Цилиндры. Эти детали съемные. Отдельно изготовленный цилиндр называют гильзой. При использовании вставных гильз можно увеличить срок службы блок-картера за счет замены изношенных гильз новыми. Гильзы обычно изготавливают из легированного чугуна. Внутреннюю поверхность гильзы, называемую зеркалом, тщательно обрабатывают и закаляют. По внутреннему диаметру гильзы сортируют на три размерные группы: Б, С и М (большая, средняя и малая). Обозначения размерной группы наносят на торце буртика 1 (рис. 15).
Рис. 15. Детали поршневой группы: а — «мокрая» гильза (цилиндр); б — сечения поршней; в — поршень; г — поршневой палец; 1 — буртик; 2 и 3 — верхний и нижний пояски; 4 — резиновое уплотнительное кольцо; 5, 6 и 11 — соответственно маслосъемное, компрессионные и стопорное кольца; 7 — выемка в днище поршня; 8 — канавка для стопорного кольца; 9 — утолщение (бобышка); 10 — отверстие для поршневого пальца; А — метки массы и размерной группы поршня; Б — днище; В — головка (уплотняющая часть); Г — юбка (направляющая часть); Д — метка размерной группы пальца
Гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью, называют «мокрыми». На наружной поверхности гильзы выполнено два посадочных пояска 2, которые служат для плотной установки гильзы в блоке. Между нижним пояском гильзы и блоком цилиндра монтируют резиновые уплотнительные кольца 4, предотвращающие протекание воды в картер из водяной рубашки блока. У одних двигателей резиновые кольца устанавливают в выточки, выполненные на нижнем пояске гильзы, у других — в расточке блока. Верхний торец гильзы незначительно выступает над плоскостью блока, что обеспечивает лучшее обжатие металлоасбестовой прокладки, создает надежное уплотнение от прорыва газов из цилиндра и попадания воды в цилиндр.
На цилиндрах двигателей с воздушным охлаждением снаружи имеются охлаждающие ребра. Каждый цилиндр вместе с головкой закрепляют специальными (анкерными) шпильками на картере.
Поршни. Эти детали воспринимают и передают на шатун усилие, возникающее от давления газов. Их отливают из легкого, но достаточно прочного алюминиевого сплава.
Поршень имеет вид перевернутого стакана. Он состоит из днища Б, головки В и юбки Г. Днище поршня делают фасонной формы с выемкой (для лучшего перемешивания воздуха с поступающим в цилиндр топливом), которая зависит от способа смесеобразования и расположения клапанов и форсунок.
На внешней поверхности головки и юбке проточены канавки для компрессионных 6 и маслосъемных 5 колец. Число колец, устанавливаемых на поршне, зависит от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала. По окружности канавок под маслосъемные кольца просверлены сквозные отверстия для отвода масла в картер двигателя.
На внутренней стороне юбки имеется два прилива — бобышки 9, в отверстия которых устанавливают поршневой палец. Бобышки соединяются ребрами с днищем, увеличивая прочность поршня. В бобышках проточены кольцевые канавки 8 для стопорных колец. На наружной поверхности поршня против бобышек сделаны срезы — «холодильники», где скапливается масло, способствующее охлаждению утолщенной части поршня и предохраняющее поршень от заклинивания при его нагревании. Для этого же применяют поршни, у которых диаметр юбки больше диаметра головки и юбка имеет овальное сечение (бблыиая часть овала перпендикулярна оси поршневого пальца). В результате можно получить наименьший зазор между юбкой и стенками цилиндра в холодном двигателе.
По наружному диаметру юбки поршни, как и гильзы, сортируют на три размерные группы: Б, С и М. Обозначение размерной группы наносят на днище поршня. При сборке группы поршня и гильзы должны быть одинаковыми. Поршни также сортируют на две размерные группы по диаметру отверстия под поршневой палец и маркируют краской (черной или желтой) на бобышках поршня.
На головке поршня некоторых двигателей сделаны мелкие кольцевые канавки глубиной 0,3 мм. В них задерживаются продукты сгорания масла (нагар), что предотвращает преждевременное закок- совывание поршневых колец.
Поршневые пальцы. Эти детали делают пустотелыми из стали. От осевого перемещения палец удерживается разжимными стопорными кольцами 11, которые установлены в канавках бобышек поршня. Палец соединяет поршень с шатуном. В отверстие втулки верхней головки шатуна палец вставляют с зазором, а в поршень — с натягом. Во время работы двигателя между поршнем и пальцем при достижении рабочей температуры появляется зазор и палец может поворачиваться в бобышках поршня. Такой палец называют плавающим.
Поршневые кольца. По назначению кольца подразделяют на компрессионные и маслосъемные (рис. 16).
Рис. 16. Поршневые кольца: а — составное маслосъемное кольцо; б…г — варианты формы и расположения колец на поршне; 1 — плоские стальные кольца; 2, 3 и 12 — соответственно осевой, радиальный и спиральный расширители; 4 — поршень; 5 — компрессионные кольца прямоугольного сечения с внутренней проточкой; 6 — верхнее компрессионное кольцо прямоугольного сечения; 7 — нижние компрессионные кольца с конической наружной поверхностью; 8 — скребковые маслосъемные кольца; 9 — кольцо с выпуклой рабочей поверхностью; 10 — трапециевидные кольца; 11 — маслосъемное кольцо коробчатого сечения
Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер. Их изготавливают из легированного чугуна или стали. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра. Поэтому часть кольца вырезана, вследствие чего при установке в цилиндр оно пружинит и хорошо прилегает к поверхности.
Вырез в поршневом кольце называют замком. Он может быть косым или прямым. Наибольшее распространение получило кольцо с прямым замком как более простое и дешевое в изготовлении. Для уменьшения утечки газов через зазоры в замках кольца устанавливают замками в разные стороны желательно на равном расстоянии по окружности. Для уплотнения, обеспечивающего герметичность цилиндра, на поршне размещают два-три компрессионных кольца. В канавках поршня кольца устанавливают с небольшим зазором, и они могут свободно перемещаться относительно поршня.
В поперечном сечении компрессионные кольца имеют различную форму. По сравнению с кольцом прямоугольного сечения кольцо 7 с конической наружной поверхностью имеет меньшую опорную поверхность, что обеспечивает его быструю приработку и хороший контакт с цилиндром по всей окружности. Некоторые компрессионные кольца 5 имеют по внутреннему диаметру сверху кольца фаску или выточку. При установке в цилиндр такие кольца деформируются (скручиваются) и прилегают к зеркалу цилиндра нижней кромкой. Поэтому скручивающиеся кольца работают подобно конусным и в то же время перемещаются в меньшей степени по поршню в вертикальном направлении. Трущуюся о цилиндр поверхность верхнего компрессионного кольца хромируют. У некоторых дизелей слою хрома (до 0,3 мм) придают выпуклую форму. Такое кольцо 9 лучше и быстрее прирабатывается.
Маслосъемные кольца припятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже компрессионных. Они в отличие от компрессионных колец имеют сквозные прорези или состоят из двух колец скребкового типа. На поршни многих двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца, изготовленные из двух стальных дисков и двух пружинных расширителей — осевого и радиального. Осевой расширитель 2, расположенный между дисками, плотно прижимает их к стенкам канавки поршня. Радиальный расширитель 3 плотно прижимает диски к цилиндру.