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

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

Визначення

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

Призначення

З участю цих деталей реалізується термодинамічний процес роботи мотора. Так як поршень — це один з елементів кривошипно-шатунного механізму, він сприймає тиск, вироблене газами, і передає зусилля на шатун. До того ж він забезпечує герметизацію камери згоряння і відвід від неї тепла.

Конструкція

Поршень — це трьохскладова деталь, тобто його конструкція включає три компоненти, що виконують різні функції, і дві частини: головку, в яку об'єднують днище і ущільнююче частина, і спрямовуючу частину, представлену спідницею.

Днище

Може мати різну форму в залежності від багатьох факторів. Наприклад, конфігурація днища поршнів двигуна внутрішнього згоряння визначається розташуванням інших конструктивних елементів, таких як форсунки, свічки, клапани, формою камери згоряння, особливостями протікають в ній процесів, загальною конструкцією двигуна і т. д. В будь-якому випадку вона визначає особливості функціонування. Виділяють два основних типи конфігурації днища поршнів: опукла і увігнута. Перший забезпечує більшу міцність, але погіршує конфігурацію камери згоряння. При увігнутою формою днища камера згоряння, навпаки, має оптимальну форму, однак більш інтенсивно відкладається нагар. Рідше (в двотактних двигунах) зустрічаються поршні з днищем, представленим виступом відбивача. Це потрібно при продувці для спрямованого переміщення продуктів згоряння. Деталі бензинових двигунів зазвичай мають днище плоскою або майже плоскої форми. Іноді у них присутні канавки для повного відкриття клапанів. У моторів з безпосереднім уприскуванням поршні характеризуються більш складною конфігурацією. У дизельних двигунів вони відрізняються наявністю камери згоряння в днище, забезпечує хороше завихрення і поліпшує сумішоутворення.


Більшість поршнів односторонні, хоча зустрічаються і двосторонні варіанти, які мають два днища. Відстань між канавкою першого компресійного кільця і днищем носить назву вогняного поясу поршня. Дуже важливо значення його висоти, яке по-різному для деталей з різних матеріалів. У будь-якому випадку вихід висоти вогняного кільця за межі мінімально допустимого значення може спричинити прогар поршня і деформацію посадкового місця верхнього компресійного кільця.

Ущільнююча частина

Тут знаходяться маслозйомні і компресійні кільця. У деталей першого типу канали мають наскрізні отвори для надходження всередину поршня віддаленого з поверхні циліндра масла, звідки воно потрапляє в піддон картера. Деякі з них мають обідок з корозійностійкого чавуну з канавкою для верхнього компресійного кільця. Поршневі кільця, що складаються з чавуну, служать для створення щільного прилягання поршня до циліндра. Тому вони є джерелом найбільшого тертя в двигуні, втрати від якого складають 25% від загальної кількості механічних втрат в двигуні. Кількість і розташування кілець визначаються типом і призначенням двигуна. Найбільш часто використовують 2 компресійних і 1 маслосъемное кільце.
Компресійні кільця виконують завдання запобігання надходження 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 трапецієподібної, конічної, бочкоподібної форми. Деякі з них мають виріз. Маслосъемное кільце служить для видалення зайвої олії з циліндра і перешкоджає його проникненню в камеру згоряння. Для цього в нім є отвори. Деякі варіанти мають пружинний розширювач.

Напрямна частина (спідниця)

Має бочкоподібну (криволінійну) або конусоподібну форму для компенсації температурного розширення. На ній знаходяться два приливу 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 перебувати маслосъемное кільце. Для передачі зусилля від поршня або до нього застосовують найчастіше кривошип або шток. Поршневий палець слугує для з'єднання даної деталі з ними. Він складається із сталі, має трубчасту форму і може бути встановлений декількома способами. Найчастіше використовують плаваючий палець, який може провертатися в процесі роботи. Для запобігання зсуву його фіксують стопорними кільцями. Жорстке закріплення застосовують значно рідше. Шток в деяких випадках виконує функцію направляючого пристрою, замінюючи юбку 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 гарне ущільнення циліндра. Проте внаслідок значної питомої ваги чавунні деталі використовують лише в тих двигунах, де зворотно рухомі маси мають сили інерції, що становлять не більше шостої частини сил тиску на днище поршня газів. Крім того, із-за низької теплопровідності розігрів днища чавунних деталей в процесі роботи двигуна досягає 350-450 ° З, що особливо небажано для карбюраторних варіантів, так як призводить до гартівного запалення.

Алюміній

Цей матеріал використовують для поршнів найбільш часто. Це пояснюється невеликою питомою вагою (алюмінієві деталі легше чавунних на 30%), високою теплопровідністю (у 3-4 рази більше, ніж у чавуну), що забезпечує розігрів днища не більше ніж до 250 °З, що надає можливість зр ения ступенем забруднення і стиснення і забезпечує краще е наповнення е циліндро в, і високими антифрикционни ми властивостями. При цьому алюміній має більший у 2 рази, ніж у чавуну, коефіцієнт лінійного розширення , що змушує робити великі проміжки зі стінками циліндрів, тобто розміри поршнів з алюмінію менше, ніж чавун а, для однакових циліндрів . До того ж такі деталі і меют меншу міцність, особливо в нагрітому стані (при 300 °С вона знижується на 50-55%, тоді як у чавун вих — на 10%). Для зниження ступеня тертя стінки поршнів покривають антифрикційним матеріалом, в якості якого використовують графіт і дисульфід молібдену.

Нагрівання

Як було згадано, в процесі роботи двигуна поршні можуть розігріватися до 250-450 °С. Тому необхідно вживати заходи, спрямовані на зниження нагріву, так і на компенсацію викликається ним температурного розширення деталей. Для охолодження поршнів використовують олію, яка різними способами подають всередину них: створюють масляний туман в циліндрі, розбризкують його через отвір в шатуні або форсункою, впорскують у кільцевий канал, забезпечують циркуляцію по трубчастому змійовика в днищі поршня. Для компенсації температурних деформацій на ділянках припливів спідниці з двох сторін обточують метал на 05-15 мм в глибину у вигляді П - або Т-образних прорізів . Така міра покращує її змазування і запобігає появлени е від температурних деформацій задирів, тому даний е поглиблення називають холодильниками. Їх використовують у поєднанні з конусо - або бочкообразной 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 теплово е расширени е в площині хитання шатуна. Можна також ізолювати напрямну частину від головки, що відчуває найбільший нагрів. Нарешті, стінок спідниці надають пружні властивості шляхом нанесення косого розрізу по всій її довжині.

Технологія виробництва

За способом виготовлення поршні підрозділяють на литі і ковані (штамповані). Деталі першого типу застосовують на більшості е автомобілів, а заміна поршнів на ковані використовується при тюнинге. Ковані варіанти відрізняються підвищеною міцністю і довговічністю, а також меншою масою. Тому установка 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 досить литих деталей.

Застосування

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