Поршень - це деталь двигуна автомобіля. Пристрій, заміна, встановлення поршня

Поршень - це деталь двигуна автомобіля. Пристрій, заміна, встановлення поршня


Поршень є одним з елементів кривошипно-шатунного механізму, на якому заснований принцип роботи багатьох двигунів внутрішнього згоряння. У наведеній статті розглянуто конструкцію та особливості даних деталей.

Визначення

Поршень - це деталь, що виконує в циліндрі поворотно-поступальні рухи і забезпечує перетворення в механічну роботу зміни тиску газу.

Призначення

За участю цих деталей реалізується термодинамічний процес роботи мотора. Оскільки поршень - це один з елементів кривошипно-шатунного механізму, він сприймає тиск, вироблений газами, і передає зусилля на шатун. До того ж він забезпечує герметизацію камери згоряння і відведення від неї тепла.

Конструкція

Поршень - це трискладова деталь, тобто його конструкція включає три компоненти, що виконують різні функції, і дві частини: головку, в яку об 'єднують днище і ущільнюючу частину, і направляючу частину, представлену спідницею.

Днище

Може мати різну форму залежно від багатьох факторів. Наприклад, конфігурація днища поршнів двигуна внутрішнього згоряння визначається розташуванням інших конструктивних елементів, таких як форсунки, свічки, клапани, формою камери згоряння, особливостями процесів, загальною конструкцією двигуна тощо. У будь-якому випадку вона визначає особливості функціонування.

Виділяють два основних типи конфігурації днища поршнів: випукла і увігнута. Перший забезпечує велику міцність, але погіршує конфігурацію камери згоряння. При увагнутій формі днища камера згоряння, навпаки, має оптимальну форму, проте більш інтенсивно відкладається нагар. Рідше (у двотактних двигунах) зустрічаються поршні з днищем, представленим виступом відбивача. Це потрібно при продуванні для спрямованого переміщення продуктів згоряння. Деталі бензинових двигунів зазвичай мають днище плоскої або майже плоскої форми. Іноді в них присутні канавки для повного відкриття клапанів. У моторів з безпосереднім впорском поршні характеризуються більш складною конфігурацією. У дизельних двигунів вони відрізняються наявністю камери згоряння в днищі, що забезпечує хороше завихрення і покращує сумішеобразування.

Більшість поршнів односторонні, хоча зустрічаються і двосторонні варіанти, які мають два днища.

Відстань між канавкою першого компресійного кільця і днищем носить назву вогневого поясу поршня. Дуже важливо значення його висоти, яке різне для деталей з різних матеріалів. У будь-якому випадку вихід висоти вогняного кільця за рамки мінімально допустимого значення може спричинити прогар поршня і деформацію посадочного місця верхнього компресійного кільця.

Ущільнювальна частина

Тут знаходяться маслозйомні і компресійні кільця. У деталей першого типу канали мають наскрізні отвори для надходження всередину поршню віддаленого з поверхні циліндра масла, звідки воно потрапляє в піддон картеру. Деякі з них мають ободок з корозійностійкого чавуну з канавкою для верхнього компресійного кільця.

Поршневі кільця, що складаються з чавуну, служать для створення щільного прилеглого поршня до циліндра. Тому вони є джерелом найбільшого тертя в моторі, втрати від якого становлять 25% від загальної кількості механічних втрат у моторі. Кількість і розташування кілець визначаються типом і призначенням двигуна. Найбільш часто використовують 2 компресійних і 1 маслосйомне кільце.

Компресійні кільця виконують завдання запобігання надходженню газів у картер з камери згоряння. Найбільші навантаження припадають на перше з них, тому в деяких двигунах його канавку зміцнюють сталевою вставкою. Компресійні кільця можуть бути трапеціевидної, конічної, бочкоподібної форми. Деякі з них мають виріз.

Маслозйомне кільце служить для видалення зайвої олії з циліндра і перешкоджає його потраплянню в камеру згоряння. Для цього в ньому є отвори. Деякі варіанти мають пружинний розширювач.

Напрямна частина (спідниця)

Має бочкоподібну (криволінійну) або кінусоподібну форму для компенсації температурного розширення. На ній знаходяться два припливи для поршневого пальця. На цих ділянках спідниця має найбільшу масу. До того ж там спостерігаються найбільші температурні деформації при нагріванні. Для їх зниження використовують різні заходи. У нижній частині спідниці може бути маслосйомне кільце.

Для передачі зусиль від поршня або до нього застосовують найчастіше кривошип або шток. Поршневий палець служить для з 'єднання цієї деталі з ними. Він складається зі сталі, має трубчасту форму і може бути встановлений кількома способами. Найчастіше використовують плаваючий палець, який може провертатися в процесі роботи. Для запобігання зміщенню його фіксують стопорними кільцями. Жорстке закріплення застосовують значно рідше. Шток у деяких випадках виконує функцію напрямного пристрою, замінюючи спідницю поршня.

Матеріали

Поршень двигуна може складатися з різних матеріалів. У будь-якому випадку вони повинні володіти такими якостями, як висока міцність, хороша теплопровідність, антифрикційні властивості, опірність корозії і низькі коефіцієнт лінійного розширення і щільність. Для виробництва поршнів використовують сплави алюмінію і чавун.

Чавун

Відрізняється великою міцністю, зносостійкістю і невисоким коефіцієнтом лінійного розширення. Остання властивість забезпечує можливість роботи таких поршнів з малими зазорами, завдяки чому досягається хороше ущільнення циліндра. Однак внаслідок значної питомої ваги чавунні деталі використовують лише в тих двигунах, де поворотно рухомі маси мають сили інерції, що становлять не більше шостої частини сил тиску на днище поршня газів. Крім того, через низьку теплопровідність розігрів днища чавунних деталей у процесі роботи двигуна сягає 350-450 ° С, що особливо небажано для карбюраторних варіантів, оскільки призводить до калильного запалювання.

Алюміній

Цей матеріал використовують для поршнів найбільш часто. Це пояснюється невеликою питомою вагою (алюмінієві деталі легше чавунних на 30%), високою теплопровідністю (в 3-4 рази більше, ніж у чавуну), що забезпечує розігрів днища не більше ніж до 250 ° С, що надає можливість збільшення ступеня стиснення і забезпечує краще наповнення циліндрів, і високими антифрикційними При цьому алюміній має більший в 2 рази, ніж у чавуну, коефіцієнт лінійного розширення, що змушує робити великі проміжки зі стінками циліндрів, тобто розміри поршнів з алюмінію менше, ніж з чавуну, для однакових циліндрів. До того ж такі деталі мають меншу міцність, особливо в нагрітому стані (при 300 ° С вона знижується на 50-55%, тоді як у чавунних - на 10%).

Для зниження ступеня тертя стінки поршнів покривають антифрикційним матеріалом, в якості якого використовують графіт і дисульфід молібдена.

Нагрів

Як було згадано, в процесі роботи двигуна поршні можуть розігріватися до 250-450 ° С. Тому необхідно вживати заходів, спрямованих як на зниження нагріву, так і на компенсацію викликаного ним температурного розширення деталей.

Для охолодження поршнів використовують олію, яку різними способами подають всередину них: створюють масляний туман в циліндрі, розбризкують його через отвір в шатуні або форсункою, впорскують в кільцевий канал, забезпечують циркуляцію по трубчастому зміївику в днищі поршня.

Для компенсації температурних деформацій на ділянках припливів спідниці з двох сторін обточують метал на 0,5-1,5 мм в глибину у вигляді П- або Т-подібних прорізів. Така міра покращує її змащування і запобігає появі від температурних деформацій задирів, тому дані поглиблення називають холодильниками. Їх використовують у поєднанні з конусо- або бочкоподібною формою спідниці. Це компенсує її лінійне розширення за рахунок того, що при нагріванні спідниця приймає циліндричну форму. Крім того, використовують компенсаційні вставки, щоб діаметр поршня відчував обмежене теплове розширення в площині качання шатуна. Також можна ізолювати напрямну частину від головки, яка відчуває найбільший нагрів. Нарешті, стінкам спідниці надають пружинні властивості шляхом нанесення косого розрізу по всій її довжині.

Технологія виробництва

За способом виготовлення поршні підрозділюють на литі і ковані (штамповані). Деталі першого типу застосовують на більшості автомобілів, а заміна поршнів на ковані використовується при тюнінгу. Ковані варіанти відрізняються підвищеною міцністю і довговічністю, а також меншою масою. Тому встановлення поршнів такого типу підвищує надійність і продуктивність двигуна. Це особливо важливо для моторів, що працюють в умовах підвищених навантажень, в той час як для повсякденної експлуатації достатньо литих деталей.

Застосування

Поршень - це багатофункціональна деталь. Тому його використовують не тільки в двигунах. Наприклад, існує поршень суппорту гальмівної системи, оскільки вона функціонує аналогічним чином. Також кривошипно-шатунний механізм застосовують на деяких моделях компресорів, насосів та іншому обладнанні.