Юбка поршня что это такое?

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:

    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:

    Юбка поршня: возможные дефекты и способы их предупреждения

    1. Строение и функции юбки поршня
    2. Особенности поршней форсированных двигателей
    3. Типичные виды деформации юбки и причины их возникновения

    Поршень является одной из основных деталей насосов, компрессоров и поршневых двигателей внутреннего сгорания. Его основная функция – преобразование энергии сжатого газа в энергию поступательного движения или наоборот (в компрессорах).

    Поршень состоит из:

    • Днища, воспринимающего газовые силы и тепловую нагрузку
    • Уплотняющей части, препятствующей прорыву газов (компрессионные и маслосъемные кольца)
    • Направляющей части, поддерживающей положение поршня в самых верхних и нижних точках движения

    Днище и уплотняющая часть образовывают головку поршня, нижняя направляющая часть – юбку. Рассмотрим ее строение, функции и возможные дефекты подробнее.

    Строение и функции юбки поршня

    Юбка отвечает за прямолинейное движение поршня в цилиндре. Она передает его стенкам боковое усилие, величина которого зависит от положения поршня и особенностей протекания рабочих процессов.

    Боковая поверхность юбки отводит тепло от поршня и колец к цилиндру. Чем больше эта поверхность, тем лучше теплоотдача.

    Однако слишком длинной юбка быть не может, так как при этом увеличивается масса поршня и усиливается его трение о стенки цилиндра. Именно поэтому в некоторых, особенно спортивных и высокофорсированных ДВС, ненагруженные части юбки срезаются по диаметру, а современные Т-образные поршни вообще не имеют юбок.

    Стандартные поршни еще на заводе-изготовителе обрабатываются специальными антифрикционными покрытиями (АФП), что позволяет предотвратить их усиленный износ, тем самым увеличив КПД и мощность двигателя.

    Сегодня возможность продлить срок эксплуатации поршней имеют не только их производители, но и все автовладельцы. АФП приобрели всеобщую доступность благодаря российской компании Моденжи, занимающейся их разработкой и производством. Для юбок поршней она выпускает антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.

    Состав на основе мелкодисперсного дисульфида молибдена высокой степени очистки и графита создает на поверхностях юбок прочный защитный слой, предотвращающий их трение о стенки цилиндра, возникновение задиров и быстрый износ.

    Покрытие MODENGY Для деталей ДВС отверждается в условиях нормальной температуры, что особенно удобно для частного использования. Аэрозольная упаковка позволяет обходиться минимальным набором инструментов при работе.

    Состав обладает низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур и небольшим расходом.

    Для очищения, обезжиривания и подготовки юбок поршней к нанесению покрытия применяется Специальный очиститель-активатор MODENGY. Он обеспечивает прочное сцепление АФП с поверхностью и длительный срок его службы.

    На юбке расположены бобышки (приливы) с отверстиями для поршневого пальца. С днищем поршня они соединены массивными литыми ребрами. В области приливов вес материала больше, чем в других местах, поэтому деформации от воздействия высоких температур наиболее часто появляются именно в плоскости бобышек.

    Для снижения напряжения в районе приливов имеются прямоугольные углубления 0,5-1,5 мм, сформированные литьем или фрезерованием – так называемые «холодильники». Они служат для охлаждения поршня и способствуют передаче газовых сил ближе к оси шатуна, что разгружает днище поршня.

    Ось пальца в большинстве поршней смещена в целях уравнивания боковых давлений на юбку в момент сжатия и рабочего хода. Именно поэтому он монтируется по метке, нанесенной на днище, а не произвольно.

    В целях сокращения теплового зазора без риска возникновения задиров юбке поршня придают легкую конусную форму, сужая на несколько сотых миллиметра у днища. Это необходимо для того, чтобы поршень при неравномерном нагреве расширялся одинаково.

    В плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца, юбка испытывает самые большие нагрузки, поэтому имеет форму овала – для компенсации износа стенок.

    Читайте также  Как поменять антифриз на хендай акцент?

    Особенности поршней форсированных двигателей

    При определенной длине шатуна и окружности вращения коленчатого вала возникает риск его контакта с юбкой в самой нижней точке движения поршня. Особенно это актуально для высокофорсированных двигателей. Проблема решается путем изменения хода поршня и расположения пальца.

    Форсированные двигатели в нижней части каждого цилиндра оснащают контроллерами, не позволяющими коленчатому валу и шатуну контактировать с блоком. Нижняя часть юбки поршня имеет зазор, который препятствует ее контакту с шатуном, вращающимся вокруг коленвала.

    При выставлении зазора очень важно соблюсти его постоянство по всем сторонам юбки. Тем самым обеспечивается сохранность балансировки шатунно-поршневой группы.

    Типичные виды деформации юбки и причины их возникновения

    При низком уровне масла в двигателе на юбке поршня, которая постоянно контактирует со стенками цилиндра вместе с поршневыми кольцами, возникают различные повреждения. Рассмотрим наиболее типичные деформации и причины их возникновения.

    • Двусторонние задиры на юбке поршня

    Основная причина возникновения задиров – перегрев двигателя. Он может стать следствием недостаточного зазора между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра, а также нарушения различных процессов: сгорания топлива, циркуляции охлаждающей жидкости, работы вентилятора.

    Алюминий, из которых изготавливаются современные поршни, под воздействием высоких температур расширяется в два раза больше, чем серый чугун цилиндра, поэтому задиры на юбке могут возникать из-за слишком высокой термической нагрузки.

    Для профилактики задиров при установке деталей ЦПГ необходимо учитывать диаметр поршня и величину монтажного зазора. Кроме того, следует регулярно контролировать уровень охлаждающей жидкости, состояние помпы, термостата, вентилятора.

    • Задиры на стороне наибольшей боковой нагрузки на юбку поршня

    Причина чаще всего заключается в низком уровне масла, слишком долгом прогреве двигателя, засоренном масляном канале шатуна и/или форсунки.

    Использование моторного масла плохого качества или несоответствующего класса так же может вызвать усиленное трение поршня о стенки цилиндра.

    Ребристый цилиндр двигателя с воздушным охлаждением может перегреваться из-за сорванных дефлекторов или загрязненных охлаждающих ребер.

    Для профилактики появления односторонних задиров на юбке необходимо исключить масляное голодание двигателя, контролировать его давление, проверять масляные каналы в шатуне на пропускную способность.

    • Несимметричное пятно контакта на юбке поршня

    Масляный нагар на одной из сторон жарового пояса юбки свидетельствует о боковом уводе поршня в цилиндре.

    Если одной стороной он прилегает к стенке, то с противоположной имеет большой зазор, через который проникают горячие выхлопные газы, выжигающие масляную пленку.

    При таких геометрических отклонениях поршневые кольца также двигаются с перекосом, вибрируют и вызывают насосный эффект, ведущий к увеличенному расходу масла.

    Боковой увод поршня может происходить из-за непараллельного расположения отверстий в головке шатуна, ее перекоса или деформации.

    Если гнездо коренного подшипника имеет скошенную опору (по причине выработанных вкладышей), он может располагается на картере с перекосом, что ведет к непрямолинейному движению поршня.

    Во избежание смещения поршня гнездо коренного подшипника, коленчатый вал и шатун должны иметь соосную обработку и монтаж. Необходимо затягивать болты головки цилиндра в соответствии с указаниями производителя, следить за тем, чтобы шатун не имел изгибов, обеспечивать чистоту при монтаже двигателя.

    • Задиры с четкими границами только на нижнем участке юбки поршня

    Образуются вследствие недостаточного локального зазора между поршнем и отверстием цилиндра, обусловленного, в свою очередь, слишком тесным охватом гильзы. Это происходит из-за использования неправильно подобранного (слишком толстого) уплотнительного кольца, применения дополнительных прокладочных средств, смещения уплотнителя.

    Во избежание недостаточного зазора, который может вызвать деформацию цилиндра, болты головки следует затягивать в соответствии с предписаниями. Гильзы цилиндров мокрого типа монтируются вначале без прокладок.

    • Сильный износ юбки поршня, поверхность шершавая и матовая

    На появлении такой проблемы указывает повышенный расход масла, сложности с запуском ДВС (особенно при низких температурах), его недостаточная мощность.

    Возникновение шершавых участков и борозд на юбках обычно сопровождается появлением больших зазоров на поршневых кольцах, их радиальным и осевым износом.

    Данные повреждения возникают вследствие абразивного износа поршней. Загрязнения проникают в камеру сгорания через систему впуска цилиндра (в этом случае первое поршневое кольцо изношено значительно сильнее, чем третье) или из моторного масла (тогда сильнее всех изношено третье кольцо).

    Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проверять герметичность системы впуска и работоспособность воздушного фильтра. Перед монтажом следует очищать от загрязнений картер двигателя и всасывающие трубы.

    • Глубокие продольные борозды по всей длине и диаметру юбки поршня

    Такие следы износа вызваны утончением и ухудшением свойств масляной пленки вследствие слишком высокой доли топлива в масле.

    Причиной может являться также неправильно настроенная система впрыска, которая при холодном пуске двигателя подает в камеру сгорания слишком насыщенную смесь.

    Инжекторные форсунки могут работать неправильно из-за засора топливного фильтра – при слишком малом зазоре поршень бьет по головке цилиндра, провоцируя тем самым неконтролируемый впрыск форсунок.

    К перебоям в зажигании приводит слишком низкое давление сжатия из-за негерметичности клапана или прокладки головки цилиндра, неправильной настройки фаз газораспределения, наличия слишком большого зазора между днищем поршня в верхней мертвой точке и головкой блока цилиндров, дефектов поршневых колец, неисправности свечей зажигания, общей изношенности двигателя.

    Профилактика дефекта состоит в правильной настройке системы впрыска (обогащения смеси при холодном пуске и т.п.), своевременном обследовании инжекторных форсунок и свечей зажигания, соблюдении интервалов замены топливных фильтров.

    Юбка поршня что это такое?

    Поршень любого двигателя состоит из днища, уплотняющего пояса с канавками для компрессионных и маслосъёмных колец, а также юбки – своеобразной направляющей, которая нужна для удержания поршня во время его перемещений,

    Зачем поршню юбка?

    Этот вопрос часто задают автомобилисты, сталкиваясь с проблемами. Она предназначена для обеспечения прямолинейного движения поршня и эффективный отвод тепловой энергии. Получается, что её главные задачи – недопущение раскачивания поршня и отвод тепла. Казалось бы, с такими функциями юбка должна быть максимально длинной, но чем она длиннее, тем больше становится масса поршня и значительно увеличивается сила трения. Вот почему есть высокофорсированные силовые агрегаты в которых юбка срезана. Более того, сегодня выпускаются Т-образные поршни без юбок.

    На самой юбке расположены так называемые приливы. В этих местах из-за высокой температуры возникают большие деформации. Для уменьшения напряжения в местах приливов есть небольшие углубления в форме прямоугольников. Основная их задача – охлаждать поршень и способствовать передаче сил от воздействия газов к шатуну. Их ещё называют «холодильниками».

    Конструкция поршней предусматривает смещение оси пальца для уравнивания бокового напряжения на юбку, поэтому он устанавливается не произвольно, а в соответствии со специальной меткой, нанесённой на днище. Именно в плоскости, которая перпендикулярна оси пальца, возникают наибольшие нагрузки, поэтому производители изготавливают юбку в форме овала. К другим мерам для снижения нагрузок и уменьшения трения можно отнести обработку поршня в заводских условиях антифрикционными покрытиями и придания поршням небольшой конусности. Однако, несмотря на все перечисленные меры, постоянно работая в экстремальных условиях, рано или поздно возникает износ юбок поршней. Неисправность даёт о себе знать в виде стука юбки поршня. Проблема очень неприятная и если своевременно не принять меры к её решению, то последствия для двигателя могут быть необратимыми.

    Повреждения Фото Причины Способы устранения
    Задиры юбки поршня с 2-х сторон. Перегрев силового агрегата из-за неисправности системы охлаждения или некорректной работы вентилятора.

    Неправильное сгорание топлива.

    Устранить неисправности, приводящие к перегреву.

    Проверить систему подачи топлива и воздушный тракт. При необходимости отрегулировать.

    Недостаток смазки вследствие его низкого уровня, засорения масляного канала или по другим причинам.

    Использование некачественного масла.

    Перегрев цилиндра из-за загрязнённых рёбер.

    Провести соосную обработку шатуна. В некоторых случаях требуется также обработка коленвала или коренного подшипника.

    Обеспечить абсолютную чистоту.

    Обеспечить правильную затяжку болтов блока цилинтров.

    Слишком сильный охват гильзы

    Причина – смещение уплотнителя или неправильно подобранное кольцо.

    Обеспечить правильное подтягивание болтов ГБЦ.

    Проверить и правильно настроить систему впрыска.

    Проверить свечи зажигания.

    Заменить топливный фильтр.

    Сигналом к капитальному ремонту двигателя является усугубление указанных в таблице повреждений, которые ведут к увеличению зазора между юбкой поршня и цилиндром. Предельным износом считается зазор равный 0.5% от диаметра цилиндра, например, для цилиндра диаметром 70мм эта величина составляет 0.35мм. Силовой агрегат при этом работает более шумно, приёмистость его уменьшается, расход топлива увеличивается. Именно поэтому, если своевременно не реагировать на стук юбки, то капитального ремонта двигателя в ближайшем будущем не избежать.

    Профилактические меры

    Понятно, что износ деталей с трущимися поверхностями, таких как юбка поршня цилиндра, не избежать, но задержать этот процесс, предупредить образование повреждений юбки и тем самым максимально отодвинуть проведение капитального ремонта можно. Для этого следует использовать специальные составы Супротек: «Актив Плюс/Стандарт» и «Долговременная промывка двигателя». Эти составы являются средствами нового поколения. Они пришли на смену автохимии, которая была не всегда эффективна и безопасна для деталей силовых агрегатов и резиновых уплотнений.

    Супротек Актив Плюс/Стандарт добавляется в масло двигателя и образует на изношенных поверхностях металлический слой, удерживающий плёнку моторного масла.

    Присадка в моторное масло «Супротек Актив Плюс»

    Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

    Поршень двигателя: функции,конструкция,типы,фото,видео

    Поршень занимает центральное место в процессе преобразования химической энергии топлива в тепловую и механическую. Поговорим про поршни двигателя внутреннего сгорания, что это такое и основное назначение в работе.

    ЧТО ТАКОЕ ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ?

    Поршень двигателя — это 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. Изначально поршни для автомобильных двигателей внутреннего сгорания отливали из чугуна. С развитием технологий стали использовать алюминий, т.к. он давал следующие преимущества: рост оборотов и мощности, меньшие нагрузки на детали, лучшую теплоотдачу.

    С тех пор мощность моторов выросла многократно, температура и давление в цилиндрах современных автомобильных двигателей (особенно дизельных моторов) стали такими, что алюминий подошёл к пределу своей прочности. Поэтому в последние годы подобные моторы оснащаются стальными поршнями, которые уверенно выдерживают возросшие нагрузки. Они легче алюминиевых за счет более тонких стенок и меньшей компрессионной высоты, т.е. расстояния от днища до оси алюминиевого пальца. А еще стальные поршни не литые, а сборные.
    Помимо прочего, уменьшение вертикальных габаритов поршня при неизменном блоке цилиндров дает возможность удлинить шатуны. Это позволит снизить боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр, что положительно скажется на расходе топлива и ресурсе двигателя. Или, не меняя шатунов и коленвала, можно укоротить блок цилиндров и таким образом облегчить двигатель

    Поршень выполняет ряд важных функций:

    • обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
    • отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
    • обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

    Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

    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;
    • хорошую теплопроводность;
    • малую плотность;
    • 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:

    • литыми;
    • 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.

    Конструкция поршня

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

    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).

    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 поршневой палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

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

    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.

    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.

    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.

    Выхлопная система: описание,фото,назначение,тюнинг

    Как провести замену поршневых колец своими руками?

    Самостоятельная замена тормозных колодок и тормозных дисков

    Поршневой палец: описание,виды,применение,установка,фото,видео.

    Юбка — не прихоть!

    Задумав форсировать мотор, пилот зачастую начинает с облегчением его деталей, в частности, поршней. Чем нередко вредит двигателю: «невесомость» полезна до определенного предела И вот почему.СТАРЫЕ СТЕРОИДЫ
    Способов прибавки мощности мотору несколько. Один из них — поднять крутящий момент. Тут «работают» два основных «стероида»: ход и диаметр поршня. Чем дальше вынесены от оси вала шатунные шейки (длиннее плечо рычага коленвала), тем больше сила, с которой шатун толкает коленвал. А значит, двигатель разовьет высокую тягу. В этом случае вес поршня не критичен. Такие моторы «тихоходны» (крутятся до 6-8 тысяч об/мин), и инерционные нагрузки, приходящиеся на шатуны и коленвал,невысоки.

    Массивные поршни требуют другого: когда поршень меняет направление движения при прохождении мертвых точек, возникает перекладка сил, прижимающих его боковую поверхность к зеркалу цилиндра. Разъясню — это и есть «мо- мент истины», проясняющий, зачем поршню нужна юбка. Шатун практически постоянно давит на поршневой палец под углом к оси цилиндра. Причем, каждый раз, миновав мертвую точку, угол меняет «ориентацию» на противоположную. Поэтому при движении вверх поршень прижимается к одной стороне цилиндра, при ходе вниз — к другой. Перекладка должна происходить «мягко», без удара — иначе вскоре поршень развалится на куски.

    У моторов с большими плечами коленвала сила прижатия поршня к зеркалу высока (вспомните из школьного курса физики: она растет по мере увеличения угла наклона шатуна). Поэтому юбка поршня обязана быть «макси». Она распределяет нагрузку на большой площади, и поршень проходит мертвые точки без ударов и «разрывов» пленки смазки. Практика создания таких моторов «породила» определенное соотношение длины юбки к диаметру поршня (пю/D). Для тяжело нагруженных моторов мотоциклов (около 0,2 л. с. на килограмм веса экипажа) оно составляет не менее 0,7. На более энерговооруженных машинах (от 0,5 л. с./кг) величина другая — Пю/D ближе к 0,6.

    Объяснение тому есть: чем меньше «лошадок» приходится на единицу массы мотоцикла, тем больше нагрузка на поршень (в частности, на его юбку), когда он проходит самую «конфликтную» ВМТ — в такте рабочего хода. Представьте: со стороны камеры сгорания на поршень давят газы — продукты горения, с другой стороны перемещению сопротивляется шатун, нагруженный весом экипажа. А еще он «упирается» в поршень «косо», что, как я уже говорил, затрудняет передачу усилия. Естественно, будь мотор слаб, а мотоцикл тяжел, короткая юбка от такого «двойного удара» деформируется, «вгрызается» в зеркало цилиндра и вскоре «обрастет» задирами.

    Форсирование моторов по моменту было популярно до 80-х годов прошлого века. Затем наступил кризис «жанра»: в габариты мотора байка не «впишешь» ни коленвал с «бесконечно» большим ходом поршня, ни Цилиндры «паровозного» диаметра. Не выручили и кованые поршни. Конечно, они легче и прочнее литых, что при прочих равных условиях позволяет увеличить диаметр поршня на 10-15%, не опасаясь появления разрушительной перекладки. Но их высокая цена вряд ли компенсируется незначительным приростом мощности мотора — 5-8% (сравнительные данные привожу на графике).

    НОВЫЙ ЖАНР
    Потом двигателисты взялись за второй «сомножитель» мощности — обороты коленвала.. Они растут при использовании вала «короткохода» — с небольшим плечом шатуна. Длина пути — сумма расстояний при перемещении поршня за четыре такта — при этом сокращается. Ясно, что за один и тот же отрезок времени поршень такого мотора совершит больше рабочих ходов, чем «единоутробный собрат» с длинноходным валом. Значит, и работу проделает большую — мощность двигателя возрастет. Полезно и то, что размеры мотора уменьшаются — у короткохода меньшие габариты и масса.

    Поршни же задали конструкторам задачу. Инерционные нагрузки, создаваемые ими на шатунах и шейках вала, в зависимости от скорости перемещения растут в геометрической прогрессии. Простейший способ борьбы с инерцией — снизить вес поршней, сократив их диаметр. Но для сохранения литража мотора придется делать большее количество цилиндров. А это увеличивает стоимость двигателя в несколько раз. Разработчики пошли на рискованный шаг: юбку поршня стали делать «миди» (hю/D=0,6-0,55), а затем и «мини» (hю/D свели к 0,5-0,45). И поршни выдержали нахальное «оголение» (даже литые) — конструкторы воспользовались особенностями гидродинамического эффекта смазки.

    ЛЫЖНИК И УТОПЛЕННИК
    Юбка поршня обязана не только сглаживать момент перекладки. Ее боковому профилю придается особая форма, поддерживающая устойчивый слой смазки (его называют «масляный клин») между поршнем и зеркалом цилиндра. В этом плане наиболее выгодна, потому и распространена, «бочкообразная» юбка. Как она выглядит, показано на рисунке, а как действует, поясню без погружения в теорию трения.

    Представьте двух лыжников: один на лыжах с загнутыми «носками», у другого «полозья» почти без загиба. Ответьте сами: кто чаще зарывается в снег (в нашем случае — не скользит на пленке смазки, а прорывает ее)? Спрашиваю об этом еще по одной причине. Отечественная техника все еще оснащается поршнями с конусной юбкой (ее вид смотри рядом с «бочкой»). При одинаковых размерах поршней «конус», не имеющий ярко выраженного «носка», хуже удерживается на поверхности смазки. Выгода в нем есть, но для производителя: его изготовление обходится в несколько раз дешевле «бочки». А работать без задиров поршню помогает о-о-очень «макси» юбка с Пю/D до 0,74 (напомню, давление поршня на масляную пленку убывает по мере увеличения площади контакта поверхностей «юбки-цилиндра»). Что и ограничивает применение таких поршней: они тяжелы, и им место только в «сверхтихоходах» (моторах с обо- ротами вала до 5 тысяч).

    Но и «бочка» — не панацея от трения. Такую юбку можно безбоязненно укоротить относительно «конуса» процентов на 10-15, не нарушив условий смазки. Однако поршень не станет заметно легче. Спросите, почему же в быстроходных моторах вполне надежно работают Т-образные поршни (их вы уже видели на фото), почти не имеющие юбки (hio/D около 0,4)? А потому, что масляный клин «отталкивает» юбку от зеркала цилиндра с силой, растущей пропорционально квадрату скорости перемещения поршня. Разъясню на примере. Попробуйте прокатиться на водных лыжах, прицепившись к тихоходной барже. Вы точно утонете. За скоростным же катером будете скользить по водной глади и без лыж — на пятках. Именно поэтому у высокооборотных моторов, в которых поршень перемещается с высокой скоростью, есть возможность радикально сократить размер юбки, в результате и вес детали снизить почти на четверть. А вот тут неоспоримо проявится преимущество кованых поршней: их малый вес (при одинаковых условиях тюнинга) позволяет дополнительно облегчить шатуны и коленвал (динамика мотоцикла возрастет) без ущерба для ресурса мотора.

    Как грамотно подобрать «стиль» юбки при таком тюнинге, приведено на соответствующем графике. Но осознав возникающие перспективы, не торопитесь высматривать в магазинах подходящий «кит» — тюнинговый вал и поршни (или что-то одно) и браться за форсирование мотора по оборотам. Как бы не пришлось расплачиваться за удовольствие.

    БЕЗ КОМПРОМИССА Такой двигатель «однобок» — максимум мощности сосредоточен в узком интервале, ближе к высоким оборотам. На средних и ниже мотор откровенно перестает тянуть — пилоты спортбайков это знают как «Отче наш». Правомерно предположить, что «узость» тяги исправима. Такие устройства известны. К примеру, можно снабдить мотор устройством, изменяющим фазы газораспределения. Можно, но нельзя, господа! Юбка поршня, «настроенная» на поддержание устойчивой смазки в зоне высоких, бессильна против трения на малых оборотах. Оцените соотношение цифр, приведенное на иллюстрации. Коэффициент трения при показателе hio/D=0,45 (Т-образный поршень) и 8-10 тыс. об/мин коленвала очень мал. При 3-5 тыс. об/мин он на порядок больше, т. е. стабильность смазки невысока. Еще «чуть» — и металл поршня пойдет «в сухую» по цилиндру. Если мотор будет работать долго и с постоянно «открытой» ручкой газа на низких оборотах — «мини»-юбка не удержит масляный клин. Когда «сотрете в порошок» поршневую (и деньги, причем немалые) — вопрос времени, ее ресурс может сократиться и на порядок. Так что конструкторы не зря «запретили» таким моторам обзаводиться эластичностью тяги, свойственной тихоходам.

    Завершу сказанное выводом: «В одну телегу (читай мотор) впрячь не можно вола (ровный по оборотам момент) и тре- петную лань (высокие обороты вала)». Не покупайтесь, господа, на зазывную рекламу продавцов: «Установи поршни «Т»
    — и полетишь!» «Улет» состоится, однако теперь вы знаете варианты: по оборотам и прибавке мощности или же развалите мотор в хлам.