Як правильно встановити поршні та шатуни

Коли приходить час збирати двигун, особливо V-подібний, правильна взаємна установка поршнів і шатунів, а також по відношенню до блоку циліндрів та колінчастого валу, може поставити в глухий кут багатьох мотористів.

Як правильно встановлювати поршні на шатуни?

Якщо ви збираєте V-подібний двигун, слід мати на увазі: якщо нижня головка шатуна має з одного боку ширшу фаску, то вона повинна бути звернена до галтелі (закруглення) шатунної шийки колінчастого валу.

Якщо ж шатуни призначені для використання з колінчастим валом, без чітко виражених жолобників, то вони можуть бути і без несиметричних фасок. розвал блоку циліндрів).

Наприклад, «замки» вкладишів SBC і BBC повинні бути звернені назовні. У інших вкладишів «замки» можуть бути спрямовані всередину.

Якщо ж на нижній головці шатуна відсутні фаски з обох боків, то вкладка повинна бути зміщена від жолобника шатунної шийкищоб його край не потрапив на закруглення.

Наскрізні отвори у верхній та нижній головках шатуна

Часто шатун має на нижній головці наскрізний отвір, який потрібний для змащування стінки циліндра.

Буває, що отвір розташований лише з одного боку нижньої головки шатуна.Подібні шатуни треба встановлювати так, щоб отвір у нижній головці було звернене у бік розподільчого валу (у бік розвалу блоку циліндрів).

Отвір у верхній головці шатуна (будь воно зверху або під збоку – кутом) служить для змащення поршневого пальця. Тому його орієнтація у двигуні ролі не відіграє.

«Замки» шатунних вкладишів

«Замки» (фіксуючі виступи) на вкладишах і відповідні пази на нижній головці шатуна та його кришки потрібні лише для правильного позиціонування вкладишів. затягування кріпильних болтів кришки нижньої головки.

«Правильні» вкладиші при належному монтажі злегка виступають за лінію роз'єму нижньої головки. Тому, після затягування болтів, вони надійно фіксуються в «ліжку».

Останнім часом у багатьох двигунах використовують «беззамкові» вкладиші (прикладом можуть служити двигуни Chrysler 3.7L і 4.7L). При монтажі подібних вкладишів їх треба ставити строго посередині. нижньої головки шатуна.

Рис. Якщо в V-подібному двигуні на одну шатунну шийку колінчастого валу монтують два шатуни, то сторона нижньої головки шатуна з більш вузькою фаскою повинна бути звернена до сусіднього шатуна.

Рис. … у цьому випадку велика фаска на нижній головці шатуна виявляється зверненою у бік галтелі шатунної шийки колінчастого валу.

Рис. Фіксуючий виступ («замок») на вкладиші і відповідний паз в нижній головці шатуна потрібні тільки для того, щоб правильно встановити вкладиші в шатуні. «Замки» ніколи не утримають вкладиші від провертання в шатуні, якщо при складанні були допущені порушення. Наприклад: болти нижньої голівки шатуна не затягнуті добре або отвір в нижній голівці втратило свою форму.

Мал. 4 Вкладиші фіксуються в шатуні тільки за рахунок радіального зусилля, що виникає від натягу встановлених вкладишів, коли болти кріплення нижньої головки затягнуті належним моментом. Щоб отримати необхідний натяг вкладиш зроблений трохи довше свого посадкового місця. Тому, коли ви «від руки» встановите вкладку в «ліжко», він трохи виступатиме над площиною роз'єму. Так і має бути – у жодному разі не треба підпилювати чи підрізати краї вкладишів!

Crush Height Each Half Bearing - виступ вкладишів над площиною роз'єму
Bearing - Вкладиш
Cap - кришка нижньої головки шатуна
Radial Pressure - радіальне зусилля

Мал. 5 Вимірювати максимальний діаметр поршня треба в строго певному місці, оскільки спідниця поршня має «бочкоподібний» профіль і результати вимірювань, по висоті поршня, будуть суттєво відрізнятися.

Мал. 6 Наскрізний отвір на бічній поверхні ВГШ (верхній головки шатуна) (верхнє фото) може вказувати на пресову посадку пальця в шатуні. На другому фото показаний той самий шатун, але зовні. А ось отвір зверху ВГШ (третє фото) служить для поліпшення мастила поршневого пальця, що «плаває».

Мал. 7 На днищі поршня зазвичай є спеціальні мітки (наприклад, зображена стрілка і напис «FRONT» - як на фото), що допомагають правильно зорієнтувати поршень при складанні двигуна.

Мал. 8 Якщо поршні призначені для V-подібного двигуна, то зазвичай з «вивороту» таких поршнів ставлять мітку «L» – якщо їх монтують у лівий ряд циліндрів або «R» – для правого ряду циліндрів.

Зміщення шатуна

Існують двигуни, у яких стрижень шатуна зміщений щодо верхньої чи нижньої головок (якщо дивитись на шатун збоку – «у профіль»). Подібні шатуни застосовують у V-подібних двигунах, у яких лівий та правий ряди циліндрів стоять «зі зрушенням», вперед і назад, щодо один одного. Залежно від конкретної моделі двигуна, стрижень шатуна може мати усунення 2,5 мм або навіть більше.

Якщо є якісь сумніви, то при монтажі зверніть увагу, що верхня головка шатуна центрується по поршню – у боби під палець.

Чи потрібно в двигунах з обертанням проти годинникової стрілки встановлювати поршні в зворотний бік?

На двигуні зі зворотним обертанням – коли колінвал обертається проти годинникової стрілки, якщо дивитися з передньої частини двигуна – шатуни зазвичай встановлюються так само, як і у звичайному моторі, колінвал якого обертається за годинниковою стрілкою. Тобто велика фаска нижньої головки шатуна все одно буде звернена до галтелі шатунної шийки.

Однак, якщо застосовуються поршні зі зміщеним поршневим пальцем, то в цьому випадку поршень має бути встановлений "назад" (розгорнутий на 180 град) щодо його "стандартного" положення. Поршневий палець у подібному поршні зміщений до навантаженої сторони спідниці поршня.

У двигуні з обертанням за годинниковою стрілкою навантажена сторона циліндра звернена до впускного колектора на лівому ряду циліндрів (водійській стороні) і до випускного колектора на правому ряду циліндрів (пасажирській стороні) стороні.

У двигуні зі зворотним обертанням тиск на стінку циліндра від поршня спрямований в інший бік: з боку вихлопу – зліва та з боку впуску – праворуч. Якщо поршні симетричні (тобто не мають зміщеного пальця), то їхня орієнтація залежить тільки від цекування під клапанні тарілки на днищі – вони повинні бути зорієнтовані відповідно до положення клапанів.

Конструкція спідниці поршня

Форма, площа та маса спідниці поршня відіграють важливу роль у втратах на тертя та стабілізації поршня при перекладці у верхній та нижній мертвих точках. Тут ми покажемо роль навантажених та ненавантажених сторін поршня та розробку асиметричних спідниць, призначених переважно для зниження ваги.

Ліва та права сторони поршня при роботі двигуна навантажені по-різному. Тому конструкція спідниці поршня відіграє важливу роль у розподілі навантажень, що сприймаються - з точки зору міцності і ваги поршня.

Спідниця поршня повинна витримувати тиск на стінку циліндра при одночасному зменшенні тертя. А її площа повинна бути такою, щоб бути міцною, забезпечуючи при цьому стабільність поршня, щоб звести до мінімуму розгойдування відносно осі пальця, коли поршень рухається вгору-вниз. Причому навантажена поверхня спідниці зазнає найбільшого навантаження на такті розширення.

Якщо колінчастий вал обертається за годинниковою стрілкою (дивлячись на двигун спереду), то навантажена поверхня спідниці поршня звернена до впускного колектора на лівому ряду циліндрів (водійській стороні) і до випускного колектора на правому ряду циліндрів (пасажирській стороні).

Менш навантажена сторона спідниці приймає зусилля на такті стискування. Ця різниця в навантаженнях обумовлена ​​положенням, кутом між шатуном та поршнем, при його переміщенні.

За весь робочий цикл різниця у навантаженні на різні сторони спідниці поршня різниться у десять разів! Причому навантаження на спідницю поршня може змінюватись в залежності від ходу поршня, довжини шатуна і максимального тиску в циліндрі.

Тому асиметричні поршні мають бути спеціальними – для лівого та правого ряду циліндрів. На дно поршня в такому випадку наносяться стрілки або інші мітки, що вказують на передню частину двигуна.

Мал. 9 На цьому фото показані асиметричні поршні для лівого та правого рядів циліндрів V-подібного двигуна. Їх особливістю є розширена частина спідниці поршня на навантаженому боці та звужена - на боці з меншим навантаженням.

Мал. 10 Інший приклад асиметричного поршня. Зверніть увагу, як зближені боби під поршневий палець, що дозволяє зробити поршневий палець коротшим і легшим. Крім того, хоча це майже неможливо помітити оком, вісь пальця зміщена до навантаженої сторони поршня (у бік більш широкої спідниці) на 0,50 мм – для зменшення дисбалансу через різницю в масі «вузької» і «широкої» частин спідниці.

Навантажена сторона спідниці поршня

Коли поршень рухається вниз на такті розширення, він відчуває значний опір, намагаючись провернути колінчастий вал. Зі зростанням навантаження збільшується і опір.При цьому навантажена сторона спідниці поршня сприймає бічне тиск, який збільшує навантаження (зі зростанням тертя та зносу) на відповідній стороні стінки циліндра.

Якщо на днищі поршня є якась мітка (наприклад точка, або стрілка, або напис «Front»), важливо встановити поршень відповідно до цієї мітки, що зазвичай вказує на передню частину двигуна.

Ненавантажена сторона спідниці поршня

Ця частина спідниці поршня протилежна навантаженому боці. Вона працює, коли поршень рухається вгору на такті стиснення, через опір, створюваного паливно-повітряною сумішшю, що стискається. Основне її завдання, у тому, щоб забезпечити стабільність поршня під час руху в циліндрі. Тому ця частина спідниці може бути вже для економії ваги.

Так що для точного налаштування у розподілі цих сил між різними сторонами спідниці були розроблені асиметричні поршні, які мають ширшу спідницю на навантаженому боці та звужену спідницю з протилежного боку. Це забезпечує оптимальний розподіл навантажень на спідницю поршня, одночасно знижуючи масу поршня.

Як приклад можна навести «асиметричну» (або Т-подібну) конструкцію поршнів FSR компанії JE Pistons, які мають розширену частину спідниці на навантаженому боці, а з боку бобиць спідниця відсутня зовсім, що дозволяє зробити поршневий палець коротшим і легшим. Такі поршні спочатку розроблялися для гоночних двигунів.

Ще однією перевагою подібних поршнів є покращення умов роботи поршневих кілець. Але, в основному, подібна конструкція спідниці, у поєднанні зі злегка зміщеним пальцем, дозволяє суттєво знизити втрати на тертя.

Мал. 11 З цієї схеми видно, як визначити навантажену та ненавантажену сторони спідниці поршня.

Thrust Load - дія бічної сили
Minor Thrust Side - ненавантажена сторона циліндра
Major Thrust Side - навантажена сторона циліндра
Червона вигнута стрілка - Напрямок обертання колінчастого валу

Мал. 12 На цьому фото добре видно, як відрізняється ширина спідниці поршня на навантаженій (ліворуч) та ненавантаженій (праворуч) сторонах поршня.

Мал. 13 Комп'ютерне моделювання показує, як розподіляються механічні навантаження поршні, що виникають під час роботи двигуна на часткових навантаженнях. (Чим темніші кольори – тим менше навантаження, а чим яскравіше – тим більше).

Мал. 14 А на цій схемі видно, як навантажений поршень одразу після займання суміші.

Мал. 15 Тут поршень показано знизу. На цій схемі добре видно, що під час робочого ходу найбільш навантажені верхні частини отворів під поршневий палець (вони виділені червоним кольором) та елементи спідниці поршня, що безпосередньо примикають до них.

Мал. 16 Тонкий шар антифрикційного покриття (темного кольору) на спідниці поршня допомагає утримувати олію та знижує тертя між поршнем та циліндром – особливо при холодному запуску двигуна.

Зміщення пальця

Асиметричні поршні можуть мати зміщення поршневого пальця. При цьому вісь пальця зміщена від осі поршня до навантаженої сторони приблизно 0,51 мм. Це невелике усунення «балансує» поршень, компенсуючи різницю в масі спідниці, а також знижуючи зусилля, що прикладається до навантаженої сторони поршня.

Знову ж таки, посилаючись на досвід компанії JE Pistons, асиметричний поршень дозволяє зробити поршневі пальці коротшими, жорсткішими і легшими (приблизно на 10 грам).

Висновок

Сподіваємося, ця стаття допоможе вам краще орієнтуватися у тонкощах складання двигуна. Пам'ятайте, що найкраще помітити поршні та шатуни перед розбиранням. Грамотні відповіді на ваші запитання та допомогу в технічних проблемах з двигунами – наше головне завдання.

Як правильно зібрати поршня з шатунами

У двигуні поршень із шатуном утворюють так звану шатунно-поршневу групу. При цьому необхідно виділити окремо поршневу групу, що складається з поршня, поршневого пальця та поршневих кілець. Самі поршневі кільця у свою чергу діляться на компресійні (два верхні кільця) і маслознімні (одне нижнє кільце) кільця. Маслознімні кільця можуть бути виконані цільними або розбірними.

Існує два види з'єднання поршня з шатуном:

• з плаваючим пальцем;
• із фіксованим пальцем.

З'єднання поршня з плаваючим пальцем

При такому з'єднанні шатуна з поршнем поршневий палець може прокручуватися як у верхній головці шатуна, так і в бобишках поршня. Поршневий палець фіксується за допомогою стопорних кілець, для яких виконані спеціальні проточки у бобишках поршня. При складанні необхідно завжди встановлювати лише нові стопорні кільця.
У верхню головку шатуна у таких з'єднаннях запресовується бронзова втулка.

При складанні правильно підібраний поршневий палець, змащений олією, повинен проходити в головку шатуна зусилля великого пальця руки.

У бобишки поршня палець повинен входити з невеликим натягом і не випадати з нього під час перевертання. Для з'єднання поршня з шатуном поршня нагріваються в гарячій воді з температурою 65-85°С.

Поршневий палець підбирається до поршня одного класу (групи).Групи мітяться кольоровою міткою на бобишках поршня чи його днище, але в поршневому пальці не його торці. Необхідно підбирати поршня та пальці однієї групи, допускається застосування сусідньої групи, але з обов'язковою перевіркою з'єднання пальця з поршнем.

З'єднання поршня з фіксованим пальцем

У цьому випадку поршневий палець нерухомий у верхній головці шатуна, але поршень рухомий у поєднанні з поршневим пальцем. Це всім відомі мотори АвтоВАЗу. Для з'єднання з поршневим пальцем шатун нагрівають до температури 240 °С і за допомогою спеціального пристрою швидко з'єднують з пальцем, так як шатун швидко остигає. Охолоджений шатун «намертво» затискає палець у своїй головці (натяг 0.01-0.042мм) і тому немає необхідності в фіксації поршневого пальця. У таких шатунах бронзова втулка не встановлюється.

У з'єднанні поршня з шатуном поршневий палець служить віссю гойдання шатуна. Це необхідна умова, так як при поворотно-поступальному русі поршня необхідно, щоб верхня і нижня головки шатуна мали шарнірне з'єднання.
Наприклад, у верхній головці шатуна це бронзова втулка (плаваючий палець), а в нижній головці - вкладиш шатуна на шийці колінчастого валу.

Поршневий палець сприймає всі сили, що виникають між поршнем та шатуном. Це сила інерції, що з'являється під час зміни напрямку руху поршня, сила тиску паливної суміші, що стискається, або повітря в дизелях, а також і величезна сила тиску газів, що розширюються (до 4 тонн). Додатково палець отримує ще й зусилля, що згинає, і зусилля зрізу.

Подібні навантаження можуть призвести до того, що палець може отримати овальність, що призведе до його заклинювання в бобишках поршня або верхньої голівки шатуна.Овальність поршневого пальця може бути і причиною виникнення тріщин у бобишках поршня та його руйнування.

Більшість сучасних двигунів мають у своїй конструкції з'єднання поршня з шатуном плаваючі пальці.

Пристрій та обслуговування автомобілів Тойота

Складання вузла «поршень — шатун»

1.(1ZZ—FE, 2ZZ—GE) Зберіть шатунно-поршневу групу.

а) Використовуючи викрутку, встановіть нове кільце з одного боку в отвір бобишки поршня.

Примітка : переконайтеся, що замок стопорного кільця не збігається з прорізом боби.

б) Поступово нагрійте поршень до температури 80-90°С.

в) Нанесіть трохи моторного масла на поршневий палець і отвори бобишок поршня.

г) Поєднайте мітки «перед» поршня та шатуна та встановіть поршневий палець.

д) Використовуючи викрутку, встановіть друге нове стопорне кільце з іншого боку отвору боби поршня.

2.
(1NZ—FE, 2NZ—FE) Зберіть шатунно-поршневу групу.

а) Нанесіть трохи моторного масла на поршневий палець і в отвір бобишок поршня.

б) Запресуйте поршневий палець за допомогою спецпристосування.

в) Переконайтеся, що поршень вільно повертається на пальці.

3. Встановіть поршневі кільця,

а) Встановіть розширювач і два скребки оливного кільця.

б) Експандером для монтажу поршневих кілець встановіть два компресійні кільця; причому мітки кілець (якщо є) повинні бути звернені вгору, як показано на малюнку.

Мітка:

1компресійне кільце:

2компресійне кільце:

в) Встановіть поршневі кільця в канавках так, щоб замки їх розташовувалися, як показано на малюнку.

Примітка : не поєднуйте замки кілець.

1 - замок компресійного кільця №1, 2 - замок нижнього скребка маслознімного кільця, 3 - замок компресійного кільця №2, 4 - замок верхнього скребка маслознімного кільця.

1 - замок компресійного кільця №2, 2 - замок нижнього скребка маслознімного кільця, 3 - замок компресійного кільця №1, 4 - замок верхнього скребка маслознімного кільця.

2. Встановіть вкладки шатунних підшипників.

а) Поєднайте виступ вкладиша з виточкою в нижній головці шатуна та з його кришкою.

б) Вставте вкладиші в нижню головку шатуна та в кришку шатуна.

Поршні з шатунами

На днищі поршня нанесено позначення групи поршня по діаметру спідниці, на передній частині поршня - ремонтної групи та ремонтного розміру поршня. Для полегшення індивідуального підбору поршнів до циліндрів кожен із розмірів ремонтної групи поділяють на розмірні групи, у яких розміри поршнів діаметром спідниці йдуть через 0,01 мм. Усі операції підбору поршнів по циліндрах необхідно проводити за нормальної температури навколишнього середовища 17… 23 °З.

Для полегшення індивідуального підбору поршневих пальців поршні діаметром отвору під поршневий палець поділяють на чотири розмірні групи. Маркування розмірної групи діаметром отворів під поршневий палець здійснюють нанесенням фарби на бобишку поршня.

При заміні поршнів без заміни гільзи циліндрів верхню кромку (буртик) гільзи, яка утворилася в результаті зношування гільзи під верхнім поршневим кільцем, доцільно обробити шабером або дрібнозернистим шліфувальним кругом, встановленим на пневматичному або електричному дрилі.

Поршні до циліндрів слід підбирати так, щоб зазор між стінкою циліндрів та спідницею поршня був 0,03…0,05 мм.Зазор визначається стрічкою-щупом завтовшки 0,08 мм, шириною 10...13 мм і завдовжки не менше 200 мм. Стрічку-щуп протягують через зазор між поршнем і циліндром при нерухомому поршні із зусиллям 25… 45 Н, При цьому поршень повинен бути обернений дном вниз, а стрічка-щуп повинна знаходитися в площині перпендикулярної осі отвору під поршневий палець. Підбір поршнів можна проводити не випресовуючи гільзи з блоку або після випресування. Після підбору поршнів до гільз циліндрів необхідно на днищах поршнів вибити порядкові номери циліндрів.

Посадку пальця в бобишках поршня виконують з натягом 0,0025…0,0075 мм. Допуск циліндричності пальця дорівнює 0,00125 мм у радіусному виразі. Стопорні кільця поршневого пальця слід встановлювати на канавках поршня з деяким натягом, тобто. вони не повинні прокручуватися від зусилля руки. Кільця, що втратили пружність, слід замінити.

Шатуни

Нижню головку шатуна обробляють у зборі з кришкою, тому при розбиранні, контролі та складанні слід зберігати комплектність шатуна та кришки шатуна. Кришки шатунів центрують по шліфованим поверхням шатунних болтів. Ремонт верхньої головки шатуна зазвичай полягає у випресовуванні, запресовуванні та розточуванні втулки. Зусилля запресування втулки має бути не менше 7 000 Н. При ремонті верхньої головки шатуна розміри під втулку та палець повинні відповідати розмірам, рекомендованим заводом-виробником. Для підбору пари поршневий палець - шатун розміри верхньої головки шатуна (діаметр отвору під втулку) поділяють на розмірні групи, які відрізняються один від одного на 0,0025 мм.

Мал. Підбір поршня до гільзи за допомогою стрічки-щупа:
а - гільза запресована в блок циліндрів; б - гільза випресована з блоку циліндрів

Складання шатунно-поршневої групи

Для складання шатуна з поршнем потрібно підібрати поршневий палець до втулок верхньої головки шатуна і бобишка поршня. Для з'єднання з шатуном поршень нагрівають в маслі або електронагрівальному приладі до температури 55 °С. При цьому палець в отвір нагрітого борошна поршня повинен входити плавно від зусилля великого пальця правої руки. У такому з'єднанні після охолодження поршня з'являється необхідний натяг 0,0025...0,0075 мм.

Потім потрібно звірити порядкові номери поршнів та шатунів. Шатун закріплюють у лещатах, встановлюють поршень, їхнє з'єднання фіксують пальцем. Поршень при збиранні з шатуном повинен бути встановлений так, щоб мітка на днищі поршня була спрямована до передньої частини двигуна. Бобишка, виштампована на шатуні для лівої групи циліндрів, також має бути спрямована до передньої частини двигуна, тобто. в один бік із міткою на поршні. Для правої групи циліндрів при складанні поршня з шатуном бобишка шатуна має бути спрямована до задньої частини двигуна, а мітка на днищі поршня - до передньої частини.

Після з'єднання та перевірки шатунно-поршневої групи слід закріпити стопорними кільцями палець у бобишках поршня, потім ретельно протерти підібрані по канавках та підігнані до циліндрів поршневі кільця та встановити їх на поршні за допомогою спеціального пристосування. Поршні у зборі з шатуном необхідно перевірити за масою. Деталі комплекту, встановленого одному двигуні, повинні відрізнятися за масою більш ніж 12 р, тобто. шатуни повинні відповідати за масою одній групі.Для встановлення поршнів з шатунами в циліндри блоку необхідно виконати такі операції:

• повернути блок двигуна, встановити його на стенді вертикально передньою частиною вгору;
• послідовно, один за одним брати поршні з шатунами у зборі;
• ретельно протерти серветкою постіль під вкладиші в нижній головці шатуна;
• відвернути гайки і зняти кришку шатуна;
• встановити шатун із поршнем.

При цьому рекомендується надіти на шатунні болти спеціальні ковпачки з латуні або міді, що оберігають дзеркало гільзи від пошкоджень.

Потім необхідно перевірити і продути отвір в нижній головці шатуна, що служить для розбризкування масла на стінки циліндра, вставити вкладиші в шатун і в кришку, протерти серветкою верхні вкладиші шатуна і поршень, встановити на поршень кільця, розташовуючи внутрішню кола поршня приблизно на 120 °. Після установки розвести стики компресійних кілець на 180 °.

Далі слід протерти серветкою гільзи циліндрів блоку і шатунну шийку, змастити чистою олією, що застосовується для двигуна, поверхню шатунного вкладиша, поршня, поршневих кілець і гільз циліндрів, вставити поршень з шатуном в циліндр, направивши мітку на днище поршня пристосування, довести підшипники шатуна до шийки колінчастого валу, просуваючи поршень по циліндру за допомогою дерев'яної оправки, змастити маслом шийку вала і підтягнути нижню головку до неї, зняти запобіжні наконечники з шатунних болтів і поставити на місце нижню кришку шатуна, закріпивши її шатун.

Перед закінченням складання потрібно перевірити сумарний осьовий зазор між торцями шатунів та шатунної шийки колінчастого валу за допомогою щупа та остаточно затягнути болти шатунних підшипників динамометричним ключем. Після затягування кожної пари шатунних підшипників слід провертати колінчастий вал. Момент прокручування валу при правильно підібраних радіальних проміжках у підшипниках повинен бути не більше 100 Нм. Аналогічні операції необхідно провести при встановленні в циліндри інших поршнів з шатунами.

Схожі записи: