Что входит в поршневую группу двигателя?

Что такое поршневая группа: общая теория и поршни СТК

Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуются.

Требования, которым должна соответствовать эта деталь:

  • температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С.
  • после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя.
  • зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
  • изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

Устройство поршня

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».

На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76 мм , модели 21083 и 2110 — 82 мм.

Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

«Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.

Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.

В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня. Уплотняющий участок выполняет еще одну очень важную функцию — через установленные поршневые кольца, осуществляется отвод значительной части тепла от поршня к цилиндру.

Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведёт к его прогоранию.

По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.

Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-0,050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.

Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.

«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.

Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока. Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий.

На поверхность юбки (или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.

Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена.

Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015 мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.

Одним из факторов, определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.

Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.

Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.

В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ.

На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова.

В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции, основанных на новых научных разработках.

Когда речь заходит об отечественных машинах (ВАЗ, Приора и пр.) приходиться всерьёз рассматривать компанию СТК и её продукцию. Самара Трейдинг Компани (сокращённо – «СТК») не случайно стала одним из самых популярных производителей поршневых групп. Всё дело исключительно в производстве, ведь оно уникально в своём роде.

Самым сложным и, в то же время, важным технологическим процессом при изготовлении поршневых систем является литьё. Однородность и прочность материалов, жаростойкость и твёрдость – всё это играет важнейшую роль. Стоит какому-то коэффициенту отклонится на 1% и поршень застрянет в цилиндре, шатун может легко искривиться и даже заклинить, нарушив целостность и исправность всего силового агрегата.

Полуавтоматические устройства и специальные высокотехнологические станки позволяют компании СТК осуществлять литьё поршней на высочайшем уровне. Данной технологии нет равных, на протяжении долгих десятилетий и благодаря кропотливой работе инженеров фабрика создаёт самые качественные поршневые кольца и поршни. Несмотря на автоматизацию всех процессов, процедура изготовления каждого поршня контролируется людьми. Каждый продукт проходит целую линейку тестов.

Стоит лишь посетить любую станцию техобслуживания и задать вопрос автомеханику «Какой поршень идеально подойдёт отечественному автомобилю?», и вы услышите ответ: «СТК». Всё дело в том, что каждый механик желает выполнить работу так, чтобы клиент не возвращался к нему и не приходилось нарушать гарантийные обязательства.

Несмотря на лидирование компании СТК существуют и другие неплохие аналоги, например, Кострома-мотордеталь. В сравнении с китайскими и европейскими поршнями, Кострома хорошо показала себя в отечественных машинах, однако сама конструкция этого поршня не способна уберечь водителя от самой зловещей неисправности – столкновения поршня и клапанов.

Безвытковые Поршни СТК, содержащие специальные проточки, не влияют пагубно на клапана головки блока цилиндров. Поэтому в случае гидравлического удара, даже при срыве цепи газораспределительного механизма, когда поршни «летят» вверх, а клапана – вниз, исход их столкновения невозможен, если в двигатель установлены поршни СТК. Всё благодаря специальным канавкам, проточенным в головке каждого поршня – новшеству инженеров самарской компании.

Если ваш автомобиль уже давно б/у, его компрессия вас вовсе не радует и вы отлично понимаете, что настало время менять поршневую, помните: оптимальными для двигателя будут поршневые группы Самара Трейдинг Компани (СТК).

Более подробно про поршни СТК можно прочесть здесь и здесь.

Что входит в поршневую группу двигателя

В нее входят поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец и шатун. Поршень 9 (рис. 8) воспринимает усилия от расширяющихся газов и через шатун 5 передает их коленчатому валу. Поршни отливают из алюминиевого сплава.

Верхняя часть поршня — головка — имеет днище. На головке поршня проточены три кольцевые канавки для двух компрессионных колец 10 и одного маслосъемного. От канавки масло-съемного кольца к внутренней полости идут две щелевидные прорези, по которым излишнее масло, снимаемое маслосъемным кольцом с цилиндра, сбрасывается в картер двигателя.

Рис. 8. Шатунно-поршневая группа:

а — поршень с шатуном, б — установка поршневых колец; 1 — крышка шатуна, 2 — шатунные вкладыши, 3 — гайка, 4—болт, 5 — шатун, 6 — втулка верхней головки шатуна, 7 — стопорное кольцо, 8 — поршневой палец, 9 — поршень, 10 — компрессионные кольца, 11 — кольцевые диски маслосъемного кольца, 12— осевой расширитель, 13 — радиальный расширитель; А —выступы

Наружная поверхность поршня луженая. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, а по высоте имеет коническую форму: в верхней части диаметр меньше, чем в нижней. В бобышках поршня сделаны отверстия Для прохода масла к поршневому пальцу. Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 1,5. 2 мм в правую сторону двигателя. Для правильной установки поршня в цилиндр около отверстия под поршневой палец есть метка П или стрелка (на рис. не показано), которая должна быть обращена в сторону передней части двигателя.

По наружному диаметру поршни подразделяются, как правило, на пять классов с разницей 0,01 мм, а по диаметру отверстия под поршневой палец — на три-четыре категории с разницей 0,004 мм. Такая разбивка поршней на классы и категории помогает во время сборки двигателей при подборе поршней по соответствующим классам гильз цилиндров и поршневых пальцев по категориям поршней. Класс поршня (буква) и категория отверстия под поршневой палец (цифра) клеймятся на днище поршня.

Для создания уплотнения между стенками цилиндра и движущимся поршнем предусмотрены поршневые кольца.

Компрессионные кольца 10 изготовляют из специального чугуна. Верхнее компрессионное кольцо для увеличения износостойкости покрывается по наружному диаметру слоем хрома, нижнее — для улучшения приработки — слоем олова. Для более плотного прилегания колец к стенкам цилиндра и канавкам поршня на некоторых компрессионных кольцах делают фаски или выточки на наружной или внутренней поверхности.

Читайте также  Как работают свечи накаливания в дизельном двигателе?

Маслосъемные кольца изготовляют стальными в виде комплектов, состоящих из четырех элементов (двух дисков 11, радиального 13 и осевого 12 расширителей), или чугунными — с прорезями для снимаемого со стенок цилиндра масла.

Поршневые пальцы 8 — стальные, пустотелые. Наружная поверхность их подвергается закалке. В продольном направлении пальцы фиксируются в поршне стопорными кольцами 7 из упругой проволоки, размещенными в канавках бобышек поршней. Рабочая поверхность пальцев тщательно шлифуется и полируется.

Шатун 5 — стальной, кованый. Стержень шатуна двутаврового сечения. Нижняя головка шатуна разъемная, в ней устанавливаются вкладыши 2 шатунного подшипника. Шатун обрабатывается вместе с крышкой 1, и поэтому она невзаимозаменяема с крышками других шатунов.

Чтобы при сборке не перепутать крышки шатунов, на каждом шатуне и соответствующей ему крышке (сбоку) ставят клеймо — номер этого цилиндра, в который они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находиться с одной стороны. Там, где нижняя головка шатуна переходит в стержень, предусмотрено отверстие, по которому проходит масло, смазывающее стенки цилиндра.

Поршневая группа автомобильного двигателя — высокотехнологичный и важный узел. Его составляющие требуют более подробного рассмотрения по отдельности. Поршневые комплекты ямз по доступным ценам можно приобрести в интернет-магазине Motor-dizel.

Поршень с кольцами.

По всей видимости, данная деталь – самая ответственная. Поршень принимает ключевое участие в передаче энергии от воспламененного топлива к вращающимся валам мотора.

При этом он подвергается мощнейшим тепловым и механическим нагрузкам. Эти нагрузки носят непостоянный характер, потому что с изменением скорости автомобиля, частоты вращения двигателя они тоже меняются с большой амплитудой. Отсюда очень серьезные требования к качеству и технологичности материалов изготовления.

Обычно поршни отливаются из алюминия с высоким содержанием углерода. Далее покрываются оловом для предотвращения наноса алюминия на стенки цилиндра во время работы.

Поршень так же служит изолятором между камерой сгорания и картером, предотвращая попадание масла в цилиндры и отработавших газов в картер двигателя. Зазор между поверхностями цилиндра и телом поршня менее одной 0,01.

Окончательно зазор между поршнем и цилиндром выбирается за счет поршневых колец. Они изготавливаются из высоколегированной стали и проходят термообработку для улучшения износостойкости и прочностных характеристик.

Шатун

Шатун крепится верхней стороной к поршню, а нижней — к коленчатому валу. Крышки снизу шатунов съемные, но не взаимозаменяемые. Дело в том, что для точности эти элементы обрабатываются в собранном виде и при перестановке не обеспечат точные и равномерные зазоры.

На коленвал под шатуном и крышкой устанавливаются вкладыши, которые по сути своей представляют подшипники скольжения. Другими словами, шейка коленчатого вала вращается в масляной пленке не соприкасаясь с элементами корпуса шатуна.

Для придания дополнительной прочности и уменьшения веса агрегата стержень шатуна изготавливается в виде двутавры.

Поршневой палец

Пустотелый стальной цилиндр обеспечивает соединение верхней части шатуна с поршнем.

Сталь, применяемая при изготовлении тоже должна быть высококачественной, наружная поверхность пальца подвергается цементированию для улучшения износостойкости и предотвращения повреждений при масляном голодании двигателя.

После термообработки поверхность пальца доводится до идеального состояния шлифованием и полировкой.

Шатунно-поршневая группа является одной из наиболее ответственных частей двигателя внутреннего сгорания, поскольку именно на нее приходятся максимальные нагрузки в процессе эксплуатации. При работе двигателя поршни движутся с большой скоростью и ускорением, при этом нагреваются до высоких температур. Они выполняются из легких и прочных материалов, при этом большое значение имеет точность изготовления всех элементов поршневой группы.

Из чего состоит поршневая группа

В конструкцию поршневой группы входят следующие элементы:

  • Поршень
  • Поршневой палец
  • Шатун
  • Компрессионные кольца
  • Маслосъемное кольцо
  • Втулка верхней головки
  • Вкладыши

Поршни двигателя 4 обычно изготавливаются из алюминиевого сплава. некоторые автопроизводители на поршне протачивают небольшие углубления, чтоб исключить удар поршня о клапан. На поверхности поршня проточены три канавки: две для компрессионных колец 1 и одна для маслосъемного кольца 2. Компрессионные кольца обеспечивают плотный контакт поршня с цилиндром, препятствующий прохождению через зазор толкающих его газов, а маслосъемное кольцо убирает со стенок цилиндра излишки масла, сбрасывая их в картер.

Поршень подвижно соединен с шатуном 8 через поршневой палец 5, который фиксируется с обеих сторон при помощи стопорных колец 6. Для уменьшения трения между шатуном и пальцем используется алюминиевая втулка 3. В ней есть отверстие, обеспечивающее попадание масла в зазор между двумя соприкасающимися поверхностями. Нижняя часть шатуна разборная и состоит из двух частей, которые соединяются между собой болтами. Между шейкой коленчатого вала и шатуном имеются вкладыши 7. В коленчатом вале предусмотрены специальные каналы, по которым под давлением подается масло в зазор между валом и вкладышем, обеспечивая хорошее скольжение вкладышей.

Особенности конструкции

Как известно из школьного курса физики, при нагревании тела расширяются. Если говорить о поршне двигателя, то здесь ситуация осложняется тем, что его верхняя часть, контактирующая с раскаленными газами, нагревается намного сильнее, чем нижняя, охлаждаемая маслом из картера. Для того чтобы при рабочей температуре добиться необходимого зазора, поршень имеет коническую форму — его диаметр в верхней части чуть меньше, чем у основания. Компрессионные кольца также отличаются. Верхнее кольцо, расположенное ближе к камере сгорания и испытывающее большую нагрузку, покрывается слоем твердого металла, например хрома, что обеспечивает высокую прочность и износостойкость. Нижнее кольцо имеет слой более мягкого металла, например олова. Это обеспечивает быструю приработку к поверхности цилиндра в процессе обкатки двигателя и гарантирует плотное прилегание, удерживая газы, прошедшие через более твердое верхнее кольцо.

Износ поршневой группы обычно сопровождается следующими признаками:

  • снижение мощности двигателя
  • увеличение расхода топлива
  • уменьшение компрессии в цилиндрах
  • появление посторонних шумов и вибраций

Для того чтобы продлить срок эксплуатации поршней двигателя вашего автомобиля, используйте только качественные горюче-смазочные материалы и постоянно следите за уровнем и давлением масла. Это позволит избежать преждевременного капитального ремонта и связанных с ним финансовых затрат.

Цилиндро поршневая группа

Что такое ЦПГ? Цилиндро поршневой группой (далее ЦПГ) называют детали, составляющие основу всех моторов, с технологией внутреннего сгорания топлива. За счет этой группы, вращается коленчатый вал, от которого, вращение передается к ходовой части автомобиля, а от нее к ведущим колесам.

Детали ЦПГ

Из чего состоит? К ЦПГ относятся следующие детали мотора:

  1. Поршни;
  2. Гильзы (они же цилиндры);
  3. Поршневые кольца;
  4. Поршневые пальцы.

Принцип работы

Поршень двигается вниз и вверх внутри гильзы, передавая шейке коленчатого вала это движение через шатун. Шатун вращает коленвал, таким образом поступательное движение всех поршней переходит во вращательное. Коленчатый вал вращается, за счет работы ЦПГ.

Поршневые кольца (компрессионные) перекрывают зазор между поршнем и цилиндром (гильзой), препятствуя прорыву в картер газов и горючей смеси из камеры сгорания. Маслосъемные кольца, убирают со стенок гильзы излишки масла, чтобы оно не попадало в камеру сгорания и не горело там, вызывая появление сажи.

Обычно, каждый поршень имеет 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное, но это количество может меняться, в зависимости от конструкции мотора.

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Обычно, в шатуне палец запрессован, а поршень на нем качается. Но существуют моторы, где наоборот, палец в поршне стационарно сидит, а качается в шатуне.

Современные моторы могут иметь от одного цилиндра (двухтактные агрегаты мотоциклов, мопедов и т.д.) и до 16 – танковые моторы и моторы огромных тягачей (четырехтактные). Количество тактов – количество движений, за которые происходит полный цикл работы цилиндра.

Работа в 4 такта

ЦПГ четырехтактного мотора работает так:

  1. Такт впуска. Поршень из ВМТ опускается в гильзе вниз, при этом открыт впускной клапан, происходит наполнение цилиндра воздухом и впрыск топлива;
  2. Такт сжатия. Поршень достиг НМТ и начинается сжатие топливно-воздушной смеси, клапаны закрытые;
  3. Такт расширения. Поршень максимально сжал смесь и достиг ВМТ, происходит поджог смеси, искрой от свечи. Взрыв топливной смеси толкает поршень вниз, клапаны по-прежнему закрытые;
  4. Такт выброса. Поршень достиг НМТ, смесь уже выгорела, открывается выпускной клапан, отработанные газы выбрасываются в выпускной коллектор, движением поршня вверх. Как только поршень снова достигает ВМТ, начинается новый такт впуска.

Работа в 2 такта

В двухтактном моторе все это происходит за два цикла движения поршня.

  1. Такт сжатия. Поршень идет вверх от НМТ к ВМТ. Горючее поступает через отверстия для продувки, затем поршнем они перекрываются. Дальнейшее продвижение вверх перекрывает выпускные каналы, через которые происходит выхлоп отработавших газов. Поршень подходит к ВМТ, создав давление смеси в пространстве над ним, называемом камерой сгорания.
  2. Такт расширения. Происходит воспламенение смеси, энергия взрыва толкает поршень, заставляя его двигаться вниз. При этом, сначала открываются отверстия для сброса отработавших газов, затем продувка и наполнение камеры новой порцией топлива. После чего, цикл повторяется.

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.

Подводя итоги скажу, на каких моторах есть ЦПГ. Эта группа присутствует на всех агрегатах, работающих по принципу внутреннего сгорания топлива. Не зависимо от того, дизельный агрегат, бензиновый либо газовый. Благодаря удобству и относительной простоте исполнения, надежности и долговечности, а так же безопасности для человека (кроме экологичности), моторы с ЦПГ широко применяются во всем мире, даже в косилках и бензопилах. Электрические моторы ЦПГ не имеют, они работают по другому принципу.

Поршень двигателя: конструктивные особенности

В статье мы рассмотрим конструктивную особенность поршня двигателя автомобиля. Из какого сплава их делают, состав и прочие особенности поршневых колец.

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

Читайте также  Где лучше заказать контрактный двигатель?

    воспринимая давление газов, передает возникающее усилие на шатун;

герметизирует камеру сгорания;

  • отводит от неё излишек тепла.
  • Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

    Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

      высокую механическую прочность;

    незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;

  • хорошую коррозионную устойчивость.
  • Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

    Поршни могут быть:

  • коваными.
  • В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

    Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

    Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

  • юбки (направляющей части).
  • Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

    Поршневые кольца: виды и состав

    Уплотняющая часть поршня включает в себя поршневые кольца, обеспечивающие плотность соединения поршня с цилиндром. Техническое состояние двигателя определяется его уплотняющей способностью. Зависимости от типа и предназначения двигателя выбирается число колец и их расположение. Наиболее распространенной схемой является схема из двух компрессионных и одного маслосъемного колец.Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

      высокие стабильные показатели прочности и упругости в условиях рабочих температур на протяжении всего периода службы кольца;

    высокую износостойкость в условиях интенсивного трения;

    хорошие антифрикционные свойства;

  • способность быстрого и эффективного прирабатывания к поверхности цилиндра.
  • Благодаря легирующим добавкам хрома, молибдена, никеля и вольфрама, термостойкость колец значительно повышается. Путем нанесения специальных покрытий из пористого хрома и молибдена, лужения или фосфатирования рабочих поверхностей колец улучшают их прирабатываемость, увеличивают износостойкость и защиту от коррозии.

    Основным предназначением компрессионного кольца является препятствование попаданию в картер двигателя газов из камеры сгорания. Особенно большие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо. Поэтому при изготовлении колец для поршней некоторых форсированных бензиновых и всех дизельных двигателей устанавливают вставку из стали, которая повышает прочность колец и позволяет обеспечить максимальную степень сжатия. По форме компрессионные кольца могут быть:

  • тконические.
  • При изготовлении некоторых колец выполняется порез (вырез).

    На маслосъемное кольцо возлагается функция удаления излишков масла со стенок цилиндра и препятствование его проникновению в камеру сгорания. Оно отличается наличием множества дренажных отверстий. В конструкциях некоторых колец предусмотрены пружинные расширители.

    Форма направляющей части поршня (иначе, юбки) может быть конусообразной или бочкообразной, что позволяет компенсировать его расширение при достижении высоких рабочих температур. Под их воздействием форма поршня становится цилиндрической. Боковую поверхность поршня с целью снижения вызванных трением потерь покрывают слоем антифрикционного материала, в этих целях используется графит или дисульфид молибдена. Благодаря отверстиям с приливами, выполненным в юбке поршня, осуществляется крепление поршневого пальца.

    Состав поршневой группы

    Узел, состоящий из поршня, компрессионных, маслосъемных колец, а также поршневого пальца принято называть поршневой группой. Функция её соединения с шатуном возложена на стальной поршневой палец, имеющий трубчатую форму. К нему предъявляются требования:

      минимальной деформации при работе;

    высокой прочности при переменной нагрузке и износостойкости;

    хорошей сопротивляемости ударной нагрузке;

  • малой массы.
  • По способу установки поршневые пальцы могут быть:

      закреплены в бобышках поршня, но вращаться в головке шатуна;

    закреплены в головке шатуна и вращаться в бобышках поршня;

  • свободно вращающимися в бобышках поршня и в головке шатуна.
  • Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

    Отвод излишков тепла от поршня

    Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

      системой охлаждения от стенок цилиндра;

    внутренней полостью поршня, далее — поршневым пальцем и шатуном, а также маслом, циркулирующим в системе смазки;

  • частично холодной топливовоздушной смесью, подаваемой в цилиндры.
  • С внутренней поверхности поршня его охлаждение осуществляется с помощью:

      разбрызгивания масла через специальную форсунку или отверстие в шатуне;

    масляного тумана в полости цилиндра;

    впрыскивания масла в зону колец, в специальный канал;

  • циркуляции масла в головке поршня по трубчатому змеевику.
  • Видео — работа двигателя внутреннего сгорания (такты, поршень, смесь, искра):

    Видео про четырёхтактный двигатель — принцип работы:

    Цилиндр и поршень: что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

    Смотрите также

    Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

    Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

    Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.

    Принцип работы цилиндро-поршневой группы

    Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

    Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

    Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

    Поршень включает следующие конструктивные элементы:

    • Головку (днище)
    • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
    • Направляющую часть (юбку)

    Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

    Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

    Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

    Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

    Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

    С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

    Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

    Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

    Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.

    Конструкционные материалы деталей ЦПГ

    Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

    В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

    Современные автомобили, особенно с дизельными двигателями, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр» существенно снижаются.

    Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

    Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

    Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

    В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

    Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

    Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

    Читайте также  Какое масло заливать в изношенный двигатель?

    MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

    На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

    MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

    Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.

    Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

    В каждом цикле работы двигателя сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

    Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

    При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

    Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

    Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.

    Неисправности ЦПГ и их диагностика

    Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

    О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

    Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

    • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
    • Посадочные места под гильзу деформируются
    • Днища поршней оплавляются и прогорают
    • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
    • На теле поршней возникают различные повреждения
    • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
    • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

    Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

    Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

    В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. Все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

    Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

    Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

    Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.

    Как продлить ресурс ЦПГ?

    Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

    Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

    • Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
    • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
    • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
    • Регулярно проводить диагностику автомобиля
    • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

    Присоединяйтесь

    • О компании
    • Пресс-центр
    • Дилерская сеть
    • Мы и общество
    • Наши услуги
    • Отраслевые решения
    • Статьи
    • Molykote
    • MODENGY
    • DOWSIL
    • EFELE
    • PermabondMerbenit

    © 2004 – 2021 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

    Как работает поршень двигателя внутреннего сгорания?

    В цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) происходит один из основных процессов, благодаря чему двигатель внутреннего сгорания функционирует: выделение энергии в результате сжигания топливовоздушной смеси, которая впоследствии преобразуется в механическое действие – вращение коленвала. Основной рабочий компонент ЦПГ — поршень. Благодаря ему создаются необходимые для сгорания смеси условия. Поршень — первый компонент, участвующий в преобразовании получаемой энергии.

    Поршень двигателя имеет цилиндрическую форму. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения и выполняет две функции.

    1. При поступательном движении поршень уменьшает объем камеры сгорания, сжимая топливную смесь, что необходимо для процесса сгорания (в дизельных моторах воспламенение смеси и вовсе происходит от ее сильного сжатия).
    2. После воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания резко возрастает давление. Стремясь увеличить объем, оно выталкивает поршень обратно, и он совершает возвратное движение, передающееся через шатун коленвалу.

    Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

    Устройство детали включает в себя три составляющие:

    1. Днище.
    2. Уплотняющая часть.
    3. Юбка.

    Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

    Днище

    Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

    Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

    В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

    В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

    В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

    Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

    Уплотняющая часть

    Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать причиной их разрушения.

    Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

    Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.

    В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.

    Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.

    Вас также заинтересует:

    Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.

    Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.

    Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.

    Типы поршней

    В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

    Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

    В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

    Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

    Материалы изготовления

    В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.

    Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

    Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

    Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:

    • возможность использования только в дизельных двигателях;
    • больший вес по сравнению с литыми алюминиевыми;
    • необходимость использования поршневых колец из жаростойких материалов;
    • более высокая цена;

    Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.

    Видео: Принцип работы поршня двигателя. Устройство