О ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ ЗАЗОРА СОПРЯЖЕНИЯ ПОРШЕНЬ-ЦИЛИНДР

Одним из путей дальнейшего повышения надежности и экономичности двигателей внутреннего сгорания является совершенствование цилиндро-поршневой группы в направлении обеспечения минимального и равномерного зазора между юбкой поршня и цилиндром.

Назначение форм поршней и зазоров производят на основании опыта эксплуатации существующих двигателей: выбирают наиболее простые в технологическом отношении формы юбки цилиндрические или конические в холодном состоянии.

Исследованиями доказано, что такие формы юбок не обеспечивают равномерного зазора, так как в рабочем состоянии они принимают корсетообразную форму.

Нашими исследованиями установлено, что деформация цилиндра от механических сил незначительна и ею можно пренебречь при выборе зазоров и формы поршня. Деформация поршня от действия газовых сил происходит в зоне бобышек на высоте 45—50 мм от верхнего малосъемного кольца. Остальная часть юбки практически не деформируется.

Если исключить влияние газовых сил на изменение зазоров путем создания холодильников, то расчет формы поршня можно производить, исходя только из свободной тепловой деформации поршня и цилиндра.

Наиболее равномерный зазор в рабочем состоянии обеспечивает цилиндрическая юбка, а минимальный зазор в сопряжении поршень-цилиндр необходимо выбирать при положении поршня в нижней мертвой точке.

На основании этих предпосылок нами был спроектирован и изготовлен поршень, обеспечивающий зазор 0,12 мм в рабочем состоянии. Поскольку криволинейный профиль юбки можно изготовить только по копиру, криволинейная образующая путем аппроксимации была заменена двумя прямыми, юбка поршня при этом представляет цилиндр на высоте 55 мм с переходом в конус. Зазор в холодном состоянии поршень-цилиндр составил по низу юбки 0,20 мм, а у верхнего маслосъемного кольца — 0,32 мм. В месте наибольшей деформации поршня были выполнены холодильники. Сравниваемый поршень имел овально-коническую форму юбки с зазорами под 90 и 45° к вертикальной плоскости, проходящей через ось поршневого пальца, у низа юбки 0,41—0,47 мм и у верхнего маслосъемного кольца 0,76—0,87.

Для экспериментальной оценки величины зазоров поршень-цилиндр была разработана схема (рис. 1), включающая индуктивный датчик, тензоусилительную станцию ТА-5 и осциллограф Н-105. Индуктивные датчики устанавливались в цилиндр на 221 мм от верхнего торца гильзы под 45 и 90° к вертикальной плоскости, проходящей через ось поршневого пальца, что позволило производить замер зазора по всей длине юбки в месте наименьшего его значения.

Диаметральный зазор определялся как сумма радиальных зазоров противостоящих датчиков. Якорем, изменяющим индуктивное сопротивление рабочей катушки, служили установленные на поршне пластины из стали ЭАА ГОСТ 3836-47. Пластины устанавливались в пазы поршня, крепились болтами из такой же стали и обрабатывались совместно с поршнем.

Одновременно на ленту осциллографа фиксировалось показание четырех датчиков, индикаторная диаграмма, отметчики ВМТ и времени.

На рис. 2 представлены результаты расчета монтажных и рабочих зазоров, а также замеренные на режимах п—1700 об/мин, Ре =8 и 0 кг/см2. Как видно из сопоставления рабочих расчетных и действительных зазоров, они удовлетворительно совпадают. Зазор между цилиндро - конической юбкой поршня и цилиндром на режиме п == 1700 об/мин, Рс == 8 кг/см2 у кромки поршня изменяется от 0,11 до 0,15 мм, а у верхнего маслосъемного кольца — от 0,14 до 0,16 мм. Зазор между опытным поршнем и цилиндром на том же режиме у кромки поршня составляет 0,31—0,33 мм и 0,56—0,59 мм у верхнего маслосъемного кольца.

Снижение нагрузочного режима приводит к увеличению зазора. На режиме п= 1700 об/мин, Ре = 0 вг/см2 зазор между ци-линдро-коническим поршнем и цилиндром составляет у кромки поршня 0,12—0,14 мм, а у верхнего маслосъемного кольца 0,20— 0,22 мм. Зазор между опытным поршнем и цилиндром составляет у кромки поршня 0,32—0,36 мм и 0,62—0,66 мм у верхнего маслосъемного кольца.

Профиль образующей цилипдро-коничеокой юбки на режиме максимальной мощности имеет форму, близкую к прямолинейной, поршень опытный имеет вогнутую форму. После работы на цилиндро-коцическом поршне имеются на большой части поверхности юбки следы приработки, что свидетельствует о хорошем контакте юбки с цилиндром.

Образующая опытного поршня имеет на всех режимах вогнутую форму, и следы приработки находятся в узких зонах у верхнего маслосъемного кольца и кромки поршня.

Выводы

1. Сравнение расчетных и замеренных зазоров показывает, что в месте наименьшей деформации поршня и цилиндра зазор поршень-цилиндр можно рассчитать, если исходить только из свободного теплового расширения сопрягаемых деталей.

2. Коническая форма юбки в холодном состоянии при работе принимает корсетообразную форму и контактирует с цилиндром по узким зонам.

3. Профилированием юбки поршня с учетом тепловой и механической деформации поршня и цилиндра можно значительно снизить зазор поршень-цилиндр и обеспечить контактирование юбки с цилиндром по большей поверхности.