Что значит на поршне 0 или 00

Что значит на поршне 0 или 00

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуемы. Вот некоторые требования, которым должна соответствовать эта деталь:

— температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С;

— после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя;

— зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.

— изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более стопятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

Днище поршня – поверхность, обращенная к камере сгорания. Днище, своим профилем, определяет нижнюю поверхность камеры сгорания.

Форма днища зависит от формы камеры сгорания, расположения клапанов, от особенности подачи топливо-воздушной смеси в камеру сгорания и объема самой камеры.

маркировка поршней

Днища разных моделей применяемых на двигателях ВАЗ приведены на рисунке. Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой.

Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец.

Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

маркировка поршней ваз 2106, подгруппа

Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок. Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070мм.

Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.

«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности. Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока.

Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий. На поверхность юбки(или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.

Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена. Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.

Одним из факторов определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения. Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.

Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.

В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ. На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова. В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании.

В процессе работы, различные участки поршня нагреваются не равномерно, следовательно, и тепловое расширение будет больше там, где выше температура и больше объем металла.

В связи с этим, на уровне днища размер выполняют меньшим, чем диаметр в средней части. Таким образом, в продольном сечении профиль будет коническим. Нижняя часть юбки тоже может иметь меньший диаметр. Это позволяет, при движении вниз, в пространстве между юбкой и цилиндром, создавать масляный клин, который улучшает центрирование в цилиндре.

Для компенсации тепловых деформаций, в поперечном сечении поршень выполнен виде овала. Это связано с тем, что в районе бобышек под поршневой палец сосредоточен значительный объем металла. При нагреве, в плоскости поршневого пальца, расширение будет осуществляться в большей степени. Овальность и бочкообразность детали в холодном состоянии, позволяет иметь поршень, приближающийся к цилиндрической форме, при работающем двигателе.

Такая форма изделия создает сложности при контроле его диаметра. Фактический диаметр можно определить, только замеряя его в плоскости перпендикулярной оси отверстия под поршневой палец на определенном расстоянии от днища.

При этом, для разных моделей это расстояние будет отличаться. Тепловые нагрузки порождают еще одну проблему. Поршни изготавливают из алюминиевого кремнесодержащего сплава, а для блока цилиндров используют чугун. У этих материалов разная теплопроводность и разный коэффициент теплового расширения. Это приводит к тому, что в начале работы двигателя, поршень нагревается и увеличивается в диаметре быстрее, чем увеличивается внутренний диаметр цилиндра.

При и без того малых зазорах, это может приводить к повышенному износу цилиндров, а в худшем случае, к заклиниванию поршня. Для решения этой проблемы, во время отливки поршня, в тело заготовки внедряют специальные стальные или чугунные элементы, которые сдерживают резкое изменение диаметра. Для уменьшения теплового расширения и отвода тепла, на некоторых типах двигателя, используются системы подачи масла во внутреннюю полость поршня.

Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение поршня и верхней головки шатуна. Во время работы двигателя, на поршневой палец воздействуют значительные переменные силы.

Палец и отверстия под палец должны сопрягаться с минимальным зазором, обеспечивающим смазку. На двигателях ВАЗ используется два типа шарнирного соединения «поршень-палец-шатун». На поршнях моделей 2101, 21011, 2105, 2108, 21083 – палец устанавливается в верхней головке шатуна по плотной посадке, исключающей его вращение. Отверстие в поршне под поршневой палец выполнено с зазором, обеспечивая свободное вращение.

В дальнейшем от этой схемы отказались и перешли на схему с «плавающим» пальцем. На поршнях моделей 21213, 2110, 2112, 21124, 21126, 11194, 21128 – палец устанавливается с минимальным зазором и в головке шатуна, и в отверстиях поршня. Для исключения осевого смещения пальца, в поршне, в отверстиях под поршневой палец устанавливаются стопорные кольца. Во время работы, у пальца есть возможность проворачиваться, обеспечивая равномерный износ поверхностей.

Для обеспечения надежной смазки пальцев, в бобышках предусмотрены специальные отверстия.

Особенностью работы шатунного механизма, является то, что до достижения верхней мертвой точки, поршень прижат к одной стороне цилиндра, а после прохождения ВМТ – к другой стороне цилиндра.

При приближении к верхней мертвой точке, на поршень действует максимальная нагрузка, следовательно растет сила давления на палец. Возростающие силы трения препятствуют повороту поршня на пальце. При таких условиях поворот может происходит скачкообразно, со стуком о стенку цилиндра.

Для того, чтобы снизить динамические нагрузки и шум, применяют поршни со смещенным отверстием под поршневой палец. Ось отверстия смещена в горизонтальной плоскости от оси поршня. В работающем двигателе это приводит к возникновению момента силы, который облегчает преодоление сил трения. Такое конструктивное решение позволяет добиться плавности, при смене точек контакта поршня с цилиндром.

На такие изделия обязательно наносится метка для правильной ориентации при его установке. Однако, чем больше будет износ цилиндров и юбки, тем в большей степени будет проявляться стук в цилиндре.

Существуют поршни, в которых применяется не только горизонтальное смещение оси пальца, но и вертикальное. Такое смещение ведет к уменьшению компрессионной высоты.

Поршни, с дополнительным смещением оси отверстия под палец вверх, применяются для тюнинговой доработки двигателя. В качестве основной характеристики для таких поршней используется величина смещения, указывающая на сколько смещен центр отверстия под палец, по сравнению со стандартным изделием.

На рынке продаж, поршень представлен значительным количеством отечественных и иностранных производителей. Независимо от производителя, они должны соответствовать требованиям, рассчитанным для конкретной модели двигателя. Поршни, входящие в комплект, не должны отличаться по массе более чем на ±2,5 грамм. Это позволит снизить вибрации работающего двигателя. Для розничной сети, в комплекты подбираются поршни одной весовой группы. В случае необходимости можно осуществить подгонку поршня по массе.

Зазор между цилиндром и поверхностью поршня должен соответствовать величине установленной для данной модели двигателя.

Поршни номинального размера по своему диаметру относят к одному из пяти классов. Различие между классами составляет 0,01 мм.

Так для двигателя 2101 существовало три ремонтных размера: на 0,2мм., 0,4мм., 0,6 мм; для двигателя 21011 два размера: 0,4 мм. и 0,7 мм.

В качестве материала для изготовления поршней применяются сплавы алюминия. Использование кремния в составе сплава, позволило снизить коэффициент теплового расширения и увеличить износостойкость.

Сплавы, где содержание кремния может достигать 13%, называют – эвтектическими. Сплавы с более высоким содержанием кремния относят к заэвтектическим сплавам. Повышение процента содержания кремния улучшает теплопроводные характеристики, однако приводит к тому, что при охлаждении в сплаве происходит выделение кремния в виде зерен размером 0.5-1.0мм.

Это приводит к ухудшению литейных и механических свойств. Для улучшения физико-механических свойств, в сплавы вводят легирующие добавки меди, марганца, никеля, хрома.

Структура кованого металла позволяет повысить прочностные характеристики изделия. Но есть существенные недостатки кованых изделий классической конструкции( с высокой юбкой)– они получаются более тяжелыми. Кроме того, в кованных деталях, невозможно использовать термокомпенсирующие кольца или пластины. Увеличенный объем металла ведет к увеличенной тепловой деформации и необходимости увеличивать зазор между поршнем и цилиндром.

И как следствие – повышенный шум, износ цилиндров, расход масла. Применение кованых поршней оправдано в тех случаях, когда большую часть времени двигатель автомобиля эксплуатируется на предельных режимах.

В современном конструировании поршней, наблюдаются следующие тенденции: уменьшение веса, использования «тонких» поршневых колец, уменьшение компрессионной высоты, использование коротких поршневых пальцев, применение защитных покрытий.

Все это, нашло свое применение, в конструкции Т-образных поршней. Наименование конструкции обусловлено схожестью профиля детали с буквой «Т». На этих изделиях, юбка уменьшена и по высоте и по площади направляющей части. В качестве материала для изготовления таких поршней используется заэвтектический сплав, с большим содержанием кремния. Поршни Т-образной конструкции практически всегда изготавливаются горячей штамповкой.

Принятие разработчиками решения о применении той или иной конструкции поршня всегда предшествует расчет и глубокий анализ поведения всех узлов шатунно-поршневой группы.

Детали современных двигателей рассчитаны на пределе возможностей конструкции и материалов. В таких расчетах предпочтение отдается конструкциям с минимальной стоимостью обеспечивающих утвержденный ресурс и не более. Поэтому любое отклонение от штатных режимов работы двигателя ведет к сокращению ресурса тех или иных деталей и узлов.

Вопрос-ответ

Для чего выемки на поршнях ваз?

Это выемки под клапана. Для того что бы не погнуло клапана при обрыве.

Источник

Фото 1/23 / Анатомия поршня

Если вы – такой же, как и мы, то у вас не уходит слишком много времени на размышления, какие именно поршни установлены на вашем двигателе. Чаще всего необходимость в этом отсутствует, но однажды поршень сгорает, изнашивается или просто ломается и тогда его необходимо заменить или внести в его конструкцию изменения. Если вы не занимаетесь модификацией двигателя, скорее всего ваш выбор падет на стандартный комплект кованых алюминиевых поршней. Но какой сплав лучше всего выбрать? И будете ли вы покупать поршни, разработанные в соответствии с новейшими технологиями? В этой статье мы расскажем о некоторых факторах, которые помогут вам выбрать поршень именно для вашего двигателя.

Сравнительный анализ алюминиевого поршня 2618 и 4032:

Не важно, какой тип или марку поршня вы решите использовать, все они выполняются из алюминиево-кремниевого сплава. Почти все кованые поршни вторичного рынка выполнены из алюминиевого сплава 4032 или 2618, где кремний применяется в том количестве, который определяет общий уровень прочности и сопротивления износу.

Алюминиевый сплав 2618

Алюминиевый сплав 2618 имеет более высокую степень прочности и, в конечном счете, слегка уступает сплаву 4032. Поршень из сплава 2618 является идеальным выбором для двигателей с наддувом, которые отличаются более высокой температурой эксплуатации и/или предназначены для гоночных автомобилей. По сравнению с моделью 4032, этот поршень из низко-кремнистого сплава требует более широкого зазора между юбкой поршня и цилиндром из-за более высокого коэффициента теплового расширения, в результате которого при нагревании поршень увеличивается в диаметре.

Алюминиевый сплав 4032 предназначен для работы в условиях высоких нагрузок, когда в первую очередь требуется прочность и низкий уровень шума. Поршень, выполненный из сплава 4032, требует меньшего зазора между юбкой поршня и цилиндром за счет высокого уровня содержания кремния в составе и является идеальным решением для автомобилей, предназначенных для повседневной эксплуатации.

Отверстия для сброса давления

Фото 4/23 / Боковые отверстия для сброса давления

Фото 5/23 / Вертикальные отверстия для сброса давления

Фото 6/23 / Анатомия поршня

На рисунке ниже «Анализ конечного элемента» показана нагрузка, оказываемая на палец под давлением (рабочий ход двигателя) слева и инерционная нагрузка справа (после ВМТ на такте всасывания, где палец резко опускается вниз). Прогиб преувеличен, но наглядно показывает силу нагрузки на поршневой палец. Если применяется поршневой палец со слишком тонкими стенками, то в конечном итоге он деформируется. Если используется не правильный материал, поршневой палец не будет работать в условиях высокой и длительной нагрузки и просто выйдет из строя. Поэтому настолько важно подбирать правильную толщину стенок поршневого пальца во избежание чрезмерных прогибов, которые оказывают прямое влияние на правильную работу самого поршня.

Фото 7-8/23 / Анатомия поршня

Базовые параметры выбора правильной толщины стенки поршневого пальца:

стенка поршневого пальца 0,150 дюймов

Фото 9/23 / Анатомия поршня

стенка поршневого пальца 0,180 дюймов

Смазка поршневого пальца

Фото 10/23 / Анатомия поршня

Важно помнить, что между стенками поршневого пальца и внутренней части поршня остается тонкая масляная пленка. Существует несколько способов распределения масла по поверхности поршневого пальца. Первым способом производители называют смазку под нагрузкой, когда масло подается через одно или два специальных небольших отверстия для его обратного стока под давлением. Под вторым способом смазки подразумевается использование «протяжки» или небольших закругленных бороздок, которые идут параллельно относительно поверхности поршневого пальца. Эти небольшие углубления позволяют маслу идти обратным потоком от коленвала до поршневых пальцев с их внутренней стороны. Смазка поршневых пальцев под нагрузкой применяется чаще всего.

Проверка поршневых пальцев

Поскольку поршневые пальцы – это чаще всего подшипники, важным моментом является тщательная обработка поверхности их внутренней поверхности (внутренний диаметр) во избежание износа и выхода из строя. Именно эта зона чаще всего проходит проверку. И именно с внутренней стороны поршневые пальцы чаще всего деформируются в результате высокой нагрузки, поэтому мягкая обработка методом шлифования этой части поверхности является критичной.

Даже если результаты проверки показывают отсутствие деформации внутренних отверстий поршневых пальцев, износ все равно присутствует. Проверка внутренней поверхности пальцев на деформацию – это относительно простая процедура: необходимо поместить соответствующую вставку внутри поршневого пальца и посмотреть, насколько легко она будет вращаться. Затем следует соединить ее и со вторым поршневым пальцем и посмотреть, насколько легко выполняется ее поворот. Иногда вставка как бы застревает на втором поршневом пальце. Кроме того, если вставка «протягивается» с усилием, то это признак имеющейся деформации поверхности внутри поршневого пальца. В этом случае требуется его замена или обработка внутренней поверхности методом легкого шлифования.

Разгрузка клапана осуществляется за счет канавок, расположенных на кромке днища поршня, поскольку они обеспечивают зазор, необходимый для работы впускного и выпускного клапана. Диаметр этих канавок, их расположение и глубина зависят от целей применения двигателя. Двигатели, оснащенные большеразмерными клапанами и гоночными коленвалами, могут потребовать установку поршня с канавками для разгрузки клапанов большего диаметра и глубины в целях обеспечения необходимого зазора. К счастью, на рынке продаж существует большое количество производителей, занимающихся разработками поршней, используемых для различных доработок.

Масляные форсунки / Разбрызгиватели

Масляные форсунки используются на многих современных двигателях с высокими эксплуатационными характеристиками, например: 4B11, 2JZGTE, SR20DET, 4G63 и т.д.. На двигателях для Формулы 1 установлено до шести форсунок на один цилиндр. Хотя форсунки не являются составной частью поршня, они играют важнейшую роль в обеспечении охлаждения и смазки поршня. Если сплав поршня не предназначен для работы в режиме тяжелых нагрузок, то он становится мягче и теряет прочность при высоких температурах. Это явление называется «нормализация» и может значительно снизить прочность поршня, что приводит к его выходу из строя. Масляные форсунки разбрызгивают хладагент на поршень, что снижает его общую температуру в ходе эксплуатации.

Кольцо является своеобразным «пояском» вокруг поршня. Толщина зависит от назначения поршня. Чем выше нагрузка, тем больше толщина, что обеспечивает необходимую прочность. Верхняя часть колец на поршне для двигателя с турбонаддувом Subaru EJ257 (справа) толще. Данный поршень предназначен для работы в режиме нагрузки 300 лс на цилиндр. Если его сравнить с поршнем, предназначенным для двигателя без наддува слева, то там толщина колец будет меньше, поскольку режим нагрузки составляет 65 лс на цилиндр. Но это совсем не значит, что чем выше толщина колец, тем прочнее поршень. При слишком высоком значении толщины (более 0,300 дюймов) двигатель рискует потерять свою производительность и мощность. Чем выше расположено такое кольцо на поршне, тем эффективнее и мощнее работа двигателя в режиме стандартных нагрузок. Но такое же высокое расположение колец на поршне для двигателя с турбонаддувом ведет к мгновенному выходу поршня из строя. Таким образом, поршень для двигателя с турбонаддувом нуждается в дополнительном усилении за счет высокой толщины своего днища.

Зазор разреза поршневого кольца

Разрез на поршневом кольце обеспечивает необходимый зазор в случае увеличения размера при нагревании. Поскольку каждый двигатель индивидуален, правильный зазор зависит от целей применения. Различные значения, такие как выпускная мощность, внутренний диаметр, материал и т.д., могут влиять на изменения размера зазора. Если размер зазора не достаточный, концы кольца соединяются, что ведет к их выходу из строя, а также может стать причиной поломки двигателя. Если зазор слишком велик, поршневое кольцо не сможет эффективно контролировать прорыв газов в камере сгорания двигателя, что ведет к потере мощности. Не стоит забывать, что лучше ошибиться с зазором в большую сторону, чем в меньшую. Некоторые выполняют разрез на кольце вручную при наличии напильника и желания. Тем не менее, лучше всего использовать специальное шлифовальное колесо, которое поможет равномерно снять излишки материала с кольца. Ниже приводятся рекомендации по выбору размера зазора на поршневом кольце:

Зазор между юбкой поршня и цилиндром

Зазор между юбкой поршня и цилиндром, как и зазор разреза поршневого кольца, зависит от окружающих условий, в которых будет применяться поршень. Двигатели, на которых создается более высокое давление, обычно передают большее количества тепла к поршню и поэтому необходим больший зазор между стенкой цилиндра и юбкой поршня. Двигатели без наддува работают при значительно меньшем давлении цилиндров, и поэтому величина зазора является минимальной. Еще одним фактором, влияющим на зазор, является фактическая конструкция самого поршня. Стенки цилиндра расширяются больше в зонах установки алюминиевых частей. Этот фактор обычно учитывается производителями поршня.

Покрытие поверхности поршня

Поверхность поршня может покрываться тремя различными способами: сухой смазочный материал, теплоизолирующие прослойки и масляные покрытия. Все типы покрытий удобны в применении, поскольку они обеспечивают защиту от повреждений в результате передачи тепла. За счет удержания тепла благодаря покрытию поршня снижается интенсивность нагрева топлива, что ведет к снижению риска воспламенения или взрыва. Кроме того, такие покрытия способствуют более равномерному распределению тепла по поверхности, за счет чего уровень тепловых пятен снижается, либо тепло равномерно отражается на камеру сгорания, что повышает эффективность сгорания топлива и снижает тепловое расширение за счет поглощения тепла. Многие производители предлагают различные типы покрытий, включая покрытие для поршня JE Subaru WRX FSR (теплоизолирующая прослойка наносится на днище и юбку поршня).

Фото 19/23 / Анатомия поршня

Ассиметричная и круглая форма поршня

«JE Pistons» недавно выпустила ассиметричные кованые поршни, на которых использовались две поршневые юбки различных размеров, благодаря чему поршень имеет ассиметричную геометрию конструкции. Такой поршень применяется на различных двигателях для гоночных автомобилей, принимающих участие в Формуле 1, ALMS и NASCAR. Секрет создания этих поршней не раскрывался вплоть до 2010 г., когда компания впервые открыто выпустила свой ассиметричный кованый поршень на вторичный рыное продаж.
Оба типа поршня (как ассиметричный, так и с правильной стандартной «круглой» геометрией) теперь находятся в свободной продаже и применяются на двигателях различного назначения. В целом, оба поршня выполняют свою функцию компактного устройства при условии грамотного производства. Тем не менее, асимметричная геометрия имеет значительное преимущество перед стандартной конструкцией, включая уменьшенную ширину юбки поршня на опоре минимально возможного размера, что способствует снижению контакта поршня со стенкой цилиндра, а т.е. помогает избежать потери мощности за счет трения. Благодаря небольшой длине поршневого пальца снижается длина всей конструкции поршня, как и его общий вес, в результате трех перечисленных выше преимуществ. При сравнении традиционного поршня круглой формы Mitsubishi 4G63 и ассиметричного (оба поршня взвешивались вместе с поршневыми пальцами) выяснилось, что разница составила 15 грамм на поршень, что является значительным достижением в мире технологических новинок.

На сегодняшний день поршень с ассиметричной геометрией успешно используется на различных автомобилях, начиная со стандартных и заканчивая скоростными EVO X (800 whp) AMS Performance и драгстарами Titan Motorsport мощностью 2000 и более лс.

Источник