Группа поршневая ГАЗ-53: сердце газовских моторов

Автомобили ГАЗ-53 все еще распространены в нашей стране, поэтому для них выпускается много запчастей. Среди них и детали двигателей, в том числе поршни, гильзы, пальцы и другие, образующие поршневую группу. О поршневой группе, ее назначении, составе, типах и конструктивных особенностях — в этой статье.

Назначение, состав и роль поршневой группы в двигателе

Двигатель — это сложная система взаимосвязанных и взаимодействующих деталей, каждая из которых выполняет свои функции. Одну из ведущих ролей в работе мотора играет целый комплект деталей ? поршневая группа. Именно эта группа компонентов обеспечивает достижение двигателем его ключевых характеристик, а также выполняет ряд функций:

• Поршень, гильза и головка блока образую камеру сгорания, в которой как раз и происходят все основные термодинамические процессы ДВС;
• Поршень воспринимает и передает на коленчатый вал (через палец и шатун) силы, возникающие при сгорании топливно-воздушной смеси;
• Поршень вместе с поршневыми кольцами обеспечивает герметизацию камеры сгорания, предотвращая чрезмерную утечку газов в картер;
• Гильза обеспечивает герметизацию водяной рубашки двигателя, предотвращая попадание охлаждающей жидкости в цилиндр и обратный прорыв газов в рубашку охлаждения.

Обычно к поршневой группе относится четыре типа деталей: поршень, гильза, поршневой палец и два стопорных кольца. Также поршневая группа требует использования еще ряда деталей — поршневых колец (компрессионных и маслосъемных) и, если это предусмотрено конструкцией двигателя, уплотнительных колец под гильзы. Каждый поршень с гильзой, пальцем и стопорными кольцами образует один поршнекомплект (нередко сюда же включаются и кольца), число поршнекомплектов равно числу цилиндров двигателя.

Важно отметить, что детали поршневой в процессе эксплуатации подвергюется колоссальным тепловым (нагрев до 2000°C и более) и механическим нагрузкам. Поэтому к параметрам и качеству изготовления этой группы деталей предъявляются самые жесткие требования, для них используются высококачественные материалы, а в процессе производства применяются технологии по их упрочнению.

В настоящее время поршневые группы продаются в двух комплектациях — с гильзами и без. Комплектация зависит от конструкции двигателя и способа установки его гильз. В частности, на многих моторах легковых автомобилей (отечественные ВАЗ, большинство иномарок и другие) обычно гильзы впрессованы в блок и их замена связана с серьезными затратами сил, поэтому поршнекомплекты для них не имеют гильз. А на двигателях грузовиков, в том числе старых и новых ГАЗах, современных КАМАЗах, в двигателях ЯМЗ и многих других, используются гильзы ?мокрого? типа (они непосредственно омываются охлаждающей жидкостью), которые просто вставляются в блок и удерживаются головкой — для таких моторов поршнекомплекты поставляются с гильзами.

Типы и конструктивные особенности поршневых групп ГАЗ-53

На автомобилях ГАЗ-53 всех модификаций используется только две модели двигателя — бензиновые карбюраторные 8-цилиндровые V-образные ЗМЗ-53 и его более современная модификация ЗМЗ-511. Моторы ЗМЗ-53 (и его ?брат-близнец? ЗМЗ-66 для ГАЗ-66) выпускаются с начала 1960-х годов, а ЗМЗ-511 (вместе с другими моторами 500-й серии) стали производиться уже с конца 80-х годов. В настоящее время двигатели ЗМЗ-53 (и ЗМЗ-66) не выпускаются, но в производстве все еще находятся ЗМЗ-511, которые ставятся на грузовики ГАЗ-3307 и другие, и ЗМЗ-513 (ставились в том числе и на ГАЗ-66).

Двигатели ЗМЗ-53, 511 и 513 имеют объем 4,25 литра и мощность от 115 л.с. (ранние версии) до 125 л.с. (современные версии). Поршневые группы данных двигателей одинаковы и имеют идентичные параметры. Такая же поршневая используется в моторах ЗМЗ-502, ЗМЗ-672 и различных их модификациях. Поэтому одна модель поршневой может использоваться для ремонта двигателей старых автомобилей ГАЗ-53 и ГАЗ-66, более новых ГАЗ-3507, 3785, 3307, автобусов ПАЗ-672, ПАЗ-3205 и ряда других.

Несколько слов нужно сказать о каждой детали поршневой группы рассматриваемых двигателей.

Гильза. ?Мокрого? типа, изготавливается из с специального легированного чугуна методом центробежного литья, в нижней части переходит в тонкий стакан для плотной установки в блок, сверху расширяется для лучшего контакта с головкой. Гильза через специальную прокладку (медное кольцо) вставляется в блок и сверху прижимается (опять же через прокладку) головкой. Гильза непосредственно омывается охлаждающей жидкостью, поэтому герметичность верхней и нижней прокладок в данных моторах имеет первостепенное значение.

Поршень. Диаметром 92 мм, отливается из алюминиевого сплава АЛ-30 (современная маркировка АК12ММгН). В более поздних модификациях поршень получил терморегулирующую вставку из стали. В верхней части поршня предусмотрено три канавки — две под компрессионные кольца, и одну под маслосъемное кольцо. Внешняя поверхность поршня покрыта тонким слоем олова (а в более поздних модификациях специальными сплавами на основе олова), который обеспечивает более равномерную притирку и приработку.

Поршневой палец. Плавающего типа, пустотелый (трубчатый), изготавливается из конструкционной легированной (хромистой) стали марки 15Х и подвергается дополнительной обработке — цементации поверхности и высокочастотной закалке (на глубину до 1,5 мм). Палец удерживается в поршне на двух пружинистых стопорных кольцах.

Зачастую к поршневой группе относят и комплекты поршневых колец. В двигателях ЗМЗ-53, 511 и 513 используется три кольца — два компрессионных, устанавливаемых в верхней части поршня, и одно маслосъемное. Компрессионные кольца — цельные, чугунные, причем верхнее кольцо дополнительно хромирована. Маслосъемное кольцо — наборное, состоит из двух стальных колец, одного радиального и одного осевого расширителя.

Важно отметить, что все детали поршневой группы еще на заводе-изготовителе подбираются и подгоняются по параметрам (диаметрам, массе и т.д.), поэтому при установке комплекта важно их не перепутать. Однако возможна не полная замена всей группы, а только ремонт и замена отдельных деталей. Например, очень часто гильзы хонингуются, вследствие чего их внутренний диаметр увеличивается, в этом случае необходимо использовать поршни увеличенного ремонтного размера (всего их выпускается пять групп). Соответственно, на столько же групп разделены поршневые кольца. На четыре группы по размерам разделены и поршневые пальцы, что тоже необходимо учитывает при ремонте.

Вопросы ТО, ремонта и замена поршневой группы

В процессе эксплуатации двигателя поршневая группа подвергается колоссальным нагрузкам, вследствие этого подвержена износу и нуждается в регулярном ремонте. О том, что поршневая требует осмотра и обслуживания, могут свидетельствовать целый ряд признаков, самые явные из них — значительный угар масла, падение мощности силового агрегата, повышение дымности и токсичности выхлопа, затрудненный запуск двигателя и другие. Наконец, чрезмерный износ некоторых деталей (например — пальцев и поршневых колец) проявляется определенными ритмичными и неритмичными стуками.

Все это может возникать из-за износа, деформации или даже разрушения деталей поршневой. Наиболее часто можно столкнуться с закоксовкой и поломкой поршневых колец, износом поршневых пальцев, износ канавок под поршневые кольца, износ юбки поршня, возникновение на юбке поршня задиров. Износу подвержена также и гильза, на ее зеркале могут возникать задиры и различные повреждения.

Наиболее просто решается проблема с кольцами — они снимаются и заменяются на новые. Однако если разбиты канавки под кольца, то менять придется весь поршень, новые поршни ставить придется при их чрезмерной износе, появлении задиров и деформаций. Если проблема в поршневом пальце, то на его место может быть установлен палец большего ремонтного размера (при этом отверстие под палец в поршне растачивается). А в случае хонингования гильз придется менять все поршни, при этом нужно использовать поршни соответствующего ремонтного размера. Наконец, наиболее сложные проблемы, когда замена поршней или расточка гильз уже невозможны, решаются полной заменой поршневой группы.

Независимо от типа ремонта, необходим соблюдать ряд требований. В частности, все поршни и пальцы устанавливаются в определенном положении — по цветным меткам, по стрелкам и надписям ?ПЕРЕД?. Только так будет достигнута правильная балансировка поршневой группы и нормальная работа двигателя. А после установки новой поршневой двигатель обязательно должен пройти обкатку, порядок которой четко прописан производителем.

Для нормальной работы поршневой группы необходимо использовать качественные и рекомендуемые производителем смазочные материалы, охлаждающую жидкость и другие технические жидкости. Также необходимо соблюдать простейшие правила эксплуатации силового агрегата — правильно запускать и прогревать, не подвергать перегрузкам и т.д. Только в этом случае поршневая группа и весь мотор будут работать в оптимальном режиме, обеспечивая требуемые характеристики на протяжении многих лет.

Поршневая группа ГАЗ-53: залог качественной работы мотора

Надежная работа силового агрегата грузовика во многом определяется слаженной работой всех узлов кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Главную роль в функционировании этого механизма играет поршневая группа, которая выдерживает основные механические и термические нагрузки в моторе и обеспечивает передачу энергии от сгораемой топливной смеси к коленвалу двигателя.

Автомобили ГАЗ-53 являются известными грузовиками отечественного машиностроения, широко используемые с 1961 года. По количеству своих модификаций и оптимальных рабочих параметров и характеристик, этот автомобиль стал одним из самых массовых грузовиков, когда-либо выпускавшихся на территории бывшего Советского Союза. Общее количество выпущенных грузовиков составило больше 4 млн. экземпляров.

Двигатель грузовика ГАЗ-53

Грузовики ГАЗ-53 комплектуются V-образными, 8-цилиндровыми четырехтактными силовыми агрегатами, с подачей топливной смеси через карбюратор. Бензиновые моторы ЗМЗ 511 имеют рабочий объем в 4,25 л с коэффициентом сжатия 7,6. Для оптимизации характеристик этого силового агрегата в его конструкции используется головка блока цилиндров с впускными магистралями винтового типа и высокотурбулентной камерой сгорания топливной смеси. Для распределительного вала мотора характерны измененные фазы и размещение кулачков под углом. Для устойчивости двигателя в моторном отсеке применена усиленная передняя опора. Чтобы уменьшить выхлоп вредных веществ в атмосферу применяется специальная рециркуляционная система выхлопных газов.

Силовой агрегат автомобиля ГАЗ-53 вместе с КПП и сцеплением крепится к раме грузовика при помощи подушек из специальной резины в двух точках спереди и в двух сзади. Опоры мотора рассчитаны на то, чтобы компенсировать как его вертикальные колебания, генерируемые реактивными силами, так и горизонтальные, которые генерируются при разгонах и торможениях. Система передних опор агрегата выполнена из чугунных кронштейнов, с запрессованными резиновыми и армированными подушками. Задние опоры имеют схожую конструкцию с передними.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) ГАЗона

Конструкция КШМ, преобразовывающего направленное движение поршня во вращение коленвала, включает: моноблок цилиндров с набором гильз, поршень с пальцем и набором колец, а также шатуны с коленвалом. Комплекс поршней, колец и пальцев составляет поршневую группу силового агрегата ГАЗ.

Блок цилиндров

Этот узел КШМ является моноблочной конструкцией с V-образным расположением мест цилиндров и углом развала в 90°. Отливается моноблок из специального алюмосплава АЛ4 с последующей термообработкой и пропиткой синтетической смолой. Стенки самого моноблока играют роль «водяной рубашки» мотора, входящей в его охладительную систему. В нижней ее части есть ниши для монтажа гильз цилиндров. Задний торец блока используется для крепления к нему картера сцепления.

Гильза цилиндра

Гильза, как и блок цилиндров, относится к не движущимся деталям КШМ. Гильза цилиндра устанавливается в специальное место в блоке. Ее производство выполняется из специальных марок высокопрочного чугуна. Нижнюю область гильзы уплотняют при помощи медных колец, а верхнюю — благодаря прокладке блока цилиндров.

Поршень ГАЗ 53 с поршневым пальцем

Поршни грузовика ГАЗ, выливают из алюмосплава АЛ30. Для оптимальной приработки на поршень наносится тонкий оловянный слой. Поршневая головка имеет 3 прорези, в которые монтируют 1 маслосъемное и 2 компрессионных кольца. Пальцы, плавающего типа, пустотельные — производятся из высокопрочной стали 15-Х. Внешняя поверхность пальцев поддается процессу цементации на толщину до 1,5 мм с последующей закалкой высокочастотными токами. Фиксируется палец с помощью двух фиксирующих колец.

Поршневые кольца

В поршневой группе используется два вида поршневых колец — компрессионные и шатунные. Компрессионные кольца изготавливают из специального высокопрочного чугуна. Наружная плоскость верхнего кольца поддается хромированию, а нижние плоскости — лужению. Маслосъемные кольца состоят из 2 плоских дисков из стали и 2 расширителей — радиального и осевого.

Шатун с коленвалом

Шатуны для силовых агрегатов ГАЗонов производят из стали 45 Г2, а в поршневую головку шатуна впрессовываются бронзовые втулки. Коленвалы моторов ГАЗ отливаются из износоустойчивого чугуна ВЧ50-2 с примесями магния. Коленвал снабжен пятью опорами, имеет 6 противовесов и 4 шатунных шейки. Перед установкой в силовой агрегат, коленвал проходит обязательную динамическую и статическую балансировку.

Роль поршневой группы ГАЗ-53 в работе КШМ

Группа поршневая в ГАЗоновских грузовиках выполняет следующие функции:

• принимает давление газов от сгоревшей смеси и передает его посредством шатуна на коленчатый вал;
• уплотняет надпоршневую полость цилиндров от попадания газов в картер и излишнего попадания масла.

Уплотняющая функция поршневой группы является важным моментом, по которому судится состояние всего двигателя. При некачественном выполнении этой функции в камеру сгорания будет попадать масло, при сгорании которого, его объем в системе смазки двигателя будет уменьшаться, а выхлопные газы будут характеризоваться повышенной дымностью.

Группа поршневая ГАЗ-53 в процессе работы двигателя совершает циклы возвратно поступательных движений, что приводит к воздействию сил инерции на все составляющие этой группы. Кроме этого, элементы группы работают в достаточно сложных температурных режимах, которые стремительно меняются, а также при отсутствии качественной смазки поверхностей и эффективного теплоотвода. Максимальные тепловые и механические нагрузки испытывает поршень, состоящий из головки и направляющей части — юбки, а именно днище поршня, которой является частью камеры сгорания. Температуры, которые должно выдерживать днище поршня, составляют от 2000 до 2500°С.

Головка поршня в своей конструкции имеет специальные прорези, в которые устанавливаются поршневые кольца, используемые для поддержания компрессии и снятия со стенок цилиндра масляной пленки. Для стекания масла в головке предусмотрена система дренажных канавок толщиной около 3 мм. Юбка поршня имеет отверстия для фиксации при помощи стопорных колец, шатунного пальца, который соединяет между собой шатун и поршень. Во избежание заклинивания и свободного хода поршня с маслосъемными и компрессионными кольцами между юбкой поршня и стенками цилиндра предусмотрен специальный зазор.

Основные неисправности поршневой группы и способы их устранения

Основными признаками, которые указывают на неисправности в работе поршневой группы ГАЗ-53, являются:

• увеличенный расход масла;
• худшие пусковые качества силового агрегата;
• уменьшение мощности двигателя;
• снижение качества масла;
• изменение состава выхлопных газов, увеличенная дымность.

При наличии перечисленных факторов следует как можно раньше выполнить диагностику и ремонт поршневой группы автомобиля. Затягивание с ремонтом может повлечь дорогостоящий капитальный ремонт мотора.

Основными дефектами, которые провоцируют поломку поршневой группы, являются износ прорезей поршневых колец, износ пальцевых отверстий, задиры и износ юбки поршня, деформация поршневых колец. Изредка случается прогорание поршня.

При износе канавки поршневого кольца более 0,2 мм поршень бракуется и подлежит замене. Чрезмерный износ отверстия поршневого пальца может нивелироваться путем его расточки под палец большего диаметра. К основным дефектам поршневых пальцев относится чрезмерный износ поверхности сопряженной с верхней головкой шатуна. Восстановить пальцы можно при помощи гальванического наращивания металлического слоя или пластической деформацией с последующими пластическими и термическими обработками. Деформация поршневых колец или прогорание самого поршня предусматривает их полную замену.

Другие статьи

Грузовые автомобили «Урал» оснащаются системами регулирования давления воздуха в шинах, в которых применяются гибкие трубопроводы — шланги. О том, что такое шланги системы накачки шин, каких типов они бывают и как они устроены, а также об их выборе, замене и обслуживании читайте в данном материале.

В современных транспортных средствах предусмотрена вспомогательная система, обеспечивающая комфортное движение при осадках — стеклоочиститель. Привод данной системы осуществляется мотором-редуктором. Все об этом агрегате, его конструктивных особенностях, выборе, ремонте и замене — читайте в статье.

Современные транспортные средства оснащаются светосигнальными приборами, установленными в передней и задней части. Формирование светового пучка и его окрашивание в фонарях обеспечивается рассеивателями — все об этих деталях, их типах, конструкции, выборе и правильной замене читайте в данной статье.

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.