между поршнем и стенками цилиндра в картер двигателя. Обеспечить приемлемую герметичность основное предназначение поршневых колец.

При этом необходимо отметить, что незначительная часть газов из камеры сгорания всё равно проникают во внутренне пространство картера даже нового, вполне исправного, двигателя. Уплотнение при помощи поршневых колец в технике называется уплотнением лабиринтного типа, в уплотнениях подобного типа всегда происходит некоторая утечка газов. Но эта утечка на исправном двигателе обычно лежит в диапазоне 0,5 – 1,0%.

Находящиеся в картере двигателя газы называются картерными газами. По мере износа цилиндропоршневой группы двигателя количество картерных газов увеличивается.
Кроме уплотнения поршневые кольца выполняют ещё две задачи. Регулируют количество масла на стенках цилиндра, необходимого для смазывания, как самих колец, так и поршня, и отводят тепло от поршня к стенкам цилиндра.

Предназначение поршневых колец:

Обеспечение герметичности между поршнем и стенками цилиндра.
Регулирование количества масла, необходимого для смазывания соединения поршня и цилиндра, и предотвращения попадания масла в камеру сгорания двигателя.
Отвод тепла от поршня к стенкам цилиндра.

Эти три задачи поршневые кольца выполняю в очень тяжёлых условиях под воздействием высоких тепловых и механических нагрузок. Тепловое напряжение поршневых колец возникает под воздействием горячих рабочих газов и под воздействие трения колец о стенки цилиндра, происходящего в условиях масляного голодания в верхней части поршня.
Успешное решение этих задач решается как за счёт конструкции колец, так и правильного подбора материала изготовления колец.

Поршневые кольца делятся на два типа:

Поршневые кольца — схема

1. Первое (верхнее) компрессионное кольцо
1.1. Молибденовая противоизносная вставка
2. Второе компрессионное кольцо
3. Маслосъёмное кольцо:
3.1. Верхняя маслосъёмная пластина
3.2. Тангенциальный расширитель
3.3. Нижняя маслосъёмная пластина

Поршень с поршневыми кольцами

Фотография разреза поршня современного бензинового двигателя с установленным на него типичным комплектом поршневых колец в соответствии со схемой, данной на верхнем рисунке.
Компрессионные кольца обеспечивают необходимую герметичность, а маслосъёмные кольца регулируют количество масла на стенках цилиндра. Именно регулируют, а не полностью удаляют, поскольку полное или слишком большое удаление масла приведёт к масляному голоданию соединения поршня со стенками цилиндра в верхней части поршня и последующему заклиниванию поршня в цилиндре.

Ранее двигатели были тихоходными, и количество поршневых колец на одном поршне доходило до 5 – 7. Но почти все современные бензиновые двигатели и быстроходные автомобильные дизельные двигатели имеют на одном поршне всего три поршневых кольца – два компрессионных кольца и одно маслосъёмное.
Хотя поршни двигателей форсированных спортивных автомобилей, постоянно работающие на высоких оборотах, могут иметь всего два кольца. А поршни дизельных автомобильных двигателей, для облегчения запуска, могут иметь четыре кольца, три из которых компрессионные.

Кольцо, установленное в канавку поршня, находящегося в цилиндре двигателя, должно принять абсолютно круглую форму (это выполняется, если сама гильза цилиндра не имеет деформаций) и быть прижатым к поверхности цилиндра по всей наружной окружности поршневого кольца. Для обеспечения этого, упругое поршневое кольцо изготавливается не в виде правильной окружности, а в виде дуги переменного радиуса, большего, чем диаметр цилиндра и имеющее в свободном состоянии достаточно больший зазор (1) между концами кольца. При установке в цилиндр кольцо сжимается и зазор (2) в замке кольца становится 0,15 ÷ 0,5 мм. Точное и максимально допустимое значение этого зазора указывается в технической документации двигателя. Обеспечение регламентированной величины зазора очень важно, увеличенный зазор способствует прорыву газов в картер двигателя и снижению мощности. Но ещё опасней уменьшенный зазор в замке поршневого кольца. Во время работы, в результате нагрева кольцо расширяется и при уменьшенном зазоре может произойти заклинивание поршневого кольца в цилиндре, что приведёт к образованию задиров на зеркале цилиндра, поломке межкольцевых перегородок поршня или поломке самого кольца. Поэтому допустимо небольшое увеличение зазора, но недопустимо уменьшение зазора в замке поршневого кольца.

Ведущие производители поршневых колец производят кольца с постепенно уменьшающимся через 0,1 мм зазором, таких подбираемых размеров может быть до 15.

Отсутствие концевого зазора при одновременном уменьшении высоты кольца

Некоторые производители поршневых колец выпускают «беззазорные» поршневые кольца. Разумеется, невозможно изменить природное свойство металлов к расширению при повышении температуры, кольцо, установленное в цилиндр двигателя без зазора, обязательно заклинит. Но многое можно решить за счёт удачной конструкции. В этом случае поршневое кольцо состоит из двух плоских колец, установленных друг на друга и повёрнутых относительно друг друга на 180º. При этом верхнее кольцо имеет форму буквы «L», а нижнее кольцо вставлено в выемку верхнего кольца, за счёт чего высота такого кольца получается не более высоты стандартного кольца.

Когда-то замки поршневых колец старых тихоходных двигателей, для уменьшения прорыва газов через замок кольца имели сложную форму, но в современных высокооборотных двигателях прорыв газов через замок кольца незначителен. Поэтому современные кольца имеют только прямоугольную форму замка.

Правильная установка поршневых колец

Переменный радиус дуги поршневого кольца берётся не произвольно, а рассчитывается для обеспечения необходимой эпюры силы прижатия кольца к стенкам цилиндра. Во время работы поршневое кольцо изнашивается неравномерно. В результате экспериментов определено, что наиболее интенсивно кольцо изнашивается в районе замка. Поэтому первоначальное увеличение силы прижатия кольца в зоне замка увеличивает срок службы кольца.
Но точно рассчитанная эпюра усилий кольца может измениться в результате непрофессиональной установки кольца на поршень. Современные, очень тонкие компрессионные поршневые кольца не допускается устанавливать на поршень руками. Для этого необходимо использовать специальное приспособление, обеспечивающее равномерное разжатие кольца по всей окружности и ограничение максимального разжатия.
Установка кольца руками, с увеличенным и неравномерным расжатием, значительно сокращает срок службы кольца.

Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра

На этом рисунке видно, что газы из камеры сгорания через зазор между жаровым поясом поршня и стенкой цилиндра и через зазор между стенкой перегородки и поршневым кольцом попадают во внутреннюю полость поршневого кольца. При этом давление во внутренней полости верхнего компрессионного кольца практически равно давлению в камере сгорания.
За счёт давления газов на внутреннюю поверхность кольца происходит дополнительное прижатие поршневого кольца к стенкам цилиндра. Некоторая часть газов также попадает во внутреннюю полость второго компрессионного кольца. Поскольку первое компрессионное кольцо дросселирует давление газов, давление во внутренней полости второго компрессионного кольца мотет быть равно 30 – 60%, от давления во внутренней полости первого компрессионного кольца.
С учётом того, что все процессы в двигателе происходят достаточно быстро, давление из внутренних полостей поршневых колец не падает до следующего такта рабочего хода, это явление называется аккумулированием давления. Аккумулирование давления обеспечивает приемлемую работу поршневых колец, частично потерявших свою упругость в результате старения или перегрева. Потерявшие упругость поршневые кольца будут удовлетворительно работать на режиме высоких нагрузок двигателя, но при работе двигателя в режиме низких нагрузок поршневые кольца не обеспечат необходимое уплотнение. Поэтому, исправными можно считать поршневые кольца серийного легкового автомобиля, обеспечивающие прижатие к стенкам цилиндра за счёт собственной упругости.
Некоторые производители поршневых колец заявляют, что до 90% усилия прижатия поршневых колец возникает за счёт давления рабочих газов двигателя. Возможно, кольца с подобными технически характеристиками подойдут только для специальных спортивных двигателей, постоянно работающих в диапазоне высоких оборотов и высоких нагрузок, Но вряд ли такое кольцо будет успешно работать в двигателе серийного автомобиля. Специально подготовленные поршневые кольца, как и многие другие детали двигателя, могут улучшить работу двигателя на строго определённых режимах оборотов и нагрузки. Но при этом значительно ухудшить работу двигателя на остальных режимах.
Очень важным эксплуатационным размером является боковой зазор между кольцом и канавкой поршня, поскольку именно от него зависит давление в поршневой канавке. В среднем этот зазор равен 0,04 ÷ 0,08 мм. От величины этого зазора также зависят ударные нагрузки на перегородки поршневых колец и, соответственно, шумность работы двигателя, возрастающие при увеличении зазора или вероятность заклинивания (потери подвижности) поршневых колец при уменьшении зазора.

Многие автомеханики считают, что поршни не подлежат дальнейшей эксплуатации по причине износа направляющей части (юбки) поршня, но обычно износ направляющей части поршня незначителен. Разумеется, если поршень не работал в режиме масляного голодания, и на поверхности поршня и стенок цилиндров не образовались задиры.
На самом деле поршень часто выбраковывается по причине недопустимого износа канавки верхнего компрессионного кольца.

При производстве и высота поршневых колец, и высота канавки поршня имеют некоторый разброс, поэтому, для обеспечения необходимого зазора, иногда бывает возможность подбора поршневого кольца необходимой высоты.

Форма второго компрессионного кольца отличается от формы первого компрессионного кольца. Иногда из-за своеобразной формы наружной поверхности второе компрессионное кольцо называется скребковым
Это кольцо работает не только как компрессионное, но и участвует в регулировании количества масла на стенках цилиндров, то есть частично выполняет задачу маслосъёмного кольца. Нижняя часть рабочей поверхности второго кольца изготавливается в виде скребка, который при перемещении поршня вниз снимает со стенок цилиндра лишнее масло. Нижнее компрессионное кольцо работает в значительно более лёгких условиях. И температура в зоне кольца и давление газов на кольцо (соответственно сила прижатия кольца к стенке цилиндра) значительно ниже по сравнению с подобными показателями, оказывающими воздействие на верхнее кольцо.

Оба компрессионные кольца допускается устанавливать только в одном положении. На верхней поверхности компрессионного поршневого кольца ставится метка «Т», «ТОР» или другие. Кольцо всегда устанавливается этой меткой вверх. Неправильно установленное поршневое кольцо, неправильно работает.

Маслосъёмные кольца устанавливаются ниже компрессионных поршневых колец. На поршни двигателей современных легковых автомобилей устанавливается всего по одному маслосъёмному кольцу. Хотя старые двигатели, особенно предназначенные для стационарного применения, использовали по несколько маслосъёмных колец.

Маслосъёмные кольца предназначены для регулирования количества масла, находящегося на стенках цилиндра. Тут не очень подходит русская поговорка: «Кашу маслом не испортишь». Масла на стеках цилиндра должно быть не как можно больше, а ровно сколько необходимо. Недостаточное количество масла приведёт к масляному голоданию и, вследствие этого, к повышенному износу поршневых колец, поршня и поверхности цилиндра. В некоторых тяжёлых условиях работы двигателя при наличии масляного голодания могут произойти задиры в соединение поршня с цилиндром, и даже полное заклинивание поршня в цилиндре.
Так же нежелательно излишнее количество масла на стенках цилиндра. Лишнее масло, через компрессионные кольца попадает в камеру сгорания двигателя. Что приводит к повышенному расходу масла, образованию нагара на стенках камеры сгорания, клапанах и свече зажигания. Нагар от сгоревшего масла в камере сгорания и на клапанах значительно ухудшает некоторые технические характеристики двигателя. Во время работы двигателя система смазки разбрызгивает в нижней внутренней полости цилиндра большое количество смазки, необходимого для смазывания поршневого пальца и охлаждения поршня
При перемещении поршня вниз, маслосъёмное кольцо своими кромками собирает излишнее масло со стенок цилиндра и через дренажные отверстия в канавке поршня направляет его во внутреннюю полость поршня. Далее масло стекает в масляный поддон, возвращаясь в систему смазки двигателя.

Основные технические характеристики двигателя

12.1. Технические параметры

О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.

Комментарии пользователей (1)

12.2. Диаметр цилиндра

Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.

Комментарии пользователей (0)

12.3. Ход поршня

Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.

Примечание
Обычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.

Рисунок 4.4 Ход поршня.

Комментарии пользователей (0)

12.4. Радиус кривошипа

Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4.4.

Комментарии пользователей (0)

12.5. Рабочий объем двигателя

Рабочий объем двигателя – объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см 3 ) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.

Комментарии пользователей (0)

12.6. Степень сжатия

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).

Примечание
Если двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.

Комментарии пользователей (0)

12.7. Рядность

Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.

Рисунок 4.5 Различные варианты взаимного расположения цилиндров.

Комментарии пользователей (0)

12.8. Порядок работы

Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.

Примечание
Для ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.

Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.

Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.

Рисунок 4.6 Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.

Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.

Примечание
Моменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).

В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.

К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.

При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.

Рисунок 4.7 Полуобороты коленчатого вала.

При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.

Полуобороты коленчатого вала	Углы поворота коленчатого вала, град	Цилиндры
		1-й	2-й	3-й	4-й
1-й	0 – 180	Рабочий ход	Выпуск	Сжатие	Впуск
2-й	180 – 360	Выпуск	Впуск	Рабочий ход	Сжатие
3-й	360 – 540	Впуск	Сжатие	Выпуск	Рабочий ход
4-й	540 – 720	Сжатие	Рабочий ход	Впуск	Выпуск

Комментарии пользователей (0)

12.9. Компрессия в цилиндре

Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см 2 . Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.

Комментарии пользователей (0)

12.10. Мощность двигателя

Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.

Комментарии пользователей (0)

12.11. Крутящий момент

Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).

Кольца поршневые: герметичность и смазка цилиндро-поршневой группы

Поршневые кольца — детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) двигателя внутреннего сгорания; металлические разъемные кольца, устанавливаемые на поршни с целью герметизации камеры сгорания, сокращения потерь моторного масла и минимизации количества поступающих в картер отработавших газов.

Для нормальной работы поршневого ДВС критически важно, чтобы в камере сгорания в конце такта сжатия (при достижении поршнем верхней мертвой точки) создавалось давление, превышающее некоторый минимальный уровень — данный параметр называется компрессией. Для бензиновых моторов компрессия лежит в пределах 9-12 атмосфер, для дизельных агрегатов этот параметр составляет 22-32 атмосферы. Для достижения необходимой компрессии следует обеспечить герметизацию камеры сгорания — эта задача решается поршневыми кольцами.

Поршневые кольца выполняют несколько ключевых функций:

· Герметизация камеры сгорания — предотвращает прорыв газов из камеры сгорания в картер;

· Снижение сил трения — снижает потери на трение деталей ЦПГ;

· Компенсация температурного расширения материалов ЦПГ — предотвращает заклинивание поршней и изменение компрессии при росте и падении температуры двигателя;

· Смазка стенок цилиндра и удаление излишков масла — обеспечивают съем со стенок цилиндра образующихся во время работы двигателя излишков масла, но оставляют необходимую для снижения трения масляную пленку;

· Охлаждение стенок поршня — часть тепла от поршня отводится на стенки цилиндра через кольца.

Таким образом, можно сделать вывод, что поршневые кольца играют важнейшую роль в работе ЦПГ и функционировании всего силового агрегата. Любые неисправности и износ колец проявляются потерей мощности двигателя и общим ухудшением его работы, поэтому данные детали подлежат замене. Но прежде, чем покупать или заказывать новые кольца, следует разобраться в существующих типах этих деталей, их конструкции и особенностях работы.

Типы, конструкция и принцип работы поршневых колец

На одном поршне устанавливаются кольца двух типов:

Все кольца располагаются в поперечных канавках (выточках) прямоугольного профиля, выполненных ближе к днищу поршня. Кольца различных типов отличаются конструкцией и назначением.

Компрессионные кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания, на одном поршне может устанавливаться одно, два или три кольца (одно — на двухтактных ДВС мототехники, два — на большинстве современных четырехтактных моторах, три — на некоторых дизелях), они располагаются в верхней части поршня. Конструктивно компрессионные кольца очень просты: это металлическое разъемное кольцо, разрез которого выполнен в виде замка простой (прямой, косой) или сложной формы, на некоторых кольцах в замке предусмотрена выемка под стопор. В замке предусмотрен небольшой зазор (несколько микрометров), который служит для компенсации температурного расширения детали во время работы двигателя.

Кольца изготавливаются из стали или специальных марок чугуна, их наружная (рабочая) поверхность может иметь различный профиль:

· Простой плоский — в этом случае кольцо имеет прямоугольное сечение или сечение в виде неправильного четырехугольника;

· Радиусный (бочкообразный) — наружная поверхность кольца представляет собой дугу окружности большого радиуса;

· С фаской — на наружной поверхности выполнена фаска небольшой высоты;

· «Минутные» кольца — наружная поверхность имеет наклон к верхней части, угол наклона составляет несколько десятков минут дуги, за счет чего кольца и получили свое название.

Плоский профиль имеют верхние компрессионные кольца, которые вынуждены работать при высоких температурах и давлениях в условиях недостаточной смазки. Для уменьшения износа рабочая поверхность детали подвергается хромированию, фосфатированию, покрытию оловом или другой обработке. Такое кольцо во время работы полностью прилегает к зеркалу цилиндра, обеспечивая уплотнение и отвод тепла от поршня.

Нижние кольца часто имеют более сложный профиль. Бочкообразные кольца оказывают меньшее сопротивление трению при сохранении достаточной степени герметизации. «Минутные» кольца за счет наклона рабочей поверхности снижают силы трения: при движении поршня вниз (на рабочем ходе) кольцо скользит по зеркалу цилиндра своей заостренной гранью, а при движении вверх кольцо за счет образующегося масляного клина отжимается от зеркала цилиндра.

Маслосъемные кольца обеспечивают правильное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания (осуществляют его съем с зеркала цилиндра). На одном поршне используется только одно кольцо, на поршнях двухтактных двигателей этих деталей нет (так как масло добавляется непосредственно в бензин). Обычно маслосъемные кольца имеют составную конструкцию, в которую входят собственно кольца и расширители.

Маслосъемные кольца бывают:

· Цельные — кольцо П-образного профиля, обращенное основанием к поршню. В основании выполнен ряд круглых или удлиненных отверстий, через которые осуществляется сток масла;

· Составные — используется два тонких (разрезных) кольца, между которыми располагается распорный элемент.

Распорные элементы бывают:

· Радиальные — обеспечивают прижим колец к стенке цилиндра;

· Осевые — используются только вместе с составными кольцами, обеспечивают разжим колец;

· Тангенциальные — комбинированные распорные элементы, обеспечивают одновременный разжим колец и их прижим к стенке цилиндра.

В качестве распорных элементов выступают пластинчатые (плоские) или витые пружины, вкладываемые между или под кольцами, в маслосъемном кольце может использоваться только одна или сразу две пружины различных типов.

Маслосъемное кольцо прижимается к стенке цилиндра и за счет своей конструкции обеспечивает съем излишков масляной пленки. Собранное масло через отверстия в кольце поступает в канавку, откуда через отверстия в стенке поршня сливается в картер двигателя. При этом часть масла остается в виде тонкой масляной пленки на стенке цилиндра, которая обеспечивает снижение трения во всей ЦПГ.

Как правильно выбрать и заменить поршневые кольца

Во время работы двигателя поршневые кольца подвергаются значительным механическим и тепловым нагрузкам, что приводит к их постепенному износу и потере рабочих характеристик. По мере износа кольца перестают выполнять свои функции, что приводит к снижению компрессии, просачиванию газов в картер и масла в камеру сгорания. Также серьезной проблемой является «закоксовка» колец (заклинивание вследствие накопления нагара в канавках поршня). В результате двигатель теряет мощность и приемистость, выхлоп приобретает характерный сизый или даже черный оттенок, а расход топлива и масла возрастает. При появлении указанных признаков необходимо провести диагностику двигателя — проверить компрессию, осмотреть свечи и некоторые другие детали. Если компрессия слишком низкая, свечи забрызганы маслом и наблюдаются проблемы с работой силового агрегата, то поршневые кольца необходимо заменить.

На замену следует выбирать кольца только тех типов и каталожных номеров, что предусмотрены для данного конкретного двигателя. При этом следует учитывать, что после выполнения капитального ремонта двигателя с расточкой цилиндров необходимо использовать кольца ремонтного размера, подходящие к новым поршням.

Замена колец должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту силового агрегата. В общем случае эта работа требует разборки двигателя и выемки поршней. Старые кольца удаляются, а канавки подвергаются тщательной очистке. Новые кольца должны ставиться в соответствии с указаниями нанесенных на них меток «Верх» или «Up». При установке колец проверяются зазоры между боковой поверхностью детали и стенкой канавки в поршне, а также и в замке вставленного в цилиндр кольца. Все зазоры должны лежать в установленных для мотора пределах. Кольца располагаются на поршне так, чтобы их замки не лежали на одной линии и не попадали на ось отверстий пальца — так образуется лабиринт, препятствующий прорыву газов из камеры сгорания.

При монтаже поршня с новыми кольцами в цилиндр следует использовать специальную оправку, которая прижимает кольца к поршню. После замены поршневых колец рекомендуется выполнить обкату двигателя — первые 800-1000 км не завышать обороты и нагружать мотор в половину мощности, по завершению обкатки следует поменять моторное масло.

При верном выборе и замене поршневых колец двигатель вновь приобретет былую мощность и будет уверенно работать на всех режимах.