цпг в авто что это
Цилиндро поршневая группа
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:
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:
Работа в 2 такта
В двухтактном моторе все это происходит за два цикла движения поршня.
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 кольца изготавливают из серого чугуна высокой прочности, с добавками молибдена, хрома, вольфрама или никеля. Добавки обеспечивают лучшую «приработку» деталей, повышая их износостойкость и устойчивость к сильному нагреву.
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.
Замена цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя.
Иногда возникает необходимость замены цилиндро-поршневой группы. В этой статье описан порядок действий по ее замене.
Когда нужна замена цилиндро-поршневой группы(ЦПГ)?
Замена нужна в случае серьезного повреждения гильз и поршней, вызванных лопнувшими кольцами, заклинивания мотора, износа цилиндров, сточенных до размеров последнего ремонта, или для форсирования двигателя. ЦПГ включает в себя гильзы цилиндров, поршни, поршневые пальцы, и поршневые кольца. 
Особенности подборки и замены ЦПГ.
Приобретая комплект ЦПГ(иногда он называется гильзо-поршневая группа), не забудьте взвесить все поршни и шатуны. Если вы меняете шатуны, взвесьте новые, если нет, взвесьте старые. Разница в весе пары поршень-шатун для любого цилиндра не должна превышать 3-5 грамм. При разнице 10-15 грамм двигатель будет трястись во время работы. Разница в 20 и больше грамм будет сокращать ресурс мотора. Возможно удастся компенсировать разницу в весе используя более тяжелые шатуны с самыми легкими поршнями, и самые легкие шатуны с самыми тяжелыми поршнями.
Удобней менять ЦПГ на снятом двигателе. Замена ЦПГ на двигателе, установленном на автомобиле возможна лишь на моторах, в которых вставные гильзы можно просто выбить.
Замена ЦПГ
Для того, чтобы заменить ЦПГ, сделайте следующее:
1) Закатите автомобиль на яму. Можно делать и лежа под автомобилем, но неудобно.
2) Отключите и уберите аккумулятор.
3) Слейте масло и охлаждающую жидкость.
4) Если есть возможность снять двигатель, снимите и положите на моторный стол. Если нет, придется все делать на автомобиле.
5) Отсоедините все навесные узлы, карбюратор, коллекторы, гидроусилитель руля, инжектор.
6) Снимите головку блока цилиндров.
7) Снимите масляный поддон двигателя.
8) Открутите гайки бугелей шатунов, и снимите бугеля.
9) Осторожно постукивая рукояткой молотка, выбейте все поршни.
10) Положите вынутые поршни в керосин. Если вместе с ЦПГ меняете и шатуны, эта операция не нужна.
11) Подберите по весу поршень, палец и шатун для каждого цилиндра.
12) Специальным съемником извлеките гильзы из блока цилиндров.
13) Запрессуйте новые гильзы. В зависимости от модели двигателя могут понадобиться дополнительные действия. За подробностями обратитесь к инструкции по ремонту вашего автомобиля.
14) Соберите поршни и шатуны, закрутив гайки бугелей. Снова взвесьте их. Если разница больше 3-5 грамм, придется стачивать лишнее, пока вес не придет в норму. После этого пометьте гайки и бугеля и снимите их.
15) Оденьте на поршни поршневые кольца. Старайтесь не сломать их. Кольца должны подходить по размеру. Зазор установленного в гильзу кольца должен быть в пределах 0,2-0,9 мм.
16) С помощью оправки вставьте поршни в блок цилиндров, соблюдая направление. Чтобы выемки на поршнях совпадали с клапанами.
17) Очистите постели шатунов и вкладыши. Смажьте вкладыши маслом, и установите их в постели.
18) Оденьте шатуны на коленчатый вал.
19) Очистите бугеля и вкладыши, смажьте вкладыши маслом, и установите в бугеля.
20) Оденьте бугеля каждый на свой шатун, и затяните.
21) Очистите привалочную поверхность блока цилиндров и головки блока цилиндров.
22) Поставьте новую прокладку головки блока цилиндров.
23) Установите и затяните головку блока цилиндров.
24) Установите и затяните прокладку и масляный поддон двигателя.
25) Поставьте и подключите все навесное оборудование.
26) Залейте охлаждающую жидкость и масло.
27) Поставьте аккумулятор.
28) Заведите двигатель и обкатайте на холостых оборотах в течение восьми — десяти часов.
29) Обкатайте автомобиль в движении.
Заменить ЦПГ сможет любой водитель. В этой статье описан порядок действий по замене, и некоторые секреты, которые позволят хорошо отремонтировать мотор.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Цпг что это такое в машине
Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ)
Цилиндропоршневая группа двигателя внутреннего сгорания (ЦПГ) — поршень с компрессионными и маслосъемными кольцами, которые называются поршневыми кольцами, а также гильза цилиндра. Кольца установлены в специальные канавки на поршне. Именно поршневые кольца вступают в контакт с рабочей поверхностью цилиндра, а точнее с гильзой.
В процессе работы двигателя поршень с установленными кольцами совершает возвратно-поступательные движения внутри гильзы, в результате чего рабочая поверхность гильзы (зеркало цилиндра) подвергается постепенному износу. Также износу подвержены и сами компрессионные и маслосъемные кольца.
От состояния цилиндро-поршневой группы напрямую зависят важнейшие показатели, необходимые для стабильной работы двигателя внутреннего сгорания. Состояние ЦПГ влияет на показатель компрессии (давления) в цилиндрах ДВС. Необходимая компрессия бензинового и дизельного мотора обеспечивает уверенный холодный и горячий запуск двигателя, его мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.
От исправности и состояния ЦПГ также зависит расход топлива и моторного масла, а также продолжительность срока службы двигателя до его капитального ремонта. Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя подразумевает замену маслосъемных и компрессионных колец, расточку блока цилиндров, установку новых поршней и шатунов, гильзовку блока цилиндров.
Цилиндр и поршень: что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?
Цилиндр и поршень – ключевые детали любого ДВС. 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 ДВС.
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:
Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных ДВС 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.
С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.
Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие 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 ДВС, 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.
Из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем) производятся сегодня поршневые кольца – части ЦПГ, которые наиболее подвержены износу и деформациям.
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.
Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.
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 при температуре, достигающей +2000 °С, 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:
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.
Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывала свой ресурс полностью, рекомендуется:
Раскоксовка двигателя (ЦПГ) и замена масла — Ford Focus Hatchback, 2.0 л., 2007 года на DRIVE2
Очень долго созревал на эту процедуру, многие отговаривали, пугали, и т.п.Кто то наоборот советовал.Перечитал всю ветку ФФклуба на эту тему, почти у всех были улучшения, у кого то значительные, у кого то не очень, у кого то почти без изменений, и только один человек получил ещё больший расход масла.Причиной, по которой я решил этим заняться-была бесячая детонация двигателя, которая довольно часто прослушивалась в диапазоне 2000-3000 об/мин.У многих такая проблема, и кто как с ней не боролся, но самым действенным была раскоксовка или замена колец.Сначала пробовал лить 98 бензин на различных заправках, чистил всевозможные датчики, менял свечи-всё безрезультатно.Ну и в итоге пришёл к раскоксовке цилиндро-поршневой группы.
Заказал в Экзисте средство LAVR ML-202,новое масло с фильтром и поехал в бокс, кот орый мне любезно предоставил во временное пользование один мой хороший товарищ.На горячем двигателе выкрутил свечи, залил в каждый цилиндр по 45 мл Лавра, закрутил свечи и оставил авто на 10 часов.
Жидкость уже залита
Свечи наживлены и колодцы прикрыты тряпкой
Вернувшись вечером, выкрутили свечи(в двух цилиндрах жидкость ушла полностью, а в остальных двух ушло по 25 мл), просушили цилиндры, поставили свечи на место и стали пытаться завести двигатель.С трудом, секунд через 30 двигатель завёлся))Поработал 5 минут, дымя из выхлопной, потом был заглушен, после чего в масло был залит очиститель масляной системы.
Льём промывку 5 минутную.
С промывкой поработал ещё 6 минут, после чего машину подняли на подъёмнике, слили масло(было очень чёрное), залили халявное Шелл Хеликс Ультра(Лёха, спасибо), мотор поработал на нём 20 минут, с периодическими перегазовками и масло было слито(тоже довольно чёрное).
Сливаем старое масло с промывкой
В конце концов был заменён масляный фильтр и залито Фордовское масло.
Заливаем Фордовскую Формулу
Вот и вся раскоксовка.По результатам могу сказать, что детонация пропала, улучшилась динамика на низких оборотах(на высоких иногда казалось, что даже ухудшилась, но потом понял, что глючит).Трогаться стало очень приятно, пропали рывки при трогании и переключении.По расходу пока не пойму, но меньше вроде не стало.Вот.
Вообщем будем наблюдать за движком.Главное, чтобы не было хуже)))Народ до сих пор пугает, что у меня там уже всё провернуло внутри и задиры на цилиндрах)))Но я слишком серьёзно подошёл к этому вопросу, поэтому такие вещи исключаю.Думаю, всё будет гуд!Надо померить компрессию и станет понятно, что да как)Всем МИРА и Удачи!Отдельное спасибо за помощь Лёхе 3KotaVTanke
Закрепили сзади часть термозащиты, прогнило крепление.
Вот тут и происходили все действия)
Цена вопроса: 1 500 ₽ Пробег: 145185 км
Page 2
Очень долго созревал на эту процедуру, многие отговаривали, пугали, и т.п.Кто то наоборот советовал.Перечитал всю ветку ФФклуба на эту тему, почти у всех были улучшения, у кого то значительные, у кого то не очень, у кого то почти без изменений, и только один человек получил ещё больший расход масла.Причиной, по которой я решил этим заняться-была бесячая детонация двигателя, которая довольно часто прослушивалась в диапазоне 2000-3000 об/мин.У многих такая проблема, и кто как с ней не боролся, но самым действенным была раскоксовка или замена колец.Сначала пробовал лить 98 бензин на различных заправках, чистил всевозможные датчики, менял свечи-всё безрезультатно.Ну и в итоге пришёл к раскоксовке цилиндро-поршневой группы.
Заказал в Экзисте средство LAVR ML-202,новое масло с фильтром и поехал в бокс, кот орый мне любезно предоставил во временное пользование один мой хороший товарищ.На горячем двигателе выкрутил свечи, залил в каждый цилиндр по 45 мл Лавра, закрутил свечи и оставил авто на 10 часов.
Жидкость уже залита
Свечи наживлены и колодцы прикрыты тряпкой
Вернувшись вечером, выкрутили свечи(в двух цилиндрах жидкость ушла полностью, а в остальных двух ушло по 25 мл), просушили цилиндры, поставили свечи на место и стали пытаться завести двигатель.С трудом, секунд через 30 двигатель завёлся))Поработал 5 минут, дымя из выхлопной, потом был заглушен, после чего в масло был залит очиститель масляной системы.
Льём промывку 5 минутную.
С промывкой поработал ещё 6 минут, после чего машину подняли на подъёмнике, слили масло(было очень чёрное), залили халявное Шелл Хеликс Ультра(Лёха, спасибо), мотор поработал на нём 20 минут, с периодическими перегазовками и масло было слито(тоже довольно чёрное).
Сливаем старое масло с промывкой
В конце концов был заменён масляный фильтр и залито Фордовское масло.
Заливаем Фордовскую Формулу
Вот и вся раскоксовка.По результатам могу сказать, что детонация пропала, улучшилась динамика на низких оборотах(на высоких иногда казалось, что даже ухудшилась, но потом понял, что глючит).Трогаться стало очень приятно, пропали рывки при трогании и переключении.По расходу пока не пойму, но меньше вроде не стало.Вот.
Вообщем будем наблюдать за движком.Главное, чтобы не было хуже)))Народ до сих пор пугает, что у меня там уже всё провернуло внутри и задиры на цилиндрах)))Но я слишком серьёзно подошёл к этому вопросу, поэтому такие вещи исключаю.Думаю, всё будет гуд!Надо померить компрессию и станет понятно, что да как)Всем МИРА и Удачи!Отдельное спасибо за помощь Лёхе 3KotaVTanke
Закрепили сзади часть термозащиты, прогнило крепление.
Вот тут и происходили все действия)
Цена вопроса: 1 500 ₽ Пробег: 145185 км
Как работает поршень двигателя внутреннего сгорания?
В цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) происходит один из основных процессов, благодаря чему двигатель внутреннего сгорания функционирует: выделение энергии в результате сжигания топливовоздушной смеси, которая впоследствии преобразуется в механическое действие – вращение коленвала. Основной рабочий компонент ЦПГ — поршень. Благодаря ему создаются необходимые для сгорания смеси условия. Поршень — первый компонент, участвующий в преобразовании получаемой энергии.
Поршень двигателя имеет цилиндрическую форму. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения и выполняет две функции.
Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?
Устройство детали включает в себя три составляющие:
Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.
Днище
Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.
Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.
В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.
В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.
В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.
Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.
Уплотняющая часть
Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать причиной их разрушения. 
Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.
Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.
В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.
Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.
Вас также заинтересует:
Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.
Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.
Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.
Типы поршней
В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.
Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.
В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.
Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.
Материалы изготовления
В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.
Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).
Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.
Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:
Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.
Видео: Принцип работы поршня двигателя. Устройство
Для оценки текущего состояния (степени износа «железа») цилиндропоршневой группы (ЦПГ) бензинового или дизельного двигателя в наше время применяют четыре метода «механической» диагностики:
1. Оценка состояния ЦПГ по расходу картерных газов. Этот метод имеет недостаточную точность, обусловленную влиянием утечек газов через сальниковые уплотнения. Свести к минимуму влияние утечек возможно лишь при принудительном отсасывании газов из картера для обеспечения в нем атмосферного давления при измерении расхода, что весьма трудоемко. На показания индикатора влияет также уровень вибрации ДВС.Кроме того, данный метод не позволяет выявить отдельный неисправный цилиндр и, тем более, определить первопричины снижения работоспособности ЦПГ, а к утечкам через клапан вообще нечувствителен. По этим причинам устройство КИ-13761 вполне справедливо было названо индикатором.
2. Диагностика ЦПГ при помощи пневмотестера, позволяет оценить величину утечек из камеры сгорания при полностью закрытых клапанах.
Этот метод позволяет выявлять конкретный неисправный цилиндр. Поршень проверяемого цилиндра, выставляется при медленном прокручивании коленвала на рабочий такт сжатия или расширения (при перекрытых клапанах). В цилиндр подается сжатый воздух и по разнице показаниях на манометрах (на входе в камеру сгорания и в самой камере сгорания) оценивается пневмоплотность цилиндра. Данный метод может быть реализован только в стационарных условиях при наличии источника сжатого воздуха (компрессора).Недостатки метода: необходимо выставить поршень хотя бы в две позиции — на середине и в конце такта сжатия. Технически проделать эту операцию довольно сложно, особенно если двигатель оснащен АКПП. Во-вторых, при проверке последних цилиндров мы получим худшие результаты, в следствие утечки к моменту проверки части масла в картер. В-третьих, достоверно можно оценить только утечки в клапанах по повышенной интенсивности падения давления и наличию «свиста» во впускном или выпускном коллекторах. О состоянии колец или износе гильзы этот метод достоверно не указывает.
3. Замер компрессии.
Это самый популярный метод диагностики среди автомехаников. Положительные качества его очевидны — простота, доступность, универсальность. Однако этот метод позволяет лишь определить наличие или отсутствие компрессии в цилиндре. Одним замером практически невозможно определить откуда происходят утечки давления связано это с не герметичностью клапанов или виноваты компрессионные кольца. Приходится производить два замера компрессии по цилиндру с закрытой и полностью открытой дроссельной заслонкой или добавлять 3-5 мл масла для усиления масляного клина в сопряжении компрессионное кольцо — гильза. Кроме того, на показатели компрессии влияют пусковые обороты коленчатого вала и температура. При разряженном аккумуляторе потеря компрессии составляет в среднем 1-2 атмосферы. Помимо этого, на показатели компрессии изношенной ЦПГ сильно влияет излишнее количество масла или топлива и цилиндре, сопротивление во впускном патрубке, температура масла паразитный объем переходного устройства и т.д. В самом щадящем варианте методическая погрешность оценки ЦПГ по давлению сжатия (компрессия) составляет не менее 30%.
Четвертый способ диагностики состояния цилиндропоршневой группы двигателя: оценка степени износа вакуумным методом при помощи прибора АГЦ. Этот метод наиболее информативен, а сама диагностика проста как и замер компрессии, да и производится так же. Диагностика сводится к замеру двух параметров вакуума в каждом цилиндре двигателя, что позволяет точно разделить утечки через клапана и кольца и достоверно определить текущее состояние поэлементно деталей ЦПГ: герметичность клапанов, износ гильзы и состояние поршневых колец (нормальное, закоксовка, залегание или поломка).
Диагностирование состояния элементов ЦПГ при помощи Анализатора Герметичности Цилиндров (АГЦ, АГЦ-2)
1. Полный вакуум (-Р1) и остаточный вакуум (-Р2)Величину максимального разряжения в цилиндре, которое способна создать ЦПГ, называют полным (полезным) вакуумом (-Р1). Эта величина показывает утечки из камеры сгорания через клапана, прогоревшее днище поршня или прокладку ГБЦ. Благодаря эффекту масляного клина, величина полного вакуума при удовлетворительном состоянии гильзы цилиндра и герметичности клапанов не бывает ниже определенного значения (-Р1min) для каждого типа ДВС и практически не зависит от состояния поршневых колец. Поэтому в зависимости от величины полного вакуума (-Р1) мы можем сделать вывод о состоянии гильзы цилиндра (эллипсность, наличие задиров).Величину потерь давления рабочего тела через в цилиндре ДВС при максимальном давлении в цилиндре называют остаточным (паразитным) вакуумом (-Р2). Эта величина показывает утечки через поршневые кольца. При удовлетворительном состоянии гильзы цилиндра и герметичности клапанов величина остаточного вакуума характеризует состояние поршневых колец — степень износа, залегание (закоксовка), поломку перемычек на поршне, поломку колец. Пневмоплотность закрытия клапанов, а также наличие трещин в днище поршня, в головке блока ДВС в большей мере влияет на значение величины соотношения Р1/Р2, соответственно в случае пониженного значения величины Р1/Р2 от номинально допустимых, можно выявить неполадки, связанные с клапанами, трещинами в деталях. Причем степень расхождения с номинальными значениями Р1/Р2 позволяет разделить не герметичность клапанов или же трещины в деталях.
Преимущества вакуумного метода диагностики перед существующими методиками диагностирования состояния ЦПГ.
На основе представленных нормативных значений рассчитаем информативность и методическую погрешность метода на примере бензинового ДВС. Итак, диапазон изменения параметра 0,84-0,17=0,67 (кгс/см2), соответственно информативность 067/0,84=80%. Абсолютная методическая погрешность находится в пределах 0,04 (кгс/см2), а относительная 0,04/0,67=6%. В сравнении с методической погрешностью (30%) и информативностью (
Данная методика разработана ГОСНИТИ (Государственный научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации автотракторной техники). Нашими специалистами были усовершенствованы и дополнены диаграммы состояния нормативных показателей Р1 и Р2 для разных марок автомобильного топлива.
2.1. Замеры величин (-Р1) и (-Р2).
Замер полного вакуума (-Р1). При движении поршня вверх на такте сжатия (Рис. 1) рабочее тело через редукционный клапан практически полностью выталкивается из камеры сгорания в атмосферу. Далее после ВМТ поршень начинает двигаться вниз, редукционный клапан закрывается, и в цилиндре создается разряжение. Посредством вакуумного клапана фиксируется максимальное значение разряжения, которое способна создать ЦПГ двигателя в данном цилиндре. Значение величины полного вакуума (-Р1) фиксируется на вакуумметре.
Рис.1 Схема замера полного вакуума (-Р1).
Замер остаточного вакуума (-Р2). Если при движении поршня вверх (Рис. 2) на такте сжатия надпоршневое пространство будет перекрыто, т.е. в камере сгорания будет нагнетаться максимальное давление, то часть рабочего тела через поршневые кольца будет проникать в картер двигателя, соответственно масса рабочего тела в начале такта сжатия в конце такта рабочего хода будет уменьшаться на величину утечек dm через поршневые кольца. Эта величина на рис.2 обозначена как h. Соответственно, не доходя h до НМТ в цилиндре будет возникать разряжение, которое фиксируется вакуумным клапаном и величина которого снимается с показания вакуумметра.
Рис.2 Схема замера остаточного вакуума (-Р2).
Во время замера (-Р2) прибором АГЦ необходимо, перед тем, как начать вращение КВ, нажать на кнопку сброса и держать 2-3 сек. после начала вращения КВ. Отпустив кнопку сброса, отследить значение (-Р2). Это необходимо делать потому, что во время остановки двигателя до подключения АГЦ к цилиндру поршень может находиться выше НМТ на такте сжатия, т.е. начал движение вверх, или при движении вниз на рабочем ходе не опустился до НМТ. Если не открывать клапан сброса в этих ситуациях, то вакуумный клапан зафиксирует часть значения полного вакуума (-Р1), что как правило, значительно больше по величине, чем значение остаточного вакуума (-Р2). Более того, в процессе замера (-Р2) рекомендуется несколько раз подряд сбросить показания нажатием кнопки сброса для подтверждения значения (-Р2), зафиксированного на вакуумметре, в процессе вращения КВ.
2.2. Анализ состояния ЦПГ по величинам значений (-Р1) и (-Р2).
Как было отмечено выше, минимальное значение полного вакуума при плотно закрытых клапанах не зависит от состояния поршневых колец благодаря эффекту «масляного клина». В свою очередь, величина (-Р2) при плотно закрытых клапанах отражает количество утечек через поршневые кольца, т.е. характеризует пневмоплотность поршневых колец. Пневмоплотность закрытия клапанов, а также наличие трещин, влияет на величину (-Р1) и (-Р2) одновременно. Экспериментальные исследования, подкрепленные большим статистическим материалом, позволили обосновать основные нормативные значения показателей (-Р1) и (-Р2) для дизельных и бензиновых двигателей.