Меню

Что такое форсунки охлаждения поршней

Что такое форсунки охлаждения поршней

За прошедшее время в мастерской K-POWER довольно много двигателей ВАЗ 21083 и автомобилей Ока были оснащены форсунками охлаждения поршней. Изначально (в заводских условиях) форсунки устанавливались только на 16 клапанные двигатели 2112.

Плюсы форсунок несомненны, и не раз описывались в отчетах.
Вот лишь несколько примеров установки форсунок при капремонте двигателя:

По прошествии достаточно длительного времени, хотелось бы изложить некоторые результаты установки таких форсунок. Эти результаты сложились из наблюдений за откапиталенными двигателями.

На страницах этой статьи я бы хотел изложить некоторые наблюдения из практики.

Прежде всего — форсунки увеличивают ресурс двигателя, за счет увеличения смазки цилиндров и охлаждения поршней. Это не «миллионники» конечно, но определенное увеличение ресурса однозначно есть.
Форсунки охлаждения поршней практически не оказывают негативного влияния на давление масла в масляной системе. Уместно вспомнить, что на 2112 двигателе добавлено еще 16 дырок, питающих гидрокомпенсаторы клапанов и особых проблем с этим нет (при том же маслонасосе).

Сами форсунки являются, по сути, одноразовыми. При следующем капремонте их необходимо выпрессовывать, иначе невозможно произвести расточку и хонинговку цилиндров. При аккуратной выпрессовке форсунки можно использовать впоследствии, но настоятельно рекомендуется заменить на новые (о наличии запасных форсунок желательно позаботится заранее, перед разборкой двигателя).

На фото далее показан поршень 21083 (слева), работавший в серийном двигателе, без форсунок. Справа показан поршень 2110, работавший в форсированном двигателе с форсунками охлаждения поршней. Хорошо видно, как форсунка «моет» маслом поршень изнутри. Поскольку форсунка направлена строго в одну часть поршня (на фото — в верхнюю часть), на другой части поршня нагара побольше, но всё равно его гораздо меньше, чем без форсунок.

Форсунки лучше охлаждают поршни, что оказывает огромное влияние на отсутствие термических деформаций поршней — известно, что на обычных моторах, хорошо походивших, поршни болтаются в цилиндрах и не сколько из-за износа, но сколько из-за того, что сами поршни «плывут» при работе двигателя — они деформируются, например, днище поршня скукоживается. Причиной этому может послужить любой перегрев двигателя, например, расплавленный поршень из Кунсткамеры уменьшился в диаметре с 82.4 мм до 82.0 мм! По-этому, к пробегу 100 тыс.км поршни у двигателей Оки уже болтаются в цилиндрах. С форсунками охлаждения поршней такое явление в значительной степени менее выражено и это доказано практикой (на сильно походившем моторе Оки с форсунками поршни сидели в цилиндрах так же плотно, как будто блок собрали только вчера)!! Т.е. поршень испытывает меньшие термические нагрузки и не теряет своей формы, не меняет геометрические размеры.

На фото далее — показана внутренняя часть поршня, куда попадало масло с форсунки. Белесые разводы на поверхности — легкая абразивная эрозия, ведь в масле всегда присутствует определенная толика абразива, не улавливаемого фильтром.

Хорошо известны задиры на юбках поршней 21083. Они вызваны полусухим трением — в момент запуска двигателя, особенно зимой, масло, разбрызгиваемое из опор коленвала, не успевает попасть на цилиндры, ввиду своей высокой вязкости и поршни работают на «собственных запасах» в полусухом режиме. Особенно быстро такие задиры появляются на поршнях, когда цилиндры лишаются сеточки хона ввиду естественного износа — даже если поменять поршни на новые (без расточки и хонинговки цилиндров), юбки новых поршней очень быстро покроются такими задирами.
Мотор с форсунками, прошедший хорошие зимние морозы, практически не имел таких задиров на юбках поршней!

На фото — те же поршни. Рассмотрим теперь юбки поршней. На юбке поршня 21083 (слева) хорошо обычные темные задиры, вызванные граничным режимом полусухого трения. Такие задиры бывают практически на всех поршнях, работавших без форсунок — чем больше пробег и чем более изношены цилиндры, тем они ярче выражены.
Юбка 2110 поршня (справа), работавшего с форсунками, практически лишена таких задиров и имеет лишь легкий матовый оттенок, характерный для приработавшегося поршня.

Таким образом, результируя вышесказанное — форсунки охлаждения поршней дают ряд неоспоримых плюсов (меньший износ ШПГ и цилиндров, меньшие термические нагрузки на поршни, быстрая подача масла к поршням при холодном запуске), а польза от них подтверждается на практике.

Статья написана: 30 августа 2009 г.
Автор статьи, фото-видео материалов: © Квазар
Запрещены без письменного разрешения автора: перепечатка статьи целиком или частично, перепечатка и использование фото-видео материалов, равно как их изменение и редактирование в целях дальнейшей публикации на сторонних сайтах.

Источник статьи: http://www.k-power.ru/1-K-POWER/Publications-ForsunkiPorchn.htm

Форсунки охлаждения поршней

Форсирование двигателя наддувом сопровождается ростом температуры днища поршня, его термонапряжённости. В результате существенно понижается его прочность, ухудшаются условия смазки, а у двигателей с внешним смесеобразованием повышается опасность детонационного сгорания. Вообще, для улучшения процесса сгорания температуру днища поршня целесообразно повышать, конечно, до определённого уровня, при этом обеспечивается также сжигание отложений продуктов неполного сгорания топлива и масла, однако происходит снижение коэффициента наполнения.

Читайте также:  Поршень для двигателя cgpa

Для снижения термонапряжённости применяют следующие методы:

  1. отвод тепла от днища поршня в стенки цилиндра через поршневые кольца и юбку;
  2. отвод тепла жидкостью, подводимой к днищу поршня;
  3. применение накладок на днище из жароупорных чугуна или стали с низким коэффициентом теплопроводности.
  4. иногда применяют комбинацию из указанных методов.

У ДВС с наддувом первый способ обычно применяется для алюминиевых поршней увеличением сечений их корпуса. При втором способе применяют обычно масло, реже — воду. Известно, что крупные судовые двухтактные дизели принципиально всегда имеют систему охлаждения поршней. Но лёгкие быстроходные двигатели такой системой, как правило, не оснащаются. Однако с ростом напряжённости двигателя в связи с турбонаддувом появилась необходимость такого охлаждения. Рассмотрим несколько принципиальных схем выполнения таких систем. На рисунке показаны три таких схемы. Они могут быть классифицированы следующим образом. Л — охлаждение разбрызгиванием, Б — охлаждение с помощью масляной форсунки и В — масляное охлаждение путём циркуляции масла или путём взбалтывания масла в полостях поршня.

Рис. 1 — Принципиальные схемы охлаждения поршней

Система А известна давно и применялась ещё тогда, когда отсутствовала принудительная смазка с помощью подкачивающего масляного насоса. В этом случае на шатуне размещено приспособление в виде ложки так, что при вращении шатуна ложка черпает масло из картера и разбрызгивает его по зеркалу цилиндра и по днищу поршня. Эта система применяется в высокооборотных ДВС с малым диаметром цилиндров, но её возможности эффективно охлаждать поршни высоко-форсированных двигателей ограничены.

В быстроходных двигателях с наддувом и сравнительно малым диаметром цилиндра широко применяется система Б, в которой специальная масляная форсунка, неподвижно установленная под цилиндром или в верхней головке шатуна и связанная с каналом подачи масла, непрерывно, а иногда прерывисто, подаёт струю или факел масла вверх — на днище поршня вблизи поршневой головки шатуна, охлаждая поршень. Чтобы не нанести вред основной системе смазки и охлаждения подшипников, которая, естественно, более важна, чем охлаждение головки поршня, эта система охлаждения связана со специальным каналом подвода масла, давление в котором повышается лишь после того, как уровень давления в основной системе превысит необходимое давление для смазки подшипников после начала работы двигателя. Эффективность работы такой системы охлаждения поршня существенно зависит от точности направлении факела масла, от охвата факелом масла всей поверхности днища, что следует контролировать при монтаже, диагностике двигателя и т.д. Но эффективность метода всё же мала, так как масло находится в контакте с днищем поршня лишь сравнительно короткое время. Наличие рёбер на днище поршня увеличивает эффективность теплоотвода.

Рис.2 — Схема размещения масляной форсунки охлаждения поршня

На схеме В показано, что масло под давлением подводится к каждому коренному подшипнику коленчатого вала (по сверлениям в шейках), поступает к шатунным шейкам, затем по сверлениям в теле шатуна — к поршневой головке шатуна, в подшипник и затем через специальные устройства (ползуны) подаётся в полости охлаждения головки поршня.

При этом может обеспечиваться либо непрерывная циркуляция охлаждающего масла в полостях поршня, либо производится охлаждение путём взбалтывания масла в полостях поршня. Когда силы инерции направлены вверх, слой масла, прилегая к днищу, отбирает от него тепло. При обратном направлении сил инерции часть масла вытекает через специальные каналы, а часть вытесняется в карманы в полости охлаждения. Применение этого способа позволяет снизить температуру поршня почти на 70 градусов по сравнению с температурой при проточном охлаждении.

На рис. 2 показано размещение масляной форсунки А в нижней части цилиндра и её связь с масляным каналом в блоке двигателя. На юбке поршня видна специальная выемка, куда входит масляная форсунка, когда поршень опускается к нижней мёртвой точке. Наличие выемки позволяет приблизить днище поршня к форсунке в положении вблизи НМТ. Нагретое масло после отвода тепла от днища поршня сбрасывается в картер двигателя. При этом, конечно, повышаются общий уровень температуры масла, а следовательно требуется повышенное охлаждение его в масляном холодильное. Охлаждение взбалтыванием широко применяется в двигателях с противоположно движущимися поршнями и двигателях с клапанно-щелевой системой газообмена.

Желательно, чтобы поршень имел достаточно большую длину, тогда скорость масла при ударе о днище может быть достаточно высокой, что улучшает охлаждение.

На рисунке показан шатун с каналами для прохода масла под давлением, показаны зоны 1 шатунного подшипника, наименее нагруженные при работе двигателя, и в них — канавки для прохода масла. В конечном итоге масло почти постоянно подаётся из поршневой головки шатуна в полости головки поршня. Такая подача может происходить двумя путями, которые показаны на рисунке.

Рис.3 — Схема шатуна с каналами для прохода масла под давлением

Рис. 4 — Схема шатуна с каналами для прохода масла под давлением

Рис.5 — Схема распределения температур в поршне

Читайте также:  Как определить площадь малого поршня гидравлической машины

Схема А применяется для среднеразмерных двигателей, а схема Б — для высокооборотных. Согласно схеме А, масло проходит из сверления в теле шатуна в головку для смазки поршневого подшипника и также по канавке вокруг подшипника — в канал В в специальном «башмаке», стакане, постоянно связанном с поршнем и способном скользить по головке шатуна при его качании. Далее масло поступает в полости охлаждения головки поршня, выполненные в виде спирального канала и образованного специальными приливами на днище поршня.

На Рис. 5 видна существенная неравномерность температур.

Видно, что в зоне отвода тепла от поршня через поршневые кольца в стенки цилиндра температуры достигают 200 — 220 °С, а в зоне факела горящей смеси, вытекающей из камеры сгорания, — до 400 °С. При этом температуры головки цилиндра вблизи места посадки тарелки выпускного клапана могут достигать 650 — 700 °С. Как в двигателе с естественным всасыванием, так и в двигателе с наддувом температуры на днище поршня не должны превышать 400°С, причём температуры внутренней части днища поршня, охлаждаемой маслом, не должны превышать 200 °С. Последнее связано с тем, что при чрезмерно высоких температурах охлаждаемой поверхности внутренней части днища поршня масло быстро стареет и теряет свои качества.

Источник статьи: http://kovsh.com/library/ice/lubrication_system_info/forsunki_okhlazhdeniia_porshnei

Как выбрать масляную форсунку

Значительное число современных автомобилей оснащаются масляными форсунками вне зависимости от их комплектации. На деле такое устройство является опциональным – остро в нем нуждаются только турбированные или же турбодизельные двигатели. На практике масляные форсунки хорошо показывают себя в любых моторах, так как по мере повышения рабочих температур и давлений, предусмотренных современными стандартами двигателестроения, агрегаты нуждаются в специализированных системах принудительного смазывания элементов поршневой группы. Во-первых, такие системы не допускают перегрева трущихся деталей. Во-вторых, они облегчают ход поршня. Об устройстве масляных форсунок, особенностях их работы и неисправностях – в материале Авто.про .

Подробнее о назначении

Смазывание поршневой группы автомобильного двигателя – важный момент, определяющий производитель силового агрегата и срок его службы. Как уже было сказано во вступлении, дополнительные элементы смазочной системы (форсунки) должны быть установлены в двигателях с системой наддува . Многие из выпускаемых сегодня серийный бензиновых двигателей оборудованы специальной системой принудительного впрыска масла. Назначений у системы несколько:

  1. Облегчение хода поршней. Распределение смазки происходит неравномерно, так что один или несколько поршней, как правило, встречает большее сопротивление, чем остальные. Это некритично на малых оборотах, но вот по ходу увеличения оборотов в двигателе возникают дополнительные нагрузки;
  2. Улучшение теплоотвода. Прямое следствие из предыдущего пункта. Сухое трение в двигателе наблюдается в очень редких случаях, но даже если смазочная система работает нормально, отдельные элементы силового агрегата испытывают повышенные нагрузки. В них локализуются участки нагрева, тепло от которых могут отвести смазочный материал. Дополнительный подвод масла форсункой предотвращает деформацию поршней.

Пожалуй, важнейшие задачи масляных форсунок – охлаждение цилиндров и предотвращение разрыва масляной пленки. С некоторой вероятностью разрыв может возникнуть в те моменты, когда обороты коленчатого вала близки к максимальным. Практика успела показать, что оснащение силового агрегата качественными маслосъемными кольцами лишь уменьшает вероятность появления масляного голодания и даже заклинивания двигателя . Масляные форсунки помогают улучшить теплоотвод, сокращают детонацию, улучшают стабильность работы двигателя в разных режимах (в особенности при холодном старте) – словом, делают агрегат более живучим и надежным, а его работу стабильной.

Эксперты отмечают, что использование в двигателях поршней из алюминиевых сплавов, а также компрессионных и маслосъемных колец не дает полного эффекта, если силовой агрегат не дополнен масляными форсунками. Двигатель с такими форсунками всегда будет иметь лучшие эксплуатационные характеристики, чем двигатель без них. Некоторые автолюбители даже меняют поршни на те, что имеют специальные выемки, а также врезают масляные форсунки в агрегат, который не имел их в заводском варианте – в таком решении определенно есть смысл. Обычная масляная система без доработок в упрощенном виде выглядит следующим образом:

Устройство масляных форсунок

Масляные форсунки довольно редко выходят из строя по причине того, что они имеют довольно простое устройство . Разумеется, в автомобилестроении экспериментируют с конструкциями масляных форсунок, однако подавляющее большинство таких устройств устроены более чем примитивно. К основным элементам этих изделий относят:

  • Корпус с соплом;
  • Клапан (обычно подпружиненный шарик);
  • Распылитель.

Здесь легко проследить аналогию с любым другими автомобильными форсунками. Работа устройство зависит от давления масла в системе. Если давление невелико, но подпружиненный шарик форсунки, соединенной с каналом подачи масла, не отводится в сторону – усилие пружины превышает усилие, обусловленное давлением смазочного материала в системе. Как только давление превышает некоторую величину (обычно от 1,5 до 3,5 бар), пружина сжимается и шарик освобождает подающее отверстие, через которое к поршням начинает поступать масло. Как только давление падает, пружина разжимается и шарик перекрывает канал.

Читайте также:  Kayo 140 диаметр поршня

Сразу отметим, что самостоятельно изготовленные масляные форсунки могут быстро выйти из строя. Дело в том, что корпус, сопло и крепежная часть устройства изготовлены из материалов с оптимальным тепловым расширением. Обычно это весьма распространенная сталь 3 сп, однако основные элементы форсунки выполнены с соблюдением строгих допусков. Зачастую намного проще купить готовое изделие , чем пытаться сделать его самому.

Выбор новой масляной форсунки

Читатель наверняка заметил, что мы не уделили внимания неисправностям масляных форсунок. К несчастью, определить факт выхода этих устройств бывает сложно. Зачастую приходится дожидаться того момента, когда начинает наблюдаться перегрев поршневой группы. В таких случаях внимание обращают на маслосъемные колпачки, однако если с ними все в порядке, проверить стоит уже масляные форсунки. Очевидный момент: если ваш двигатель ими оснащен. Обращайте внимание на такую величину, как давление масла , а также прислушивайтесь к двигателю – он не должен издавать металлических стукок при 4000-5000 об/мин и более.

Неисправная масляная форсунка начинает срабатывать / не срабатывает при любых давлениях. Зачастую в ней выходит из строя пружина. Ослабленная пружина не может держать давление, вследствие чего масло свободно проходит через форсунку. Давление масла в двигателе с неисправной форсункой обычно достигает рабочего значения при малейшем нажатии на педаль газа . Если факт выхода форсунки из строя был подтвержден, стоит купить новое устройство для последующей замены. Его можно искать по:

  • Параметрам автомобиля;
  • Коду имеющейся форсунки;
  • VIN-коду автомобиля.

Сегодня запчасти все чаще ищут по параметрам автомобиля – этому способствуют интернет-магазины с грамотно проработанной системой поиска. Автолюбитель выбирает нужную марку и модель, после чего выбирает категорию запчасти, подкатегорию и в итоге находит нужный ему товар. На Avto.pro также реализован полнотекстовый поиск – он намного быстрее обычно поиска по электронным каталогам. После того, как автолюбитель нашел нужную форсунку, ему стоит уточнить совместимость устройства с установленными поршнями (к примеру, имеющим oil gallery ) и двигателем вообще. Форсунки разных моделей отличаются давлением открытия масляного канала, так что их взаимозаменяемость находится под большим вопросом.

Экскурс по производителям

Практически все масляные форсунки, какие только можно на вторичном рынке автозапчастей, являются оригинальными. Качество их исполнения достаточно высоко. Приятный момент: даже оригинальная форсунка стоит не очень дорого. Однако если вы нуждаетесь в замене, к примеру, сразу четырех форсунок, покупка запчастей может ударить по бюджету. Неоригинальные форсунки можно найти в каталогах крупных упаковщиков, а также малоизвестных и даже сомнительных производителей, как-то китайского KSP . Отдавая предпочтению неоригиналам, у вас будет выбор между продуктами таких фирм:

Не рекомендуем покупать б/у форсунки . Несмотря на то, что устройство имеет простую конструкцию, оно не является ремонтопригодной. Недобросовестный продавец может предложить автолюбителю форсунки с ослабленной пружиной или забившимся маслоканалом. Если очистить форсунку можно, то вот с пружиной ситуация намного сложнее – проще будет купить новое устройство. Если вы хотите сэкономить, то лучше купить новую запчасть турецкого или китайского производства (именно такие обычно предлагают немецкие упаковщики).

Установка маслофорсунки

Сразу отметим, что далее речь пойдет об установке масляных форсунок в двигатель, который изначально их не имел. Такую работу категорически рекомендовано доверить профессионалу, но с ней может справиться и автолюбитель с хорошими навыками сверления отверстий в металле. У него есть два варианта: форсунка в шатуне и форсунка в коренной постели коленчатого вала. Первый вариант не слишком хорош, так как смазочный материал будет попадать на стенку цилиндра, а в случае отдельных двигателей она и вовсе будет срабатывать в момент совершения рабочего хода , когда снижать давление масла в системе нельзя. Лучший вариантом будет именно второй.

Важный момент: тщательнее выбирайте форсунку или доработайте ее самостоятельно. Далеко не все форсунки могут «прицелиться» в дно поршня. Направлять сопло форсунки имеет смысл в сторону свечи – так это реализовано, например, 8-клапанных двигателях Lada Granta . И что нужно сделать для самостоятельной установки этого устройства:

  1. Изготовьте шаблон, приложив который можно отрегулировать направление сверления;
  2. При помощи 3-миллиметрового сверла по металлу проделайте отверстие и вставьте в него спицу для проверки погрешности;
  3. Возьмите сверло диаметров на 0.5-1.0 мм больше и рассверлите отверстие;
  4. Проделайте отверстие в других постелях;
  5. Рассверливайте отверстие до диаметра 6.7 мм, после чего сгладьте его неровности – итоговый диаметр должен составить 6.8 мм;
  6. Рассверлите входную часть отверстия под стопорное расширение – подойдет 7.4-миллиметровое сверло. Глубина стопорного расширения не должна превышать 5.0 мм. Также сгладьте неровности отверстия – его итоговый диаметр составит 7.5 мм;
  7. Впрессуйте или зафиксируйте крепежами из комплекта масляные форсунки.

Источник статьи: http://avto.pro/autonews/kak_vibrat_maslyanuyu_forsunku-20191013/

Adblock
detector