ЦПГ, что это такое — цилиндро поршневая группа

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2015

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

Цилиндропоршневая группа двигателя работает в наиболее тяжелых условиях: газовая среда, высокая температура, большие циклические нагрузки. При этом происходит интенсивный износ поршневых колец и поверхности тела цилиндра, что естественно приводит к изменению условий воспламенения в надпоршневом пространстве и влияет на работу большинства систем двигателя.

Вследствие износа, падает компрессия в цилиндрах и двигатель теряет мощность, хуже запускается, увеличивается расход масла и топлива материалов, а за машиной стелется густой шлейф сизого дыма, загрязняя атмосферу.

Для оценки текущего состояния цилиндропоршневой группы двигателя применяют четыре метода “механической” диагностики:

Замер компрессии является самым распространенным методом диагностирования цилиндро-поршневой группы по давлению сжатия (компрессии) в цилиндрах двигателя. Для этого используют, компрессометры различных конструкций, в том числе универсальный компрессометр КИ-861 (для дизельных и карбюраторных двигателей). Прибор представляет собой стержень с внутренним каналом. В верхней части стержня закреплен манометр, а нижняя часть заканчивается резиновым наконечником для подсоединения к форсуночным отверстиям двигателя.

Измерение давления сжатия производят на прогретом двигателе. Снимают все форсунки и двигатель прокручивают пусковым двигателем или стартером. В период прокручивания двигателя компрессометр устанавливают поочередно на все цилиндры в форсуночные отверстия и измеряют максимальное давление воздуха на такте сжатия.

Один этот прибор (компрессометр) не в состоянии оценить истинное состояние в ЦПГ двигателя. Ведь снижение давления сжатия может быть вызвано не только износом гильз цилиндров, поршней, компрессионных колец, но и другими разнообразными причинами, основные из которых:

нарушение тепловых зазоров в клапанном механизме;

износ направляющих втулок клапанов;

прогорание клапана или поршня;

негерметичность впускных и выпускных клапанов;

дефекты прокладки ГБЦ;

закоксовывание поршневых колец, их поломка и.т.д.

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.

Диагностика ЦПГ при помощи пневмотестера (пневмокалибратора), 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 времени падения давления 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.

Диагностика “пневмотестером” (определение величины утечек через камеру сгорания) позволяет выявлять конкретный неисправный цилиндр. Поршень проверяемого цилиндра, выставляется при медленном прокручивании коленвала на рабочий такт сжатия или расширения (при полностью закрытых клапанах). В цилиндр подается сжатый воздух и по разнице давления на входе и внутри камеры сгорания оценивается пневмоплотность. Данный метод может быть реализован только в стационарных условиях при наличии источника сжатого воздуха (компрессора) и подъемника.

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, такой автомобиль уже просто вперед-назад не потолкаешь, потребуется подъемник.

При проверке последних цилиндров мы получим худшие результаты, вследствие утечки к моменту проверки части масла с поверхности гильзы в картер.

Достоверно можно оценить только утечки через клапана. О текущем состоянии колец или износе гильзы этот метод достоверно не указывает.

Этот метод довольно трудозатратен, так как диагностика каждого цилиндра занимает довольно много времени.

Все рассмотренные выше методы диагностирования цилиндро-поршневой группы обладают разной чувствительностью. Большей чувствительностью обладают методы измерения утечки сжатого воздуха и прорыва газов в картер.

Двигатель внутреннего сгорания. Часть 2. «Ремонт двигателя внутреннего сгорания. Диагностика.» Учебное пособие. Некоммерческое образовательное учреждение «Русская техническая школа»

Суранов Г. И. Снижение износа деталей машин. Ухта Ухт. индустр. ин-т 1999.- 224 с.

Гильза с поршнем КАМАЗ: сердце камского дизеля

Один из главных узлов двигателя — цилиндро-поршневая группа, в которой происходят основные процессы, обеспечивающие работу силового агрегата. О назначении, конструктивных особенностях и существующих сегодня типах поршневой группы дизелей КАМАЗ, а также об их обслуживании и ремонте — читайте в статье.

Назначение цилиндро-поршневой группы

Цилиндр (а точнее — его гильза) и поршень — одни из ключевых деталей любого двигателя внутреннего сгорания. Эти детали решают несколько задач:

• Стенка цилиндра, днище поршня и нижняя плоскость ГБЦ образуют замкнутую полость, в которой происходит сгорание топливно-воздушней смеси;
• Поршень воспринимает усилие образовавшихся газов и преобразует их энергию в поступательное движение;
• Цилиндр обеспечивает правильное движение поршня, а также отвод чрезмерного тепла, образующегося при сгорании горючей смеси.

Цилиндр и поршень образуют пару, которая индивидуально подобрана и в ходе работы двигателя прирабатывается — этим достигаются наилучшие режимы и эффективность работы всего двигателя. Поэтому проектированию и изготовлению цилиндров и поршней, в том числе и в двигателях автомобилей КАМАЗ, уделяется большое внимание.

Типы, модели, характеристики поршневой и гильз дизелей КАМАЗ

На автомобили КАМАЗ устанавливаются “родные” дизельные двигатели КАМАЗ 740 различных модификаций, имеющих экологические классы от “Евро-1” до “Евро-5” (однако наибольшее распространение получили моторы до “Евро-3”). Все это V-образные 8-цилиндровые дизели мощностью от 240 до 400 л.с., построенные на одной компонентной базе.

Все КАМАЗовские силовые агрегаты имеют гильзы цилиндров “мокрого” типа — они устанавливаются в блок и непосредственно омываются охлаждающей жидкостью. Внутренний диаметр гильзы — 120 мм. Соответственно, двигатели имеют одинаковые по конструкции поршни с внешним диаметром чуть менее 120 мм.

Гильзы и поршни делятся на группы по назначению и особенностям конструкции.

По назначению поршневые группы делятся на большое число типов:

• Для двигателей разных экологических классов — “Евро-1”, “Евро-2” и т.д., а также универсальные “Евро-1” / “Евро-2”, “Евро-2” / “Евро-3” и другие;
• Для конкретных моделей двигателей;
• Для двигателей с турбокомпрессором и без.

Гильзы делятся на группы по материалу изготовления:

• Легированный чугун фосфатированный и нефосфатированный;
• Чугун, легированный молибденом и никелем.

Поршни можно разделить на 4 группы по двум конструктивным решениям:

• Камера сгорания — с рассекателем и без;
• Канавка верхнего компрессионного кольца — с нирезистовой вставкой и без вставки.

Наконец, все гильзы и поршни КАМАЗ выпускаются в четырех исполнениях, детали разного исполнения маркируются индексами 10, 20, 30 и 40. Детали разных исполнений отличаются геометрическими размерами, главным образом — длиной, что обеспечивает необходимый вылет поршня из цилиндра и ремонт поршневой группы при ее износе.

Все гильзы и поршни двигателей КАМАЗ независимо от назначения имеют принципиально одинаковую конструкцию.

Конструкция и особенности установки гильз и поршней дизелей КАМАЗ

Как уже было сказано, в двигателях КАМАЗ применяются “мокрые” гильзы из легированного чугуна. Они изготавливаются метолом центробежного литья, затем дополнительно подвергаются механической и термической обработке. Гильза имеет переменный профиль, который обеспечивает правильную его установку в блок. Гильза устанавливается в специальные расточки блока, для удобной вставки нижняя часть детали выполнена на конус. В верхней части гильзы выполнен опорный бурт, который упирается в блок и обеспечивает центровку детали. Под буртом выполнена канавка для укладки резинового уплотнительного кольца.

Гильза в блоке удерживается как за счет нижней части и бурта, так и за счет усилия, создаваемого головкой блока цилиндров (напомним, что в двигателях КАМАЗ головки индивидуальные для каждого цилиндра). Контакт ГБЦ и верхнего торца гильзы — не прямой, а через два уплотнительных кольца. Одно кольцо вставляется в канаву на нижней плоскости головки, а второе — на уплотнительном бурте гильзы. При этом прокладка между блоком и ГБЦ не заходит на поверхность гильзы.

Благодаря наличию двух уплотнительных колец и прокладки специального профиля обеспечивается необходимый вылет днища поршня из гильзы. Обычно этот вылет составляет 0,6-0,7 мм и при установке новой поршневой группы это всегда следует учитывать.

Поршни двигателя — литые, из алюминиевого сплава, на внешней поверхности обязательно имеют специальное покрытие для приработки. На ранних моделях использовался простой оловянный слой, на современных используются более сложные антифрикционные составы на основе графита и полиамидов. Самая известное покрытие, используемое на КАМАЗовских поршнях — американский состав Molykote.

Поршни имеют сложную конфигурацию. В верхней части (головка) деталь имеет цилиндрический профиль, здесь выполнены три канавки под установку поршневых колец. В нижней части (юбка) поршень переходит в эллипс, причем его большая ось перпендикулярна оси пальца. Внутри поршня отлиты две бобышки, в которых выполнены соосные отверстия для установки пальца. На поверхностях отверстий также имеются канавки для установки стопорных колец.

Днище поршня — плоское, в его центре выполнена фигурная камера сгорания. Эта камера может быть двух типов — с рассекателем (с центральным заостренным возвышением), обеспечивающим лучшее перемешивание горючей смеси, или без него. Также по бокам от камеры сгорания имеются выточки для клапанов, необходимость в них обусловлена тем, что ГБЦ двигателей КАМАЗ плоская и клапаны при открытии опускаются ниже плоскости днища поршня.

В верхнем поясе поршня выполнены три канавки — под 2 компрессионных и 1 маслосъемное кольцо. Канавка верхнего кольца может быть выполнена в усиленной вставке из нирезиста — чугуна, легированного никелем. Компрессионные кольца — чугунные, имеют хромированную поверхность и трапециевидное сечение. Маслосъемное кольцо — неразъемное, коробчатого типа с пружинным расширителем, также изготавливается из чугуна и хромируется. В канавке под маслосъемное кольцо предусмотрен ряд отверстий для слива масла в поддон двигателя.

Поршень устанавливается на шатун с помощью полого стального пальца, который может проворачиваться. Палец имеет длину 95 мм и внешний диаметр 45 мм. В верхней головке шатуна палец вставляется в биметаллическую втулку (с рабочей бронзовой поверхностью), в нижней головке шатуна устанавливаются съемные вкладыши.

Вопросы ТО, ремонта и замены гильз и поршней

Обслуживание и ремонт поршневой группы силовых агрегатов КАМАЗ различных моделей и экологических классов должно производиться согласно инструкциям и рекомендациям производителя. Здесь же отметим ряд ключевых моментов, на которые следует обратить внимание при ремонте любых моторов камских грузовиков.

Демонтаж поршней и цилиндров рекомендуется выполнять при полностью разобранном двигателе — со снятым поддоном и ГБЦ. Поршень в этом случае выдавливается вверх, что безопасно для двигателя и деталей, которые затем могут быть использованы вновь. Однако в случае замены гильзы вынуть ее можно проще, для этого в гильзу плотно вбивается деревянная чурочка, а затем проворачивается коленвал — поршень надавит на чурочку снизу и выдавит ее вместе с гильзой. Такой способ не щадит детали, поэтому прибегать к нему стоит только в крайних случаях.

При ремонте и замене поршневой группы важное значение имеет подбор поршней и гильз — они должны быть одной группы исполнения, иначе невозможно будет установить правильный вылет поршня. Также необходимо подбирать соответствующие поршневые кольца и уплотнительные кольца.

Наконец, при ТО двигателя периодически требуется проверять зазоры между поршневыми кольцами и канавками, в замках колец, между поршнем и гильзой и между другими деталями. При чрезмерном увеличении зазоров изношенные детали заменяются на новые.

При грамотной эксплуатации дизеля, своевременном обслуживании и ремонте поршневая группа двигателя КАМАЗ будет работать надежно, помогая грузовику решать самые сложные задачи.

Как отличить подделку, цпг и поршни see (sheng-e).

Подделка отличается от оригинала коробкой цилиндра (или всей ЦПГ), поршня, маркировкой на цилиндре, поршне, головке цилиндра, упаковкой поршневых колец ну и самое главное низким качеством. Оригинальные ЦПГ и поршни делаются в Тайване, поддельные — в Китае.

Упаковка цилиндра (или всей ЦПГ). На фото представлены все виды оригинальных упаковок фирмы SEE.

ВСЁ ОСТАЛЬНОЕ ЭТО КИТАЙСКИЕ ПОДДЕЛКИ. БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ!

Упаковка поршня. На фото видно, что на оригинальной упаковке есть стикер и есть оригинальный знак SEE. А вот на подделке нет никаких стикеров, всё просто выбито на упаковке, ещё и знак SEE совсем не похож на оригинальный…

Оригинал:

Поршень. На оригинале внутри поршня есть или фирменный знак SEE или надпись «SEE» (фото ниже). На подделке или совсем нет никаких знаков или есть просто латинская буква «S».

Оригинал:

или ищите вот такой знак внутри поршня:

Поршневой палец, стопорные кольца. Единственное, что не отличается ни у подделки, ни у оригинала… Даже качество одинаковое (!).

Поршневые кольца. Оригинальные поршневые кольца упакованы в упаковку, на которой есть надписи Sheng-e/SEE или есть фирменные знаки SEE. Кроме упаковок и качества, к сожалению, оригинальные поршневые кольца SEE ничем не отличаются от подделок, будьте осторожны! На фото представлены все виды оригинальных упаковок поршневых колец SEE.

ВСЁ ОСТАЛЬНОЕ ЭТО КИТАЙСКИЕ ПОДДЕЛКИ. БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ!

Цилиндр. У поддельного цилиндра сильные деффекты литья, размер продувочных окон разный, выпускное окно сложной формы (плохо вылито). Также в подделке отсутствует комплект прокладок! И ещё один отличительный знак это фирменный знак SEE на гильзе цилиндра. Всё остальное смотрите по фото:

Оригинал:

Головка цилиндра. На ней выбит фирменный знак SEE.

ВСЁ ОСТАЛЬНОЕ ЭТО КИТАЙСКИЕ ПОДДЕЛКИ. БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ!

Цилиндро-поршневая группа

Владельцы патента RU 2277180:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндро-поршневых группах (ЦПГ) поршневых машин и ДВС. ЦПГ содержит цилиндр, размещенный в нем поршень с днищем и боковой поверхностью с компрессионными кольцами. В днище поршня выполнена выемка, ограниченная сверху накладкой с центральным отверстием. Выемка имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, каналы, отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра, образованы криволинейной поверхностью и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру днища поршня в зоне его днища. Каналы имеют различное направление. Изобретение позволяет повысить герметичность в зазоре между поршнем и цилиндром, увеличить ресурс ЦПГ, уменьшить выброс токсичных продуктов сгорания. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в цилиндропоршневых группах поршневых машин и двигателей внутреннего сгорания.

Известна цилиндро-поршневая группа, содержащая цилиндр, размещенный в нем поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в днище поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец (патент США №2802706, Н кл. 92-181, опубл. 1957).

Каналы расположены по высоте поршня в несколько уровней и подают газ (рабочее тело) в сторону цилиндра по кольцевым выемкам поршня. Газ заполняет зазоры между цилиндром и поршнем и создает газовую подушку – уплотнение.

К недостаткам известного уплотнения можно отнести то, что газовый поток сгоревшего топлива направляется через большую часть поверхности поршня по его высоте и попадает в узкий зазор многослойным потоком вдоль зеркала цилиндра. Это приводит к большому нагреву поршня и цилиндра по всей длине хода поршня.

Данное устройство создает неблагоприятное условие для смазки трущейся пары (поршень-цилиндр), т.к. поступающие горячие слои газа будут сжигать смазочный слой масла.

Кроме того, подача газа через систему многоуровневого газового уплотнения системой криволинейных каналов с кольцевыми поясами по окружности поршня увеличивает массу поршня, приводит к значительным гидравлическим потерям и дополнительному прогреву поршня. Устройство не создает вихревого потока вдоль стенки цилиндра, что не способствует смесеобразованию и разрушению пристеночной пленки топлива.

Задачей изобретения является устранения указанных недостатков, увеличение герметичности в зазоре между поршнем и цилиндром, уменьшение износа цилиндра компрессионными кольцами, увеличение ресурса работоспособности цилиндро-поршневой группы, уменьшение воздействия поперечных сил инерции, а также улучшение смесеобразования и уменьшение выброса токсичных продуктов сгорания.

Поставленная задача достигается тем, что в цилиндро-поршневой группе, содержащей цилиндр, размещенный в цилиндре поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в верхней части днища поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец, выемка сверху ограничена накладкой с центральным отверстием и имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, при этом каналы образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру поршня в зоне его днища, причем каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины днища поршня – противоположное с возможностью перекрытия выходящих потоков.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез цилиндро-поршневой группы, а на фиг.2 дано сечение поршня в цилиндре.

Цилиндро-поршневая группа содержит цилиндр 1, размещенный в нем поршень 2, снабженный днищем 3 и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами 4, установленными в поршневом канавках. В днище поршня выполнена выемка 5, которая сверху ограничена накладкой 6 с центральным отверстием 7. По оси выемки имеется криволинейный выступ 8.

Каналы 9, отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра, образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы в виде щелей в зоне днища. Выходы расположены по периметру поршня. Перемычки 10 между выходами разделяют газовый поток на отдельные струи. Каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины – противоположное.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Во время такта сгорания топлива между поршнем и головкой блока возникает большое давление, которое оказывает силовое воздействие на днище поршня и через центральное входное отверстие вдоль конусообразной криволинейной поверхности рабочее тело перетекает к выходам. В выходах рабочее тело ускоряется и выбрасывается наклонными струями в сторону зеркала цилиндра под некоторым углом к оси цилиндра. Кинетическая энергия вещества, вытекающего из выходов (любого сечения), создает сплошную вихревую (кольцевую) газовую стенку, направленную вдоль зеркала цилиндра навстречу давлению рабочего тела в цилиндре. Взаимодействие двух встречных потоков рабочего тела в узком пристеночном слое герметизирует зазор между поршнем и цилиндром. В результате этого уплотнительного эффекта перетекание рабочего тела в закольцевое пространство практически отсутствует и компрессионные кольца прижимаются к зеркалу цилиндра в основном силами упругости. Одновременно с эффектом уплотнения вихревой кольцевой поток разрушает пограничный пристеночный слой, что создает условие для полного сгорания топлива в этой зоне и уменьшения выброса токсичных продуктов сгорания.

Наличие двух противоположных газовых вихрей исключает реактивный момент поршня и уменьшает прижимающее действие поршня к стенке цилиндра одной из составляющих сил инерции от вращающегося кривошипно-шатунного механизма.

Эффект уплотнения цилиндро-поршневой группы возникает при сгорании топлива во время рабочего хода, а также при такте сжатия и выхлопе, т.е. при тактах работы двигателя (насоса), когда необходимо получить максимальную мощность, компрессию и герметизацию, предотвратить прорыв газов в картер и уменьшить износ цилиндра.

Цилиндро-поршневая группа, содержащая цилиндр, размещенный в нем поршень, снабженный днищем и наружной боковой поверхностью с компрессионными кольцами, установленными в поршневых канавках, причем в днище поршня выполнена выемка и отходящие от выемки в сторону зеркала цилиндра каналы, расположенные выше компрессионных колец, отличающаяся тем, что выемка сверху ограничена накладкой с центральным отверстием и имеет расположенный по оси поршня криволинейный выступ, при этом каналы образованы криволинейной поверхностью выступа и накладкой, выполнены сужающимися и имеют выходы по периметру поршня в зоне его днища, причем каналы одной половины поршня имеют направление в одну сторону, а каналы другой половины днища поршня – противоположное с возможностью перекрытия выходящих потоков.