Поршень ДВС функции,конструкция,виды,применение
Поршень одна из важных деталей двигателя внутреннего сгорания благодаря которой передается энергия на шатун. В этой статье поговорим про устройство поршня узнаем его назначения и рассмотрим его фото.
Поршень двc на первый взгляд имеет простую конструкцию. Тем не менее не все так просто инженеры постоянно работают над облегчением поршня и увеличением его прочности. Другими словами стараются найти золотую середину. Найти золотую середину бывает не просто, так как поршень постоянно эксплуатируется в экстремальных условиях при высоких температурах и повышенных инерционных нагрузках. Под действием энергии топливно-воздушной смеси поршень отправляется в НМТ ( нижнюю мертвую точку). Поршень в свою очередь передает энергию на коленвал через шатун с которым поршень связан через поршневой палец.
Основные функции поршня двс:
1) Отвод излишков тепла.
2) Благодаря поршню камера сгорания становится герметичной.
3) Передача энергии на коленвал через шатун.
Если сказать кратко задача поршня передать энергию газов на коленвал чтобы последний преобразовал ее в механическую энергию.
Устройство
В последнее время поршень двс изготавливают из алюминия так как этот материал лёгкий и прочный.
Поршни бывают литые и кованные. Литые поршни изготавливаются литьём под давлением. Кованные поршни изготавливают методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния 15%. Что увеличивает их прочность и износостойкость.
Обсудим основные детали поршня, более подробно устройство поршня можно рассмотреть на схеме.
Днище
Днище поршня может иметь 5 разных видов поверхностей у каждого типа свои преимущества и недостатки.
Плоское. Такой тип поверхности используется довольно часто. Недостаток поршня такого типа, в том что при обрыве ремня поршни гнут клапана.
Вогнутое. Обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания. Тем не менее способствует большему образованию отложений при сгорании топлива.
Выпуклое. Улучшает производительность поршня, но при этом понижает эффективность сгорания топлива.
С циковками. Предотвращают столкновение поршней с клапанами за счёт специальных углублений называемых циковками. Из-за канавок может быть небольшая потеря мощности.
С лужей.Такой тип поршней также оснащен канавками только большего размера. Цель таких поршней понизить степень сжатия. Например они отлично подходят для турбокомпрессора.
Компрессионные кольца
Обычно в двc устанавливается 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное. Поршневые кольца изготавливаются из высокопрочного чугуна. Расстояние от днища поршня до первого кольца носит огневой пояс. Функция поршневых колец состоит в том, чтобы поршень плотно прилегал к цилиндру. Для уменьшения трения используется моторное масло.
Одно из важных предназначений поршневых колец заключается в препятствии попадания газов из камеры сгорания в картер. Благодаря добавлению хрома, молибдена, никеля или вольфрама прочность и термостойкость поршневых колец значительно повышается.
При износе поршневых колец ресурс поршня понижается.
Маслосъемное кольцо
Маслосъемные кольца служат для того чтобы отводить излишки масла. Маслосъемные кольца обладают дренажными отверстиями.
Юбка
Юбка поршня и есть его тело служит направляющей. Благодаря специальным добавкам в сплав юбка поршня обладает высокой стойкостью к расширению.
Поршневой палец
Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Благодаря стопорному кольцу достигается их прочное соединение.
Ответы на частые вопросы
Для чего в днище поршня дизельного двигателя делают выемку ?
Выемка в поршнях дизельного двигателя называется вихревой камерой( камерой сгорания). Топливо перемешиваясь с воздухом в вихревой камере сгорает более эффективно и быстро.
Температура поршня двс ?
Кратковременно при работе двс поршень может нагреться до 2000 градусов и более. В целом температура поршня при работе может достигать 200 градусов.
Как продлить срок службы поршней ?
Для того чтобы продлить срок службы поршней двс необходимо во время менять масло. Лучше даже немного раньше срока как советуют многие водители.
Поршень двигателя
В кривошипно-шатунном механизме поршень выполняет несколько функций, среди которых восприятие давления газов и передача усилий на шатун, герметизация камеры сгорания и отвод от нее тепла. Поршень является наиболее характерной деталью двигателя внутреннего сгорания, т.к. именно с его помощью реализуется термодинамический процесс двигателя.
Условия, в которых работает поршень, экстремальны и характеризуются высоким давлением, температурой и инерционными нагрузками. Поэтому поршни на современных двигателях изготавливаются из легкого, прочного и термостойкого материала – алюминиевого сплава, реже из стали. Поршни изготавливаются двумя способами – литьем под давлением или штамповкой, т.н. кованые поршни.
Схема поршня двигателя
Поршень цельный конструктивный элемент, который условно разделяют на головку (в некоторых источниках ее называют днище) и юбку.
Ниже головки поршня выполняются канавки для установки поршневых колец. Юбка поршня имеет конусообразную или криволинейную (бочкообразную) форму. Такая форма юбки компенсирует температурное расширение поршня при нагреве. При достижении рабочей температуры двигателя поршень принимает цилиндрическую форму.
Для снижения потерь на трение на боковую поверхность поршня наносится слой антифрикционного материала ( дисульфид молибдена, графит).
В юбке поршня выполнены отверстия с приливами (бобышки) для крепления поршневого пальца.
Охлаждение поршня осуществляется со стороны внутренней поверхности различными способами:
- масляный туман в цилиндре;
- разбрызгивание масла через отверстие в шатуне;
- разбрызгивание масла специальной форсункой;
- впрыскивание масла в специальный кольцевой канал в зоне колец;
- циркуляция масла по трубчатому змеевику в головке поршня.
Поршневые кольца образуют плотное соединение поршня со стенками цилиндра. Они изготавливаются из модифицированного чугуна. Поршневые кольца основной источник трения в двигателе внутреннего сгорания. Потери на трение в кольцах достигают до 25% всех механических потерь в двигателе.
Число и расположение колец зависит от типа и назначения двигателя. Самая распространенная схема – два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.
Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов из камеры сгорания в картер двигателя. Первое компрессионное кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. Поэтому на поршнях дизельных и ряда форсированных бензиновых двигателей в канавке кольца устанавливается стальная вставка, повышающая прочность и позволяющая реализовать максимальную степень сжатия. Компрессионные кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную, коническую форму, некоторые выполняются с порезом (вырезом).
Маслосъемное кольцо удаляет излишки масла с поверхности цилиндра и препятствует попаданию масла в камеру сгорания. Кольцо имеет множество дренажных отверстий. Некоторые конструкции колец имеют пружинный расширитель.
Соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, который имеет трубчатую форму и изготавливается из стали. Имеется несколько способ установки поршневого пальца. Самый популярный т.н. плавающий палец, который имеет возможность проворачиваться в бобышках и поршневой головке шатуна во время работы.
Для предотвращения смещения пальца он фиксируется стопорными кольцами. Значительно реже применяется жесткое закрепление концов пальца в поршне или жесткое закрепление пальца в поршневой головке шатуна.
Поршень, поршневые кольца и поршневой палец носят устоявшееся название поршневая группа.
Руководство для начинающих: что такое поршень (и что он делает)?
Поршни составляют основу поршневого двигателя внутреннего сгорания, поэтому их часто называют «поршневым двигателем». В своей основе поршень представляет собой просто сплошной металлический цилиндр, который движется вверх и вниз в полом цилиндре блока цилиндров . Сам поршень немного меньше отверстия, в котором он перемещается, но поршневые кольца в нем находятся под напряжением, чтобы обеспечить (почти) герметичное уплотнение после его установки в цилиндре двигателя. Поршень прикреплен через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом, и вместе они превращают движение вверх и вниз (возвратно-поступательное) в круговое и круговое (вращательное) движение для привода колес.
Двигатели внутреннего сгорания могут работать только с одним цилиндром и, следовательно, с одним поршнем (мотоциклы и газонокосилки) или с двенадцатью, но в большинстве автомобилей их четыре, шесть или восемь.
Поршни также используются в двигателях внешнего сгорания, также известных как паровые двигатели, в которых вода нагревается в котле, а образующийся пар используется для приведения в движение поршней во внешних цилиндрах, которые затем приводят в движение колеса.
В роторном двигателе нет поршней, цилиндров или клапанов, только вращающиеся роторы треугольной формы. Но в настоящее время роторные двигатели Ванкеля не производятся, последним из них является Mazda RX-8 2012 года9.0005
В каждом четырехтактном (бензиновом или дизельном) двигателе впуск, сжатие, сгорание и выхлоп происходят над головкой поршня, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или из стороны в сторону в горизонтально противоположных двигателей, таких как Porsche или Subaru) внутри цилиндра.
Поршень толкает вверх, сжимая топливо и воздух в гораздо меньшее пространство в головке цилиндра, где оно затем воспламеняется свечой зажигания. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая выхлопные газы. Гораздо более полное объяснение можно найти здесь или на анимации ниже.
Компоненты двигателя сегодня должны быть прочными для долговечности и легкими для повышения эффективности, что означает, что все поршни изготовлены из алюминиевого сплава. Но еще на заре эры безлошадных повозок поршни были сделаны из чугуна, потому что они были очень долговечными и устойчивыми к теплу, который мог быстро расплавить алюминий. По мере развития металлургии и лучшего контроля температуры за счет более эффективной конструкции легкость алюминия быстро победила и позволила достичь гораздо более высоких оборотов.
Поршневые кольца по-прежнему изготавливались из чугуна и стальных сплавов из-за их более высокой жесткости.
Пакет колец обычно состоит из компрессионного кольца, грязесъемного кольца и маслосъемного кольца, расположенных сверху вниз, из чугуна или стали.
Компрессионное кольцо уплотняет зазор между поршнем и цилиндром. Второе, грязесъемное кольцо, способствует сжатию, а также стиранию лишнего масла со стенок цилиндра при движении поршня вниз. Масляное кольцо на самом деле состоит из 2 колец и распределителя в большинстве двигателей, а также вытирает масло со стенки цилиндра, а затем позволяет ему стекать обратно через небольшие отверстия в кольцевой дорожке. Но со временем кольца могут изнашиваться и терять эластичность, позволяя маслу из картера перемещаться в камеру сгорания. Чрезмерный расход масла и голубоватый дым из выхлопных труб обычно свидетельствует об износе поршневых колец.
Основы работы двигателя с поршневым приводом
Многие люди всю жизнь управляют автомобилями, так и не поняв механики их работы. Обладание этими знаниями дает много преимуществ.
Курсы обучения водителей отлично подходят для обучения людей правилам дорожного движения, но многие даже не охватывают основы механики.
Большинство современных автомобилей оснащены двигателями внутреннего сгорания. Это тип поршневого двигателя, в котором поршни используются для преобразования давления в движение. Хотя это может показаться сложным, самый простой способ понять ваш двигатель — изучить его различные части и то, что они делают во время этих циклов.
Преимущества понимания работы двигателяСуществует множество причин, по которым необходимо иметь фундаментальное представление о том, как работает двигатель вашего автомобиля. Во-первых, это даст вам преимущество при покупке автомобиля, потому что вы сможете сравнивать разные автомобили на основе того, что находится под капотом. Когда у вас есть собственный автомобиль, знание устройства двигателя облегчит обслуживание автомобиля и устранение механических проблем.
Точно так же, если вам когда-нибудь понадобится отвезти машину на ремонт, знакомство с двигателем поможет вам понять, какие работы необходимо выполнить и почему.
Вы также можете определить, действительно ли некоторые предлагаемые ремонтные работы не нужны.
Сердцем двигателя транспортного средства являются цилиндры. У большинства автомобилей их четыре, шесть или восемь. Внутри каждого цилиндра находится поршень, который скользит вверх и вниз и при этом вращает коленчатый вал, прикрепленный к коробке передач, которая, в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля. Цилиндры также оснащены клапанами, которые впускают воздух и топливо и позволяют выхлопным газам выходить. Топливо внутри двигателя воспламеняется свечами зажигания, и это сгорание приводит в движение поршни.
Четырехтактный цикл
Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены многие современные легковые и грузовые автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу, и эти четыре этапа включают впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Поскольку автомобили обычно имеют по крайней мере четыре цилиндра, которые срабатывают последовательно, цилиндры всегда проходят разные этапы цикла, а это означает, что всегда есть поршень, движущийся для приведения в действие коленчатого вала.
- Цикл впуска : Во время цикла впуска впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень движется вниз по цилиндру, и вакуум, создаваемый движением поршня вниз, всасывает воздух и топливо в камеру сгорания цилиндра.
- Цикл сжатия : Как только поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается и сжимает воздух и топливо внутри камеры сгорания.
- Цикл сгорания : Поршни всегда движутся вверх и вниз, когда поршень движется вверх, он сжимает воздух и топливо в камере сгорания. Как только это происходит, свеча зажигания используется для воспламенения топлива и воздуха, и возникающий в результате взрыв толкает поршень обратно вниз.
- Выпускной цикл : На заключительном этапе цикла выпускной клапан открывается, когда поршень достигает дна цилиндра, и остатки топлива и воздуха из камеры сгорания выпускаются.
Знание основ работы двигателя автомобиля полезно при покупке и обслуживании автомобиля, а также может помочь в диагностике проблем, когда что-то идет не так.