9. Цилиндро - поршневая группа

Цилиндры (рис. 18) рассматриваемых автотракторных двигателей съемные. Отдельно изготовленный цилиндр называют гильзой. Применение вставных гильз позволяет увеличить срок службы блок-картера за счет замены изношенных гильз новыми. Гильза цилиндра изготовлена из легированного чугуна. Внутренняя поверхность гильзы, называемая зеркалом, тщательно обработана и закалена. По внутреннему диаметру гильзы сортируют на три размерные группы: Б, С и М (большая, средняя и малая).

Обозначения размерной группы наносят на торце буртика 1 гильзы.

Рис. 18(12). Конструкции цилиндров: а - "мокрая" гильза цилиндра, б - схема установки гильзы двигателя, в - цилиндр с воздушным охлаждением, 1 - буртик, 2 - верхний поясок, 3 - нижний поясок, 4 - резиновое уплотнительное кольцо, 5 - гильза цилиндра, 6 - вставка, 7 - водяная рубашка, 8 - уплотнительная прокладка, 9 - картер

Гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью называются «мокрыми» (рис. 18, а). На наружной поверхности гильзы выполнены два посадочных пояска 2 и 3, которые служат для плотной установки гильзы в блоке. Между нижним пояском гильзы и блоком цилиндра монтируют резиновые уплотнительные кольца 4, предотвращающие протекание воды в картер из водяной рубашки блока. У одних двигателей резиновые кольца устанавливают в выточки, выполненные на нижнем пояске гильзы, а у других — в расточке блока. Верхний торец гильзы выступает над плоскостью блока, что обеспечивает лучшее обжатие металлоасбестовой прокладки и создает надежное уплотнение от прорыва газов из цилиндра. Износ верхней части гильз уменьшается при установке в некоторых автомобильных двигателях износостойких вставок 7 (рис. 18, б) из антикоррозийного чугуна. В некоторых двигателях между основанием нижнего выступа блок-картера и опорной поверхностью нижнего буртика устанавливают медную кольцевую прокладку 8.

Цилиндры двигателей с воздушным охлаждением (рис. 18, г) снабжены снаружи охлаждающими ребрами. В нижней части цилиндра имеется бурт, который упирается в поверхность картера. Между картером и буртом устанавливают медное кольцо. Каждый цилиндр вместе с головкой закрепляют специальными (анкерными) шпильками на картере.

Поршни (рис. 19) воспринимают и передают шатуну усилия, возникающие

от давления газов, а также обеспечивают протекание всех тактов рабочего цикла. Они подвергаются действию высоких температур и давлений и движутся со значительными скоростями внутри цилиндра. В соответствии с условиями работы материал поршня должен обладать высокими механическими свойствами и износостойкостью, быть легким, хорошо отводить тепло. Поэтому в современных двигателях поршни отливают из легкого, но достаточно прочного алюминиевого сплава.

Рис. 19(13). Конструкция поршня: а - поршень дизельного двигателя, б - сечения поршней дизельных двигателей, в - поршень карбюраторного двигателя, г - поршневой палец, 1 - маслосбрасывающая кромка, 2 - канавка для маслосъемного кольца, 3 - канавка для стопорного кольца, 4 - отверстие для подвода масла к поршневому пальцу, 5 - канавки для компрессионных колец, 6 - камера сгорания в поршне, 7 - прорезь, 8 - стопорное кольцо поршневого пальца; А - днище, Б - головка, В - направляющая часть, Г - бобышки, Д - холодильник, Е - места клеймения массы и размерной группы поршня, Ж - метка направления установки поршня, З - место клеймения размерной группы поршневого пальца

Поршень (рис. 19, а) имеет вид перевернутого стакана. Он состоит из днища А, головки Б (или уплотняющей части) и направляющей части В, называемой юбкой. Днище поршня дизельного двигателя делают фасонной формы с выемкой, которая зависит от способа смесеобразования и расположения клапанов и форсунок. Такая форма днища способствует лучшему перемешиванию воздуха с поступающим в цилиндр топливом и более полному его сгоранию.

На внешней поверхности головки и юбке проточены канавки 5 и 2 для компрессионных и маслосъемных колец. Число колец, устанавливаемых на поршне, зависит от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Для повышения износостойкости у некоторых двигателей в канавку под верхнее компрессионное кольцо заливают стальную вставку, что увеличивает долговечность сопряжения кольца с канавкой. По окружности канавок под маслосъемные кольца просверлены сквозные отверстия для отвода масла в картер двигателя.

На внутренней стороне юбки имеются два прилива — бобышки Г, в отверстия которых устанавливают поршневой палец. Бобышки соединяются ребрами с днищем, увеличивая прочность поршня. В бобышках проточены кольцевые канавки 3 для стопорных колец. На наружной поверхности поршня против бобышек сделаны срезы — «холодильники», где скапливается масло, способствующее охлаждению утолщенной части поршня и предохраняющее поршень от заклинивания. С этой же целью применяют поршни, у которых диаметр юбки больше диаметра головки, а юбка имеет овальное сечение (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца).

По величине наружного диаметра юбки поршня, как и цилиндры, сортируют на три размерные группы: Б, С и М. Обозначение размерной группы наносят на днище поршня. При сборке группа поршня должна быть одинаковой с группой гильзы.

Поршни сортируют на две размерные группы по диаметру отверстия под

поршневой палец и маркируют краской (черной или желтой) на бобышках поршня.

На головке поршня некоторых тракторных двигателей сделаны мелкие кольцевые канавки глубиной 0,3 мм (рис.19, б). В них задерживаются продукты сгорания масла (нагар), что предотвращает преждевременное закоксовывание поршневых колец.

В карбюраторных двигателях применяют поршни с плоским днищем (рис.19, в), получившие широкое распространение из-за простоты изготовления и меньшего нагрева при работе. У некоторых автомобильных двигателей часть юбки под бобышками удалена для прохода противовесов коленчатого вала при нижнем положении поршня и его облегчения. Поршни имеют поперечные прорези 7 под головкой, на юбке может быть выполнен продольный или Т-образный разрез. Прорези повышают упругость юбки поршня, что устраняет опасность заклинивания. Если на юбке поршней имеются прорези, то их устанавливают в двигатели так, чтобы боковое давление при рабочем ходе испытывала часть поршня без разреза. Правильной установке поршня по направлению в двигателе помогает надпись, выполненная на юбке.

Поршневые пальцы (рис.19, г) изготовлены пустотелыми из стали. От осевого перемещения палец удерживается разжимными стопорными кольцами 8, которые установлены в канавках бобышек поршня. Палец соединяет поршень с шатуном. В отверстие втулки верхней головки шатуна палец вставляют с зазором, а в поршень — с натягом. Во время работы двигателя из-за различных коэффициентов линейного расширения материалов между поршнем и пальцем при достижении рабочей температуры появляется зазор, и палец имеет возможность поворачиваться в бобышках поршня. Такой палец называют плавающим.

По величине наружного диаметра пальцы разделяют на две размерные группы. Размерные группы маркируют, как и отверстия в бобышках поршня,

черным и желтым цветом. Краску наносят на внутреннюю поверхность пальца 8. При сборке пальца с поршнем необходимо помнить, что их размерные группы должны быть одинаковы.

Поршневые кольца (рис.20) создают плотное, подвижное соединение между поршнем и цилиндром. По назначению их разделяют на компрессионные 1 и маслосъемные 2. Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер. Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра.

Кольца изготовляют из легированного чугуна или стали. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра. Часть кольца вырезана, вследствие чего при установке в цилиндр кольцо пружинит и хорошо прилегает к его поверхности. Вырез в поршневом кольце называют замком. Замки поршневых колец могут быть косые или прямые. Наибольшее распространение получило кольцо с прямым замком, как более простое и дешевое в изготовлении. С целью уменьшения утечки газов через зазоры в замках кольца устанавливают замками в разные стороны, желательно на равном расстоянии по окружности. Для уплотнения, обеспечивающего герметичность цилиндра, у карбюраторных двигателей на поршни размещают 2—3, а у дизелей, где давление газов в цилиндрах более высокое, 3—4 компрессионных кольца. В канавках поршня кольца устанавливают с небольшим зазором и они могут свободно перемещаться относительно поршня. Если поршневые кольца неплотно прилегают к стенке цилиндра, то газы, прорываясь через просветы между цилиндром и кольцом, вызывают перегрев кольца. При этом образующиеся шлаковые отложения заполняют зазоры между кольцами и стенками канавок поршня по высоте.

Рис. 20(14). Поршневые кольца: а - внешний вид, б - формы компрессионных колец в рабочем состоянии, в - составное маслосъемное кольцо, г - расположение колец на поршне; 1 - компрессионное кольцо, 2 - маслосъемное кольцо, 3 - плоские стальные кольца, 4 - осевой расширитель, 5 - радиальный расширитель, 6 - поршень

Кольца перестают свободно перемещаться и пружинить. Это явление носит название пригорания (закоксовывания) колец и сопровождается потерей мощности двигателя и повышенным расходом масла.

В поперечном сечении компрессионные кольца имеют различную форму (рис. 20, б). По сравнению с кольцом прямоугольного сечения кольцо с конической наружной поверхностью имеет меньшую опорную поверхность, что обеспечивает его быструю приработку и хороший контакт с цилиндром по всей окружности. Компрессионные кольца некоторых двигателей имеют по внутреннему диаметру сверху кольца фаску или выточку. При установке в цилиндр такие кольца деформируются (скручиваются) и прилегают к зеркалу цилиндра нижней кромкой. Поэтому скручивающиеся кольца работают подобно конусным и в то же время имеют меньшее перемещение по поршню в вертикальном направлении. Форма кольца с поперечником в виде односторонней трапеции уменьшает возможность зависания в канавках поршня при больших отложениях нагара и улучшает его прилегание к стенке цилиндра.

Трущаяся о цилиндр поверхность верхнего компрессионного кольца хромируется с целью увеличения срока службы всех колец и цилиндра. Трущаяся поверхность поршневых колец многих двигателей облуживается для улучшения их приработки.

Маслосъемные кольца (одно или два) устанавливают ниже компрессионных колец. Они в отличие от компрессионных колец имеют сквозные прорези или состоят из двух колец скребкового типа. На поршни некоторых двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца (рис. 20, в) изготовленные из двух стальных дисков и двух гофрированных расширителей — осевого и радиального. Осевой расширитель, расположенный между дисками, плотно прижимает их к стенкам канавки поршня. Радиальный расширитель плотно прижимает диски к зеркалу цилиндра.

Сборные кольца хорошо прилегают к поверхности цилиндра и обеспечивают низкий расход картерного масла.