Износ верхнего компрессионного кольца.

  • 21 Ответов
  • 1633 Просмотров
*

andry1

  • Ветеран
  • *****
  • 2356
  • 211
    • Ленск Якутия
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #15 : 02 Декабря 2018, 07:03:02 »
для разгрузки тела поршня от сильного бокового давления.
Для этого мотора, в каталоге поршней - прямо сказано "поршень разгруженный/подвешенный"
Такой вариант разгрузки поршня - правильно работает при достаточном нагреве днища поршня. Для достижения нужного диаметра днища.
А на фото - такое впечатление, что поршень всё время не догревался. Или измерить бы диаметр днища поршня.
Вот это больше всего объясняет механику износа.Нагар работает только абразивом,но не он заставляет поршень перемещаться не регламентировано.Похоже недогретая головка поршня "болтаясь" привела к такому износу...

*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 7972
  • 927
    • Россия С.Петербург
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #16 : 02 Декабря 2018, 17:05:02 »
Цитировать
для разгрузки тела поршня от сильного бокового давления.
Цитировать
трапецевидные кольца делаются чтобы усилием газов их прижимало к стенке цилиндра?
Цитировать
Похоже недогретая головка поршня "болтаясь" привела к такому износу...
Трапецеидальные кольца - это привилегия авиационных моторов и дизелей. Разработаны Бог знает когда.
Цитата из учебника  "Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность" Машиностроение . Москва. 1984 г. Под редакцией А.С. Орлина. На стр 157.
"При значении литровой мощности 19,5 кВт/л рекомендуется в качестве первого, а иногда и первых двух применять трапецеидальные кольца типов 6 и 7 (рис. 110,а), как менее склонные к закоксовыванию"
(На рис. 110 поз. 6 изображено кольцо неравнобокой трапецеидальной формы, поз. 7 равнобокая трапеция.)
Практическое толкование применения трапецеидальных колец состоит в том, что при движениях поршня вверх-вниз трапецеидальные кольца стирают  образующиеся лаковые отложения, не давая преобразоваться им в нагар/кокс.
Усилием (давлением) рабочих газов любые кольца прижимаются к стенке цилиндра. На мой взгляд, прямоугольные даже сильнее.
Цитировать
в каталоге поршней - прямо сказано "поршень разгруженный/подвешенный"
Такой вариант разгрузки поршня - правильно работает при достаточном нагреве днища поршня.
Сергей! Это Ваш вывод или Вы его вычитали в справочнике? В данный момент мне кажется, что Вы это переписали из каталога и очень боюсь, что это большая погрешность перевода.
Давайте разберемся по этапам.
1) правильно работает при достаточном нагреве днища поршня Абсолютное большинство автомобильных двигателей работает со средней нагрузкой 30-50%. Значит и днище поршня всегда "недостаточно" прогрето. Значит "разгрузка поршня" никогда (почти никогда) правильно не работает. Значит сама идея о "правильности работы" сильно так себе.
2) "поршень разгруженный/подвешенный" Тут вообще все "так себе". И пояснять придется много чего:
а) Давно (в 00-20 годах прошлого века) поршни делались просто цилиндрическими. И делали их из чугуна. Пока с литра снимали 1- 10 л.с. , все было по барабану и главным было, чтобы двигатель хоть как-то ломался не каждый день. Всем все нравилось.
б) Но на чугунных поршнях мощность сильно не поднимешь, ибо нужны обороты. Да и мотор слишком тяжел был, а для авиации это корень всех проблем. Стали делать поршни из алюминиевого сплава. Стоило немного поднять литровую мощность и поршни начали задираться по верхней части выше первого кольца. Тут справились быстро и стали делать верхнюю часть поршня (до второго кольца) меньшего диаметра (примерно на 1 мм).
в) Появилась возможность еще повысить литровую мощность и тут ... поршни стало задирать по бокам вблизи от поршневого пальца. Вызвано это было тем, что алюминиевый сплав уже при не очень высоких температурах значимо терял механические свойства. Под давлением рабочих газов поршень обвисал на пальце, как белье на веревке. Металл выпирало по бокам от пальца. Решали эту проблему двумя методами:
- делая косой разрез на юбке поршня;
- делая карманы по бокам от поршневого пальца.
Второй способ прожил очень долго, поскольку дешев. Однако поршень при этом получается довольно тяжелым.
г) Моторов с такими поршнями было разработано и выпущено "море разливанное". Отличительная особенность - значительный уровень шума и вибрации, а также масла от перекладки поршня в ВМТ и НМТ.
Дальнейшим развитием стала коническая форма верхней части поршня выше маслосъёмного кольца. Это позволило снизить ударные нагрузки при перекладках поршня и снизить нагароотложения в зоне колец.
д) В авиамоторостроении еще в 40 годах прошлого века стали задумываться об оптимизации профиля боковой поверхности (Г.Рикардо "Быстроходные двигатели внутреннего сгорания". М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1960г. — 411 с. г.)  Оптимальным был признан овально-бочкообразный профиль боковой поверхности, который определялся весьма приблизительными расчетными методами с очень большими допущениями. Методы эти совершенствуются и по настоящий день. Самые большие допущения принимались для части поршня выше верхнего поршневого кольца. Соответственно и парамерты профиля получались крайне приблизительными. В связи с этим, до сих пор общепринятой идеологией конструирования поршней является изготовление зоны выше верхнего кольца просто конусной, а ниже - овально бочкообразной. Эта часть и является несущей и направляющей. При этом верхняя часть поршня не должна касаться цилиндра ни при каких обстоятельствах (иногда все же касается за счет образовавшегося нагара).
    Даже при всей приблизительности расчетов овально-бочкообразная форма юбки поршня дает очень заметные выгоды, снижаются ударные нагрузки при перекладках поршня, снижается расход масла, сокращаются потери на трение, ибо большую часть своего пути поршень вообще не касается цилиндра ничем кроме колец. Однако кольца в этом процессе никаким образом не участвуют. У компрессионных колец всего две функции:
1) Отвод тепла от поршня. Это пожалуй, наиболее важная функция, поскольку через кольца отводится до 60 процентов тепла от поршня.
2) Уплотнение поршня в цилиндре.
Скорее всего, именно вот эти овально-бочкообразные поршни и именуются в Вашем каталоге как "поршень разгруженный/подвешенный".
Из всего написанного выше можно сделать  вывод: к "разгрузке" поршня нагрев (недогрев) никакого отношения не имеет.
Приношу извинения за объемный текст.

*

Kudrik

  • Ветеран
  • *****
  • 2378
  • 224
    • Кривой Рог Украина
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #17 : 02 Декабря 2018, 18:43:12 »
1....Скорее всего, именно вот эти овально-бочкообразные поршни и именуются в Вашем каталоге как "поршень разгруженный/подвешенный".

2....Из всего написанного выше можно сделать  вывод: к "разгрузке" поршня нагрев (недогрев) никакого отношения не имеет....

1...пусть будет так. Может и ошибка перевода....для разгадки поломки это не принципиально

2...а вот тут не совсем так. Давайте внимательно смотреть на фото поршней с оставшимися 2-м компр. и м/съёмн. кольцами.

а) До момента разборки поршень работал(практически) без верхнего кольца
б) "По идее" - ничего не удерживало поршень от раскачки, особенно в зоне закоксовки(жаровой)
в) "По идее" - ну хоть сколько нибудь должен был затереться кокс, особенно в зоне рабочей боковой нагрузки
г) "По идее" - ну хоть сколько нибудь должна была затереться юбка поршня, ну хотя-бы в зоне сразу внизу под 2-м компр. кольцом.

А что мы видим?
а) практически не затёртый кокс, по всей вертикали поршня, где он только есть.
б) практически не тронутая юбка поршня. Я лично - вижу там следы не тронутой заводской "микронакатки"

Что продолжало держать поршень в "подвешенном состоянии" ?
Я считаю - что это 2-е компр. кольцо. Которое имеет "почти" такую-же конструкцию. как и первое. А именно - трапеция и хромирование.
Только высота чуток меньше. 2,0 против 2,5 мм.
И держало это кольцо поршень(от раскачки) - только благодаря чуток большему диаметру поршня , в той зоне кольца.

В остатке имеем:
а) супер-пупер нитрованная трапеция, на "маленьком" посадочном диаметре - в хлам
б) менее крепкое, хромированное, на "бОльшем" посадочном диаметре - вполне себе живое

Но не будем ломать копья. Сам Андрей сказал, что случай "из ряда вон единственный", на фоне нескольких ранее разобранных моторов марки
4D56U 2,5L Common Rail DID-D

Так что совсем мало информации, для серьёзных выводов........


*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 7972
  • 927
    • Россия С.Петербург
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #18 : 02 Декабря 2018, 20:28:02 »
Нет, Сергей! Мы копья не ломаем. Мы по делу говорим. Андрею тоже сие не без интереса.
Цитировать
Я считаю - что это 2-е компр. кольцо ... И держало это кольцо поршень(от раскачки)
Это Ваше заблуждение. Кольца от боковых перемещений и от раскачки удерживать поршень не могут.
Начнем с того, что внешность поршне я забыл с первой прочитки. Сейчас снова глянул - это поршни весьма старой концепции с боковыми "холодильниками" (карманами) рядом с поршневым пальцем. У этих поршней практически слегка конусная юбка (буквально сотки) и сильно конусная часть выше маслосъемного кольца.
Именно из-за верхней конусности мы имеем обильный нагар выше первого кольца, уменьшающийся к маслосхемному. Такие поршни никогда, ни при каких условиях, не касаются цилиндра телом поршня выше маслосъемного кольца. На хорошо поработавших поршнях мы иногда наблюдаем заполированный нагар выше первого кольца, но до касания алюминиемдело не доходит. Иначе мгновенное намазывание поршня на цилиндр и завальцовывание колец. Температура тела поршня выше первого кольца 200-350 градусов. Алюминий при таких температурах - пластилин. Именно поэтому, страхуясь, конструкторы уменьшают размер поршня в этой зоне с большим избытком.
У Андрея поршни на столе. Ему, если хочется, надо потратить всего минут 15 на обмеры поршня внизу юбки, вверху под маслосъемным кольцом, в каждой перемычке между кольцами и в самом верху. Для 4Д56 в самом верху диаметр поршня будет примерно на миллиметр меньше чем по юбке.

*

gambsi

  • Ветеран
  • *****
  • 1316
  • 106
    • Moldova,Chisinau
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #19 : 02 Декабря 2018, 20:59:11 »
Практическое толкование применения трапецеидальных колец состоит в том, что при движениях поршня вверх-вниз трапецеидальные кольца стирают  образующиеся лаковые отложения, не давая преобразоваться им в нагар/кокс.
Попытался понять как они стирают отложения.Представляется что все-таки за счет бокового смещения поршня относительно кольца.
Если канавка прямоугольная,усилие прижатия кольца к поршню(или наоборот поршня к кольцу)не раскладывается на вертикальную и боковую составляющие,как в случае с трапецевидным профилем.И хотя после перекладки поршень центрируется (юбкой,давлением газов,смещением оси пальца,мало ли как ещё),тем не менее часто встречаются поршни с закоксованным на одну сторону кольцом.Выходит что в какой-то момент поршень работает со смещением днища от центра цилиндра.
Если же кольца(и канавки)трапецеидальные,то возникающая боковая составляющая от силы давления газов на поршень будет смещать поршень к  центру.При этом снимаются отложения в канавке.
То есть уточнение Александра Юрьевича не входит в противоречие с тем что написал Кудрик.

Добавлено спустя некоторое время 
А на фото - такое впечатление, что поршень всё время не догревался.
Если двигатель не догревался,низкотемпературные отложения были бы везде,не только на поршнях.Андрей может это уточнить.
После глушения ЕГР поршень наоборот стал более горячим.
« Последнее редактирование: 02 Декабря 2018, 21:12:39 от gambsi »

*

alex diesel spb

  • Глобальный модератор
  • *****
  • 7972
  • 927
    • Россия С.Петербург
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #20 : 02 Декабря 2018, 21:38:18 »
Ой! Сейчас опять много напишу.....
1) Это пока к делу не относится, но поршневой палец всегда делают в поршне смещенным от середины, для того, чтобы уменьшить силу бокового давления поршня на стенку цилиндра.
2) Если на поршень кольца не устанавливать, то он все равно не будет касаться верхней частью цилиндра - его от этого будет удерживать юбка. Уточняю - юбка конусная, а температура юбки (от самого низа и до маслосъемного кольца) различна (от температуры масла - 90оС внизу и до 130-150оС в зоне маслосъемного кольца). За счет конусности после прогрева поршень становится почти цилиндрическим из-за разности температур по высоте юбки.
3) Поршень от нагрева расширяется, но зазор между поршнем и цилиндром все равно остается, иначе при малейшем нарушении теплового режима или перегрузе поршень размазало бы по цилиндру. Вот в пределах этих нескольких соток поршень и перекладывается в цилиндре в ВМТ и НМТ. Этих перекладок абсолютно не достаточно для касания головкой цилиндра, но более чем достаточно для поперечного перемещения колец в канавках.
4) При смещении на одинаковую величину поршня вбок, при перекладке, кольца на несколько соток смещаются в канавках перпендикулярно оси поршня. С обычными прямоугольными кольцами ничего особенного не происходит,  кроме изнашивания внешней поверхности (скругляется внешняя поверхность).
У колец трапецеидального профиля в момент перекладки происходит раскрытие замка и увеличение наружного диаметра. Т.е. кольцо как бы выдвигается из канавки в поршне. От этого сразу же увеличивается вертикальное перемещение кольца в канавке (со всеми вытекающими последствиями). Когда перекладка завершилась и поршень начинает двигаться вверх или вниз, кольцо вновь задвигается в канавку. Эти перемещения очень малы, но их достаточно для очистки от лака и предотвращения закоксовки.

*

Nefterudovoz

  • Постоялец
  • ***
  • 201
  • 15
    • Набережные Челны
Re: Износ верхнего компрессионного кольца.
« Reply #21 : 02 Декабря 2018, 22:10:20 »
Не профи в моторах, но вставлю свои 5 копеек, если позволите. :)
Человек объясняет "наглядно" о юбках и поршнях:
https://www.youtube.com/watch?v=YB9Dwfmf2Hk