МОТО ВОСХОД Форум

Рассказ про юпитеровские поршни, но для восхода аналогия) Читайте
Часть 1
Все или почти все о поршне - занимательное и полезное чтение. Начнем того, как поршень греется, к чему это приводит и как этого избежать.

Если быть точным, поршень - это самая нагруженная деталь в двигателе. Он испытывает механические нагрузки от расширения рабочей смеси при сгорании ее в цилиндре, тепловые - от того же сгорания, да к тому же еще и ускоряется-замедляется по 100-200 раз в минуту. И должен при этом передать всю энергию сгорания дальше по инстанциям. Но сейчас нас интересует он только с одной стороны: это вещь, которая греется. Ну, и между делом ходит туда-сюда в цилиндре.
Без терминологии никак не обойтись. Боковые стенки поршня называются юбкой, верхняя - дном, приливы под поршневой палец - бобышками. Иногда верхнюю часть поршня (выше поршневого пальца) называют головкой. Какая поверхность поршня внешняя, а какая внутренняя - понятно и так. Есть еще кольца и прочая чепуха, но сейчас это нас не интересует, ибо греться поршню не помогает и не мешает.
Отчего поршень греется? Ответ очевиден - от бушующего в цилиндре пламени. Нагревом от трения юбки поршня о зеркало цилиндра можно смело пренебречь. Основное доказательство: когда есть возможность, я обкатываю новую поршневую, вращая коленвал внешним двигателем. Так вот, нагрева цилиндра (а, следовательно - и поршня) практически не происходит, несмотря на отсутствие обдува. Если захотите сами применить этот способ обкатки - не забывайте периодически впрыскивать масло в камеру КШМ и непосредственно в цилиндр через свечное отверстие. Иначе, при работе "на сухую" как раз-таки возникнет и трение, и нагрев, и перегрев.
Но поршень не только греется, но и охлаждается, иначе бы он раскалился до 600-900 градусов Цельсия и ему пришел бы откровенный кердык. Охлаждается поршень холодной рабочей смесью, находящейся в камере КШМ, соприкасаясь с ней внутренней поверхностью юбки и дна; часть тепла отводится при тепловом контакте внешней поверхности юбки к зеркалу цилиндра; самая малая часть отводится через поршневой палец к шатуну. При использовании игольчатого подшипника в этом узле теплоотдачей здесь можно пренебречь. Попутно замечу, что именно из-за нагрева пальца при холодном шатуне в значительной степени происходит износ и разрушение этого самого подшипника, от чего свободен подшипник скольжения (бронзовая втулка).
Чем чреват нагрев поршня? Самое главное - при нагреве он расширяется. Причем алюминиевый поршень расширяется намного меньше, чем чугунная гильза цилиндра. Вследствие этого и происходит клин поршня в цилиндре. Причем механика этого процесса такова: расширившийся поршень выдавливает пленку масла между юбкой и зеркалом, после чего начинается трение металла о металл. Это приводит к резкому нагреву юбки, а дальше - прихват поршня или клин.
Как предотвратить перегрев поршня? Многие тут же скажут: полировать дно! Однако адепты поголовного и повсеместного полирования будут наверняка удивлены, что на дно некоторых поршней наоборот, наносилось теплоизолирующее покрытие - керамика или фторопласт (вспомните тефлоновые сковородки). Особенно это актуально на коротких поршнях кроссовых мотоциклов, у которых охлаждение за счет теплового контакта с зеркалом практически отсутствует. Смысл в этом есть: цикл сгорания (назовем это так) составляет 25-30% от общего времени работы двигателя. Следовательно, лучше защититься от тепла, чем улучшать его отдачу. Но для двухтактных двигателей это не актуально - высота поршня регламентируется окнами цилиндра. И в этом случае действительно, лучше всего отполировать дно - это улучшит теплоотдачу и предотвратит (в какой-то степени) образование нагара. А вот нагар на дне поршня резко увеличивает его нагрев!
А теперь подходим к самому сложному. При нагреве поршень расширяется неравномерно. Головка поршня, где металла больше, соответственно больше и расширяется, чем низ юбки. Но при рабочей температуре поршень должен быть строго цилиндрическим. Соответственно, для этого его делают несколько коническим - диаметр поршня снизу несколько больше диаметра вверху. Хотя эта разница и невелика (сотые доли миллиметра), но она совершенно обязательна. Где в таком случае мерить диаметр поршня? Принято это делать под нижним компрессионным кольцом. Поскольку в двухтактных поршнях маслосъемных колец нет, то можно сказать и проще: под нижним кольцом.
Но и это еще не все. Мало того, что поршень не цилиндрический, а конический, он еще и не круглый! Тут придется рассмотреть приложение сил к поршню в цилиндре во время работы. Рабочая смесь в цилиндре создает давление на поршень P, направленное перпендикулярно дну поршня. Реактивная сила шатуна R раскладывается на две составляющие, одна из которых (F) направлена встречно давлению, а другая - (N) перпендикулярно зеркалу цилиндра. Именно N прижимает поршень к стенкам цилиндра, деформируя его. Для того чтобы поршень оставался круглым во время работы, его изготавливают эллиптическим. Большая ось эллипса направлена перпендикулярно продольной оси поршневого пальца. Теперь можно с уверенностью сказать, что поршень имеет эллиптическо-коническую форму в холодном состоянии и цилиндрическую при работе. И это так!

К сожалению, это только в идеале. При работе поршень изнашивается, причем изнашивается неравномерно. Если производить измерение поршня неправильно, то создастся ощущение, что никакого износа нет. В самом деле, основной диаметр поршня, измеренный под нижним кольцом перпендикулярно продольной оси поршневого пальца, практически неизменен. Если измерить диаметр поршня в той же плоскости, но перпендикулярно - износа вообще не будет! А вот если измерить нижний диаметр юбки поршня - износ налицо. Зачастую этот диаметр даже меньше основного. Это и приводит к так называемой перекладке поршня, точнее, к чрезмерной перекладке. Отсюда и стуки, и звон при работе двигателя, малая мощность и склонность к перегреву. Можно сравнить два поршня, новый и изношенный. Если первый будет иметь такую хитрую форму, как сказано выше, то второй будет просто непонятной формы. Разумеется, если новый поршень не будет "левым".

А если поршень изнашивается неравномерно, следовательно, какая-то часть поверхности поршня "не работает". Действительно, это так. Если посмотреть на приложение силы N, то будет ясно, что боковая поверхность поршня около поршневого пальца в работе практически не участвует. Поэтому, для предотвращения клина поршня вследствие его деформации под воздействием силы N, часть металла снимают. При этом образуются так называемые холодильники. Их роль двояка: помимо предотвращения клина от деформации поршня они еще и хранят в себе масло, стекающее с поршня и пальца. Характерно, что все "левые" поршни холодильников не имеют, что говорит о качестве их работы.

Напоследок остановлюсь о такой хитрости, как разрезной поршень. Они изначально применяются на "Планетах". Основное их отличие - в юбке ниже поршневого пальца выполнен вертикальный разрез. Количество и форма разрезов может быть различна, но принцип их работы один - при расширении юбки разрез сужается, и клина не происходит. Обычно такие поршни применяют при большом диаметре цилиндра и высоте поршня. Однако не противопоказаны разрезы и "юпитеровским" поршням. Большой пользы от них не будет, но если есть зуд в руках - можете попробовать. Но не думайте, что будет какой-то явно выраженный эффект - нижняя часть юбки короткоходового двигателя слишком короткая. И обязательно просверлите отверстие вначале разреза, иначе поршень попросту сломается в этом месте!
Часть 2
А теперь от теории перейдем к практике. Задача самая, что ни на есть жизненная: замена износившегося поршня.

Прежде всего, оговорюсь сразу: то, как делать "по книжке", мы опускаем и пропускаем. В самом деле, лучше верить в Деда Мороза или в то, что детей приносят различные птицы, чем в то, что продаваемые поршня соответствуют нанесенной на них маркировке. И то, и другое неверно, но первое, по крайней мере, не испортит двигатель вашего мотоцикла. Давайте еще усложним задачу, придвинув ее вплотную к широким массам начинающих мотоциклистов. Будем считать, что из всего измерительного инструмента у нас есть только штангенциркуль, да и то не поверенный. К тому же, это в большинстве случаев так и есть. И уверяю вас, что даже в таком случае правильно подобрать поршень по силам практически каждому. Итак, читайте и запоминайте!
Первый из вопросов, которые возникают при покупке, как отличить "настоящий" поршень от "левого". Обратимся к технологии их изготовления. Самая оптимальная (с точки зрения точности и качества изготовления поршня) технология - кокильное литье. Особенность ее - применение высокоточной формы - керамического кокиля. Сам же кокиль изготавливается со специальной модели. И только модель изготавливается по чертежам. Кстати, и это не всегда так. На пермском предприятии "Авиадвигатель" модель является первичной, а чертежи - вторичными, для отчетности. Кстати, в том же холдинге по той же технологии изготавливают и поршни. И эта технология является общепринятой. Причем для алюминиевых сплавов применяется литье под давлением. Это позволяет избавиться от раковин, каверн и пузырьков воздуха и добиться полного заполнения формы. В итоге поршень получается сразу необходимой формы. Остается лишь проточить канавки под поршни, просверлить отверстия и установить стопоры, а также обработать посадочные места под палец.
Однако не все так хорошо. Кокиль является одноразовой формой. Он как скорлупа, которую отколупывает от новорожденного поршня. А раз он одноразовый, то это значительно удорожает производство. И еще. Изготовление точного кокиля - задача нетривиальная, в гараже или мастерской его не сделать. Поэтому есть вторая технология. В основе ее - то же литье, но в многоразовую форму или "примерный" кокиль. Внутренняя поверхность поршня при этом получается тоже готовой к работе, а наружная протачивается на токарном станке. Теоретически подобным образом можно получить ничуть не худший поршень, причем, не прибегая к особо точному и высокотехнологическому оборудованию. Конусность получить довольно легко, а эллиптичность получается за счет установки распорки на место пальца. Когда распорка убирается после обработки на станке, получается необходимая форма поршня.
Я не утверждаю, что нет других технологий. Они есть, это, несомненно (вспомните ходя бы про "кованые" поршни), но эти - основные. А теперь самое основное, что надо знать: кокильное литье применяется только на крупных предприятиях, а токарная обработка доступна практически всем. Отсюда вывод: среди точеных поршней шанс поймать "левый" поршень выше на порядок, а то и на два. Для тех, кто не испугался, поясню: на порядок - это значит в 10 раз. Кому все равно не страшно, добавлю: практически все поршни для "ИЖей" точеные, за исключением поршней советской выделки. Еще не страшно? Тогда вперед, за поршнями!
А вот что я действительно утверждаю, та это то, что и изготовленный хрен-его-знает-где поршень будет нормально работать, если его правильно подобрать и поставить. За исключением тех случаев, когда поршень льют из алюминиевых ложек. Но это действительно редкость. Однако некоторый внешний осмотр при покупке не помешает. Первым делом загляните внутрь поршня. Клейма и так далее пропускаем, а смотрим на ровность поверхности и отсутствие облоя. Ровная поверхность внутренней стороны дна и юбки, а также отсутствие острых краев от литья - это хорошо. Если поверхность юбки бугристая, поршень откладываем. Дно может быть неровным, это не критично, а вот раковины не допускаются. Острые края от литейной формы также нежелательны, хотя, в крайнем случае, можно взять и с ними. Наружная поверхность поршня должна быть по возможности менее ребристой. Чем выше класс обработки поршня, тем поверхность ровнее. А где лучше обрабатывают? Понятно, что не в левых конторах. Выводы делайте сами. Ради интереса посмотрите на фотографию поршня для Ю4. Он однозначно не заводской, но вполне пригоден для эксплуатации. Обратите внимание на низкую чистоту обработки поверхности юбки и следы некачественного литья внутри поршня. Все это плохо, но допустимо. Лучше поставить не заводской, но правильно подобранный поршень, нежели заведомо качественный, но не подходящий по размерам.

Теперь перейдем к тому, что получается с поршнем в результате его износа. Понятно, что на высоте поршневого пальца износа практически нет. Нет износа и в тех местах, где поршень перекрывает выпускное и перепускные окна. Изнашивается головка поршня. Но сильнее всего изнашивается низ юбки. В итоге поршень получается не конический, а бочкообразный. Из-за изношенной юбки появляется характерный звон поршня "Юпитеров". У "Планет" это сглаживается разрезным поршнем, но лишь до какого-то уровня. Отсюда вывод: выяснение износа поршня, измеряя зазор между головкой поршня и цилиндром - явная глупость. Это лишь косвенно свидетельствует об износе поршня. Правильнее всего измерить сам поршень микрометром. Которого, как мы условились, у нас нет... Отсюда следует два других метода: внешний осмотр и проверка герметичности.

Что есть внешний осмотр - понятно. Поршень ни в коем случае не должен болтаться в цилиндре. Особенно низ юбки - ее диаметр должен быть самым большим. Косвенным свидетельством износа можно считать и звон при работе, при условии исправных шатунных подшипников. Но значительно точнее будет проверка герметичности. Для этого берется цилиндр и поршень. У "Планет" цилиндр берется с головкой, у "Юпитеров" он сверху заклеивается скотчем для создания герметичности. Затем поршень (без колец) вставляется в цилиндр, причем он должен быть ориентирован так же, как и при работе. При герметичном цилиндре наблюдаем, как поршень падает под своим весом в цилиндре. Изношенный поршень опускается максимум за 2-3 секунды, нормальный - намного медленнее. Но: если поршень был взят ошибочно более полный и приработался до нормального размера, то герметичность будет в норме, а низ юбки - изношен. Это отлично видно при внешнем осмотре.

Теперь самое главное. Выяснив, что поршень требует замены и, отбраковав заведомо "левые" поршни, приступим к подбору поршней. Для литых и точеных поршней эта процедура несколько отличается. Причина этого состоит в том, что "ребра" на точеных поршнях потом сгладятся, а на литых их уже нет. Следовательно, точеный поршень должен быть заведомо полнее, с учетом износа при обкатке. Надо крепко запомнить: поршень подбирается под цилиндр. Каждый поршень под каждый цилиндр, индивидуально. Методика определения полноты поршня до банального проста: вставляем поршень в цилиндр и проталкиваем его пальцем насквозь. Если поршень падает под своим весом - он мал. Если он легко проходит - это годится для литого и не годится для точеного поршня. Если поршень идет туго, но вполне проталкивается одним пальцем без значительных усилий - это нужный размер для точеного поршня и большой - для литого. Если поршень клинит в цилиндре или его приходится проталкивать, прилагая значительные усилия - он явно велик. Все кажется простым, но точность подбора достигается лишь практикой.
Как быть, если цилиндр шлифован? Можно взять заведомо полный поршень. Лучше всего поступить следующим образом. Берем нормальный поршень, а после обкатки цилиндра (когда появится зеркало) его меняем вместе с кольцами и вновь обкатываем. Это получится намного проще, нежели довольно нудная обкатка заведомо полного поршня. Особенно это относится к "Юпитерам", которые больше "Планет" склонны к клину поршня.
Источник: http://www.motoizh.ru