Расчет температуры поршней ДВС на примере ВАЗ 21124 21126 21127 21129
В чатах недавно был «замес» по поводу температуры масла на поршнях.
Уже несколько надоело как попугай одно и тоже объяснять сделал расчеты.
Масса пальца 21124 — 93гр, масса поршня (без колец) — 351г
Масса пальца 21126/21127/21129 — 67г, масса поршня (без колец) — 247г
Поршень алюминиевый сплав АК12М2МГН теплоемкость около 900Дж/(кг*К)
Палец сталь марки 12Х2Н4А 12ХНЗА 15ХМА теплоемкость около 480Дж/(кг*К)
Теплоемкость поршень+палец ВАЗ-21124
0,113кг*480Дж/(кг*К)+0,350кг*900Дж/(кг*К)=369Дж/К
Теплоемкость поршень+палец ВАЗ-21126/21127/21129
0,0695кг*480Дж/(кг*К)+0,244кг*900Дж/(кг*К)=253Дж/К
Теплопередачу колец и юбки опустим, НО у 21126(7)(9) сильно тоньше кольца и меньше юбка.
Нормальная температура ОЖ ВАЗ-21124 и АЗ-21126 в среднем 100С при максимальной нагрузке
Градиент температур поршень — гильза 21124 около 100-150С(К) (учитывая поршень 200-250С)
Тепловой поток в поршень составляет 100-150*369Дж/К=36900Дж-55350Дж при 89ЛС
ВАЗ-21124 с форсировкой 89ЛС по диаграммам температуры поршня 200-250С
Тепловой поток в поршень 21126 составляет 40630Дж-69400Дж (на 10,1% больше) при 98ЛС
Соответственно градиент температур будет 40630Дж/253Дж/К — 60940Дж/253Дж/К = 161-240К(С)
ИТОГО для 21126 мы будем иметь температуры поршней от 100С+161С=261С до 100С+240С=340С
ВАЗ-21127/21129 имеют форсировку 106лс а значит посчитаем тепловой поток и Т поршня
Тепловой поток в поршень составляет 43950Дж-65922Дж (на 19,1% больше 21124) при 106ЛС
Соответственно градиент температур будет 43950Дж/253Дж/К — 65922Дж/253Дж/К = 173-260К(С)
Для 21127/21129 мы будем иметь температуры поршней от 100С+173С=273С до 100С+260С=360С
В реальности ситуация будет ЕЩЕ плачевнее. Ситуация в современных ДВС отражена ниже.
Теперь понятно почему плавятся поршни ДВС при почти любом чип-тюнинхе?
Поршни ВАГ и БМВ, а порой и МВ плавятся и без чипов — расчет был ВПРИТЫК.
Почему ВАЗ 21127 21129 не стали форсировать выше 106ЛС с завода. Запас лишь 15%.
ВАЗ-21124 с форсировкой 89ЛС по диаграммам температуры 200-250С
ВАЗ-21126 с форсировкой 98ЛС по расчетам получается от 261С до 340С
ВАЗ-21127/21129 с форсировкой 106ЛС по расчетам уже от 273С до 360С
Поршень двигателя: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения
В процессе работы поршни испытывают экстремально высокие давления, нагрузки и температуры. Выдержать такие условия им помогают особо прочные конструкционные материалы и специальные антифрикционные покрытия.
Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Он воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, а затем передает его на шатун.
Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:
- Высокой механической прочностью
- Хорошей теплопроводностью
- Малой плотностью
- Незначительным коэффициентом линейного расширения
- Антифрикционными свойствами
- Коррозионной устойчивостью
Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся легкостью и термостойкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.
Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производятся путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %). Это значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.
Устройство поршня
Стандартный поршень автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: днища, поршневых колец и направляющей (юбки).
Рассмотрим каждый компонент подробнее.
Днище поршня
Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.
Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.
Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.
Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.
Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных бензиновых двигателях, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.
Существуют также автомобили, в которых установлены поршни с толщиной днища меньше стандартной – например, в некоторых моделях Honda она составляет всего 5,5-6 мм.
Днища некоторых поршней в целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания подвергаются твердому анодированию: на верхний слой алюминия накладывается керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.
Уплотняющая часть
К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.
Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.
Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.
Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.
Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.
Диаметр уплотняющей части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неодинаковым нагревом этих зон – в районе колец он больше. Минимальный диаметр жарового пояса позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках.
Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.
Направляющая часть
Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.
Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.
В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».
Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.
Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.
Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.
В последнее время большую популярность не только в промышленности, но и в частном использовании приобрело антифрикционное твердосмазочное покрытие . Оно предназначено не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулок пальцев, распредвалов, дроссельной заслонки.
Данное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.
Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.
Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре (за 12 часов), так и при нагреве до +200 °С (за 20 минут).
Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.
Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.
MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.
Причины износа поршней
При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы двигателя, подвержены износу и возникновению неисправностей.
О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:
- Повышенный расход моторного масла и топлива
- Выделение из выхлопной трубы синего дыма
- Нестабильная работа двигателя на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
- Снижение мощности двигателя и т.д.
- Нагар на свечах зажигания
При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.
Так, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.
Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.
К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.
Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.
Радиальный износ поршней возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступов поршней.
Осевой износ происходит в результате загрязнения поршней продуктами износа, образующимися во время приработки двигателя.
Повреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.
Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.
Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т.д.
Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением некачественной охлаждающей жидкости, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.
Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.
Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.
Присоединяйтесь
Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО «НОВЫЕ РЕШЕНИЯ» ИНН 5751054390
© 2004 – 2023 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.
Температура поршней при работе на скоростных и нагрузочных режимах
На дизелях ЯМЗ-238 без наддува и с наддувом (модификация ЯМЗ-238Н) были определены температуры поршней, гильз и головок блока при работе на скоростных и нагрузочных режимах. Температура этих деталей в функции нагрузки растет по линейному закону, а прямая зависимость между указанной температурой от частоты вращения коленчатого вала не является линейной.
Из деталей, формирующих рабочий объем цилиндра, минимальную температуру имеет гильза, а максимальную — головка блока. В табл. 10 приведены максимальные температуры Деталей дизелей ЯМЗ разных модификаций при работе на номинальном режиме. Повышение среднего эффективного давления до 9 кгс см2 в результате применения газотурбинного наддува на дизелях ЯМЗ-238 приводит к росту температуры гильз в данной зоне до 144° С.
С увеличением нагрузки дизеля ЯМЗ-238 от 140 До 240 л. с. при 2100 об мин температура в точке гильзы повышается от 120 до 136° С, в точке головки блока от 214 до 285° С и в точке поршни от 190 до 210° С. С увеличением нагрузки дизеля ЯМЗ-238НБ от ПО до 210 л. с. при 1700 об мни температура в точке гильзы возрастает от 114 до 130 С, в точке головки блока от 195 до 310° С и в точке поршня от 163 до 195° С.
Абсолютные значения перепадов температур между разными точками рассматриваемых детален и степень изменения этих перепадов по мере повышения нагрузки различны для каждой детали. Так, при работе дизеля ЯМЗ-238 на номинальном режиме перепад температур по поверхности днища головки блока в радиальном направлении равен 42° С, по боковой поверхности поршня составляет 95о С, а по высоте гильзы цилиндров равен 39 С. При увеличении нагрузки от 140 до 240 л. с. эти перепады возрастают с 20 до 42″ С у головки цилиндров, с 90 до95 С у поршня и с 30 до 39° С у гильзы цилиндров. При работе дизеля Я МЗ-238НБ на номинальном режиме перепад температур по поверхности днища головки блока в радиальном направлении равен 55° С, по боковой поверхности днища поршня составляет 93° С, а по высоте гильзы не превышает 40° С. С повышением нагрузки от 110 до 210 л. с. эти перепады возрастают у головки блока с 24 до 55° С, у поршня с 62 до 93° С и у гильзы цилиндров с 26 до 40° С.
Из деталей, образующих рабочий объем цилиндра, наименее однородное температурное поле имеет головка блока, что в основном объясняется ее сложной конфигурацией, неравномерностью охлаждения отдельных участков теплоотдающей поверхности, наличием относительно холодных впускных и горячих выпускных каналов. Максимальную температуру головка блока имеет в плоскостях, проходящих через ось форсунки и ось выпускного клапана.
Увеличение частоты вращения коленчатого вала в общем случае приводит к повышению температуры деталей. Однако эта зависимость, как уже было сказано, не является линейной. Так, при работе по скоростной характеристике с изменением частоты вращения от 1300 до 2100 об/мин температура в центре головки блока дизеля ЯМЗ-238 изменяется с 230 до 284° С, а дизеля ЯМЗ-238НБ — с 276 до 296 С. На поршне в зоне первого компрессионного кольца дизеля ЯМЗ-238 температура возрастает от 187 до 210° С, а в верхней части гильзы цилиндров с 148 до 168°С.
Испытания показали, что увеличение или уменьшение угла опережения впрыска топлива по-разному влияет на изменение температуры поршня, гильзы и головки блока. При изменении этого угла в пределах 20-48 температура гильзы практически не изменяется, а у поршня и головки блока она возрастает линейно, причем более интенсивно у последней. Этот рост температур можно объяснить тем, что при увеличении угла опережения впрыска топлива повышается температура цикла.
Повышение температуры охлаждающей жидкости приводит к увеличению температуры деталей. Отношение изменения температур детали и охлаждающей жидкости головки блока составляет 0,5-0,7, а для гильз — 0,5. В то же время изменение расхода охлаждающей жидкости незначительно влияет на температуру головки блока и гильзы. Так, при изменении расхода жидкости с 60 до 100 л. мин температура разных точек гильзы изменяется на 6-12° С. Однако уменьшение циркуляции воды, неизбежное в условиях эксплуатации, может способствовать значительному повышению температуры и увеличению неоднородности температурного поля, вследствие чего может возникнуть большая остаточная деформация гильз, испытывающих существенные остаточные напряжения.
- Следующая публикация Ресурс поршневых колец ЯМЗ
- Предыдущая публикация Детали цилиндропоршневой группы ЯМЗ
ФОРУМ МОТОРИСТОВ
Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Любые темы, касающиеся устройства, работы, конструкции и технологии производства моторов всех типов и видов
Strelec1984 Старший мастер Сообщения: 167 Зарегистрирован: 09 окт 2018, 09:34
Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Strelec1984 » 17 дек 2018, 14:23
Интересует время прогрева деталей ДВС до своих рабочих температур. Абсолютное время в минутах и время прогрева по очередности, т.е. необходимо расположить детали от наиболее раннего прогрева до рабочей температуры до детали наиболее позднего выхода на свою рабочую температуру (интересны поршень, клапан впускной, выпускной, распредвал, соединения поршень-цилиндр, поршень-палец, палец-шатун, толкатель-клапан впускной, толкатель-клапан выпускной). Инфа может помочь при диагностике стуков ДВС.
yuri_sh Технический директор Сообщения: 4093 Зарегистрирован: 06 апр 2013, 12:47 Откуда: РБ Минск
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение yuri_sh » 17 дек 2018, 19:47
это от размеров, материала и состояния ДВС зависит.
ну и от температуры окружающей среды и как реализована работа вентиляторов.
Серёга Технический директор Сообщения: 2377 Зарегистрирован: 10 май 2006, 20:08 Откуда: Тула
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Серёга » 17 дек 2018, 20:54
Ну что вы, доктор. Не уж-то я стук от детонации отличить не могу.
А в чем разница?
Strelec1984 Старший мастер Сообщения: 167 Зарегистрирован: 09 окт 2018, 09:34
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Strelec1984 » 17 дек 2018, 22:38
Образец: 1.6, 16 клап., алюминиевый блок, цепь, без гидрокомпенсаторов,к примеру HR16. Температура воздуха -10 град.
Strelec1984 Старший мастер Сообщения: 167 Зарегистрирован: 09 окт 2018, 09:34
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Strelec1984 » 17 дек 2018, 22:40
Время прогрева с момента пуска холодного мотора.
AB-Engine Гуру Сообщения: 20234 Зарегистрирован: 01 июн 2004, 20:45 Откуда: Москва-Киев-Одесса Контактная информация:
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение AB-Engine » 18 дек 2018, 02:01
Ох, и тяжелая это работа.
С уважением,
персонал Моторного центра
АБ-Инжиниринг.
yuri_sh Технический директор Сообщения: 4093 Зарегистрирован: 06 апр 2013, 12:47 Откуда: РБ Минск
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение yuri_sh » 18 дек 2018, 06:02
AB-Engine писал(а): Ох, и тяжелая это работа.
слишком много переменных.
Челябинск Инженер по гарантии Сообщения: 361 Зарегистрирован: 08 авг 2018, 10:47
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Челябинск » 18 дек 2018, 08:21
Случай мне такой известен,,один раз на зимней рыбалке мужик свой мотоцикл (иж вроде) запускал, домой ехать собрался. Дернул ногой кикстартер, двигатель запустился, и он решил мотмк разверноуть, за руль мот туда сюда катает разворачивает, и тут у него нога подскальзывается, он начинает падать и ручку газа крутонул. Двигатель показал ему кулак дружбы. (То есть поршень мгновенно нагрелся, выбрал тепловой зазор и заклинил.)
Еще 0отелось бы обратить внимание на то, что температура многих деталей имеет значительную разницу по длине или глубине детали. Например шляпка выпускного клапана имеет 800 градусов по цельсию температуру, в то время как ножка 150 градусов. Днище поршня например 350 или 400, юбка 150-200. Разница наиболее велика на режимах близких к максимальным. На прогревочных на ХХ ходу температура более ровная.
Скорее всего дело происходит так. Быстрее всего в первую минуту нагревается днище поршня и тарелка вып клапана, градусов до 200 поршень и 200-300 тарелка. Стенки камеры сгарания немного отстают, сама стенка тоже наверное в первую мтнуту имеет температуру больше 100 градусов. Остальные детали двигателя греются одновременно вместе с ОЖ.
Strelec1984 Старший мастер Сообщения: 167 Зарегистрирован: 09 окт 2018, 09:34
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Strelec1984 » 18 дек 2018, 10:10
Смысл задачи в чем: есть небольшой стук в двигателе при холодном пуске. Под нагрузкой прослушивается четче. По мере прогрева стихает, но проходит только при полностью прогретом двигателе или если прислушиваться затихает почти полностью. Клапана, толкатели отпадают, т.к. они прогреваются за считанные минуты (клапана точно, толкатели не уверен). Поршень, думаю, тоже прогреется за пару минут до своей рабочей температуры даже на ХХ. А вот соединение палец-шатун, палец-поршень сразу достигает рабочей температуры? Знаю, что стучок на холодную м.б. вызван износом юбок поршней, опять же поршень прогреется за минуту-две, температура ОЖ еще не достигла и 40 градусов, а стук не прошел.
MerTV Технический директор Сообщения: 401 Зарегистрирован: 31 янв 2012, 20:35 Откуда: Нижний Новгород
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение MerTV » 18 дек 2018, 12:15
Так по частоте звука и зависимости его от оборотов двигателя ты хоть поиск бы сузил. Не лазя в дебри последовательности прогревания. Клапана легко могут барабанить до полного прогрева, но это ж легко измеряется и вычисляется. Коль разбирал двигатель надо было это сделать.
Strelec1984 Старший мастер Сообщения: 167 Зарегистрирован: 09 окт 2018, 09:34
Re: Время прогрева деталей ДВС до рабочей температуры
Сообщение Strelec1984 » 18 дек 2018, 12:42
MerTV писал(а): Так по частоте звука и зависимости его от оборотов двигателя ты хоть поиск бы сузил. Не лазя в дебри последовательности прогревания. Клапана легко могут барабанить до полного прогрева, но это ж легко измеряется и вычисляется. Коль разбирал двигатель надо было это сделать.
До разборки ничего подобного не было. Зазоры клапанов в норме.
Оставлял машину в сервисе для адаптации заслонки. Вечером забрал (машина была прогрета) никакого стука не заметил. Утром завел — тарабанит, прогрелась — стало тише, поехал — через 5 минут прошло. Что там сделали с двигателем диагносты хуе. Может мотор подогрели, хотя систему охлаждения я проверял и менял антифриз. Но после сервиса стало что-то постукивать на не прогретом моторе. Частота стука схожа с частотой вращения КВ. Стучит поршень юбкой или палец-поршень, палец-шатун.
AB-Engine Гуру Сообщения: 20234 Зарегистрирован: 01 июн 2004, 20:45 Откуда: Москва-Киев-Одесса Контактная информация: