Замена колец lada 21063 (ваз 21063)

Поршневая ВАЗ. Поршень.

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 реализуемы. Вот некоторые требования, которым должна соответствовать эта деталь:

— температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С;

— после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. 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;

— зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.

— изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более стопятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

рис. Конструкция поршня

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

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. Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23». На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76мм , модели 21083 и 2110 — 82мм. Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

рис. Вид днища поршней ВАЗ

Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

«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 0,01-0,015мм. 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 разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции , основанных на новых научных разработках.

рис. Форма поршня при нагреве

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.

По результатам фактического замера отверстия под поршневой палец, поршням присваивается одна из трех категорий(1-я, 2-я, 3-я). Разница в размерах для категорий составляет — 0,004мм. Номер категории клеймится на днище. Для обеспечения необходимого зазора, поршневые пальцы, по наружному диаметру подразделяются на три класса. Отличие в размерах составляет — 0,004 мм. Маркировка класса производится краской по торцу пальца: синий цвет — первый класс, зеленый — второй, красный — третий класс. При сборке, поршню первой категории должен подбираться палец первого класса и т.д.

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. Возростающие силы трения препятствуют повороту поршня на пальце. При таких условиях поворот может происходит скачкообразно, со стуком о стенку цилиндра.

рис. Силы действующие на поршень.

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.

рис. Применяемость. Поршни 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 0.5-1.0мм. 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. Отливка в кокиль – специальную форму, является более распространенным способом. Другой способ — горячая штамповка(ковка). После этапов механической обработки, изделие подвергают термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для снятия остаточных напряжений в металле. 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.

Давление рабочих газов, после воспламенения топливной смеси превышает 60 кг./см2, что создает осевую нагрузку более 3000 кг. и боковую нагрузку до 250 кг. Высокая температура вносит свою лепту в ускорение процесса разрушения, когда требуется замена поршня ВАЗ 2106.

Ремонт поршневой: на что следует обратить внимание

Современные материалы и технологии изготовления деталей позволяют эксплуатировать двигатель в очень напряженных режимах. Максимальная частота вращения коленчатого вала достигает ста оборотов в секунду. Поршень с шатуном при этом  дважды за каждый оборот (двести раз в секунду) достигают скорости поступательного движения  до 30 м./сек.  и столько же раз полностью останавливаются, вызывая огромные циклические инерционные нагрузки (вес при таком ускорении увеличивается более чем в тысячу раз). Поэтому технологи стараются максимально облегчить поршень, изготавливают его из алюминиевого сплава с залитой стальной пластиной, компенсирующей тепловые деформации. Поршень имеет ребра жесткости и твердое анодирование, до огневого пояса, что предохраняет от прогорания днище и канавку верхнего компрессионного кольца. Трение уменьшается самыми прогрессивными марками масел с присадками. Но избежать износа невозможно, поэтому периодически, после определенного пробега производится замена поршневой ВАЗ 2106. Лучше делать это при появлении первых симптомов:

  • повышенный расход масла;
  • снижение компрессии;
  • уменьшение тяги.

Эксплуатация автомобиля с проявлениями износа, может привести к таким повреждениям, которые потребуют капитального ремонта, отчего многократно возрастет цена.

Как демонтировать поршневую самостоятельно

В первую очередь необходимо тщательно вымыть двигатель, так как после разборки сложно будет предотвратить попадание песчинок и грязи внутрь. Двигатель нужно положить на прочный стеллаж высотой удобной для работы. Подготовить ветошь, набор инструментов и приспособлений:

  • торцевые, накидные  ключи и головки10 мм.,12 мм.,13 мм.,14 мм.,17 мм.,19 мм.,22 мм., и ключ36 мм.;
  • набор тонких плоских щупов;
  • нутромер;
  • микрометр;
  • штангенциркуль;
  • динамометрический ключ;
  • приспособление для сжатия колец на поршне;
  • втулка для установки поршневых пальцев;
  • газовая горелка;
  • молоток;
  • керн;
  • переносная лампа;
  • большая плоская отвертка.

Совет: Перед разборкой своими руками керном помечаются все детали, и делается фото начального расположения с номерами и метками съемных деталей для возможности установки на свое место в случае их пригодности.

Последовательность разборки

Итак:

  • Двигатель со снятыми головкой, поддоном и боковыми крышками ложится на бок для возможности доступа к поршням и шатунам. Гаечным ключом36 мм. коленчатый вал проворачивается в положение максимального выдвижения гаек пары шатунов.
  • Головкой и длинным воротком нужно открутить по две гайки, крепящие крышку шатуна первого и четвертого цилиндров, можно любого, но более правильно соблюдать выбранную последовательность. Легким постукиванием молотка крышка сдвигается с места, что позволит без усилий ее снять со шпилек. Желательно предварительно с этапами работы познакомиться по видео.

Совет: Крышки и шатуны составляют пару, при их изготовлении окончательная расточка посадочного отверстия производится в собранном виде, поэтому они метятся номером цилиндра и не могут заменяться. Нужно следить, чтобы номера при сборке совпадали и были направлены в одну сторону.

  • Деревянной рукояткой молотка, упираясь в шпильку, шатун с поршнем выталкивается наружу через верхнюю плоскость блока цилиндров. Коленчатый вал проворачивается в положение максимального выдвижения гаек двух других шатунов. Аналогично разбираются все четыре поршня. Раскручиваются коренные подшипники, и снимается коленчатый вал для визуального осмотра.

Внимание: Крышки коренных подшипников имеют обозначение рисками, очень важно ставить их только на свое место, так как они не взаимозаменяемы, этого требует технология расточки и инструкция сборки.

  • Снимаются вкладыши с шатунов и крышек. При ремонте ВАЗ 2106 замена поршневых колец производится, начиная с верхнего компрессионного, последовательно снимаются все кольца с поршней, втулкой выбиваются поршневые пальцы. Если есть возможность, лучше воспользоваться прессом. Детали, блок промываются керосином, обдуваются сжатым воздухом, каналы охлаждения и смазки продуваются.
  • Шлифованные поверхности протираются и проверяются на наличие повреждений. Для осмотра используется переносная лампа, меняя угол освещения удобно рассмотреть мелкие царапины. Трещины не допускаются, при их обнаружении придется заменять детали с браком, в том числе и блок.
  • Измерение износа производится нутромером в четырех плоскостях, расположенных от верхней плоскости на расстоянии 5мм., 15 мм., 50 мм. и 90 мм. В каждой плоскости производится два замера в перпендикулярных направлениях.
  • В зоне первой плоскости цилиндр практически не изнашивается, поэтому разница размеров покажет степень износа. Если износ превышает 0, 15 мм., или на стенках цилиндров имеется выработка или царапины, блок необходимо расточить до их полного удаления и довести до нужного размера и класса чистоты хонингованием.

Когда необходима замена поршней на ВАЗ 2106 расточка цилиндров производится в один из пяти стандартизованных размеров, определяющих класс точности, обозначаемых латинскими буквами:

  • A   79,00-79,01 мм.;
  • B   79,01-79,02 мм.;
  • C   79,02-79,03 мм.;
  • D   79,03-79,04 мм.;
  • E   79,04-79,05 мм.

После расточки цилиндров определяется размер подходящих ремонтных

  • Юбка поршня имеет овальную форму, а по высоте коническую к верху, поэтому точный замер получится только на линии перпендикулярной оси пальца на уровне52,4 мм. от поверхности днища.
  • Гарантированный зазор, когда производится замена поршней ВАЗ 2106, в цилиндрах должен быть 0,05-0,07 мм., что достигается хонингованием. Выполнить эту операцию могут только профессионалы в мастерских, имеющих точный расточный станок и специальную оснастку.
  • Шатуны и крышки не должны иметь рисок, задиров, если вкладыш провернуло, шатун станет непригодным, его нужно будет заменить. Если коленчатый вал не нужно перешлифовывать, в шатуны вставляются номинальные вкладыши. Если шейки нужно шлифовать, ставятся ремонтные вкладыши в зависимости от уменьшения диаметра шейки коленчатого вала на 0,25 мм.,0,50 мм.,0,75 мм. и1,00 мм. Шатунные вкладыши одного размера взаимозаменяемы.

Подбор деталей одного размера, их совмещение

Выбирая поршневой палец, нужно руководствоваться цветными метками на торце пальцев, обозначающими три категории с разницей диаметров в четыре микрона:

  • Синяя      21,970-21,974 мм.;
  • Зеленая    21,974-21,978 мм.;
  • Красная   21,978-21,982 мм.

Поршневой палец смазывается моторным маслом и должен входить в отверстие бобышки поршня от небольшого усилия пальцев, и не должен выпадать под действием собственного веса. Если палец третьей категории выпадает, нужно заменить поршень. Подобранные поршни должны отличаться по весу не более чем на 2,5 грамма. Масса обычно указывается на днище. При необходимости, можно подгонять вес, протачивая поршень в местах, указанных стрелками. Глубина проточки, при этом, не должна превышать 4,50 мм. от номинала 59,4 мм.

  • Когда поршни шатуны и пальцы подобраны и проверены, можно их собирать. Для этого головка шатуна нагревается газовой горелкой до  240 0С, (до темно малинового цвета), на шатун надевается поршень, палец вставляется оправкой. Нужно запрессовывать очень быстро и точно, так как после остывания шатуна палец сдвинуть очень сложно. Оправка и палец должны быть подготовлены, лежать в удобном месте.

Совет: В случае непредвиденной задержки, например случайное выпадение пальца, лучше повторить нагревание.

  • После остывания шатуна нужно приспособлением с упором и индикатором проверить прочность установки пальца, он должен оставаться неподвижным при воздействии нагрузки в 4000 ньютон. Если индикатор зафиксирует сдвиг, придется ставить другой шатун с меньшим отверстием.
  • Чтобы определить, нужна ли замена поршневых колец ВАЗ 2106, кольца проверяются на пригодность по зазору в замке, он не должен превышать 0,45 мм., для этого кольцо вставляется в цилиндр на глубину около 50 мм., для избегания перекоса можно воспользоваться поршнем, и щупом замеряется зазор замка. Если зазор меньше 0,25 мм., нужно стыковые грани спилить болгаркой, если больше допустимого размера, нужно поменять кольца.

Посадка колец в канавки тоже должна иметь определенный зазор, который проверяется щупом:

  • Верхнее компрессионное кольцо         45-80 мкм.;
  • Второе компрессионное                            25-60 мкм.;
  • Маслосъемное кольцо                               20-55 мкм.

В поршнях конструктивно решен вопрос плавного перехода в.м.т. путем смещения отверстия под палец на 1,2 мм. относительно оси симметрии вперед по движению. Поэтому на поршнях ставится метка, стрелка или буква «П», которая определяет сторону, которая должна направляться при сборке вперед.

Установка поршней и крепление шатунов

Итак:

  • На поршнях последовательно устанавливаются маслосъемное, второе и первое компрессионные кольца. Замена поршневых колец на ВАЗ 2106 требует особого внимания, так как чугунные кольца очень хрупкие и небольшая ошибка при разжимании может привести к поломке. Кольца поворачиваются стороной с меткой «Верх» или фаской в сторону днища, выжимаются на огневой пояс, затем проталкиваются к своей проточке.
  • Кольца при этом практически не разжимаются, а только обеспечивается возможность перемещения по поверхности поршня. Замок первого кольца поворачивается на тридцать градусов от оси пальца, остальные кольца ставятся с расположением замков под 120 градусов относительно друг друга. Такое расположение обеспечит равномерность износа стенок цилиндров. Поршни и вкладыши смазываются машинным маслом, кольца стягиваются оправкой, поршни поочередно вставляются в соответствующие цилиндры. Шатуны поворачиваются меткой вперед и одеваются на шейки коленчатого вала.
  • В крышки шатунов вставляются вкладыши выступом в паз, смазываются и крышки одеваются на шпильки своих (по меткам) шатунов. Гайки наживляются и закручиваются динамометрическим ключом с одинаковым усилием 12,7 Н/м. Так производится замена поршневой группы ВАЗ 2106.

Совет: Номера на шатунах и крышках должны располагаться с одной стороны.

Выполнить замену поршневой самостоятельно вполне возможно, нужно только очень внимательно следовать требуемой последовательности.

Источники

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.