Диагностика и анализ неисправностей: Поршень. Какой стороной устанавливать?

Иногда возникает вопрос, какой стороной установить поршень? Где у него передняя, а где задняя части? Попробуем разобраться.

Как правило, осевое положение пальца поршня несколько смещено в одну из сторон относительно оси самого поршня. На слабонагруженной технике встречаются поршни с пальцами, расположенными на одной оси с осью поршня. В этом случае нет разницы какой стороной устанавливать поршень. Для поршней со смещенным пальцем разница есть и о ней поговорим подробнее.

На (Рис.1_А) ось вращения коленвала, (Рис.1_В) ось вращения шатуна относительно коленвала. Во время работы двигателя (красной стрелкой показано направление вращения коленвала) шатун постоянно находится под некоторым углом к оси цилиндра, причем этот угол постоянно изменяется. Поэтому сила, приложенная к поршневому пальцу, раскладывается на две. Эти силы назовем Fшатуна (Fш) и Fпоршня (Fп) (Рис.2). В результате действия этих сил возникает третья сила, воздействующая на поршень и направленная перпендикулярно оси цилиндра. Назовем ее Fрезультирующая (Fрез.). Чем больше силы Fш и Fп, тем больше будет сила Fрез.

В ВМТ и НМТ вектора Fш и Fп складываются и Fрез. в этом случае будет равна нулю (Рис.3).

После прохождения ВМТ происходит вспышка топливной смеси и поршень перекладывается, т.к. меняется направление силы вектора шатуна (Fш) (Рис._4_А). И в этом цикле сила эта намного больше той силы, что была при сжатии. Если верить справочникам, то боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра приблизительно равна 10% — 12% процентов, от силы, действующей в направлении оси цилиндра. У автомобиля это около нескольких сотен килограмм. Из-за скоротечности процесса такое перекладывание поршня можно сравнить с ударом.

Для уменьшения силы удара, при перекладке поршня, ось поршневого пальца (вернее ось отверстия в бобышках поршня под поршневой палец) смещена в сторону основной упорной поверхности, т.е. вперед по направлению движения газов (Рис._5). Дополнительно на днище поршня ставится отметка (Рис.6_А).

По итогу нужно запомнить следующее. Метка на поршне всегда стоит со стороны где палец ближе к стенке поршня (Рис.7_А) и направлена должна быть против хода вращения коленвала (Рис.7_В).

Возникли вопросы, пришлось дополнить статью и разложить более подробно.

На Рис.8 поршни с центральным расположением пальца (слева) и со смещенным (справа).
Вертикальная сила (Рис.8_1), действующая на поршень, раскладывается на две разнонаправленные (Рис.8_2) и (Рис.8_3). Это происходит потому, что вектор шатуна (Рис.8_2) смещен относительно вертикали и направлен на точку опоры шатуна и шейки коленвала. Эти силы прижимают поршень к одной из сторон цилиндра (Рис.8_4). В данном примере вращение коленвала против часовой стрелки.

По мере вращения коленвала шатун принимает противоположные углонаправленные положения, заставляя поршень перекладываться с одной стороны на другую. При скоротечности процесса такие перекладывания сродни ударам. Все эти силы и при цикле сжатия, и при цикле вспышки. Но вертикальная сила, действующая на поршень при вспышке, гораздо больше этой же силы при цикле сжатия. По-этому и сила прижатия к стенке цилиндра при вспышке будет больше. Такое явление негативно сказывается на износостойкости и общей работе двигателя. Чтобы уменьшить такие нагрузки палец смещается относительно оси поршня. Такое смещение обычно с пределах 1-2,5 мм. Теперь о том что происходит.

Если палец расположен по центру и совпадает с осью поршня, то вертикальная сила действующая на поршень будет поровну распределена как на переднюю часть дна поршня (Рис.9_1), так и на заднюю (Рис.9_2). При смещении пальца вертикальная сила будет распределена на дно поршня не равномерно. Это можно с некоторой натяжкой сравнить с коромыслом, где точка переваливания будет на оси поршневого пальца. И чтобы при вспышке топлива уменьшить силу прижатия поршня к стенке цилиндра смещают ось пальца относительно оси поршня против хода вращения коленвала и по ходу отработанных газов.

Получается что на переднюю часть дна поршня приходится меньшая сила (Рис.9_5) чем на заднюю (Рис.9_4) и сила прижатия при этом соответственно уменьшится (Рис.9_6) против варианта с центральным расположением пальца (Рис.9_3). Это происходит потому, что бОльшая сила (Рис.9_4), частично преодолевая меньшую силу (Рис.9_5) пытается удержать поршень в вертикальном положении и значительно снимает нагрузку давления на стенку цилиндра (Рис.9_6)

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9