Поршни двигателя: конструкция и принцип работы

Поршень двс

Поршень одна из важных деталей двигателя внутреннего сгорания благодаря которой передается энергия на шатун. В этой статье поговорим про устройство поршня узнаем его назначения и рассмотрим его фото.

Поршень двc на первый взгляд имеет простую конструкцию. Тем не менее не все так просто инженеры постоянно работают над облегчением поршня и увеличением его прочности. Другими словами стараются найти золотую середину. Найти золотую середину бывает не просто, так как поршень постоянно эксплуатируется в экстремальных условиях при высоких температурах и повышенных инерционных нагрузках. Под действием энергии топливно-воздушной смеси поршень отправляется в НМТ ( нижнюю мертвую точку). Поршень в свою очередь передает энергию на коленвал через шатун с которым поршень связан через поршневой палец.

Основные функции поршня двс:

1) Отвод излишков тепла.

2) Благодаря поршню камера сгорания становится герметичной.

3) Передача энергии на коленвал через шатун.

Если сказать кратко задача поршня передать энергию газов на коленвал чтобы последний преобразовал ее в механическую энергию.

Устройство

В последнее время поршень двс изготавливают из алюминия так как этот материал лёгкий и прочный.

Поршни бывают литые и кованные. Литые поршни изготавливаются литьём под давлением. Кованные поршни изготавливают методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния 15%. Что увеличивает их прочность и износостойкость.

Обсудим основные детали поршня, более подробно устройство поршня можно рассмотреть на схеме.

Днище

Днище поршня может иметь 5 разных видов поверхностей у каждого типа свои преимущества и недостатки.

Плоское. Такой тип поверхности используется довольно часто. Недостаток поршня такого типа, в том что при обрыве ремня поршни гнут клапана.

Вогнутое. Обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания. Тем не менее способствует большему образованию отложений при сгорании топлива.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Выпуклое. Улучшает производительность поршня, но при этом понижает эффективность сгорания топлива.

С циковками. Предотвращают столкновение поршней с клапанами за счёт специальных углублений называемых циковками. Из-за канавок может быть небольшая потеря мощности.

С лужей.Такой тип поршней также оснащен канавками только большего размера. Цель таких поршней понизить степень сжатия. Например они отлично подходят для турбокомпрессора.

Компрессионные кольца

Обычно в двc устанавливается 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное. Поршневые кольца изготавливаются из высокопрочного чугуна. Расстояние от днища поршня до первого кольца носит огневой пояс. Функция поршневых колец состоит в том, чтобы поршень плотно прилегал к цилиндру. Для уменьшения трения используется моторное масло.

Одно из важных предназначений поршневых колец заключается в препятствии попадания газов из камеры сгорания в картер. Благодаря добавлению хрома, молибдена, никеля или вольфрама прочность и термостойкость поршневых колец значительно повышается. При износе поршневых колец ресурс поршня понижается.

Маслосъемное кольцо

Маслосъемные кольца служат для того чтобы отводить излишки масла. Маслосъемные кольца обладают дренажными отверстиями.

Юбка

Юбка поршня и есть его тело служит направляющей. Благодаря специальным добавкам в сплав юбка поршня обладает высокой стойкостью к расширению.

Поршневой палец

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Благодаря стопорному кольцу достигается их прочное соединение.

Ответы на частые вопросы

Для чего в днище поршня дизельного двигателя делают выемку ?

Выемка в поршнях дизельного двигателя называется вихревой камерой( камерой сгорания). Топливо перемешиваясь с воздухом в вихревой камере сгорает более эффективно и быстро.

Температура поршня двс ?

Кратковременно при работе двс поршень может нагреться до 2000 градусов и более. В целом температура поршня при работе может достигать 200 градусов.

Как продлить срок службы поршней ?

Для того чтобы продлить срок службы поршней двс необходимо во время менять масло. Лучше даже немного раньше срока как советуют многие водители.

История[править | править код]

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:mode|Beta}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|5 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Добавлен поршень. В этой версии он имеет железные полоски на выдвижной части.

Первоначально идея поршней была воплощена в пользовательской модификации. Поршни могли толкать соседние с ними блоки, в соответствии с направлением их лицевой стороны. Чтобы сменить направление, пользователю достаточно было нажать на поршень ПКМ и он поворачивался лицевой стороной к нему. Если поршень был повёрнут лицевой стороной вверх, и на нём стоял игрок, то при активации поршня он взлетал очень высоко.

Ещё один пользователь, DiEvAl, лично отправляет код, включая идею блоков с метадатой, чтобы передвигать блоки.

Поршни взрывались, если толкали друг друга. Это было не замечено к моменту исправления ошибки.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Исправлено много ошибок с поршнями, включая дублирование блоков при помощи пары из липкого поршня и обычного, падение игры при попытке сдвинуть поршнем то, что его включает, а также светильник Джека больше нельзя установить на липкий поршень.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:mode|release}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»[[История версий/{{#var:mode}}#12w22a|12w22a]]	Поршни и липкие поршни можно найти в составе головоломки в храме в джунглях.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»[[История версий/{{#var:mode}}#12w27a|12w27a]]

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»[[История версий/{{#var:mode}}#14w18a|14w18a]]	Поршни могут взаимодействовать с блоками слизи, расширяя возможности создания ферм.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»[[История версий/{{#var:mode}}#14w19a|14w19a]]	Блок слизи может подтолкнуть другие блоки, если он прикреплён к поршню.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:mode|console}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Добавлен поршень и липкий поршень.

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:nomode|1}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

1. vardefine:rows|1 }}{{#vardefine:prevmode|{{#var:mode|}}}}{{#vardefine:mode|foot}}

Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»Ошибка выражения: неопознанный символ пунктуации «{»

Подбор поршней

Поршни подбирают в соответствии с ремонтными размерами цилиндров. Цифру увеличения диаметра поршня выбивают на его днище. Каждый поршень подбирают индивидуально по цилиндру для получения нужного зазора. Величину зазора определяют путем протягивания ленты-щупа между поршнем и цилиндром при помощи динамометра со стороны, противоположной разрезу юбки. Усилие на динамометре при движений щупа через зазор должно лежать в обусловленных пределах.

При отсутствии ленты-щупа поршень подбирают с таким расчетом, чтобы он проходил свободно по всей длине цилиндра под легким нажимом руки, но не перемещался от собственного веса при вертикальном положении цилиндра. Кроме зазора, при подборе поршней учитывают также и их вес. Разность в весе алюминиевых поршней одного комплекта должна быть не более 5 г.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

Volkswagen AG

1. Головка поршня ДВС
2. Поршневой палец
3. Кольцо стопорное
4. Бобышка
5. Шатун
6. Юбка
7. Стальная вставка
8. Компрессионное кольцо первое
9. Компрессионное кольцо второе
10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Поршневые кольца

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения.  Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца –  предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Юбка

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

• разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
• движением масла по змеевику в поршневой головке;
• подачей масла в область колец через кольцевой канал;
• масляным туманом

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Монтаж и демонтаж поршневых колец

Проведите тщательную очистку бывшего в употреблении поршня от прилипшей грязи

Обращайте внимание особенно на то, чтобы кольцевые канавки были свободны от масляного нагара и грязи. Прочистите при необходимости отверстия для обратного стока масла с помощью сверла или другого подходящего для этого инструмента

Обращайте внимание на то, чтобы не повредить боковые поверхности канавки при удалении из них масляного нагара. У нижней боковой поверхности канавки речь идёт об уплотняющей поверхности

При эксплуатации повреждения из-за царапин могут повлечь за собой чрезмерный расход масла или усиленный прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя.

Для монтажа и демонтажа поршневых колец непременно используйте специальные щипцы для ихустановки. Другие вспомогательные средства, как, напр., петли из провода или отвёртки повреждают и поршневое кольцо и поршень.

Никогда не натягивайте кольца рукой (исключение: маслосъёмные поршневые кольца со стальными пластинками). Существует не только опасность излома кольца, его деформации и растяжения, но и риск получить ранение от острых краев кольца, если оно разломается.

Быстрое надевание поршневого кольца рукой без того, чтобы его сломать, доказывает, правда, ловкость механика, повреждает, тем не менее, поршневое кольцо в большинстве случаев уже при монтаже.

Рис. 3

Монтажный набор для поршневых колец

Никогда не натягивайте кольца на поршень показанным способом (рис. 1). Если кольцо деформируется и больше не лежит ровно в канавке, то оно больше не вращается в этой канавке, изнашивается только с одной стороны или не совсем достаточно уплотняет. Тем не менее, дело обстоитхуже, если с колец с молибденовым покрытием слой молибдена сходит или надламывается. Если потеря скользящего слоя не происходит уже при монтаже, то это случается самое позднее при обкаткедвигателя. Скользящий слой отделяется и повреждает поршень и поверхность цилиндра. Поршень заедает в диаметре цилиндра, потому что горячие отработавшие газы продуваются между поршнем и стенкой цилиндра. Оторвавшиеся частички повреждают поршень и рабочие поверхности цилиндра.

Избегайте излишнего снятия и надевания поршневых колец. При каждом монтаже кольца немного деформируются. Не снимайте кольца с уже ранее собранных поршней снова, чтобы, например, ихзаново измерить. Соблюдайте последовательность монтажа колец. Сначала монтируется маслосъёмное поршневое кольцо, затем второе, после него — первое компрессионные поршневые кольца

Обращайте внимание при монтаже на маркировку. «Тор» означает, что эта сторона должна указывать наверх, к камере сгорания

Если Вы не уверены, или нет маркировки «Тор», тогда вставляйте кольцо с надписью наверх. «Тор» не значит, что речь идёт о первом компрессионном поршневом кольце.

Рис. 2

Проверьте, могут ли кольца свободно прокручиваться (вращаться) в кольцевых канавках.

Проверьте, исчезаетли полностью кольцо по всей длине окружности в кольцевой канавке, т.е., рабочая поверхность кольца не должна выходить за пределы юбки поршня

Это важно, так как при недостаточном зазоре на дне канавки(неправильное кольцо или нагар на дне канавки) работа кольца не гарантирована

При монтаже маслосъёмных поршневых колец, состоящих из двух частей, всегда обращайте внимание на положение спирального витого пружинного расширителя (рис. 6)

Концы расширителя всегда должны быть расположены напротив стыка поршневого кольца.

Рис. 6

У состоящих из трёх частей колец правильное положение пружины-расширителя является обязательным для выполнения функции удаления масляной плёнки (рис. 1 и 2). В любом случае перед монтажом проверьте также у поршня с уже вставленными кольцами положение пружины-расширителя. Во время транспортировки концы пружины находятся в ненатянутом состоянии и могут находить друг на друга. Обе цветных маркировки на концах пружины должны быть видны (рис. 3). Если они не видны, то концы пружины перекрываются внахлёстку и кольцо не функционирует. Все стыки маслосъёмного поршневого кольца, состоящего из трёх частей (обе стальные пластины и пружина-расширитель), должны вставляться смещёнными на 120° по отношению друг к другу.

Сместите стыки поршневого кольца готового для монтажа поршня таким образом, чтобы они лежали примерно 120° по отношению друг к другу. Они помогают поршню и, соответственно, кольцам при первом запуске двигателя. Причина: при первом запуске двигателя сжатие несколько ниже, так как поршневые кольца ещё не приработались. При помощи смещения стыковых концов по отношению друг к другу можно помешать тому, чтобы при первом пуске двигателя слишком много газов просачивалось из камеры сгорания в картер двигателя и, вследствие этого, двигатель плохо заводился.

Ресурс поршня

Две основные проблемы, решаемые в поршневых ДВС: износ и прогар поршня. Износные явления проявляются как увеличение зазора между юбкой и цилиндром, износ верхней поршневой канавки, задир юбки. Наблюдаемое также появление трещин и разрушение перегородок между кольцами имеют обычно те же причины, что и у прогара.

Для устранения первой организуют принудительное (обычно масляное) охлаждение поршня, повышают твёрдость увеличением доли кремния, используют надёжные воздухоочистители для уменьшения абразивного износа, изменяют параметры цикла двигателя для снижения температуры поршня в центре и районе верхнего кольца (напр., увеличивают коэффициент избытка воздуха или увеличивают перекрытие клапанов в наддувных дизелях), применяют вставки под верхнее кольцо, качественные поршневые кольца для хорошего прилегания сразу после обкатки, ускоряют заводскую обкатку применением специальных масел, повышают качество моторных масел для устранения закоксовывания колец и надёжной отдачи тепла от днища, иногда — используют покрытия для поршня или композитные материалы. В японской практике были варианты пластмассовых поршней с покрытием керамикой. Для продления ресурса применяют антифрикционное покрытие направляющей и даже жаровой поверхности поршня. Ускоренный или аварийный износ контрафактных поршней вызывается нарушением размеров и/или качества поковки/отливки, её материала. Погиб шатуна, перекос гильзы или её посадочного гнезда ведёт к быстрому задиру поршня. В двухтактных ДВС причиной заклинивания может быть нехватка масла в топливе.

Прогар поршня может вызываться конструктивными или эксплуатационными причинами. В первом случае превышена расчётная допустимая температура днища, и все двигатели этой модели будут быстро выходить из строя (возможна другая причина — контрафактные поршни: они не могут выдержать нагрузок). Для устранения опасности прогара в этих случаях применяют снижение механических напряжений и температуры поршня (увеличение оребрения, охлаждение, снижение теплоотдачи в поршень изменением параметров цикла). Для снижения температуры сгорания может применяться даже подача воды в цилиндр.

Эксплуатационными причинами прогара могут быть: нарушение угла опережения впрыска/зажигания, отказ (заклинивание) форсунки, детонация (бензиновые), чрезмерная форсировка, общий перегрев из-за отказа термостата, потери тосола, зажатых клапанов, бензина с низким октановым числом, вызывающим детонацию, длительное калильное зажигание. Это приводит к превышению температуры днища и возможному его прогару. При детонационном сгорании, кроме того, может возникать выкрашивание поверхности, ведущее к дальнейшему её развитию, прогару поршня или вылому перегородок между кольцами, поломке колец. Следовательно, необходимо соблюдать инструкцию — применять нужное топливо, правильно выставлять угол опережения зажигания/впрыска, немедленно прекращать работу неисправного дизеля со стучащей форсункой, или перегретого мотора. Высококачественные форсунки и другие дозирующие элементы топливной аппаратуры продлевают ресурс поршней.

Пошаговая схема функционирования

Работа ДВС основывается на энергии расширяющихся газов. Они являются результатом сгорания ТВС внутри механизма. Это физический процесс принуждает поршень к движению в цилиндре. Топливом в этом случае могут служить:

• Жидкости (бензин, ДТ);
• Газы;
• Монооксид углерода как результат сжигания твердого топлива .

Работа двигателя — это непрерывный замкнутый цикл, состоящий из определенного количества тактов. Наиболее распространены ДВС двух видов, различающихся количеством тактов:

1. Двухтактные, производящие сжатие и рабочий ход;
2. Четырехтактные – характеризуются четырьмя одинаковыми по продолжительности этапами: впуск, сжатие, рабочий ход, и завершающий – выпуск, это свидетельствует о четырехкратном изменении положения основного рабочего элемента.

Начало такта определяется расположением поршня непосредственно в цилиндре:

• Верхняя мертвая точка (далее ВМТ);
• Нижняя мертвая точка (далее НМТ).

Изучая алгоритм работы четырехтактного образца можно досконально понять принцип работы двигателя автомобиля

Принцип работы двигателя автомобиля

Впуск происходит путем прохождения из верхней мёртвой точки через всю полость цилиндра рабочего поршня с одновременным втягиванием ТВС. Основываясь на конструкционных особенностях, смешивание входящих газов может происходить:

• В коллекторе впускной системы, это актуально, если двигатель бензиновый с распределенным или центральным впрыском;
• В камере сгорания, если речь идет о дизельном двигателе, а также двигателе, работающем на бензине, но с непосредственным впрыском.

Первый такт

проходит с открытыми клапанами впуска газораспределительного механизма. Количество клапанов впуска и выпуска, время их пребывания в открытом положении, их размер и состояние износа являются факторами, влияющими на мощность двигателя. Поршень на начальном этапе сжатия размещён в НМТ. Впоследствии он начинает перемещаться вверх и сжимать накопившуюся ТВС до размеров, определенных камерой сгорания. Камера сгорания – это свободное пространство в цилиндре, остающееся между его верхом и поршнем в верхней мертвой точке.

Второй такт

предполагает закрытие всех клапанов двигателя. Плотность их прилегания напрямую влияет на качество сжатия ТВС и ее последующее возгорание. Также на качество сжатия ТВС оказывает большое влияние уровень износа комплектующих двигателя. Она выражается в размерах пространства между поршнем и цилиндром, в плотности прилегания клапанов. Уровень компрессии двигателя является главным фактором, оказывающим влияние на его мощность. Он измеряется специальным прибором компрессометром.

Рабочий ход

начинается когда к процессу подключаетсясистема зажигания , генерирующая искру. Поршень при этом находится в максимальной верхней позиции. Смесь взрывается, выделяются газы, создающие повышенное давление, и поршень приводится в движение. Кривошипно-шатунного механизм в свою очередь активирует вращение коленвала, обеспечивающего движение автомобиль. Все клапаны систем в это время находятся в закрытом положении.

Выпускной такт

является завершающим в рассматриваемом цикле. Все выпускные клапаны находятся в открытом положении, давая возможность двигателю «выдохнуть» продукты горения. Поршень возвращается в исходную точку и готов к началу нового цикла. Это движение способствует выведению в выпускную систему, а затем в окружающую среду, отработанных газов.

Схема работы двигателя внутреннего сгорания

, как уже говорилось выше, основана на цикличности. Рассмотрев детально,как работает поршневой двигатель , можно резюмировать, что КПД такого механизма не более 60%. Обусловлен такой процент тем, что в отдельно взятый момент рабочий такт выполняется лишь в одном цилиндре.

Не вся энергия, полученная в это время, направлена на движение автомобиля. Часть её расходуется на поддержание в движении маховика, который по инерции обеспечивает работу автомобиля во время трех других тактов.

Некоторое количество тепловой энергии невольно тратится на нагревание корпуса и отработанных газов. Вот почему мощность двигателя автомобиля определяется количеством цилиндров, и как следствие, так называемым объемом двигателя, рассчитанным по определенной формуле как суммарный объем всех рабочих цилиндров.

Поршень

По́ршень

— деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного , уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Нагрев

Как было упомянуто, в процессе работы двигателя поршни могут разогреваться до 250-450 °С. Поэтому необходимо принимать меры, направленные как на снижение нагрева, так и на компенсацию вызываемого им температурного расширения деталей.

Для охлаждения поршней используют масло, которое различными способами подают внутрь них: создают масляный туман в цилиндре, разбрызгивают его через отверстие в шатуне либо форсункой, впрыскивают в кольцевой канал, обеспечивают циркуляцию по трубчатому змеевику в днище поршня.

Для компенсации температурных деформаций на участках приливов юбки с двух сторон обтачивают металл на 0,5-1,5 мм в глубину в виде П- или Т-образных прорезей. Такая мера улучшает ее смазывание и предотвращает появление от температурных деформаций задиров, поэтому данные углубления называют холодильниками. Их используют в сочетании с конусо- или бочкообразной формой юбки. Это компенсирует ее линейное расширение за счет того, что при нагреве юбка принимает цилиндрическую форму. Кроме того, используют компенсационные вставки, чтобы диаметр поршня испытывал ограниченное тепловое расширение в плоскости качания шатуна. Также можно изолировать направляющую часть от головки, испытывающей наибольший нагрев. Наконец, стенкам юбки придают пружинящие свойства путем нанесения косого разреза по всей ее длине.

Материал изготовления блока цилиндров и гильз цилиндров

В зависимости от рабочего объёма и других технических и эксплуатационных характеристик, назначения, существует несколько вариантов компоновки (расположения цилиндров двигателя), а также несколько материалов для изготовления блока и цилиндра.

Так как в цилиндре возникают условия переменных давлений в надпоршневой полости, внутренняя поверхность стенок цилиндров соприкасается с пламенем и горячими газами (температура которых составляет от 1500—2500 °С), такая деталь должна изготавливаться из высокопрочных материалов с большой механической прочностью. Скорость скольжения поршневых колец по стенкам цилиндров достаточно большая от 12 до 15 м/сек, поэтому внутренние стенки цилиндра должны иметь повышенную жесткость. В этом случае увеличится срок службы цилиндра (гильзы цилиндра) и деталь будет более устойчива к разным видам износа (абразивным, коррозийным и эрозийным). Если поверхность блока цилиндров износилась выше допустимых пределов (что определется методом дефектации блока цилиндров), необходимо провести ремонт блока цилиндров. 

Если нет ограничений по массе двигателя, например тракторный двигатель, то блок цилиндров изготавливается из перлитного чугуна. 

На транспортных двигателях, где есть ограничения по массе, применяю более легкие алюминиевые и магниевые сплавы для изготовления блока цилиндров.

Преимущества блоков цилиндров из серого чугуна:

• низкая стоимость;
• высокая технологичность литья;
• стабильность свойств материала;
• возможность ремонта трещин блока (запайкой, заваркой, эпоксидным клеем);
• высокая твёрдость и жёсткость поверхностей, устойчивость к перегреву;

Недостатки чугунов

Главный недостаток чугуна большая масса (плотность выше в 2,7 раза), и меньшая теплопроводность.

Алюминиевые сплавы более дорогие, но алюминиевые блок цилиндров имеют гораздо меньшую массу. Алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей, которые следует учитывать при изготовлении и эксплуатации блоков цилиндров.

Из чего изготавливается

Рассмотрим материалы деталей ЦПГ. Все материалы для ЦПГ должны иметь высокую прочность, отличную теплопроводность, незначительно расширяться при нагреве и иметь антифрикционные свойства. Иметь повышенное сопротивление появлению ржавчины.

Гильзы выполняют из чугуна или специальной стали с присадками, чтобы деталь выдержала высокую нагрузку.

Поршни изначально делали чугунные, но с развитием технологий, стали производить алюминиевые. В современных моторах применяются сборные стальные поршни, особенно в дизелях. В экспериментальных моторах, тестируют керамические поршни, но пока в производстве керамика применяется только как напыление на поршнях.

Поршневые кольца изготавливают из серого чугуна высокой прочности, с добавками молибдена, хрома, вольфрама или никеля. Добавки обеспечивают лучшую «приработку» деталей, повышая их износостойкость и устойчивость к сильному нагреву.

Поршневые пальцы выполнены из легированной либо углеродистой стали, обработаны цементацией и закалены. Если напильник оставляет на пальце царапины, это бракованные (не каленые) пальцы, их нельзя устанавливать, это приведет к поломке ЦПГ.