Реферат на тему цилиндро поршневая группа

Обновлено: 02.07.2024

В работе содержится 2 таблиц; 5 рисунки; 2 источника литературы.

Перечень ключевых слов , которые дают общее представление о содержании курсовой работы: субъективные и инструментальные методы диагностирования двигателей, расход масла на долив, состояние деталей цилиндропоршневой группы, возможные причины дефектов цилиндропоршневой группы.

Предметом исследования является цилиндропоршневая группа.

Целью курсовой работы является изучение диагностирования состояния деталей цилиндропоршневой группы двигателей ЯМЗ.

Ежегодное производство дизельных двигателей в мире достигает 12 млн. штук. Свыше 60 % - это дизельные двигатели автотракторного назначения. Этим и объясняется то большое внимание, которое уделяется совершенствованию этих двигателей.

На заводе ведётся постоянная работа по совершенствованию двигателей размерности DxS=130x140 мм в направлении повышения ресурса и безотказности в работе, снижения расхода топлива и масла. Ряд двигателей этого семейства уже сегодня по выбросу вредных веществ с отработавшими газами (ОГ) соответствует нормативам Евро-2, а в перспективе предусмотрено выполнение более жёстких норм Ев-ро-3. В приложении А приведены показатели основных автотракторных моделей двигателей ЯМЗ размерности DxS=130x140 мм.

Двигатели ЯМЗ нового семейства выпускаются в ОАО "Автодизель" мелкими сериями и только в наддувном варианте. Они охватывают диапазон мощности 305-537 кВт (415-730 л.с.). Ими оснащаются автосамосвалы БелАЗ, промышленные тракторы ЧЗПТ и тягачи МЗКТ.

Двигатели нового семейства по своим технико-экономическим показателям находятся на уровне лучших образцов моторостроительных фирм. Уже на стадии проектирования в них были заложены высокие требования к топливной экономичности, ресурсу и безотказности.

1. Методы диагностирования двигателей

Методы диагностирования двигателей, в равной степени как и других агрегатов транспортного средства, можно подразделить на две группы: субъективные и инструментальные. Последние методы могут быть, в свою очередь, подразделены на методы с использованием встроенных приборов в системе транспортного средства и методы с использованием внешних приборов (рис. 1).

Субъективные методы диагностирования основаны на анализе и систематизации внешних признаков работы двигателя. Так, по цвету отработавших газов, подтеканиям топлива, масла и охлаждающей жидкости, характеру шума и т.п. можно определить причину той или иной неисправности. Положительный фактор субъективных методов низкая трудоёмкость диагностирования без применения средств измерений (датчиков и измерительных приборов). Однако результаты диагностирования во многом зависят от квалификации обслуживающего персонала, т.е. чем опытнее водитель и механик, тем быстрее они смогут отыскать причину и устранить неисправность. К сожалению, до сих пор во многих эксплуатирующих организациях отсутствует надлежащий опыт, что порой приводит к необоснованным заменам агрегатов на двигателях или отправке их в капитальный ремонт и даже к авариям, которых можно было бы избежать. Чтобы компенсировать недостатки в опыте эксплуатации двигателей ЯМЗ, в экспериментальном цехе ОАО "Автодизель" разработана методика поиска неисправностей по их внешним проявлениям. Она создана на основе обобщения и анализа многолетнего опыта эксплуатации двигателей ЯМЗ в составе автомобилей и тракторов в базовых автохозяйствах ОАО "Автодизель" .

Рисунок 1- Структурная схема методов диагностирования двигателей

Инструментальные методы диагностирования являются наиболее объективными методами, т.к. при диагностировании применяются измерительные приборы, позволяющие количественно измерять диагностические параметры, а по их значениям оценивать техническое состояние двигателя.

Встроенными средствами диагностирования являются входящие в конструкцию автомобиля или трактора датчики, устройства измерения, микропроцессоры и устройства отображения диагностической информации (рис. 2).

Простейшие встроенные средства диагностирования реализуются в виде традиционных приборов на панели (щитке) перед водителем, позволяющих ему контролировать работу двигателя по температуре охлаждающей жидкости, давлению масла в главной магистрали, частоте вращения коленчатого вала, давлению наддувочного воздуха и т.п. Как показано на рис. 2, с помощью датчика (механического, гидравлического, пьезоэлектрического, индукционного и др.) воспринимается сигнал, отражающий диагностический параметр Б. От датчика сигнал в трансформированном виде Б' поступает в измерительное устройство, затем количественное значение диагностического параметра 8 выдаётся устройством отображения данных (стрелочный прибор, цифровая индикация и т.п.).

В автоматизированных системах диагностирования, применяемых на автомобилях ведущих мировых фирм, при помощи специального логического устройства, функционирующего на базе микропроцессора, выполняется автоматическая постановка, диагноза и выдаются рекомендации в нормативной форме о возможности дальнейшей Эксплуатации или необходимости проведения ремонтно-регулировочных операций и замен неисправных элементов.

Другим методом инструментального диагностирования является диагностирование с помощью внешних приборов (датчиков и измерителей), не входящих в конструкцию автомобиля или трактора. Этот метод диагностирования применяется для определения истинных значений диагностических параметров и контроля показаний штатных приборов автомобиля или трактора. В зависимости от устройства и технологического назначения внешние приборы могут быть стационарными или переносными. Стационарные приборы устанавливаются на специализированных участках, постах ТО и ремонта. Переносные приборы используются, как правило, при проведении диагностирования двигателей в составе автомобиля или трактора непосредственно в эксплуатационных условиях. С помощью переносных приборов измеряют давление, температуру, шумность, частоту вращения и другие параметры узлов и агрегатов двигателя.

Внешние приборы обеспечивают получение и обработку информации о техническом состоянии двигателя и уровне его эксплуатационных свойств, необходимой для управления выполнением ТО и ТР.

Следует отметить, что несмотря на широкое развитие методов инструментального диагностирования за последние годы, достоверная оценка состояния основных узлов двигателя, определяющих их надёжность и безотказность, пока невозможна. Практически до сих пор нет средств для полной оценки состояния подшипников коленчатого вала и шатуна, деталей ЦПГ и механизма газораспределения (МГР).

2. Распределение потока отказов двигателей

Как правило, больший поток отказов отмечается у деталей двигателей, подверженных высоким тепловым или механическим нагрузкам. К ним относятся детали, ограничивающие камеру сгорания и воспринимающие воздействие газовых сил. Условия работы деталей усугубляются также воздействием агрессивных газов, высокими линейными скоростями в парах трения, невозможностью гарантированно обеспечить гидродинамическую смазку в этих парах, знакопеременными нагрузками деталей и ухудшением условий работы масла в зонах высоких температур.

По статистическим данным ОАО "Автодизель", дефекты деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) составляют 65-70 % от всего количества дефектов, причём из них на дефекты деталей ЦПГ (поршня, гильзы и поршневых колец) приходится 20-25 % и остальное - на шатуны, коленчатый вал и подшипники коленчатого вала и шатуна.

При нарушении работоспособности одной из деталей КШМ двигателя выходят из строя и сопрягаемые детали, т.е. дефект редко бывает локальным и носит характер "цепной реакции". Например, при механическом повреждении и последующем повороте вкладыша коренного подшипника нарушается работоспособность коленчатого вала и блока цилиндров. Отсюда следует, что выход из строя деталей КШМ приводит к существенным затратам на восстановление двигателя из-за большого объёма сборочно-разборочных работ и высоких расходов на запасные части.

Следует отметить, что в данном разделе рассматриваются дефекты не только новых двигателей ЯМЗ, изготовленных в условиях ОАО "Автодизель", но и двигателей ЯМЗ, которые подвергались текущему и капитальному ремонту, т.е. учитываются факторы воздействия на качество двигателей со стороны работников эксплуатирующих и ремонтных организаций.

3. Цилиндропоршневая группа

Внешние проявления неисправностей деталей ЦПГ (поршни, гильзы и поршневые кольца) следующие:

- увеличение расхода масла на долив;

- ухудшение пусковых качеств двигателя;

- снижение мощностных и экономических показателей;

- увеличение расхода картерных газов;

- существенное ухудшение состояния картерного масла.

Диагностирование состояния деталей ЦПГ по указанным проявлениям достаточно затруднено, т.к. на них могут влиять неисправности других узлов и систем двигателя. Например, на пусковые качества двигателя наряду с износом и дефектами деталей ЦПГ могут влиять неисправности системы электрооборудования (аккумуляторных батарей, стартера, генератора) и разрегулировки топливной аппаратуры (увеличение угла опережения впрыска топлива, уменьшение пусковой подачи, снижение производительности подкачивающего насоса и др.). Поэтому при диагностировании деталей ЦПГ необходимо убедиться в исправности других узлов и систем двигателя, оказывающих влияние на работоспособность рассматриваемых деталей. Так, в случаях повышенного расхода масла на долив (выше 1,5 %) необходимо убедиться в отсутствии течи масла из двигателя и разгерметизации впускного тракта.

Расход масла на долив определяется по формуле, %:

где О_м и в_т соответственно расход масла на долив и топлива в литрах за определённый пробег двигателя.

На рис. 3 приведена зависимость расхода масла на долив от пробега для безнаддувных двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 при их работе в составе автомобилей МАЗ на междугородних перевозках грузов.

Диагностирование состояния деталей ЦПГ необходимо вести в три этапа: 1 - диагностирование до разборки двигателя; 2 - диагностирование после съёма головки цилиндров; 3 - диагностирование и оценка состояния деталей для выяснения причин дефекта и методов восстановления двигателя.

Рисунок 3 - Зависимость расхода масла на долив См от пробега в (для двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238): 1 - при удовлетворительной фильтрации воздуха; 2 - при разгерметизации впускного тракта; Gм = 1,5% - предельное значение расхода масла; S - неиспользованный ресурс двигателя при разгерметизации впускного тракта (при пылевом износе)

Все рассмотренные выше методы исследования относятся к методам субъективного диагностирования, наряду с которыми могут быть использованы также методы инструментального (приборного) диагностирования. Так, может быть замерено давление в конце такта Сжатия в цилиндрах двигателя. Оно определяется в абсолютных единицах с помощью компрессометра или в относительных единицах с помощью специальной аппаратуры, фиксирующей изменение силы гока в цепи стартера при прокрутке коленчатого вала в процессе последовательного отключения цилиндров двигателя.

Компрессометром замеряется давление сжатия при прокрутке коленчатого вала стартером или в режиме работы двигателя при минимальной частоте холостого хода. Последний вариант испытаний является более предпочтительным, т.к. точность измерения возрастает за счет поддержания определенного скоростного режима двигателя. Величина давления сжатия при nхх= 800 мин для двигателей ЯМЗ должна составлять

рс = 3,0-3,5 МПа (30-35 кг/см2)

Особое внимание следует обращать на разность давлений рс по цилиндрам. Это сравнение позволит определить цилиндр с дефектными детапями ЦПГ.

По замерам значений рс можно определить следующие дефекты деталей ЦПГ: прогар поршня, поломку компрессионного кольца, изношенность деталей, закоксовку колец, задиры поршней и негерметичность клапанов МГР. При указанных дефектах обычно значение рс в цилиндре бывает меньше 2,0-2,1 МПа (20-21 кг/см2).

Следующим этапом инструментальной диагностики является осмотр состояния неисправного цилиндра с помощью мотоскопа через отверстие в головке под форсунку. С помощью этого прибора можно определить состояние поршня (наличие разрушений), наличие задиров на поверхности гильзы, уровень износа гильзы по наличию ступеньки на поверхности в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ и наличие закоксовки колец по следам прорыва газов на гильзе. Здесь же можно оценить состояние клапанов, т.е. определить наличие трещин и прогаров, величину отложений на них. При наличии соответствующих расходомеров на двигателях можно определить расход картерных газов QКГ, который позволяет судить о состоянии деталей ЦПГ и МГР. На рис. 4 показана принципиальная схема расходомера фирмы AVL (Австрия).

Принцип работы расходомера АVL основан на том, что высота подъёма крыльчатки 4 в выходном патрубке ёмкости 1 будет пропорциональна расходу картерных газов двигателя, значение которого определяется по шкале 5.

По значению Qкг невозможно (так же как и по значению рс) однозначно оценить состояние деталей ЦПГ, т.к. значения изменяются в достаточно широком диапазоне как на новых, так и на изношенных двигателях. Однако установлено, что на двигателях ЯМЗ при значениях Qкг > 1.4 м3 /цил-ч имеют место дефекты деталей ЦПГ, указанные выше.

Дополнительную информацию о состоянии деталей ЦПГ можно получить с помощью физико-химического и спектрального анализов картерного масла.

После съёма головки необходимо провернуть коленчатый вал для проверки утопания поршней в положении ВМТ относительно верхнего бурта гильз (поверхность А на рис. 5). Чрезмерное утопание одного или нескольких поршней свидетельствует об изгибе шатуна в цилиндрах из-за дефектов, приведших к попаданию постороннего предмета или охлаждающей жидкости в камеру сгорания. Необходимо осмотреть днища поршней для того, чтобы определить, происходит ли контактирование поршней с клапанами (по отпечатку клапанов на днищах поршней), попадание постороннего предмета в камеру сгорания, есть ли обгорання и трещины на кромках камеры сгорания. На рабочих поверхностях гильз необходимо отметить возможные надиры, задиры и тёмные пятна, свидетельствующие о прорыве газов в камеру сгорания из-за зависания или поломки поршневых колец. Коррозия на зеркале гильз свидетельствует о попадании охлаждающей жидкости в цилиндры или о длительной стоянке неработающего двигателя, приведшей к конденсации паров жидкости на рабочих поверхностях гильз.

По величине "ступеньки" в зоне останова первого компрессионного кольца в ВМТ необходимо определить величину максимального износа гильзы Imax по диаметру D относительно верхней неработающей поверхности гильзы (поверхность В на рис. 5).

Допустимый износ гильзы по диаметру для двигателей ЯМЗ равен 0,20-0,25 мм. Замер износа гильзы в составе двигателя и после её извлечения из блока производится нутрометром.

Значительные твёрдые углеродистые отложения на днище поршня и огневой поверхности головки в отдельных цилиндрах являются признаком большого расхода масла в этих цилиндрах, вызванного чрезмерным износом деталей или закоксовыванием колец.

Далее необходимо внимательно осмотреть состояние прокладки головки цилиндров с целью определения мест возможных прогаров, прорывов газов из цилиндров или течи охлаждающей жидкости.

Наибольший объём информации о причинах выхода из строя деталей ЦПГ можно получить после разборки двигателя и анализа состояния деталей. Состояние деталей ЦПГ и возможные причины их дефектов приведены в приложении Б .

Особое внимание при эксплуатации двигателей необходимо обращать на состояние воздухоочистки, при нарушении которой преждевременно вырабатывается ресурс деталей ЦПГ. Особенно это актуально для нашей страны, т.к. запылённость воздуха на дорогах с бетонным и асфальтовым покрытием достигает 0,003г/м 3 , что в 5раз выше, чем на дорогах Западной Европы. Запылённость воздуха на грунтовыхдорогах России в десятки раз выше указанного значения. Кроме того, на многих моделях двигателей ЯМЗ до сих пор используютсявоздухоочистители устаревшей конструкции (инерционно-масляные), которые пропускают в двигатель пыль в 10-15 раз больше, чем воздухоочистители с картонными фильтрующими элементами (воздухоочистители сухого типа).

В заключение следует отметить, что детали ЦПГ будут работать безотказно на протяжении заявленного заводом-изготовителем ресурса, если будут обеспечены условия их работы, а именно: оптимальный тепловой режим (отсутствие перегрева деталей); удовлетворительная фильтрация воздуха; соответствие применяемых масел инструкции по эксплуатации двигателя; отсутствие возможности выхода из строя деталей узлов двигателя, обеспечивающих процессы наполнения цилиндров свежим зарядом и выпуска ОГ; обеспечение герметичности системы охлаждения, исключающее возможность попадания жидкости в цилиндры двигателя и др.

В данном курсовой работе были изучены методы диагностирования двигателей : субъективные и инструментальные. Инструментальные методы диагностирования являются наиболее объективными методами, т.к. при диагностировании применяются измерительные приборы, позволяющие количественно измерять диагностические параметры, а по их значениям оценивать техническое состояние двигателя. Так же изучены внешние проявления неисправностей деталей ЦПГ и сделан вывод, что диагностирование состояния деталей ЦПГ по указанным проявлениям достаточно затруднено, т.к. на них могут влиять неисправности других узлов и систем двигателя. Например, на пусковые качества двигателя наряду с износом и дефектами деталей ЦПГ могут влиять неисправности системы электрооборудования (аккумуляторных батарей, стартера, генератора) и разрегулировки топливной аппаратуры (увеличение угла опережения впрыска топлива, уменьшение пусковой подачи, снижение производительности подкачивающего насоса и др.). Поэтому при диагностировании деталей ЦПГ необходимо убедиться в исправности других узлов и систем двигателя, оказывающих влияние на работоспособность рассматриваемых деталей.

неисправность двигатель цилиндропоршневый дефект

Список используемой литературы

1. Б.С.Антропов "Поиск неиправностей двигателей КамАЗ".-Яр.:ЯПИ, 1994. – 150 с.

2. Б.С.Антропов "Обеспечение работоспособности автотракторных дизельных двигателей".-Яр.:ЯГТУ,2005. - 186 с.

Ремонт

Цилиндро поршневая группа двигателя

Поршни автомобиля можно образно сравнить с педалями велосипеда. Эти детали также прикреплены к рычагу, который циклично опускается и поднимается, будучи прикрепленным к горизонтально расположенной оси. Если велосипед приводится в движение мускульной силой ног человека, то на поршень воздействует расширяющиеся газы, которые воспламеняясь от искры или от чрезмерного давления внутри цилиндра, давят на эту деталь и заставляют рабочую ось совершать вращательные движения.

Наличие в автомобиле системы газораспределения и воспламенение газов позволяет максимально оптимизировать процесс сгорания топлива. По этой причине современные автомобили и мототехника обладают не только значительными показателями мощности, но и расходуют относительно небольшое количество горючего. Задача мастера не нарушить заданные инженерами зазоры и расположение деталей во время проведения сборочно-разборочных операций. Также нельзя допускать проникновения внутрь ЦПГ абразива. Пыль, песок и грязь, могут существенно сократить срок службы узла, поэтому так важно обеспечить надлежащие условия при выполнении ремонтных работ.

Расшифровка аббревиатуры ЦПГ — цилиндро поршневая группа. Подобное обозначение узла может часто встречаться в специальной литературе, поэтому рекомендуется изучить профессиональную терминологию, прежде чем приступать к самостоятельному ремонту двигателя внутреннего сгорания.

Из чего изготавливается ЦПГ

При изготовлении ЦПГ используются только прочные материалы, которые способны выдержать нагрузки, возникающие при сгорании топливно-воздушной смеси. Прежде всего, металл должен легко переносить тепловое воздействие. Внутри цилиндра температура расширяющихся газов может достигать 1000˚С. Изменение метрических параметров металла не должно быть слишком большим. Это необходимо для того, чтобы сохранялись рабочие зазоры между взаимодействующими деталями.

Износостойкость также является одной из важнейших характеристик элементов ЦПГ. Как правило, работа элементов цилиндро поршневой группы осуществляется в условиях масляного тумана. Стойкость к износу главных деталей, позволяет эксплуатировать двигатель при пробеге автомобиля 200 тыс. км. и более, но только при условии применения качественного моторного масла.

Наиболее часто изготовление элементов ЦПГ осуществляется из следующих материалов:

Чугун.
Алюминиевые сплавы.
Сталь.
Титан.

Для придания деталям ЦПГ определенных свойств их могут подвергать закалке, защитному напылению металлов, устойчивых к трению и коррозии.

Инженерам ведущих автоконцернов, при разработке новых металлических сплавов для ЦПГ, удалось получить легкие и прочные детали, замена которых требуется только при длительном использовании либо грубом нарушении правил эксплуатации.

Детали ЦПГ

К деталям, которые составляют цилиндро-поршневую группу, относятся:

Цилиндр.
Поршень.
Поршневой палец.
Поршневые кольца.
Стопорные кольца.

Цилиндр двигателя может представлять собой съемную конструкцию. Наиболее часто такая разновидность детали встречается в мототехнике, но некоторые двигатели автомобилей также оснащаются съемными гильзами, которые можно без особого труда выпрессовать и заменить новыми элементами.

Ресурс ЦПГ зависит не только от прочности материалов, из которых изготовлены детали, но и от качества смазки. Качественное масло создает надежную пленку на трущихся элементах, тем самым обеспечивая длительный период использования двигателя без необходимости проведения ремонта ЦПГ.

Поршень двигателя конструктивные особенности

Поршень двигателя должен иметь небольшую массу. Этот элемент совершает тысячи возвратно-поступательных движений в минуту, поэтому деталь не только должна идеально скользить вдоль стенок цилиндра, но и иметь минимальные значения инерции. Это качество особенно важно при преодолении поршнем верхних и нижних мертвых точек. Максимально возможное снижение массы поршня позволяет снизить эффект вибрации, существенно улучшить динамические показатели двигателя.

Даже качественно изготовленный поршень, установленный в цилиндр двигателя, не способен обеспечить достаточный уровень компрессии, поэтому на боковых поверхностях этого элемента имеются канавки для колец. В поршень также устанавливается прочная втулка, называемая пальцем, с помощью которой осуществляется надежная фиксация этого элемента в головке шатуна.

Поршневые кольца: виды и состав

Поршневые кольца являются обязательными элементами ЦПГ двигателя. От состояния этих деталей будет в значительной степени зависеть мощность двигателя, а также такие показатели как расход масла и цвет выхлопных газов. Для обеспечения нормальной работы цилиндропоршневой группы четырехтактного двигателя применяются следующие виды поршневых колец:

Компрессионные кольца применяются для предотвращения прорыва газа. Благодаря наличию этих элементов существенно повышается степень сжатия, поэтому увеличивается мощность при стандартном уровне потребления горючего.

Маслосъемные кольца снимают масляную пленку со стенок цилиндра при опускании поршня, тем самым предотвращая попадание смазки в камеру сгорания. Чрезмерный износ маслосъемных колец вызывает повышенный расход моторного масла. Кроме того, на поршнях, головке блока цилиндров и свечах может образовывать нагар, который оказывает негативное воздействие на качество работы двигателя.

Поршневые кольца должны обладать хорошей упругостью, минимальными показателями теплового расширения и устойчивостью к воздействию агрессивной среды. Учитывая эти требования, инженеры пытаются создать детали, обладающие уникальными свойствами. Для обеспечения продолжительной работы поршневых колец их изготавливают из упругих марок стали, а для защиты от влаги и химически активных веществ, изделия покрывают слоем хрома.

Система смазки цилиндров

Система смазки цилиндров кардинально отличается у двух- и четырехтактных двигателей. В автомобили устанавливаются четырехтактные силовые установки, поэтому подача масла в них осуществляется посредством нагнетающего механизма, приводимого в движение коленчатым валом. Непосредственная смазка цилиндров осуществляется разбрызгиванием масла из шатунных и коренных шеек коленчатого вала.

Маслосъемными кольцами снимаются излишки масла, но небольшая часть остается на стенках, поэтому компрессионные кольца не оказывают негативного воздействия на цилиндр даже при длительной эксплуатации.

В двухтактных двигателях, которые часто устанавливают на скутеры, культиваторы, а также бензоинструменты, смазывание цилиндров осуществляется маслом, добавляемым в бензин. Современные моторы этого типа оснащаются специальным дозирующим устройством, которое осуществляет впрыск смазки в бензин, но в устаревших моделях приходится вручную смешивать масло с топливом.

Охлаждение ЦПГ двигателя

Цилиндро-поршневая группа может иметь следующие разновидности охлаждения:

Особенности ЦПГ мотоцикла и мопеда

Среди преимуществ ЦПГ мотоциклов и мопедов следует отметить возможность ремонта при минимальных временных затратах. В таких транспортных средствах цилиндр крепится к картеру посредством шпилек, поэтому снять с двигателя изношенную деталь и установить новую ЦПГ не составляет большого труда.

Большая часть скутеров и мопедов оснащается двухтактными двигателями. Ремонт таких силовых установок более прост, за счет отсутствия клапанной системы газораспределения. Во многих случаях, для выполнения такой работы даже не требуется осуществлять демонтаж двигателя с рамы. Особенностью ЦПГ двухтактных двигателей заключается также в отсутствии маслосъемного кольца.

Четырехтактные двигатели также устанавливаются на мототехнику. Цилиндропоршневая группа тяжелых мотоциклов часто состоит более чем из одного цилиндра. Нередко эти элементы даже разведены в разные стороны для обеспечения более эффективного охлаждения, которое на этом виде техники может быть двух типов. Небольшие мотоциклы и скутера наиболее часто оснащаются цилиндрами с алюминиевыми ребрами, в которых снижение температуры ЦПГ осуществляется только за счет встречного потока воздуха.

Что такое ЦПГ в двигателе и принцип её работы

Цилиндропоршневая группа позволяет эффективно преобразовывать энергию сгорающего топлива в механическое движение. Поршень в такой системе движется, подобно пуле из патрона револьвера, за счет расширяющегося газа. Однонаправленное движение преобразуется во вращательное за счет использования шатунного механизма. Наглядно увидеть работу такой системы можно в паровозе или макетных установках, поясняющих принцип функционирования двигателя внутреннего сгорания. Паровой двигатель классической конструкции сейчас практически не используется, поэтому для понимания принципа моторов, работающих на углеводородном топливе достаточно изучить особенности двух- и четырехтактных силовых установок.

Работа в 4 такта

Преобразования тепловой энергии в механическую, в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, осуществляется следующим образом:

Поршень идет вниз и происходит наполнение цилиндра воздушно-топливной смесью (открыт только впускной клапан).
Поршень идет вверх. Происходит сжатие воздушно-топливной смеси (все клапаны закрыты).
Поршень идет вниз за счет расширения газов от воспламененной топливной смеси. Возгорание происходит сразу после прохождения поршнем верхней мертвой точки (все клапаны закрыты).
Поршень идет вверх, и происходит удаление отработанных газов (открыт выпускной клапан).

После прохождения 4 циклов процесс повторяется вновь.

Вне зависимости от количества цилиндров четырехтактного двигателя в каждом из них происходит смена режимов в последовательности, описанной выше, но не одновременно, а с определенным смещением по времени. Применение такого принципа позволяет обеспечить наиболее плавное движение коленвала.

Работа в 2 такта

Работа двухтактного двигателя намного проще четырехтактной системы. В таких устройствах преобразование энергии происходит следующим образом:

Поршень идет вниз посредством давления расширяющихся газов. При достижении поршнем уровня открытого окна (проема в цилиндре) отработанные газы удаляются. Втянутая отрицательным давлением в кривошипно-шатунную камеру воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр.
Поршень идет вверх и достигает верхней мертвой точки. Происходит возгорание топлива.

Особенностью двигателей этой конструкции является возможность завершения полного рабочего цикла за один оборот коленвала.

Особенности подборки и замены ЦПГ

Если появилась необходимость в приобретении новой цилиндропоршневой группы, то, учитывая немалую стоимость деталей, следует тщательно проверить изделия перед покупкой. Прежде всего, следует убедиться в том, что запчасть подходит к конкретной модели двигателя. Затем рекомендуется вскрыть упаковку и тщательно осмотреть детали ЦПГ. На изделиях не должно быть царапин, сколов и других механических повреждений. Следы ржавчины на гильзах цилиндра указывают на наличие ненадлежащих условий хранения, поэтому от такой покупки следует отказаться.

Желательно вооружиться точными весами и замерить массу поршней. Разница между изделиями не должна превышать 5 грамм. В противном случае, повышенный уровень вибрации будет обеспечен во время работы двигателя.

Если внешне осмотреть детали ЦПГ и взвесить поршни можно без особого труда, то определить некачественный металл обычному водителю очень непросто. По этой причине покупать цилиндропоршневую группу следует только в торговых организациях заслуживающих доверие.

Когда нужна замена цилиндро-поршневой группы ЦПГ

Стандартная ситуация замены цилиндропоршневой группы – это износ основных рабочих деталей. Сопровождаться данное явление будет следующими признаками:

Снижением мощности.
Повышенным расходом топлива и моторного масла.
Преждевременным выходом из строя свечей зажигания и/или форсунок.
Черным дымом из выхлопной трубы.

При наличии подобных технических неприятностей эксплуатация машина возможна, но эффективность работы двигателя внутреннего сгорания будет оставлять желать лучшего. Встречаются также ситуации, когда требуется экстренно заменить ЦПГ. Например, двигатель может заклинить в результате разрушения поршневых колец или стачивания пальцем стенки цилиндра в результате выхода стопора этой детали из канавки.

Если есть желание форсировать двигатель, то также можно приобрести и установить ЦПГ соответствующего типа. Монтаж больших по размеру цилиндров позволит без замены мотора существенно повысить мощность силового агрегата.

Цилиндро поршневая группа – определение износа, выбор, снятие и установка (видео)

Нестабильная работа двигателя внутреннего сгорания может быть вызвана неисправностью топливной системы, неправильной установкой момента зажигания и регулировкой газораспределительного механизма. Чтобы не потратить значительное количество времени на напрасный труд, следует убедиться в том, что ЦПГ на самом деле нуждается в замене.

Наиболее правильным способом определения износа цилиндропоршневой группы является измерение компрессии. Для выполнения этой работы достаточно выкрутить из цилиндра свечу зажигания и установить в отверстие трубку манометра. Затем следует прокрутить коленвал и зафиксировать максимальное значение давления. Если этот показатель существенно отличается от номинальных значений, то ЦПГ необходимо заменить.

Заметно увеличился расход моторного масла

Если масло приходится очень часто добавлять в двигатель, а видимых подтеков смазки под автомобилем не наблюдается, то для того чтобы убедить в том, что смазка расходуется по причине сгорания внутри цилиндра следует выкрутить свечу зажигания или форсунку и осмотреть деталь. При наличии значительно нагара на поверхности этих деталей, а также других признаков износа ЦПГ (снижение мощности, черный дым, расход топлива), потребуется разобрать двигатель и заменить изношенные поршни и цилиндры.

Тюнинг ЦПГ или стандарт

Если появляется необходимость в замене ЦПГ, то многие владельцы авто задумывают о том, чтобы вместо стандартных поршней и цилиндров установить детали большего объема. Увеличение литража двигателя повлечет за собой значительный прирост мощности, но у подобного подхода есть и существенные недостатки. Среди основных минусов установки тюнингованной ЦПГ следует отметить:

Цена модернизированных деталей выше.
Повышение рабочего объема двигателя приведет к увеличению расхода топлива.
Потребуется настройка карбюратора или системы прямого впрыска топлива.

Несмотря на наличие недостатков, тюнинг ЦПГ имеют один существенный плюс – значительный прирост мощности.

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень автомобиля эксплуатируется в условиях большого давления и высоких температур. Чтобы предупредить разрушение этой детали ее изготавливают из прочных, но легких металлических сплав.

Палец, служащий для соединения поршня с шатуном, также делают из стали с последующей цементацией и закалкой.

Замена ЦПГ

Если принято решение о замене цилиндропоршневой группы, то рекомендуется обратиться в специализированную мастерскую для проведения этой работы. При отсутствии опыта не следует осуществлять эту работу самостоятельно, кроме того, для снятия двигателя и его разборки может потребоваться специализированное оборудование и инструменты. При наличии опыта сложного ремонта ДВС, можно предпринять попытку восстановить силовые показатели мотора заменой ЦПГ.

Пошаговая последовательность замены цилиндропоршневой группы:

Установить автомобиль на смотровую яму.
Слить масло и охлаждающую жидкость.
Снять головку блока и навесное оборудование.
Снять поддон двигателя.
Открутить гайки шатунов.
Аккуратно выбить поршни с шатунами из цилиндров.
Снять гильзы цилиндров специальным съемником.
Установить новые гильзы, используя анаэробный клей фиксатор.
Установить новые поршни на шатуны, предварительно установив поршневые кольца.
Смазать вкладыши шатунов маслом.
Разместить шатуны на шейки коленвала и затянуть их рекомендованным моментом.
Установить новую прокладку головки цилиндров.
Установить головку блока цилиндров и затянуть резьбовые крепления.
Поставить поддон и прикрутить его к картеру двигателя.
Залить охлаждающую жидкость и масло.
Завести двигатель.

После замены ЦПГ, двигатель необходимо обкатать. При пробеге до 1000 км запрещено перегружать мотор, в том числе давать слишком большие обороты.

Цилиндропоршневая группа является важнейшей частью двигателя внутреннего сгорания, поэтому для обеспечения её сохранности важно при эксплуатации стараться не перегружать силовой агрегат, вовремя заливать только рекомендованные заводом-изготовителем сорта моторного масла, а также периодически менять топливный и воздушный фильтры.

Что такое ЦПГ? Цилиндро поршневой группой (далее ЦПГ) называют детали, составляющие основу всех моторов, с технологией внутреннего сгорания топлива. За счет этой группы, вращается коленчатый вал, от которого, вращение передается к ходовой части автомобиля, а от нее к ведущим колесам.

Детали ЦПГ

Из чего состоит? К ЦПГ относятся следующие детали мотора:

Поршни;
Гильзы (они же цилиндры);
Поршневые кольца;
Поршневые пальцы.

Принцип работы

Поршень двигается вниз и вверх внутри гильзы, передавая шейке коленчатого вала это движение через шатун. Шатун вращает коленвал, таким образом поступательное движение всех поршней переходит во вращательное. Коленчатый вал вращается, за счет работы ЦПГ.

Поршневые кольца (компрессионные) перекрывают зазор между поршнем и цилиндром (гильзой), препятствуя прорыву в картер газов и горючей смеси из камеры сгорания. Маслосъемные кольца, убирают со стенок гильзы излишки масла, чтобы оно не попадало в камеру сгорания и не горело там, вызывая появление сажи.

Обычно, каждый поршень имеет 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное, но это количество может меняться, в зависимости от конструкции мотора.

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Обычно, в шатуне палец запрессован, а поршень на нем качается. Но существуют моторы, где наоборот, палец в поршне стационарно сидит, а качается в шатуне.

Современные моторы могут иметь от одного цилиндра (двухтактные агрегаты мотоциклов, мопедов и т.д.) и до 16 – танковые моторы и моторы огромных тягачей (четырехтактные). Количество тактов – количество движений, за которые происходит полный цикл работы цилиндра.

Работа в 4 такта

ЦПГ четырехтактного мотора работает так:

Такт впуска. Поршень из ВМТ опускается в гильзе вниз, при этом открыт впускной клапан, происходит наполнение цилиндра воздухом и впрыск топлива;
Такт сжатия. Поршень достиг НМТ и начинается сжатие топливно-воздушной смеси, клапаны закрытые;
Такт расширения. Поршень максимально сжал смесь и достиг ВМТ, происходит поджог смеси, искрой от свечи. Взрыв топливной смеси толкает поршень вниз, клапаны по-прежнему закрытые;
Такт выброса. Поршень достиг НМТ, смесь уже выгорела, открывается выпускной клапан, отработанные газы выбрасываются в выпускной коллектор, движением поршня вверх. Как только поршень снова достигает ВМТ, начинается новый такт впуска.

Работа в 2 такта

В двухтактном моторе все это происходит за два цикла движения поршня.

Такт сжатия. Поршень идет вверх от НМТ к ВМТ. Горючее поступает через отверстия для продувки, затем поршнем они перекрываются. Дальнейшее продвижение вверх перекрывает выпускные каналы, через которые происходит выхлоп отработавших газов. Поршень подходит к ВМТ, создав давление смеси в пространстве над ним, называемом камерой сгорания.
Такт расширения. Происходит воспламенение смеси, энергия взрыва толкает поршень, заставляя его двигаться вниз. При этом, сначала открываются отверстия для сброса отработавших газов, затем продувка и наполнение камеры новой порцией топлива. После чего, цикл повторяется.

Из чего изготавливается

Рассмотрим материалы деталей ЦПГ. Все материалы для ЦПГ должны иметь высокую прочность, отличную теплопроводность, незначительно расширяться при нагреве и иметь антифрикционные свойства. Иметь повышенное сопротивление появлению ржавчины.

Гильзы выполняют из чугуна или специальной стали с присадками, чтобы деталь выдержала высокую нагрузку.

Поршни изначально делали чугунные, но с развитием технологий, стали производить алюминиевые. В современных моторах применяются сборные стальные поршни, особенно в дизелях. В экспериментальных моторах, тестируют керамические поршни, но пока в производстве керамика применяется только как напыление на поршнях.

Поршневые пальцы выполнены из легированной либо углеродистой стали, обработаны цементацией и закалены. Если напильник оставляет на пальце царапины, это бракованные (не каленые) пальцы, их нельзя устанавливать, это приведет к поломке ЦПГ.

Подводя итоги скажу, на каких моторах есть ЦПГ. Эта группа присутствует на всех агрегатах, работающих по принципу внутреннего сгорания топлива. Не зависимо от того, дизельный агрегат, бензиновый либо газовый. Благодаря удобству и относительной простоте исполнения, надежности и долговечности, а так же безопасности для человека (кроме экологичности), моторы с ЦПГ широко применяются во всем мире, даже в косилках и бензопилах. Электрические моторы ЦПГ не имеют, они работают по другому принципу.

В статье подробно рассмотрены ключевые детали автомобильного двигателя – поршень и цилиндр. Уделено внимание их конструкции, функциям, условиям работы, возможным проблемам при эксплуатации и путям их решения.

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.

Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

Головку (днище)
Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
Направляющую часть (юбку)

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.

Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными двигателями, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре "поршень-цилиндр" существенно снижаются.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.

Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре "поршень-цилиндр", но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.

Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
Посадочные места под гильзу деформируются
Днища поршней оплавляются и прогорают
Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
На теле поршней возникают различные повреждения
Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. Все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.

Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
Регулярно проводить диагностику автомобиля
Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Читайте также: