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

Что значит поршневой двигатель

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 цилиндрической формы. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения, из-за чего поршень 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.
  • Воспринимает давление газов и передает возникающее усилие на шатун — коленчатый вал;
  • Создает герметизацию камеры сгорани я ;
  • Отводит лишнее тепло от камеры сгорания.

Днище поршня (воспринимает газовые силы и тепловую нагрузку);

Уплотняющая часть поршня (поршневые кольца, которые препятствуют прорыву газов в картер и передают большую часть тепла от поршня цилиндру двигателя);

Направляющая частьпоршня (юбка) — поддерживает положение поршня и передаёт боковую силу на стенку цилиндра.

В обиходе автомобилистов часто встречается такое название, как головка поршня. Головкой поршня называют днище поршня с его уплотняющей частью.

Днище поршня

Основная рабочая поверхность детали, которая вместе со стенками гильзы цилиндров и головкой блока формирует камеру сгорания, в которой и происходит сгорание горючей смеси. Днище поршня может иметь различную конструкцию в зависимости от типа и особенностей двигателя.

Виды поршней

В двухтактных двигателях применяются поршни со сферической формой днища, что приводит к повышению эффективности наполнения камеры сгорания горючей смесью и улучшает отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых двигателях днище имеет плоскую или вогнутую форму. Углубления – выемки служат для улучшения смесеобразования и уменьшают вероятность столкновения поршня с клапаном.

В дизельных моторах углубления в днище более габаритные и имеют различные формы. Такие выемки называют поршневой камерой сгорания. В процессе работы в поршневых камерах сгорания создаются завихрения, которые способствуют улучшению качества смешивания топлива с воздухом.

Уплотняющая часть поршня

Уплотняющая часть поршня предназначена для установки компрессионных и маслосъемных колец, которые предназначены для устранения зазора между поршнем и стенкой гильзы цилиндров.

Уплотняющая часть представл яет собой проточки (канавки) в цилиндрической поверхности поршня. В двухтактных двигателях в проточки встав ляются специальные вставки, в которые упираются замки колец, благодар я которым кольца не прокручиваютс я .

Число канавок, на уплотняющей части поршн я , соответствует количеству поршневых колец. Чаще всего примен я етс я конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным. В канавке под маслосъемное кольцо имеютс я специальные отверстия для стека масла, которое снимается маслосъемным кольцом со стенки гильзы цилиндра.

Юбка поршн я

Юбка я в л я етс я направл я ющей поршня, обеспечива ет только возвратно-поступательное движение детали.

Характеристики

Совершая полный цикл, двигатель при помощи такого устройства, как вал, передает крутящий момент колесам посредством коробки передач. Благодаря использованию более совершенных материалов, удалось повысить ресурс ДВС во всех режимах работы и при любых оборотах. Такие материалы способны переносить перегрузки даже в самых экстремальных режимах, не прогорать и не растрескиваться.

Отчасти благодаря этому удалось повысить эффективность поршневого двигателя внутреннего сгорания и его ресурс. Прогресс настолько продвинулся, что в настоящий момент ресурс достигает в некоторых случаях 500 тысяч километров. Для сравнения, можно отметить, что ресурс двигателя еще несколько десятков лет назад не превышал 70 тысяч без капитального ремонта и дорогостоящих профилактических работ.

Помимо ресурса, важной характеристикой устройства двигателя внутреннего сгорания с поршнем свободного хода является его рабочий объем. Объем — это величина, которая означает, сколько топливной смеси может уместиться во всех цилиндрах за один такт при работе ДВС. Таким образом, если объем двигателя, к примеру, составляет 1500 кубических сантиметров, то именно столько же смеси сгорит в нем за один оборот.

Читать еще:  Влияние бензина на обороты двигателя

Почему же объем устройства столь же важен, что и ресурс? Дело в том, что именно объем способен напрямую влиять на такую характеристику, как мощность двигателя: чем больше объем, тем выше суммарная мощность.

Такое прямое влияние на рост мощности при работе оказывается по той причине, что поршень, имеющий большее количество смеси под своей лицевой поверхностью, с большим усилием выталкивается до своего крайнего положения, и, таким образом, сильнее толкает коленчатый вал и колеса, которые с ним косвенно связаны.

Мощность, которой обладает поршневой двигатель, измеряется в киловаттах. Эта единица измерения позволяет оценивать мощность наиболее объективно, поэтому практически во всей документации можно обнаружить характеристику мощности именно в таком виде.

Тем не менее для упрощения восприятия в документации введен аналог единицы измерения мощности — лошадиная сила. Эта единица измерения уже давно прижилась в автомобильном мире и чаще используется для сравнения авто между собой.

Материалы и вес поршней

Сплав, из которого поршень сделан, не только определяет его прочность и характеристики износостойкость, но также и особенности теплового расширения. В поршнях, предлагаемых на вторичном рынке для тюнинга, обычно используются сплавы с высоким содержанием кремния. Большинство поршней раньше делались из доэвтектических алюминиевых сплавов.

ЧЕМ ВЫШЕ ФОРСИРОВКА ДВИГАТЕЛЯ, ТЕМ ВЫШЕ НЕОБХОДИМОСТЬ ПОКРЫТИЙ НА ПОРШНЯХ

которые содержали от 8.5 до 10.5 % кремния. Сегодня мы видим больше эвтектических сплавов, у которых содержание кремния составляет 11% и заэвтектические сплавы, у которых кремния от 12.5 до более чем 16%. Кремний улучшает прочностную стойкость материала при высокой температуре и уменьшает коэффициент его расширения, таким образом, тепловые зазоры между поршнем и стенками цилиндров могут быть меньше. У заэвтектических поршней коэффициент теплового расширения приблизительно на 15 % меньше чем у стандартных поршней. Следовательно, выбирая такой поршень, нужно скорректировать указанный производителем зазор. Заэвтектические сплавы также несколько легче (приблизительно на 2%), чем материалы, применяемые в стандартных моторах. Но отливки часто делаются более тонкими, потому что сплав прочнее, что приводит в итоге к сокращению общей массы поршня до 10%.

Заэвгектические сплавы труднее отливать. потому что кремний сложно сохранить равномерно рассеянным по объему алюминия пока металл охлаждается. Размер частиц должен также тщательно контролироваться, чтобы поршень не становился ломким или с крупными твердыми включениями, мешающими механической обработке. Некоторые поршни проходят специальную термообработку, улучшающую структуру зерна для повышения прочности и износостойкости.

Информация – износ поршневой

После такой термообработки эти показатели могут увеличиваться до 30%. Механическая обработка поршней из заэвтектическик сплавов из-за их твердости труднее, потому и стоимость их, как правило, несколько выше стандартных. Для конвейера подобный материал дороговат. Выбор веса поршней и материала, из которого они изготовлены, во многом (хотя и не полностью) обусловливается необходимой прочностью деталей для нагрузок в строящемся силовом агрегате. Ходимость — основной критерий, если, конечно, машину не планируется создавать заново перед каждой гонкой.

Вес применяемых поршней может быть уменьшен несколькими путями. Один из них — врезать в блок цилиндров масляные форсунки. Распыляемое ими масло охлаждает поршни, что позволяет сэкономить вес, используя конструкцию с более тонкими стенками днища. Другой способ — применение поршней с короткими юбками, предназначенных для высоко оборотистых моторов, также снизит вес, более легкие поршни облегчат раскрутку мотора, но при этом стоит быть крайне осторожным в выборе.

Назначение поршневых колец бывает двух типов:

1. Компрессионные. Устанавливаются в верхней части поршня, в большинстве моделей предусмотрено от 3 до 7 штук, на один поршень. Они предназначены для дополнительной герметизации пространства между ним и стенками цилиндра. Это обеспечивает отсутствие утечек топливовоздушной смеси в процессе функционирования мотора. Также эти изделия играют большую роль в теплообмене и способны поглощать часть паразитных вибраций, возникающих из-за боковой тяги.

Читать еще:  Что такое реактивные двигатели малой тяги

2. Маслосъемные. Устанавливаются ниже компрессионных, предназначены для снятия излишков смазывающей жидкости с поверхности гильзы и улучшение смазки стенок цилиндра. Эти простые, но важные детали сводят к минимуму вероятность попадания масла в камеру сгорания, что ведет к его перерасходу и ухудшению степени сгорания топлива.

Для чего нужны поршневые кольца должен знать каждый автовладелец, так как это высоконагруженная деталь, работающая в экстремальных условиях, что приводит к тому, что они часто выходят из строя. Выполняют они такие функции:

— Сохранение герметичности между поверхностью поршня и стенкой цилиндра.

— Улучшение смазывания и предотвращение попадания масла в камеру сгорания.

Для обеспечения этих функций кольца изготавливают из материалов, отличающихся гибкостью и упругостью. Благодаря этому кольцо самостоятельно регулирует свой диаметр оставаясь в предназначенных для них пазах. При этом заметно уменьшается площадь соприкосновения между стенкой цилиндр и поверхностью поршня, что предотвращает ускоренный износ этих важных деталей и способствует повышению КПД всего мотора.

Из чего делают поршневые кольца двигателя

Производят эти детали из высококлассного чугуна двух разновидностей (ковкого либо серого) или сталей с различными легирующими добавками. Только эти материалы обеспечивают достаточные показатели упругости и других механических свойств. В современных кольцах нередко наносят на их поверхность дополнительные покрытия, придающие им повышенную устойчивость к истиранию либо другие полезные функции.

Наибольшую нагрузку испытывают верхние кольца, поэтому их производят из наиболее качественных сталей с обязательным дополнительным покрытием. Оно может быть:

Наносят покрытия также разными методами, в наиболее продвинутых кольцах применяют многослойные напыления.

Масляные кольца чаще производят из чугуна с однослойным покрытием либо вообще без него. Чугунные кольца вполне неплохо справляются с поставленными задачами, но достаточно быстро изнашиваются и требуют замены. Главное их достоинство – хорошее сочетание цена/качество.

Стальные кольца с покрытиями стоят значительно дороже, но способны дольше сохранять функциональность даже в самых агрессивных и экстремальных условиях работы, поэтому замену их выполнять нужно гораздо реже.

Типы поршней

Не буду растягивать вступление, кратко расскажу, о чем будет этот большой пост. И так речь идет о типах поршней, четырех тактные бензиновые, дизельные и двух тактные, Основная задача всех рассмотренных типов поршней, это контролировать тепловое расширение и противостоять определенной нагрузке, ниже разберемся как это решается.

Поршни для четырехтактных бензиновых двигателей

В современных бензиновых двигателях используют поршни с симметричной или асимметричной юбкой
с различной толщиной днища и юбки поршня.

Поршни управляемого расширения

Поршни с кольцевой вставкой, которая управляет тепловым расширением.
Вставки выполнены из серого чугуна. Главная цель этого кольца уменьшить тепловое расширение алюминиевого сплава поршня, так как чугун имеет относительно небольшое расширение и малую теплопроводность, вставка тем самым сдерживает металл сохраняя форму. Производство таких поршней более затратное, соответственно и выше цена готового продукта. Основной недостаток, это невозможность изготовления кованного поршня, так необходимого для турбированых двигателей, большая масса поршня. Такой тип поршней больше уходит в далекое прошлое.

Авто термические поршни

Авто термические поршни, имеют разделение(пропил) между кольцевым поясом и юбкой в канавке маслосъемного кольца, юбка держится в районе бобышек. Это позволяет снизить теплопередачу от кольцевого пояса поршня к его юбке, тем самым достигается более стабильная форма юбки. Стальная вставка в районе бобышек, контролирует тепловое расширение и увеличивает прочность. Такие поршни не способны выдерживать огромные нагрузки из-за «пропила», в работе отличаются низким шумом и относятся к более современным типам.

Поршни Autothermatik

Действуют по такому же принципу, как и авто
термические поршни, но не имеют пропила в маслосъемной канавке. Так же имеют стальные пластины в районе бобышек. Более прочные из-за целостности кольцевого пояса и юбки, лучше выдерживают боковые нагрузки по сравнению с первым вариантом. Применяются как в бензиновых, так и частично в дизельных двигателях.

Читать еще:  Что такое сажевый фильтр дизельного двигателя
Поршни Duotherm

Чем- то похожи на авто термические, но вместо пропила в юбке имеют стальную вставку по всему диаметру. Таким образом ограничивая температурный переход от кольцевого пояса к юбке и контролирую форму по всей окружности.

Поршни с перегородками

Этот тип поршней имеет большой холодильник и узкую часто овальную форму юбки. Поршень спроектирован так что при тепловом расширении он меняет свою форму из овальной в правильную круглую.

В дополнение к такому типу поршней еще есть вариант со скошенной юбкой к вершине поршня. имеет более широкую часть юбки снизу сужаясь к кольцевому поясу.

У поршней для двигателей с очень высокой выходной мощностью (больше, чем 100 кВт/л) может быть выполнен охлаждающий канал.

Поршни EVOTEC®

Самый большой потенциал для того, чтобы уменьшить поршневую массу в четырехтактных бензиновых двигателях несут в себе поршни EVOTEC®, в котором прежде всего стоит отметить трапециевидные поддержки бобышек, что позволяет расположить палец особенно глубоко, близко к днищу, сократив всю длину и массу поршня. В посте Масса поршня мы уже говорили о достоинстве такого расположения пальца. Такое расположение стенок юбки позволяет очень хорошо усилить верхнюю часть бобышек имея небольшую толщину перегородок и облегчить нижнюю выполнив поршень асимметричной формы. Юбка достаточно узкая и на краях имеет прочные перегородки, переходящие к бобышкам, это тоже является большим плюсом. Такая компоновка поршня очень хорошо препятствует боковым нагрузкам, мала вероятность деформации юбки, при этом толщина юбки намного меньше чем в обычном поршне, что тоже сокращает общий вес. На всем фоне отмеченных выше достоинств поршень значительно похудел, это позволяет сделать бобышки тоньше, так как инерционная нагрузка на нижние стенки бобышек стала меньше.

Кованные алюминиевые поршни

В двигателях с очень большими удельными нагрузками — такими как турбонадув или впрыск закиси азота используют кованные поршни. Преимуществом несомненно является прочность кованного алюминиевого сплава. Выдерживают более высокую температуру и лучше противостоят детонации. Из недостатков отмечается более высокая цена, невозможность применения некоторых технологий, например, некоторые из тех что описаны выше из-за технологического процесса изготовления.

Кованный поршень для Формулы 1

В следующем посте поговорим о поршнях для двухтактных и дизельных двигателей, где нагрузки и температуры еще больше. Поршни дизельных двигателей

Подбор запчастей

При выполнении капремонта двигателя необходимо правильно подобрать поршневые кольца, поскольку неправильный подбор приведет либо к отсутствию необходимой компрессии, либо к заклиниванию поршней в цилиндрах с последующим разрушением колец и образованием многочисленных задиров на поршнях и стенках цилиндров. Рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2111, как правильно подобрать нужные детали.

Существует таблица ремонтных размеров поршней и колец, с помощью которой подобрать подходящий диаметр деталей достаточно легко. Базовый диаметр цилиндров мотора ВАЗ-2111 составляет 82 мм, ремонтные поршни имеют увеличенный диаметр: на 0,4 мм для первого ремонта и на 0,8 мм – для второго. Кольца под ремонтные размеры также имеют увеличенный диаметр, и на них проставляется соответствующая маркировка.

В общих чертах процесс капремонта двигателя ВАЗ-2111 выглядит так: цилиндры растачиваются под первый ремонтный размер, при этом оставляется небольшой припуск на хонингование. Затем старые поршни заменяются на новые увеличенного диаметра, и на них монтируются поршневые кольца первого ремонтного размера.

Таблица ремонтных размеров существует для всех двигателей, и подобрать нужный диаметр не составит труда для любого мотора, будь то двигатель ВАЗ или Субару.

Модель двигателя (ВАЗ)Размер колец (мм)
нормальный1-й ремонтный2-й ремонтный
2101, 2103, 2108, 21081, 11117676,476,8
21011, 2105, 2106, 21217979,479,8
21082, 21213, 2110, 111138282,482,8
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector