Поршень, поршневой палец и поршневые кольца

Поршень (рис. 26) воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топлива в цилиндре, и через шатун передает усилие на кривошип коленчатого вала. Поршень отлит из кремний алюминиевого сплава, обла­дающего высокой теплопроводно­стью. Масса поршня 42 кг.

Верхняя часть поршня — головка — имеет форму усеченного конуса и вы­полнена толстостенной, так как она воспринимает давление газов и нахо­дится под действием их высоких тем­ператур. Коническая форма головки исключает заклинивание поршня вследствие температурного расшире­ния. Торец головки поршня (днище) имеет сложную форму, обеспечиваю­щую хорошее смешение топлива с воздухом внутри цилиндра. Днище поршня вместе с цилиндровой втул­кой и цилиндровой крышкой образует камеру сгорания.

Так как высота камеры сжатия, т. е. расстояние от торца поршня, на­ходящегося в верхней мертвой точке, до цилиндровой крышки, равна 13 мм, то для свободного открытия рабочих клапанов при продувке цилиндра (ход клапанов 25 мм) в днище сделаны че­тыре углубления 1. Два глухих отвер­стия 11 с резьбой М12 предназначены под болты, которыми крепят монтаж­ную скобу для выемки и постановки поршня. На наружной поверхности го­ловки проточены пять кольцевых ка­навок (ручьев) под поршневые кольца, причем четыре ручья 3 служат для постановки уплотнительных (комп­рессионных) колец, а в пятый ручей 4 ставят верхнее маслосъемное кольцо.

Нижняя часть поршня - юбка - имеет цилиндрическую форму (диа­метр 309,6 мм) и служит для направле­ния поршня в цилиндре. На наружной поверхности юбки проточен один ру­чей 8 под нижнее маслосъемное коль­цо. Для слива масла, снимаемого коль­цами со стенок цилиндра, в ручьях 4 и 8 просверлены отверстия 9 диаметром соответственно 8 и 6 мм.

В средней части поршня имеются приливы (бобышки), в которых расто­чены отверстия 5 диаметром 130 мм под поршневой палец, перемещение которого ограничено стопорными кольцами 10. Для постановки колец 10 в бобышках проточены кольцевые ка­навки 7.

Поршень отлит за одно целое со змеевиком 2, предназначенным для охлаждения головки поршня маслом, поступающим из масляной системы дизеля. Змеевик 2 выполнен в виде стальной спиральной трубки диамет­ром 15 мм, на одном конце которой сделана резьба под сопло с отверстием диаметром 8 мм для слива масла. Дру­гой конец трубки заглушён пробкой 12, а для входа масла в змеевик к труб­ке приварен отросток 13, выходящий в дугообразную канавку 6, профрезерованную в бобышке поршня (на рис. 26 движение масла показано стрелками).

Поршневой палец (рис. 27, а) слу­жит для шарнирного соединения пор­шня с шатуном. Палец 1 изготовлен из легированной стали в виде толсто­стенной втулки. Наружная поверх­ность пальца цементирована и закале­на. После термообработки палец шли­фуют и полируют. Полость пальца с обеих сторон закрыта заглушками а, которые запрессованы в торцовые расточки пальца диаметром 60 мм на глубину 10 мм. Дополнительно за­глушки закреплены кольцами, расче­каненными в конических расточках. Палец имеет два радиальных отвер­стия г диаметром 13 мм в средней ча­сти и четыре радиальных отверстия в такого же диаметра на том конце пальца, который проходит через бо­бышку с канавкой 6 (см. рис. 26).

Для удобства монтажа и демонта­жа пальца на одном торце его сделаны два отверстия б с резьбой (см. рис. 27, а). При сборке шатунно-поршневой груп­пы необходимо следить за тем, чтобы со стороны бобышки поршня, имею­щей дугообразную канавку, был конец пальца с резьбовыми отверстиями б. Только в этом случае радиальные от­верстия в пальце совпадут с дугооб­разной канавкой в поршне. Палец ус­танавливают с небольшим натягом от­носительно поршня, для чего поршень предварительно нагревают до темпе­ратуры 80 – 120°С. Во время работы дизеля вследствие значительного на­грева поршня палец становится пла­вающим, т. е. может поворачиваться, что улучшает его смазывание и уменьшает износ.

Поршневые кольца (рис. 27, б) из­готавливают из специального чугуна. На поршне устанавливают кольца двух типов: уплотнительные (комп­рессионные) и маслосъемные. Уплотнительные кольца, обеспечивающие герметичность камеры сгорания, име­ют прямоугольное сечение и прямые замки (ранее применялись кольца с косыми замками). Верхнее кольцо 2 хромируют, так как оно работает в самых тяжелых условиях, находясь в зоне действия высоких температур. У первого кольца 2 сверху и снизу сняты фаски под углом 45°. У второго уплотнительного кольца 3 кромки притуп­лены. Третье и четвертое уплотни­тельные кольца 4 имеют конический

срез под углом 30, переходящий в фа­ску под углом 45°, и острые нижние кромки. Такая форма рабочей повер­хности колец облегчает их приработ­ку. Кольца ставят на поршне так, что­бы нанесенные на них условные обоз­начения были сверху, а замки смеще­ны относительно друг друга.

Так как уплотнительные кольца обладают насосным действием, т. е. засасывают масло в камеру сгорания, то возникает необходимость в очистке стенок цилиндра от масла, для чего поставлены два маслосъемных кольца 5 и 6. На рабочей поверхности колец проточена кольцевая канавка шири­ной 6,8 мм с профрезерованными в ней радиальными окнами ж. Наружные кромки колец притуплены и при дви­жении поршня скользят по маслу, а внутренние острые кромки соскабли­вают масло со стенок цилиндра в ка­навки д, из которых оно через ради­альные окна в кольцах и отверстия в поршне попадает в картер. Верхнее маслосъемное кольцо 5 дополнено пружинным эспандером е, для чего на внутренней поверхности кольца про­точена полукруглая канавка шириной 4,8 мм. Эспандер е представляет собой проволочную спираль, соединенную в кольцо. Установка эспандера увели­чивает нажатие кольца на стенки ци­линдра.

Шатун и шатунные подшипники

Конструкция. Шатун передает усилие от поршня на кривошип и вме­сте с ним преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Шатун изготовлен горячей штамповкой из стали и термически обработан. Шатун (рис. 28) имеет две головки — верхнюю 8 и нижнюю 5 со­единенные стержнем 7 двутаврового сечения. В стержне шатуна просвер­лен канал а диаметром 14 мм для про­хода масла от нижней головки к верх­ней. На нижней головке сделана дуго­образная канавка д шириной 16 мм, совпадающая с началом канала а.

Верхняя головка 8 служит для шарнирного соединения шатуна с пор­шнем. В расточку верхней головки ставят с натягом стальную втулку 9, для чего головку шатуна предвари­тельно нагревают до температуры 80—100 °С. На наружной поверхности втулки 9 проточена кольцевая канав­ка к шириной 14 мм, соединенная ше­стью радиальными отверстиями с внутренней поверхностью втулки, по­крытой слоем свинцовистой бронзы толщиной 2 мм. Два радиальных от­верстия ж имеют диаметр 16 мм, а четыре радиальных отверстия и — ди­аметр 8 мм. Отверстия малого диамет­ра заканчиваются холодильниками з. Два больших и два малых отверстия соединены дугообразной канавкой е, выфрезерованной на внутренней по­верхности втулки. Зазор на масло между втулкой и поршневым пальцем равен 0,1—0,2 мм.

Нижняя головка шатуна вместе с крышкой 2 образует разъемный кор­пус шатунного подшипника, соединя­ющего шатун с кривошипом коленча­того вала. В разъемном корпусе уста­навливают с натягом два стальных вкладыша, имеющих двойной анти­фрикционный слой (медь и свинец). На внутренней поверхности нижнего вкладыша 3 сделана кольцевая канав­ка л шириной 16 мм, совпадающая при сборке с двумя короткими канавками н верхнего вкладыша 4. По концам канавок сделаны радиальные отвер­стия о диаметром 12 мм, а по торцам вкладышей — холодильники м. На наружной поверхности вкладышей 3 и 4 сделаны лыски р для прохода шатун­ных болтов, фиксирующих положение вкладышей. Правильность сборки и дополнительную фиксацию вклады­шей обеспечивают два штифта 11, ус­тановленных на стыке шатуна с крышкой, для чего на наружной по­верхности вкладышей сделаны ци­линдрические выемки п диаметром 16,4 мм и глубиной 4 мм.

Крышку 2 крепят к шатуну че­тырьмя шатунными болтами 1 с ко­рончатыми гайками 6. Стыковые по­верхности шатуна и крышки выполне­ны зубчатыми, что обеспечивает точ­ную сборку корпуса шатунного подшипника. Шатунные болты изго­товлены из высококачественной стали и термообработаны. Болты попарно фиксируются штифтами 10, для чего в цилиндрических головках болтов про­сверлены отверстия диаметром 8 мм на глубину 15 мм. Своим конусным пояском в между головкой г и стерж­нем б болт входит в коническую рас­точку крышки. Поверхность болта шлифуют и полируют, переходы от одного диаметра к другому на стержне б делают плавными.

Смазывание шатунно-кривошипного механизма. От нижнего масляно­го коллектора, установленного в бло­ке цилиндров, по семи трубкам 7 (см. рис. 21) масло подводится к крышкам 3 коренных подшипников. Через ввер­нутый в крышку штуцер 5 и сверление г масло поступает в полый штифт 4, через боковые окна е которого оно по­падает в выемку ж. Далее через три радиальных отверстия зим вкладыша 2 масло проходит во внутреннюю ка­навку в. Часть масла через холодиль­ники выходит на смазывание вклады­шей и коренной шейки, а затем стека­ет в картер. Большая часть масла по радиальному отверстию б (см. рис. 24) поступает в полость коренной шейки и по наклонному каналу в — в полость шатунной шейки, из которой по ради­альному отверстию а попадает в ка­навку вкладышей шатунного подшип­ника. Часть масла через холодильни­ки м (см. рис. 28) выходит на смазыва­ние шатунного подшипника, а большая часть масла через два отвер­стия о в верхнем вкладыше 4, канавку д и канал а в стержне шатуна подходит к верхней головке. Из канавки к на наружной поверхности втулки 9 по ра­диальным отверстиям ж к и масло по­падает в канавку е, откуда по холо­дильникам з выходит на смазывание втулки 9 и поршневого пальца. Основ­ной поток масла по двум радиальным отверстиям г (см. рис. 27) поступает в полость пальца 1, из которой по четы­рем радиальным отверстиям в выхо­дит в дугообразную канавку 6 в бо­бышке поршня (см. рис. 26), а из канав­ки 6 по отростку 13 попадает в змеевик 2. Проходя по змеевику, масло отбира­ет часть тепла от головки поршня и сливается в картер.