что такое компрессионная высота поршня
Когда настало время точить S38B36, или анализ поршней в ремонт
Не для кого не секрет, что ремонт моторов S-серии дело убыточное. Когда возникает необходимость таких вложений, очень многие приходят к выводу, что проще распродать, сдать на металл и купить какой-нибудь м60 на свап — и то выгоднее будет. Но есть и те, кто ремонтирует эти моторы, но простые ребята с обычными зарплатами читают посты о ремонте и понимают, что с такими ценами им год придется работать на ремонт мотора в лучшем случае. А ведь S38B36 — это обычный двухвальный мотор, просто с конскими ценами на запчасти. Но когда настает время точить его, то тут просто офигеваешь от цен на поршневую:
Оригинальный поршень +0,2мм 11251312497 стоит от 500 долларов,
Комплект колец на цилиндр +0,2мм 11251315116 стоит от 100 долларов.
Простая математика 600х6=3600 зеленых явно не настраивает позитивно, особенно при текущем курсе доллара.
Есть предложения от СР или Wiesco, но там комплект тоже стоит недешево. К примеру СР полный комплект с кольцами выходит 850 зеленых. После 3600 кажется, что копейки, но все же…
Есть ребята в Новосибирске, под Барнаулом, они делают поршни на заказ. Там цены вполне даже ничего, можно уложиться в 500 долларов за поршни, но не забываем про кольца, а это все те же 600 бачинских.
В данной записи я буду хранить анализ поршней от других авто, которые гипотетически можно поставить в блок S38B36, с указанием их геометрических характеристик.
Для начала приведу данные поршней S38B36:
S38B36 4V Ст.сжатия 10:1 (0826100, 93 V 90), стандарт
Диаметр: 93,37 мм
Длина: 59,5 мм
Компрессионная высота: 31,5
Глубина лужи: — 3,35 мм
Диаметр лужи: 78 мм
Выемка под клапан VT1: 2,19 мм;
Выемка под клапан VT2: 2,89 мм;
Внешний диаметр пальца: 22,00 мм
Длина пальца: 62 мм
толщина кольца 1: 1,50 мм
толщина кольца 2: 1,50 мм
толщина кольца 3: 2,50 мм
Выемка под клапан VT1: 2,19 мм;
Выемка под клапан VT2: 2,89 мм;
На основании характеристик напрашиваются следующие критерии подбора:
Диаметр от 93,5 до 95 мм (Вообще точить в 95 — это смелый поступок, лучше все-таки не превышать 94,5),
Диаметр пальца 22 мм (Зачем усложнять себе жизнь?)
Компрессионная высота — не более 31,5 (ну, или не намного больше, чтобы реально было срезать излишки).
Вариант номер 1:
Поршень Nissan Maxima QX 3.0i 24V, двигатель VQ30DE, сток 93 мм, нас интересуют ремонтные +0,5.
Номер автовельт: PN-33011
Вариант номер 2:
Поршень Mitsubishi Pajero 3.5i V6 24V, двигатель 6G74 DOHC 24V (до 97-го года), сток 93 мм, нас интересуют ремонтные +0,5 мм.
Номер автовельт: PN-32161
Вариант номер 3:
Поршень Mitsubishi Pajero 3.5i V6 24V, двигатель 6G74 SOHC 24V (c 97-го года), сток 93 мм, нас интересуют ремонтные +0,5 мм.
Номер автовельт: PN-32261
Вариант номер 4:
Поршень Opel Monterey A 3.2i 24V, Isuzu Bighorn 3.2i 24V, Isuzu Trooper 3.2i 24V, Isuzu VehiCross 3.2i 24V, двигатель 6VD1, сток 93,4
Номер автовельт: PN-30100
Этот же вариант имеет ремонтный размер (+0,5 мм), номер автовельт: PN-30101
Часто встречается решение иного рода: не точить, а использовать блок от М30В34. Порой это выгоднее расточки. Но нужно понимать, что покупаемый блок должен быть в номинале или около того, т.е. иметь допустимую выработку и хон должен присутствовать.
Тут на помощь придут поршни с диаметром 92 мм.
Вариант номер 5:
Поршень BMW от двигателя М62В44.
Номер MAHLE: 083 12 00, 92L59, BMW: 11 25 1 708 901
Высота поршня 53.3
Компрессионная высота 31.3
Диаметр пальца 22.00
Длина пальца 60.80
Толщина кольца 1 1.5
Толщина кольца 2 1.5
Толщина кольца 3 2.0
Этот же вариант имеет ремонтный размер (+0,5 мм): MAHLE: 083 12 02, BMW: 11 25 1 708 958
Повышаем мощность ч 3. Строкер 2.9 л (продолжение)
После расточки блока под поршни Teikin 2JZ-GE (они рекомендуют для своих поршней зазор 0.03 мм), начинаем примерять новый коленвал и шатуны от 2.8, и новые поршни в наш блок.
Собрали, посмотрели, в ВМТ поршни выступают над блоком примерно на 1 мм.
Об этом мы знали заранее. Компрессионная высота поршней 2JZ-GE 34 мм, а родных M50B25TU — 32.55, т.е. родные поршни сидели бы в блоке на 1.45 мм ниже, и у них недоход до плоскости блока в этой конфигурации был бы около 0.5 мм.
Для того, чтобы понять, нужно ли, и насколько, укорачивать поршни по высоте, начинаем с расчета степени сжатия. Для этого нужно знать ряд параметров.
Для нормального использования 95-го бензина, решили оставить «родную» степень сжатия — 10.5. Увеличение сж сверх этой величины дает немного в плане отдачи, но ухудшает детонационную стойкость мотора (не везде бензин хорошего качества и соответствует заявленному ОЧ), поэтому мы отказались от увеличения сж.
Измеряем объем камеры сгорания, что я для этого использовал, видно на фото — шприц и прозрачную часть коробки от CD диска с просверленным отверстием. Заполняем объем жидкостью, я использовал антифриз, у него лучше смачиваемость поверхности, чем у воды, узнаем сколько кубических см.
Объем получился равным 34 см3. Остальное нам уже известно из ранее сделанных измерений (см. предыдущую часть). Делаем расчет, можно использовать калькуляторы в инете, получаем следующее
Получается, что для сж 10.5, нужно чтобы объем лужи в поршне снизился с 9.8 до 4-5 кубов, для этого в нашем случае нужно срезать с верха поршня примерно 1.4 мм. Как раз примерно получится компрессионная величина родного поршня. Если нужна степень сжатия выше, нужно меньше снимать с днища поршня. Например, если срезать ободок поршня, чтобы поршень был вровень с блоком, т.е. на порядка 1 мм, то в моем случае степень сжатия будет в районе 10.7.
Дополнение
Если вообще не срезать верхушку поршня, то степень сжатия при тех-же «переменных» будет 11. Это не сильно больше моего варианта, и это тоже жизнеспособно, особенно на широкофазных валах, при соответствующей настройке, плюс можно немного сэкономить на обработке поршней. Поршни выступают примерно на 1 мм от плоскости блока, и при толщине прокладки 1.75 мм не будут доставать до ГБЦ, но нужно более тщательно проконтролировать прохождение клапанов в цековки поршня.
PS Если строим турбомотор на этой поршневой, сж снижаем примерно до 9, это позволит относительно безопасно дуть до 0.7-1 атм. Для этого нужно также срезать ободок, чтобы снизить компрессионную высоту поршня, а потом увеличить лужу до
14 кубов, это где-то ниже на 2.5-3 мм от текущей глубины, по идее толщины днища должно хватить, но эта инфа пока не проверена на практике. Для турбомотора лучше взять оригинальные поршни от турбомотора 2JZ-GTE, а также металлическую прокладку, тогда нужно делать расчет под новые параметры.
Внешний ободок на днище поршня не трогаем, он нужен для правильной работы вытеснителя в камере сгорания, что лучше перемешивает смесь в процессе сжатия и снижает склонность к детонации.
Отдаем поршни в обработку, результат на фото.
Справка по размерам моторов ВАЗ классика:
Ход колена 2101, 2103, 21213:
ход 2101 — 66мм (в обиходе называется низким)
ход 2103 — 80мм
ход 21213 — 80мм (более сбалансирован за счёт более развитых
противовесов, видимо в ущерб весу)
ход 2130 — 82мм
Есть тюненские колена ходом 84,86,88 мм. Но стоят они от 10тысяч
Диаметр поршней на классику
2101 — 76мм
21011,2105 — 79мм
21213 — 82мм
2108 — 82мм (ставились для ездунства на 76 бензе, для экспорта)
Имеется много кованых поршней любого стокового диаметра, а максимум 84мм
Одна из основных геометрических характеристик поршня — компрессионная высота. Она определяется расстоянием от его днища до оси поршневого пальца. Для классического мотора ВАЗ она составляет 38 мм.
Есть поршни с меньшей компрессионной высотой, например поршни ТРТ. Высота составляет 31 мм.
Длины шатунов на классические моторы (какие бывают):
Все шатуны 2101 длинной 136 мм но есть 213 шатун такой же длинны, но там палец прессуется в поршень а не в шатун.
Есть шатуны укороченные на 7мм(как пример: запихать 80ое колено в низкий блок) Есть два вида: укороченные — производятся сразу на 7мм короче(где то на украине делают), и усаженные, то есть берётся стоковый шатун и под нагревом усаживается, делали при совке, но они не очень желательны, и по общему мнению опасны, поскольку в месте усадки обязательно будет напряжение, и может показаться «рука дружбы»
Имеем двигатель 2101 или 21011 объемами 1,2 и 1,3 соответсвенно, что мы можем получить? из 2101 блока мы можем получить объем 1,5 и 1,6 литра, из 21011 блока 1,6 и 1,7. Что для этого нужно?
1. Коленвал 2103 (если где услышите коленвал 2106 или 2121 то имейте ввиду, что в двигателе 2106 стоит КВ 2103, на ниве 2121(!) ставили двигатель 2106), либо 21213 (он будет получше)
2. Шатуны Укороченные, Если увеличиваем объем шатунами то поршни можно оставить родные, все зависит от ресурса мотора, если точим то берем новые поршни)))
3. Поршни (В случае если ставим родные или 213 шатуны)
остальное по мурзилке.
Пример получения 1,7 литра на 011 блоке:
1. Коленвал
2. Шатун 129 мм (как вариант, либо родной или 213)
3. Поршни 82 мм (тут зависит от шатуна, если укороченный то ставим Нивовский поршень с двигателей 21213, если Шатун будет родной или 213 то ставим поршень с меньшей компрессионной высотой)
4. Точим цилиндры до 82 мм
Так получается 1,7 литра))) Для объемов 1,5 и 1,6 тот же самый порядок, только мы будем выбирать между шатунами и поршнями, в этом случае существует такое понятие как R/S (rod to stroke ratio) разница длинны шатуна и хода коленвала. И ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R / S, равная 1,75
Эффект большого R/S:
ЗА:Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.
ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R / S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.
Эффект малого R / S :
ЗА:Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R / S.
ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:
1. Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.
2. Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении «кованных» поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.
3. Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.
Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.
По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 136 мм (он обеспечивает 06-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 136 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S, поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.
В итоге, увеличение объема при помощи шатуна 129 мм до 1,5 (1,6) литров, мы получаем R/S — 1.61, что даст мотору тракторность, т.е. эффект малого R/S. При использовании поршней со меньшей компрессионной высотой, мы не меняем значение R/S, т.е. характеристика будет как у 2106 мотора — 1,7, что «близко к золотой середине»
1.
Блок 2101, изначальный объем 1200 см2
КВ — 2103 (21213)
Поршень — 76 (в зависимости от ремонта: 76,4; 76,8) с уменьшенной компрессионной высотой
Получаем 1,5 с R/S — 1.7
Итог: Отличный мотор почти 2103 за счет увеличения Степени Сжатия (Далее СЖ) под 92 бензин
2.
Блок 2101, изначальный объем 1200 см2
КВ — 2103 (21213)
Шатун 129 мм
Поршень — сток
Получаем 1,5 с R/S — 1.61
Итог: «Тракторный» мотор, будет получше 03 за счет тяги на низах, хорошо для города )))
3.
Блок 21011, изначальный объем 1300 см2
КВ — 2103 (21213)
Поршень — 79 (в зависимости от ремонта: 79,4; 79,8) с уменьшенной компрессионной высотой
Получаем 1,6 с R/S — 1.7
Итог: Отличный мотор, будет получше 06 за счет увеличения СЖ
4.
Блок 21011, изначальный объем 1300 см2
КВ — 2103 (21213)
Шатун 129 мм
Поршень — сток
Получаем 1,6 с R/S — 1.61
Итог: «Тракторный» мотор, будет получше 06 за счет тяги на низах, хорошо для города )))
Сами по себе двигатели 2101 и 21011 имеют R/S — 2,01 т.е. мотор оборотистый. Так же если расточить 2101 до 79 мм получаем объем в 1300, т.е. 011 мотор, но это уже самый последний вздох мотора. Ну а если расточить 011 мотор до 82 мм, то получаем 1400 кубиков, но и как в первом случае будет последний вздох мотора, тут важно не перегревать мотор, иначе блок на свалку.
Точить 2103 блок можно до 79 мм максимум, 2106 блок до 82 мм.
При расточке получаем следующее:
2103 расточенный до 79 при сток КШМ получает объем в 1600 см2
2106 расточенный до 82 при сток КШМ получает объем в 1700 см2
Установить можно Коленвал с ходом 82 мм без изменений
1.
Блок 2103 — 76мм (76,4; 76,8)
КВ — 82мм
Итог — 1487 см2 (1502; 1518) *в скобках объем при ремонтных размерах
2.
Блок 2106 — 79 мм (79,4; 79,8)
КВ — 82 мм
Итог — 1606 см2 (1623; 1639)
3.
Блок 2106 расточенный до 82 мм
КВ — 82
Итог — 1731 см2
Но вздох мотора будет последним
здесь не учитывается объемы цилиндров с ремонтными размерами поршней
При форсировке такими способами важно знать вот это:
Компрессия — это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.
Степень сжатия двигателя — это отношение полного объема цилиндра (V) к объему камеры сгорания (Vс).
Полный объем — объем цилиндра + объем камеры сгорания + объем прокладки ГБЦ.
E = V / Vc Оба этих показателя очень важны для оценки общих мощностных ( E ) и для оценки состояния мотора ( компрессия ).
Поршни: конструкция, отличия и применяемость на двигатели Ваз.
Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.
Общая конструкция поршневой группы сложилась еще в период появления первых двигателей внутреннего сгорания. С тех пор ни один из элементов поршневой группы не утратил своего функционального назначения.
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 реализуются.
Требования, которым должна соответствовать эта деталь:
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;
Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.
В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение:
1) 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.
Днища разных моделей применяемых на двигателях ВАЗ приведены на рисунке:
2) Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.
3) «Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.
Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведет к его прогоранию.
По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.
5) Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.
Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.
6) «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 0,01-0,015 мм. 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 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. Возрастающие 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.
Применяемость моделей поршней на различных двигателях Ваз:
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 0.5-1.0 мм. Это приводит к ухудшению литейных и механических свойств. Для улучшения физико-механических свойств, в сплавы вводят легирующие добавки меди, марганца, никеля, хрома.
Существует два основных способа получения заготовки поршня.
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.