0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое поршень в двигателе и зачем он

Кольца поршневой — что это, зачем они нужны и как работают?

— специально изготовленные металлические детали в форме окружности, которые одеваются на поршень, а цель поршневых колец — придание необходимого радиального давления для поддержания уплотнения между поршнем и цилиндром. Поршневые кольца, как правило, изготавливаются из такого сплава чугуна, который позволяет им быть упругими и в то же время пластичными, а также служить хорошими теплопроводниками.

Кольца одеваются на поршень в специально проделанный в нём паз. Сами кольца представляют собой незамкнутую окружность, что позволяет их одевать и снимать с поршня, не ломая их.

Почти во всех двигателях установлены 2 типа поршневых колец в зависимости от функции, которую они выполняют:

  • Компрессионные кольца поршневой вставляются в специальные пазы в верхней части поршня. Их, как правило, насчитывается от 3 ​​до 7 на одном поршне. Эти кольца главным образом служат для уплотнения между стенками цилиндра и поршнем и предотвращают проникновение смеси топлива и воздуха в такте сгорания в картер двигателя. Кроме того, ещё одна роль компрессионных колец поршневой заключается в передаче тепла от поршня к гильзе цилиндра, а также поглощения части поршневых колебаний из-за боковой тяги.
  • Маслосъёмные кольца — это немного другие кольца поршневой, которые находятся ниже компрессионных колец. Маслосъёмные кольца обеспечивают идеальное смазывание стенки цилиндра, снимая бóльшую часть масла с поверхности гильзы в то время, когда поршень движется вниз. Это делается для того, чтобы свести к минимуму попадание масла в камеру сгорания и, как следствие, его расход.

Кольца поршневой группы очень упругие. Они самостоятельно регулируют свой диаметр, прижимаясь к цилиндру и в то же время оставаясь в своих пазах. Они также сводят к минимуму площадь контакта между поршнем и цилиндром и, таким образом, значительно уменьшают трение, которое в противном случае привело бы к износу поршневой и снижению КПД работы двигателя за счёт большого сопротивления, создаваемого эти трением.

Зачем нужны поршневые кольца?

Кольца поршневой позволяют использовать в поршнях очень лёгкие материалы, такие как алюминий, потому что среди требований к материалу поршней отпадает стойкость к трению, ведь его выполняют кольцо.

Только представьте, если бы у Вашего автомобиля в моторе не было бы колец, и поршень бы тёрся напрямую о стенки цилиндра. Что бы было тогда? Ну, во-первых, поршень должен бы был иметь тот же размер, что и цилиндры. Но тут нас ждала бы большая проблема: при нагреве поршень расширяется в диаметре, и, таким образом, он мог бы застрять в цилиндре, что привело бы к дорогостоящему ремонту. Во-вторых, такой поршень очень быстро бы вызывал всё больше и больше потери компрессии за счёт быстрого износа. Именно поэтому кольца поршневой выполняют такую важную роль.

Процесс монтажа кольца на поршень

Подводя итог, отметим, что кольца в двигателе выполняют 4 главные функции:

  1. Компрессия. Поршневые кольца поддерживают изоляцию камеры сгорания от картерного пространства, что позволяет проводить более эффективное сжатие топлива в камере. Т.е. газообразные продукты сгорания, возникающие в момент зажигания, не проходят сквозь цели между поршнем и цилиндром, потому что от возникновения таких щелей защищает кольцо.
  2. Экономия расхода масла. Маслосъёмные кольца снимают часть масла со стенок цилиндра во время работы мотора, благодаря чему компрессионные кольца отлично смазывают, и в то же время излишки масла не попадают в камеры сгорания.
  3. Теплообмен. Поршневые кольца передают тепло от поршня к цилиндру. Когда топливно-воздушная смесь возгорается в камер сгорания, температура внутри неё достигает приблизительно 300 °С. Если тепло будет накапливаться внутри поршня, двигатель может быть повреждён.
  4. Погашение горизонтальных колебаний поршня. Плотно прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца поршневой не дают поршню «гулять» в горизонтальных направлениях, что предотвращает износ поршневой группы мотора.

Поршень

Рис. Поршень дизельного двигателя (а) грузового автомобиля и формы поршней разных двигателей (б): 1 — канавка нижнего маслосъемного кольца;
2 — проточка под стопорное кольцо поршневого пальца;
3 — внутренняя поверхность бобышки;
4 — отверстие для смазки поршневого пальца;
5 — канавка верхнего маслосъемного кольца;
6 — канавки компрессионных колец;
7 — головка поршня;
8 — камера сгорания в поршне;
9 — днище поршня;
10 — отверстия для отвода масла;
11 — юбка

Поршень имеет довольно сложную конструкцию, потому что он подвергается очень большим и непостоянным по величине нагрузкам.
Наружная поверхность направляющей части носит название юбки. Во время рабочего хода на поршень воздействует высокое давление расширяющихся при высокой температуре газов. С другой стороны, при работе двигателя, особенно на высоких оборотах, поршень подвергается большим знакопеременным инерционным нагрузкам. При нахождении поршня в ВМТ и НМТ его ускорение равно нулю, а затем поршень резко ускоряется и движется с большой скоростью, причем направление движения меняется сотни раз в секунду. Для уменьшения инерционных нагрузок необходимо максимально уменьшать массу поршня. В то же время он должен иметь высокую прочность, чтобы противостоять высокому давлению и нагреву при соприкосновении с горячими газами с последующим охлаждением при подаче в цилиндр холодного свежего заряда. В настоящее время поршни бензиновых и дизельных автомобильных двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. При производстве поршня в отливку в процессе изготовления часто закладывают стальные вставки, которые повышают его жесткость и препятствуют температурному расширению. Иногда стальную вставку располагают в канавке под верхнее компрессионное (наиболее нагруженное) поршневое кольцо.
При нагревании поршень расширяется. Для компенсации температурного расширения поршня при нагревании ему придают специальную форму. Юбка поршня в поперечной плоскости имеет форму овала, а не окружности. В продольной плоскости юбка поршня выглядит как усеченный конус. Части поршня с большой температурой или с большим объемом металла расширяются сильнее (например, часть юбки, где расположены бобышки), и при достижении рабочей температуры в двигателе поршень принимает форму цилиндра.
За время своего существования поршни претерпели значительные изменения конструкции. Если сравнить поршень двигателя современного автомобиля с его предшественником, можно заметить, что поршни стали значительно короче. Большая часть юбки обрезается с каждой стороны, и остаются только две небольшие секции для того, чтобы предотвратить перекос поршня в цилиндре. Благодаря совершенству конструкции силы, воздействующие на поршень, сбалансированы таким образом, чтобы свести к минимуму тенденцию к повороту. Расстояние от днища поршня до верхней канавки под поршневое кольцо уменьшают с целью снижения возможности образования нагара в этой части. За счет уменьшения размеров сечений в конструкции поршня удалось значительно снизить его массу. Для уменьшения потерь на трение и повышения долговечности деталей КШМ на боковую поверхность поршня наносят слой антифрикционного материала, содержащего дисульфид молибдена или графит.
Днище поршня может быть плоским, выпуклым, вогнутым, иметь канавки, для того чтобы при полном открытии клапанов они не касались поршня. У дизельного двигателя камера сгорания может быть выполнена в поршне.
Поршни двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют особую форму, необходимую для обеспечения процесса сгорания топлива.
Поршневые кольца изготавливаются из специально модифицированного чугуна. В двигателях современных автомобилей используют несколько типов колец. Верхние компрессионные кольца служат для того, чтобы предотвратить прорыв газов в картер двигателя, а нижнее маслосъемное — контролирует количество масла на стенках цилиндра (стенки смазываются маслом, поступающим из картера в виде масляного тумана). Масло необходимо для предотвращения износа ЦПГ, но его излишки нежелательны. Поэтому следует подавать его больше, чем нужно, а излишки удалять с помощью маслосъемного кольца, работающего как скребок. Один из способов получения более компактных и легких поршней — выполнение колец более узкими и мелкими с компактным размещением их в верхней части головки поршня. При этом предъявляются повышенные требования к материалу, из которого они изготовлены, и к точности их изготовления.

Читать еще:  Что такое двигатель сти

Облегченный поршень. Зачем устанавливают? И можно ли сделать своими руками

Облегчение системы КШМ (кривошипно-шатунного механизма), может добавить свои плюсы в работе всего двигателя в целом. Многие тюнеры облегчают не только шатуны и коленчатый вал, но и сами поршни. Если идти дальше, то можно облегчить и сам маховик. Но для простого обывателя это очень сложная информация для усвоения. Многие слышали про поршни двигателя, многие даже видели вживую, но вот зачем их облегчать – не понимают! Сегодня я постараюсь рассказать вам простыми словами, про эту процедуру, а также в конце статьи будет небольшая инструкция для облегчения стандартных вариантов своими руками. Так что читайте …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Для начала давайте вспомним, что такое поршень?

Это часть механизма КШМ (кривошипно-шатунного механизма), который имеет только одно назначение – нагнетание давления в цилиндре. Нагнетает давление при помощи движений вверх, а его в свою очередь толкает шатун, который связан с коленчатым валом. Эта конструкция всем известна и уже не нова. Хороша она или нет, это вопрос другой, но стоит отметить — КПД двигателя внутреннего сгорания крайне мал.

Если вы хотите понять принцип работы, то возьмите обычный пластиковый (аптечный) шприц для инфекций лекарств. У него также есть поршень иногда с прорезиненной прослойкой — он практически имитирует работу нашего металлического варианта.

Вспомнили – разобрались, дошли до облегченного варианта.

Зачем он нужен и для чего его устанавливают?

Если разобрать все по полочкам, то получается вот такая информация.

1) Облегчение позволяет двигателю работать с более высокими оборотами, это полезно для тюнинговых двигателей, например с компрессором. А как известно при высоких оборотах мощность возрастает.

2) Двигатель быстрее набирает обороты, ему не нужно тратить энергию на раскрутку тяжелых поршней.

3) Двигатель работает более ровно, уменьшается детонация. Посмотрите короткий, но познавательный ролик.

4) Ходит мнение, что увеличивается ресурс деталей. Так как испытываемые нагрузки уменьшаются в связи с уменьшение веса поршня.

Если подвести промежуточный итог, то получается – скоростнее (более высокие обороты), более уверенный старт с места, меньше детонации, больше ресурс.

Как обычно происходит облегчение?

Конечно, хочется понимать, благодаря чему снижается вес и чем жертвует конструкция?

Если посмотреть на строение «обычного» поршня, то можно увидеть полый цилиндр высотой примерно от 80 до 100 мм (это усредненные размеры). Такими они были на заре своего появления. Если подбить по весу, то получается примерно 500 – 600 грамм. То есть полкило летает вверх – вниз оттягивая на себя часть энергии. А чем больше обороты – тем больше энергии приходится тратить!

Теперь облегченный вариант, если сравнить его с «обычным» то:

Во-первых, уменьшают высоту, она (если опять взять усредненные размеры) – от 50 до 80 мм.

Читать еще:  Весь двигатель в масле опель астра причина

Во-вторых, уменьшают вес, конечно он значительно уходит от уменьшения высоты, но этого не достаточно, срезают еще и бока. Получается так называемый «Т-образный» облегченный поршень. «Т-образный» потому что если посмотреть на него с одного боку он напоминает букву «Т», кстати некоторые называют «треугольный».

Единственное что оставляется неизменным это верхняя площадка, кстати, некоторые могут иметь проточки нужные при обрыве ремня ГРМ.

Такие вариации могут снизить приличную массу, средний вес облеченного варианта – около 250 грамм. Что в два раза легче. А с 4 штук, уходит более 1 килограмма! Для мотора это очень существенно.

Как сделать своими руками?

Знаю многих мучает такой вопрос – как из обычного, сделать облегченный поршень и вообще возможно ли это?

Конечно возможно, причем некоторые умельцы вытачивают и срезают лишнее в своих гаражах. Однако хочется отметить — что нужны точные размеры под срезы, а также «развесовка» и «балансировка».

Срезают как обычно высоту и бока.

Работа очень трудоемкая и точная, если что-то сделаете не правильно, то поршень идет на свалку. Поэтому лучше сначала вычислить размеры на бумаге-компьютере.

Далее нанести контур карандашом, затем закрепить по этому контуру метки. Многие их отмечают клеящейся бумагой (можно и малярным скотчем), другие рисуют нестирающимся маркером (например — перманентным).

После можно срезать не нужную часть на специальном станке, либо можно отрезать болгаркой или специальными насадками на дрель.

Опять же отмечу, срез должен быть точный, либо баланс поршня будет нарушен и у двигателя будет большая детонация. Так что если ни разу этим не заниматься, нужно обратиться к «тюнерам» вашего города. Возможно они уже это проходили.

А из личного опыта скажу, иногда лучше купить уже готовый комплект для вашего агрегата, они также продаются в большом количестве на интернет площадках.

А теперь смотрите большое видео, как установить облегченне покупные поршни на двигатель ВАЗ

Наверное на этом все, думаю это информация была вам полезной. Читайте наш АВТОБЛОГ.

(9 голосов, средний: 3,44 из 5)

Похожие новости

Что такое форсированный двигатель? Только правда и видео материа.

Гусеницы на авто или танк из НИВЫ и УАЗ своими руками. Какова це.

Даунпайп что это такое. Зачем устанавливают?

Поршни двигателя: конструкция и принцип работы

Деталь, без которой не может работать двигатель внутреннего сгорания, — это поршень. Как он устроен, и какие проблемы с ним возникают чаще всего?

Что такое поршень двигателя, и принцип работы

Большинство автолюбителей знают, как работает двигатель внутреннего сгорания. Химическая энергия, содержащаяся в топливе, питающем двигатель (дизельное топливо, бензин и т. д.), преобразуется в механическую и тепловую энергию в процессе сгорания. При этом в камере сгорания образуются газы высокой температуры и давления, которые воздействуют на головку поршня. Они заставляют его перемещаться к нижней мертвой точке (рабочий ход).

В четырехтактных двигателях описанный процесс происходит поочередно. В результате поршневая пара 1—3 находится в нижней мертвой точке, а поршневая пара 2—4 — в верхней мертвой точке (она воспламеняется, сжигает топливно-воздушную смесь и толкает ее к нижней мертвой точке).

Из какого материала производятся поршни

Возвратно-поступательный поршень крепится поршневым пальцем к шатуну. Он получает механическую энергию от смеси, сгоревшей в цилиндре. Большинство поршней двигателя изготовлено из сплавов алюминия и кремния. К материалам для изготовления поршней предъявляются высокие требования:

  • прочность материала при высоких рабочих температурах;
  • высокое сопротивление усталости;
  • определённая теплопроводность;
  • низкий коэффициент теплового расширения;
  • низкая удельная масса;
  • устойчивость к абразивному износу;
  • устойчивость к коррозии.

При производстве поршней делаются два выбора. Первый (габариты) позволяет выбрать поршень, обеспечивающий оптимальный зазор пары поршень-цилиндр. Второй, в зависимости от массы, состоит в подборе такого поршня, чтобы балансировка системы поршень-кривошип была максимально простой.

Конструкция поршня

Поршень имеет головку, опору ступицы, опору поршневого пальца, кольцевую часть и опорную часть.

Днище

Форма днища зависит от требуемых характеристик камеры сгорания. Самое простое решение — плоское днище. В двигателях с искровым зажиганием, а также в двигателях с воспламенением от сжатия с раздельными камерами сгорания используются слегка выпуклые формы днища, так как они увеличивает жесткость конструкции. Поднутрение в головке поршня используется не для придания формы камере сгорания, а для защиты ее от контакта с клапанами и для направления потока газов, образующихся в процессе сгорания.

Ступица используется для установки поршневого пальца. Как правило, она находится в центре тяжести поршня. Поршневой палец соединяет шатун с поршнем и передает силу, создаваемую газообразными продуктами сгорания, к оси шатуна. Из-за высоких температур в камере сгорания, действующих сил, переменных нагрузок и необходимости смазки для поршней используются разные материалы (например, цементационная сталь 15H, 15N, сталь 38HN для улучшения нагрева или азотированная сталь 38 HMJ).

Поршневые кольца

Основные размеры поршневого пальца определяются на основании расчетов на прочность и выбираются, исходя из действующих стандартов.

Кольцевая часть поршня находится в его верхней части. Двухтактные двигатели имеют 1-4 поршневых кольца, а четырехтактные — 2-4 кольца (обычно используются три).

Количество используемых поршневых колец зависит, среди прочего, от степени сжатия.

Первое поршневое кольцо уплотняет цилиндр. Оно называется уплотнительным (компрессионным). Оно герметизирует камеру сгорания и предотвращает попадание газов в блок цилиндров. Из-за своего расположения кольцо подвержено коррозии и воздействию самых высоких рабочих температур. До 70% тепла передается к цилиндру через компрессионное кольцо. Обычно оно имеет прямоугольную или бочкообразную форму.
Бочкообразное кольцо имеет изогнутую рабочую поверхность для смазки, которая снижает вероятность исчезновения масляной пленки из-за чрезмерного давления на цилиндр.

Читать еще:  Двигатель аир80в4у3 схема подключения

Кольцо, расположенное в нижней части поршня, называется собирающим (масляным). Оно используется для удаления излишков масла со стенок цилиндра при движении. Масло возвращается через зазоры в кольце и поршне в блок цилиндров (в двухтактных двигателях это кольцо не используется, так как масло подается вместе с топливом и его сгорание является преднамеренным).

Собирающее кольцо имеет две рабочие поверхности, между которыми имеются овальные или круглые отверстия, через них собранный излишек масла поступает к блоку двигателя. Многие масляные кольца используют расширяющуюся пружину для увеличения давления на стенки цилиндра.

Между уплотнительным и собирающим кольцами находится также компрессионно-собирающее кольцо. Его задача — улавливать газы, прошедшие через уплотнительное кольцо, и соскребать излишки масла с поверхности цилиндра. Оно имеет особую форму рабочей поверхности.

Некоторые кольца имеют так называемый нос, то есть разрез, благодаря которому они лучше оттирают смазочное масло. Неправильная установка компрессионно-собирающего кольца приводит к увеличению расхода масла.

Поршневые кольца герметизируют камеру сгорания. Они должны иметь возможность упруго регулироваться под воздействием высокой температуры. Они имеют точно заданную форму, так как необходимо, чтобы они плотного прилегали к стенкам цилиндра для обеспечения герметичности. Соответствующая форма поршневых колец достигается за счет овализации.

Чаще всего поршневые кольца изготавливаются из серого чугуна. Этот материал используется из-за простоты подгонки к стенке цилиндра. Его можно покрыть другими материалами для увеличения прочности.

Причины износа поршней двигателя

Трещины на головках поршней и на поршневых кольцах из-за термического износа являются обычной проблемой. Развитие автомобильной промышленности в последние годы привело к тому, что эффективность поршней и поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания зависит в первую очередь от долговечности используемых материалов. Условия эксплуатации привода также являются важным фактором. Вероятность отказа двигателя увеличивается с усилением тепловых нагрузок, связанных с ростом производительности (например, за счет увеличения степени сжатия, номинальной мощности, наддува или из-за использования более двух клапанов на цилиндр).

Конструкционные и эксплуатационные факторы влияют на деградацию материала, используемого в поршнях. В зависимости от перечисленных факторов можно указать следующие виды износа:

  • износ из-за трения,
  • износ, вызванный повреждением материала (действие переменных механических и термических нагрузок),
  • процесс коррозии (изменение физико-химических свойств верхнего слоя материала),
  • эрозионный (в результате динамического воздействия газообразной или жидкой среды).

Очень часто трещины вызывают зазубрины, образованные краями углублений клапана. Такие повреждения могут привести, в частности, к нарушениям в процессе горения топливно-газовой смеси или к снижению герметичности камеры.

В двигателях с форкамерным впрыском наиболее распространенным дефектом является растрескивание головки поршня.

Температура на краю поршня в зоне камеры сгорания может быть чуть более 380°C . В случае контакта с жидкостью создаются экстремальные условия, которые могут вызвать трещины или необратимую деформацию поршня. Такое повреждение днища может быть причиной, например, попадания воды или топлива в камеру сгорания.

Еще одна причина повреждения поршня — его тепловая перегрузка. Она может произойти, если масло меняют слишком редко (в автомобилях с двигателем с воспламенением от сжатия его следует менять примерно раз в год; в автомобилях с двигателем с искровым зажиганием — примерно каждые 1,5 года). Это также может привести к засорению форсунок охлаждения моторного масла.

От 40 до 50% механических потерь в двигателе внутреннего сгорания — это потери из-за трения колец и поршня о поверхность подшипника цилиндра. По этой причине размеры поверхности трения колец уменьшаются (при неизменном давлении). Это приводит к снижению эластичности поршневых колец, что может вызвать разрушение из-за тяжелых условий эксплуатации. Растрескивание поршневых колец также может быть следствием:

  • трибологического износа;
  • механических перегрузок, которые возникают из-за нарушения процесса сгорания, ошибок сборки или из-за больших нагрузок при запуске холодного двигателя.

Трибологический износ — это вид износа, возникающий в результате процессов трения. Процессы изнашивания изменяют массу, структуру и физические свойства поверхностных слоев контактных площадок. Интенсивность износа является следствием различных взаимодействий и сопротивления участков трения поверхностных слоев.

Еще одна причина повреждения — захват. Он появляется на юбке поршня и вокруг колец. Частые причины этого явления — частицы от процессов трибологического износа или локального перегрева. Алюминиевый сплав поршня термически расширяется вдвое больше, чем чугун в цилиндре.

Основными параметрами двигателя внутреннего сгорания являются:

  • объем хода — это разность между верхним и нижним возвратным положением поршня в цилиндре;
  • объем камеры сгорания — это объем над головкой поршня, когда он находится в верхнем убираемом положении;
  • общий объем двигателя — это сумма объема цилиндра и объема камеры сгорания;
  • степень сжатия — это общий объем, деленный на объем камеры сгорания.

Поршень является одной из важнейших частей двигателя, в случае возникновения неисправностей необходимо сразу провести диагностику. Промедление может провести к дорогому ремонту или вообще полной замене двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector