Приспособления для установки поршневых колец и поршней.
О важности поршневых колец и поршней я уже писал, а так же о том как они постепено усовершенствовались со временем, и благодаря этому ресурс современных поршневых колец вырос до миллиона километров без замены. Подробно об этом советую почитать вот в этой статье. В этой статье мы тоже немного затронем тему важности поршневых колец и поршней и рассмотрим несложные приспособления, которые помогут не испортить эти детали при сборке двигателя, да к тому же позволят намного ускорить и облегчить сборку двигателя.
Прежде чем поговорить о приспособлениях для монтажа колец и поршней, напомню то, что полезно знать каждому водителю, и ремонтнику. Кому это будет не интересно, или кто это знает, то можно пропустить несколько обзатцев и читать только о инструменте (приспособлениях).
Давно подсчитано, что в нормальном двигателе при его работе, довольно значительная часть трения, примерно 60 процентов приходится на поршневые кольца. И поршневые кольца — это одна из главных деталей, для совершенствования любого двигателя. Многие водители знают или догадываются, в каких жёстких условиях работают поршни и кольца, но позволю себе напомнить, что при работе любого мотора, температура его поршней в районе кольцевых канавок, достигает примерно 220 градусов (а на донышке поршня ещё выше). И такая температура почти предельная, при которой масло способно смазывать и немного охлаждать эти детали, не теряя своих свойств.
К тому же, при сгорании рабочей смеси в камере сгорания над донышком поршня, давление раскалённых продуктов горения у современных ДВС обычно достигает 90 килограмм на квадратный сантиметр. Это у бензиновых моторов, а у современных турбодизельных двигателей может достигать до 150 кг.на см². Это всего лишь на квадратный сантиметр металлической поверхности поршня.
Нетрудно умножить эти величины на общую площадь донышка поршня среднего по объёму двигателя, к примеру возьмём поршень диаметром 82 миллиметра. Получится примерно 4 тонны и 750 кг! Почти пять тонн!!! давят на поршень, причём с переменной нагрузкой на больших оборотах, как у пневмомолотка или вибростенда! Да ещё и с сумасшедшей скоростью, а какой? Всё зависит от хода поршня и чем короче его ход (ход кривошипа), тем выше максимальные обороты двигателя и выше скорость перемещения поршней.
К примеру, при ходе поршня в 80 миллиметров и числе довольно скромных оборотов в минуту — 5600, от НМТ до ВМТ поршень проходит этот отрезок со скоростью 14130 метров в секунду!
И как я уже говорил выше, при работе двигателя поршень испытывает высокий нагрев, так как на его донышко давят раскалённые продукты сгорания. И не выдержал бы ни поршень ни кольца этой температуры, если бы это тепло не передавалось бы через кольца к стенкам цилиндра , от которых тепло забирает жидкость системы охлаждения (или воздух на моторах воздушного охлаждения). Значит, если не обеспечить хороший контакт колец и поршней (например если между ними слой нагара), то перегрев поршня обеспечен.
Если же нагара нет (кольца не залипли (залегли) в своих канавках) и канавки для колец на поршне в порядке, то поршневые компрессионные кольца прижимаются к гильзам (стенкам цилиндров) не только за счёт своей упругости, но ещё и от подпирания кольца изнутри давлением газов. Если же кольца пригорели в своих канавках (залегли), то как я уже говорил, во первых теплоотвод от поршня через кольца к цилиндрам нарушается, а во вторых — давления колец на стенки цилиндров нет или оно слабое, и газы прорываются между кольцами (уже с наружной стороны) и стенками цилиндров, и компрессия резко уменьшается.
Ещё один важный момент, это по какой поверхности трутся поршневые кольца. Многие водители не знают, что слово ЗЕРКАЛО цилиндра, нельзя понимать в буквальном смысле, так как поверхность стенок цилиндров не должна быть идеально гладкой, то есть зеркальной. И на цилиндрах наносится специальным инструментом (хоном) сетка из рисок, благодаря которой поверхность цилиндров имеет при увеличении довольно неприглядный вид.
Это наглядно можно увидеть на рисунке, изображённом вот в этой полезной статье, в которой кстати я написал каким должен быть правильный хон для нанесения этой самой сетки из рисок, и каким должен быть ремонт двигателя, позволяющий ощутимо превысить ресурс любого нового заводского двигателя.
Так для чего нужна эта сетка микроцарапин? Назначение её очень полезное, она позволяет хорошо удерживать моторное масло на стенках цилиндра. К тому же, при хорошем удержании масла, сама сетка изнашивается очень медленно (естественно и сами цилиндры), да и кольца тоже, и благодаря этому, ресурс двигателя ощутимо увеличивается.
Был проведён интересный эксперимент: если взять и после расточки цилиндров не проводить хонингование, то есть не наносить сетку из рисок, а наоборот тщательно отполировать поверхность цилиндров, доведя её буквально до зеркального состояния, то к радости многих, по началу компрессия достигнет 15 килограмм на см². Но всего после пробега десять тысяч км, это зеркало настолько изнашивалось, что компрессия упала в три раза (всего 5 кг).
Наоборот, если сделать всё по правилам и отхонинговать цилиндры после расточки (нанести сетку из рисок), то поначалу компрессия многих может не впечатлить и будет составлять примерно 10 кг на квадратный см. Зато после обкатки двигателя, компрессия увеличивается до 12 — 13 килограмм и уже в течении довольно продолжительного пробега будет оставаться такой же.
Выше мы рассмотрели так называемую микрогеометрию поршневой группы. Но кроме этого, ещё очень важна и установочная геометрия деталей цилиндропоршневой группы. То есть при сборке любого двигателя и установке деталей, очень важно обеспечить правильные зазоры между этими деталями (которые рекомендует завод изготовитель двигателя).
И как я уже говорил, если отсутствует правильный зазор между поршневым кольцом и его канавкой (кстати не только от нагара, а ещё от неправильной установки более толстого или наоборот тонкого кольца), то газы не смогут подпирать это кольцо изнутри, создавая давление и нормальную компрессию.
Повышенный зазор между кольцами и канавками, кроме недостаточной компрессии (см выше) будет способствовать постоянному ударению колец о кромки (и стенки) канавок и от этого стенки канавок будут быстро заминаться (расплющиваться), да и сами кольца тоже. В итоге, зазор между кольцами и стенками канавок ещё быстрее увеличивается, ухудшая ситуацию и возникает опасная вибрация поршневых колец, от которой кольца часто ломаются.
Установка поршневых колец.
Теперь наконец об правильной установке колец на поршень. Многие новички часто ломают поршневые кольца при их установке, а если на кольце появляется трещина, то многие даже не замечают её, а это опасно для двигателя. И многие считают, что одеть кольцо на поршень сможет любой, чего тут сложного — развёл кончики кольца, надел на поршень, подведя к канавке — отпустил. И если кольцо и не сломалось, то многие и не догадываются, что при разведении концов кольца, на нём можно создать опасные напряжения, которые никогда не бывают даже при работе мотора.
Напряжения на кольцо, когда оно разводится не с помощью специального приспособления, а при помощи пальцев, можно наглядно посмотреть на рисунке 1 . И эти напряжения, в месте расположенном напротив замка, аж в шестьдесят раз! могут превышать напряжения кольца, при работе двигателя.
На рисунке 2 показан способ надевания поршневых колец при помощи трёх пластинок из жести, который описан во многих (ещё советских) руководствах по ремонту двигателей. Этот способ конечно же лучше первого способа, при помощи пальцев, так как напряжения в опасном месте (напротив замка) уменьшаются примерно в 1,5 раза.
Приспособления для правильной установки поршневых колец.
Но самый правильный способ установки поршневых колец на поршень, это с помощью специального приспособления, а именно специальных клещей (см. рисунок 4).
При использовании этих клещей, кольцо почти не напрягается, так как клещи позволяют так развести поршневое кольцо, чтобы наиболее благоприятно распределить напряжения материала (см. рисунок 3 ниже ).
В опасном месте напряжения снижаются в два и более раза.
Эти клещи были придуманы уже достаточно давно, но в наших магазинах они начали появляться только совсем недавно, и стоят они примерно 30 — 40 $.
Если же в вашем регионе (или в глубинке) вы не найдёте такой инструмент, то советую для безопасного монтажа поршневых колец, сделать своими руками простые оправки (см. фото слева).
Но при ремонте разных двигателей, или при растачивании цилиндров под ремонтные размеры, придётся делать несколько оправок разных диаметров, но лучше конечно изготовить и пользоваться регулируемыми под разный диаметр оправками, такими как на рисунках 4 а и 4 б.
Приспособление на рисунке 4 а показана нерегулируемая оправка, которая предназначена только для одного диаметра.
А на рисунке 4 б показана регулируемая оправка, которая подойдёт для нескольких диаметров поршней. Эти оправки тоже отлично работают, но всё же я считаю, что клещи, показанные на рисунке 4, в этом плане намного удобнее и эффективнее.
Кстати, некоторые фирмы поставляют в магазины уже собранные комплекты, то есть поршни с надетыми на них кольцами. И если вы решите отремонтировать двигатель своими силами и не хотите тратить время на изготовление или покупку приспособлений, описанных в этой статье, то тогда вам следует поискать именно такие комплекты.
Приспособления для установки поршня с кольцами в цилиндр двигателя.
Не менее ответственная операция при сборке двигателя, (о ремонте японского мотора можно почитать здесь) это установка поршней, с надетыми на них кольцами в цилиндры мотора. При этой операции, часто страдают наиболее хрупкие маслосъёмные поршневые кольца, так как их конструкция довольно нежная (ажурная).
Чтобы легко и безопасно установить поршни с надетыми на них кольцами в цилиндры, советую воспользоваться специальной втулкой, показанной на рисунке 5. Её следует заказать токарю именно под размер вашего поршня.
Но можно воспользоваться куда более универсальным приспособлением, которое позволит работать с множеством поршней, начиная от самых малых мопедовских размеров — 50 мм, и вплоть до поршней диаметром в 150 мм. для двигателей больших кубатур. Короче, как говорится на все случаи жизни.
Приспособление показано на фото слева, и его сейчас уже можно найти в продаже. Оно представляет собой хомут, который позволит плавно и равномерно охватить кольца со всех сторон и утопить их в канавках поршня.
После того, как все кольца будут установлены в канавки поршня и их замки будут разведены под разными углами (как Мерседесовская трёхлучевая звезда), приспособление с зажатым поршнем (кольцами, пальцем и шатуном) приставляют к нужному цилиндру, и лёгкими ударами пластикового или резинового молотка по донышку поршня, вводят его в смазанный маслом цилиндр.
Вот вроде бы и все тонкости, которые я хотел описать в этой статье. Надеюсь она будет полезной, особенно для новичков, ведь многие мастера и «сами с усами» и в советах не нуждаются. И я надеюсь, что с помощью описанных здесь приспособлений для установки поршневых колец и поршней, сборка двигателя покажется не такой сложной и пройдёт быстро, легко, а самое главное без порчи новых деталей; успехов всем.