[email protected] 8-937-999-99-99 Консультант работает ПН-ПТ 9:00 - 19:00

Конструкция поршней ВАЗ

Поршень – один из самых важных элементов двигателей внутреннего сгорания.

Именно эта деталь выполняет главную функцию в преобразовании энергии расширяющихся газов в другую энергию – вращения коленчатого вала. Следовательно, к поршню предъявляется ряд требований, которые технически сложно реализовать в одной детали. Вот некоторые из них:
- так как температура камеры сгорания может достигать порядка более 2000 °С, а температура самого поршня не должна превышать 350°С, и при этом не должно существовать риска потери прочности материала;
- в ходе сгорания бензино-воздушной смеси в самой камере сгорания давление достигает 80 атмосфер, следовательно, усилие, оказываемое на днище изделия, будет свыше 4х тонн. Потому его толщина, а так же толщина стенок поршня должна выдерживать подобные нагрузки. Следует отметить и тот факт, что с увеличением массы изделия увеличиваются и динамические нагрузки на элементы двигателя, а значит, усиливается конструкция двигателя, возрастает его масса;
- зазор, имеющийся между поршнем и цилиндром должен обеспечить эффективную смазку и возможность постоянного перемещения с минимальными потерями энергии на трение. В то же самое время необходимо учесть тепловое расширение: в этой ситуации размер зазора должен исключить заклинивание;
- изготовление поршня не должно быть слишком затратным, себестоимость изделия должна быть низкой.

История производства поршней насчитывает более 150 лет. Однако с момента их первого выпуска конструкция этих изделий практически не изменилась.

Здесь можно выделить сразу несколько зон, имеющих свое особое, функционально важное назначение:

porshen.jpg

Днище поршня – это поверхность, которая обращена к камере сгорания. Своим профилем оно должно определять нижнюю поверхность камеры. Следовательно, форма днища напрямую зависит от конструкции камеры сгорания, от особенностей подачи в нее топливо-воздушной смеси, ее объема и расположения на камере клапанов.

На рисунке изображены днища различных моделей, которые применяются на двигателях ВАЗа. Поршни 21213 и 21230 отличает нанесенная маркировка. Она находится на поверхности изделия рядом с отверстием для поршневого пальца. На поршень ВАЗ 21213 наносятся цифры -"213",а на модели 21080, 21083, 21100 - "08","083", и "10" соответственно. Поршень 2108 составляет 76 мм в диаметре, а у моделей 21083 и 2110 - 82мм. Другие модели поршней ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124 отличает не только соответствующая маркировка - "12"и "24", но и глубина выборки для клапана. Поршни ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 так же отличает диаметр.

porshen2.jpg

С увеличением углубления, находящегося на днище, возрастает и объем камеры сгорания. Для уменьшения ее объема используются вытеснители, коими являются объемы металла, находящиеся выше плоскости самого днища.

«Жаровой (огненный) пояс» - это расстояние от канавки первых поршневых колец до днища. Чем ближе они располагаются, тем выше тепловая нагрузка, которой они подвергаются и, соответственно, тем меньше ресурс этих изделий.

Уплотняющий участок – это место расположения канавок на боковых цилиндрических поверхностях поршня. Канавки предназначаются для монтажа поршневых колец. Последние, в свою очередь, способны обеспечить подвижное уплотнение. Все модели двигателей ВАЗ имеют две канавки для компрессионных колец и одну для маслосъёмного кольца. Именно для него в канавке есть отверстия, посредством которых излишнее масло отводится во внутреннюю полость поршня. Кроме того, уплотняющий участок реализует еще одну важнейшую функцию: посредством установленных поршневых колец осуществляется отвод большей часть тепла от поршня к цилиндру. В том случае, если конструкцией изделия такого отвода не предусматривает, то рано или поздно это приведет к прогоранию изделия. Посредством компрессионных колец поршень передает до 60-70% выделяемого им тепла. Однако в этой ситуации необходимо плотное прилегание к цилиндру и к поверхности канавок поршневых колец. Для того, чтобы обеспечить полную работоспособность изделия, торцевой затвор в первом компрессионном кольце канавки должен составлять порядка 0,045-0,070мм. Зазор для второго компрессионного кольца - 0,035-0,060мм, и 0,025-,0050мм – для маслосъёмного. Кстати, радиальный зазор между канавкой и внутренней поверхностью кольца должен составлять 0,2-0,3мм.

Головка поршня образована днищем и уплотняющей частью.

Компрессионная высота – это расстояние от днища до оси поршневого пальца.

«Юбка» - это нижняя часть поршня. Именно на этом участке изделия имеются бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Внешняя поверхность «юбки» играет роль направляющей, опорной поверхности. Благодаря «юбке» обеспечивается соосность оси цилиндра блока к положению детали. Боковая поверхность участка задействована в передаче возникающих поперечных усилий к цилиндру. На все изделие или же на поверхность «юбки» часто наносят защитное покрытие, с целью улучшения прирабатываемой и снижения трения. Слой олова, которым покрывают изделие, позволяет сгладить неровности профиля, и не допустить наволакивания части алюминия на поверхность изделия. Так же применяются покрытия, в состав которых входит графит, молибден, дисульфид. Так же в целях снижения потери на трение на юбку наносят канавки специального профиля. Их глубина, как правило, составляет порядка 0,01-0,015мм. В ходе движения канавки создают гидродинамическую силу, способную препятствовать контакту со стенками цилиндра, а так же надежно удерживают масло.

Основной фактор, определяющий геометрию поршня - это необходимость снижения силы трения. В этой связи необходимо обеспечить определенную толщину масляного слоя в зазорах между стенками цилиндра и поршнем. Следует так же помнить, что небольшой по размерам зазор увеличит силу трения, что повлечет за собой большее нагревание деталей, ускорит их износ, а возможно и приведет к заклиниванию. Чрезмерно большой зазор приведет к увеличению шумности двигателя, возрастут динамические нагрузки, оказываемые на сопрягаемые детали, в результате чего значительно ускорится их износ. Именно поэтому размер зазора подбирают в соответствии с техническими характеристиками каждого отдельного двигателя.

Стоит так же отметить, что в истории использования поршней для двигателей ВАЗ, можно выделить этапы влияния многих европейских конструкторских школ. Так, первые модели двигателей ВАЗ имели «итальянскую» конструкцию. Поршни отличала большая компрессионная высота, широкая опорная поверхность юбки. Изделие покрывали слоем олова. В конструировании последующих изделий непосредственное участие принимали немецкие специалисты. Именно поэтому поршни имели меньшую компрессионную высоту, а на юбке был применен микропрофиль – совокупность канавок, служащих для удержания смазки в зонах трения. Позже поршни ВАЗ 11194 и ВАЗ 21126 выпускаются с особым, Т-образным профилем. Они ориентированы на монтаж тонких поршневых колец. Если сравнить внешние параметры моделей поршней от 2101 до 21126, то без труда можно выявить тенденции совершенствования конструкций, ставших возможными благодаря новым технологиям и научным разработкам.

В ходе работы механизма различные участки поршня прогреваются неравномерно, из-за чего большее тепловое расширение приходится на участки с наибольшим объемом металла и самой высокой температурой. Именно поэтому уровень днища имеет меньший размер, чем диаметр его средней части. В своем продольном сечении изделие представляет собой конус. Юбка в своей нижней части так же может быть меньше диаметром. В ходе движения вниз в пространстве между цилиндром и юбкой создается особый масляный клин, улучшающий центрирование в цилиндре.

porshen3.jpg

Для того, чтобы компенсировать тепловую деформацию, поперечное сечение поршня выполняется в форме овала. Причиной тому – сосредоточение значительного объема металла в районе бобышек под поршневой палец. Соответственно при нагреве в его плоскости расширение осуществляется в значительно большей степени. Овальная форма и бочкообразность деталей в холодном состоянии позволит приблизить поршень к цилиндрической форме при условии работы двигателя. Однако подобная форма влечет за собой сложность контроля его диаметра. Фактически он определяется замерами плоскости перпендикулярных осей отверстия под поршневой палец, которые осуществляются на некотором расстоянии от днища. Таким образом, данное расстояние будет различным для каждой отдельной модели.

Из-за тепловых нагрузок имеет место еще одна проблема: изготовленные из алюминиевого кремнесодержащего сплава поршни и чугунные блоки цилиндров имеют разную теплопроводность, а соответственно и различные коэффициенты теплового расширения. Следовательно, при пуске двигателя поршень нагревается, а значит, и увеличивается в своем диаметре быстрее, нежели возрастает внутренний диаметр цилиндра. В связи с малыми зазорами такое положение вещей увеличивает износ цилиндров, а нередко приводит и к заклиниванию поршня. Для того, чтобы избежать подобных проблем в процессе отливки поршней в тела их заготовок встраивают специализированные чугунные и стальные элементы, способные сдерживать резкое изменение диаметров изделий. Для отвода тепла и уменьшения тепловых расширений некоторые двигатели так же обладают системами подачи масла во внутренние полости поршней.

Участвовать в обсуждении могут только зарегистрированные пользователи. Войдите на сайт, или Зарегистрируйтесь.

Раздел не найден.