Який має бути зазор між поршнем та циліндром
Зміст
Для забезпечення високої компресії у двигуні, а це сильно впливає на його ККД та інші здібності по віддачі, легкості запуску та питомій витраті, поршні повинні стояти в циліндрах з мінімальним зазором. Але зводити його до нуля неможливо, через різну температуру деталей двигун заклинить.
Тому зазор визначається розрахунковим шляхом і суворо дотримується, а необхідне ущільнення досягається застосуванням пружинних поршневих кілець у ролі газового та масляного ущільнення.
Чому змінюється зазор між поршнем та циліндром
Конструктори автомобілів прагнуть, щоб деталі двигуна працювали в режимі тертя рідини.
Це такий спосіб змащування поверхонь, що труться, коли завдяки міцності масляної плівки або подачі масла під тиском і при необхідному витраті безпосереднього дотику деталей не відбувається навіть під значним навантаженням.
Не завжди і не у всіх режимах такий стан можна утримати. Впливають на це кілька факторів:
- масляне голодування, підведення змащувальної рідини, як це робиться в підшипниках ковзання колінчастого і розподільного валів, під тиском в зону між поршнем і циліндром не проводиться, а інші способи мастила не завжди дають стабільний результат, найкраще працюють спеціальні масляні форсунки, але з різних ставлять їх неохоче;
- неякісно зроблений або зношений малюнок хонінгування на поверхні циліндра, покликаний він утримувати масляну плівку та не давати їй повністю зникнути під зусиллям поршневих кілець;
- порушення температурного режиму викликають обнулення теплового зазору, зникнення масляного шару та поява задирів на поршнях та циліндрах;
- застосування неякісної олії з відхиленням за всіма значущими характеристиками.
Здається, парадоксальним, але більше зношується поверхня циліндра, хоча вона зазвичай виготовлена з чавуну, це цілісний чавунний блок або різні сухі та мокрі гільзи, залиті в алюміній блоку.
Навіть якщо гільза відсутня, поверхня алюмінієвого циліндра піддається спеціальної обробки, і на ній створюється шар спеціального твердого зносостійкого покриття.
Пов'язано це з більш стабільним тиском на поршень, який за наявності мастила майже не знімає з нього метал під час руху. А ось циліндр схильний до грубої роботи пружинних кілець з високим питомим тиском через малу площу контакту.
Звичайно, поршень теж зношується, навіть якщо це відбувається з меншою швидкістю. В результаті сумарного зношування обох поверхонь тертя зазор безперервно збільшується, причому нерівномірно.
Норми відповідності
У вихідному стані циліндр повністю відповідає своїй назві, це геометрична фігура з постійним діаметром по всій висоті та колом у будь-якому перерізі, перпендикулярному до осі. Однак, поршень має куди складнішу форму, до того ж він має термофіксуючі вставки, в результаті чого нерівномірно розширюється при роботі.
Для оцінки стану зазору вибирається різниця діаметрів поршня в зоні спідниці та циліндра у середній його частині.
Формально прийнято вважати, що тепловий зазор повинен становити приблизно від 3 до 5 сотих часток міліметра по діаметру у нових деталей, яке максимальна величина в результаті зносу не повинна перевищувати 15 сотих, тобто 0,15 мм.
Очевидно, це деякі середні значення, двигунів безліч і відрізняються вони як різними підходами до конструювання, так і геометричними розмірами деталей, що залежать від робочого об'єму.
Результат порушення зазору
При збільшенні зазору, а зазвичай воно пов'язане ще й з погіршенням працездатності кілець, все більше олії починає проникати в камеру згоряння і витрачатися на чад.
Теоретично при цьому повинна знижуватися компресія, але частіше вона навпаки, підвищується, через велику кількість масла на компресійних кільцях, що герметизує їх зазори. Але це ненадовго, кільця коксуються, залягають і компресія пропадає остаточно.
Поршні при збільшених проміжках нормально працювати вже не зможуть і починають стукати. Стук поршневий добре чутно на перекладці, тобто у верхньому положенні, коли змінює напрямок свого руху нижня головка шатуна, а поршень проходить мертву точку.
Спідниця відходить від однієї стінки циліндра та вибираючи зазор із силою вдаряє по протилежній. З таким дзвоном їздити не можна, поршень може зруйнуватися, що призведе до катастрофи всього двигуна.
Як перевірити зазор між поршнем і циліндром
Для перевірки зазору використовується вимірювальна апаратура у вигляді мікрометра і нутроміра, ця пара має клас точності, що дозволяє реагувати на кожну соту частку міліметра.
Мікрометр заміряє діаметр поршня в зоні його спідниці, перпендикулярно пальцю. Стрижень мікрометра фіксується затискачем, після чого нутромір встановлюється на нуль при опорі своїм вимірювальним наконечником на стрижень мікрометра.
Після такого обнулення індикатор нутроміра показуватиме відхилення від діаметра поршня в сотих частках міліметра.
Вимірювання циліндра проводиться в трьох площинах, верхній частині, середній і нижній, вздовж зони ходу поршня. Виміри повторюються вздовж осі пальця та поперек.
В результаті можна оцінити стан циліндра після зношування. Головне, що потрібно – це наявність нерівномірностей типу «еліпс» та «конус». Перше – відхилення перерізу від кола у бік овалу, а друге – зміна діаметра вздовж вертикальної осі.
Наявність відхилень у кілька соток говорить про неможливість нормальної роботи кілець та необхідність ремонту циліндрів або заміни блоку.
Заводи прагнуть нав'язувати клієнтам блок у зборі з коленвалом (шорт-блок). Але часто виявляється набагато дешевше відремонтуватися розточуванням, у важких випадках - гільзуванням, із заміною поршнів на нові стандартні або збільшеного ремонтного розміру.
Навіть на нових двигунах зі стандартними поршнями існує можливість точного підбору зазорів. Для цього поршні розподіляються по групах з відхиленням діаметра одну сотку. Це дозволяє виставити зазор з ідеальною точністю та забезпечити оптимальні характеристики мотора та його майбутній ресурс.
