Из каких частей состоит поршень: Устройство поршня

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В статье разберём подробно устройство двигателя ДВС и принцип работы двигателя ДВС. Разберёмся из каких частей состоит мотор и принцип его функционирования. Приведём основные понятия и термины как для опытных автолюбителей, так и для новичков в этой сфере.

Из каких основных частей состоит двигатель (мотор)

Мотор состоит из следующих основных частей:
— Кривошипно-шатунный механизм.
— Система газораспределения.
— Питающая система.
— Система выпуска.
— Система зажигания.
— Охлаждающая система.
— Смазочная система.

Устройство двигателя на примере одноцилиндрового ДВС

Для начала рассмотрим специфику устройства двигателя. Для примера возьмём мотор с всего одним цилиндром и разберёмся с его устройством и работой. Рассмотрим все процессы, которые в нём протекают и выясним что заставляет в конечном итоге колёса транспортного средства крутиться.  

Одной из основных частей мотора является цилиндр. В цилиндре находится поршень. Поршень двигателя соединяется при помощи шатуна с коленчатым валом. Поршень движется в цилиндре вверх и вниз и таким образом приводит во вращение коленчатый вал мотора. Таким образом можно сказать что в ДВС осуществляется преобразование поступательного движения поршня во вращающееся движение колен вала. На конце колен вала закреплён маховик, который делает вращение вала равномерным. Сверху цилиндр плотно закрыт крышкой, в крышке цилиндра находятся два типа клапанов, для впуска и выпуска. Клапаны закрывают соответствующие каналы. Они открываются и закрываются под действием специальных устройств распред вала через передаточные детали. Распред вал вращается посредством вращения колен вала. Поршень в цилиндре может занимать два рабочих положения.

Клапаны открываются под действием специальных кулачков распред вала через передаточные детали. Распред вал приводится во вращение шестернями от колен вала. Поршень, который перемещается в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для осуществления работы двигателя в цилиндры подаётся горючая смесь в определённом количестве, если это двигатель, работающий на бензине и, если это дизельный мотор топливо подаётся определёнными порциями под давлением. Все трущиеся части мотора смазываются в процессе работы маслом. Для обеспечения нормального теплового режима мотор охлаждается – эту функцию берёт на себя охлаждающая система.  

Принцип работы двигателя (ДВС)

Поршень в цилиндре движется в поступательном режиме, то есть вверх и вниз. При этом колен вал совершает вращательное движение. Вращение колен вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот колен вала поршень совершает два хода (один ход вверх и один ход вниз).

При постоянной скорости вращения колен вала, поршень движется с ускорением – замедлением. Наименьшую скорость движения он имеет в верхней и в нижней точке. В верхней и в нижней части движения он останавливается и меняет направление движения.

Рабочий цикл четырёхтактного мотора:
— Впуск.
— Сжатие.
— Рабочий ход.
— Выпуск.

Работа мотора транспортного средства складывается из совокупности процессов, которые протекают в цилиндрах с определённой последовательностью. Эти процессы принято называть рабочим циклом.

LabRaboty1-7 — Стр 2

Поршень ДВС работает в очень тяжелых условиях. С одной стороны, он должен выдерживать высокие давления и температуру, возникающие в цилиндре при работе ДВС. С другой стороны, он испытывает значительные знакопеременные нагрузки от сил инерции, возникающих при изменении направления его движения. (Например, при минимальных оборотах коленвала ДВС, составляющих около 600 об/мин, поршень проходит свой путь от в.м.т. к н.м.т и обратно 10 раз в секунду, а при максимальных оборотах (6000 об/мин) – 100 раз!) Поэтому поршень ДВС должен быть одновременно и прочным, и легким. Кроме того, поршень должен достаточно плотно располагаться в цилиндре, но не должен заклинивать при нагревании. Для предотвращения заклинивания поршня внутри цилиндра ему (поршню) придают особую форму в продольном и поперечном сечениях, а также выполняют в юбке разрезы и углубления для компенсации неравномерного расширения поршня в различных направлениях.

Помимо поршня к подвижным деталям относятся поршневой палец, шатун, коленчатый вал и маховик. Они преобразуют возвратнопоступательное движение поршня во вращательное движение коленвала. Коленчатый вал состоит из нескольких колен, по одному на каждый цилиндр. Каждое колено включает в себя две коренные шейки, одну шатунную и объединяющие их элементы, называемые щеками. Шейки имеют цилиндрическую поверхность, являющуюся частью подшипника скольжения. Коренные шейки всех кривошипов (колен) лежат на одной оси и являются опорами для вращения коленвала. Шатунные шейки вращаются вокруг коренных под действием сил, передаваемых шатунами от поршней соответствующих цилиндров. (Расстояние от оси коренных до оси шатунных шеек называется радиусом кривошипа) Поршневые пальцы связывают верхние головки шатунов с поршнями. Нижние головки шатунов выполнены разрезными и надеты на шатунные шейки коленвала. На заднем конце коленвала закреплен маховик, обладающий определенной инертностью. Во время рабочих ходов в цилиндрах ДВС он накапливает энергию, необходимую для движения поршней во время вспомогательных тактов (впуска, сжатия и выпуска). Наличие маховика увеличивает равномерность вращения коленвала, то есть обеспечивает постоянство его угловой скорости.

Равномерность вращения коленвала не следует путать с уравновешиванием ДВС. Оно состоит в компенсации сил инерции, создаваемых движущимися деталями. Дело в том, что поршни с пальцами и верхними головками шатунов движутся с большой частотой и создают силы инерции, приводящие к значительным вибрациям ДВС внутри автомобиля. Для исключения этих вибраций силы инерции компенсируют с помощью противовесов, расположенных на коленчатом валу, а иногда еще и на специальных балансирных валах. Существуют ДВС (шестицилиндровые рядные), которые не требуют дополнительного уравновешивания, так как силы инерции в различных цилиндрах взаимно уравновешивают друг друга.

11

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Назначение кривошипно-шатунного механизма и каждой из его деталей. Общее устройство КШМ, подвижные и неподвижные детали. Материалы деталей КШМ.

2.Устройство блока цилиндров, варианты расположения цилиндров. Гильзы цилиндров и их крепление в блоке. Расположение рубашек охлаждения. Крепление двигателя на автомобиле.

3.Устройство головки блока цилиндров. Расположение рубашек охлаждения и каналов для подвода масла. Расположение каналов для подвода и отвода газов. Конструктивное исполнение камеры сгорания. Крепление головки блока к блоку цилиндров.

4.Устройство поршня, поршневых колец, поршневого пальца. Головка, днище и юбка поршня. Форма днища в бензиновых и дизельных двигателях. Ребра жесткости, бобышки, крепление поршневого пальца в поршне и в верхней головке шатуна. Форма поршня в продольном и поперечном сечениях, способы предотвращения заклинивания поршня внутри цилиндра при его нагревании.

5.Типы поршневых колец и их назначение и конструкция. Назначение радиального и осевого расширителей маслосъемных колец.

6.Устройство коленчатого вала. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала, щеки, противовесы. Конструкция переднего и заднего концов вала, его фиксация от осевого смещения. Крепление коленчатого вала к блоку цилиндров.

7.Устройство шатуна, конструкция коренных и шатунных подшипников, назначение и материал вкладышей, их фиксация внутри подшипника.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего предназначен КШМ?

2.Из каких деталей состоит КШМ?

3.Каково назначение блока цилиндров?

4.Какие существуют варианты расположения цилиндров в блоке цилиндров?

5.Как двигатель закреплён на автомобиле?

6.Из какого материала и каким методом изготавливаются блоки цилиндров?

7.Как гильзы цилиндров крепятся в блоке?

8. Чем сухие гильзы цилиндров отличаются от мокрых?

9.Для чего нужна головка блока цилиндров (ГБЦ)?

10.Как ГБЦ крепится к блоку цилиндров?

11.Зачем нужно уплотнение между ГБЦ и блоком цилиндров?

12.Какую форму может иметь камера сгорания?

13.Чем камеры сгорания дизельных двигателей отличаются от камер сгорания бензиновых ДВС?

14.Для чего предназначен поршень ДВС?

12

15.Что такое днище поршня?

16.Что такое головка поршня?

17.Что такое юбка поршня?

18.Как называются приливы в поршне, предназначенные для крепления в нём поршневого пальца?

19.Как поршневой палец фиксируется от осевого смещения?

20.Что такое плавающий поршневой палец?

21.Как шатун соединяется с поршнем?

22.К чему присоединена нижняя головка шатуна?

23.Для чего нужны поршневые кольца?

24.Чем маслосъемные кольца отличаются от компрессионных?

25.Как поршень уплотняется внутри цилиндра?

26.Как поршневые кольца крепятся на поршне?

27. Какую форму имеет поршень в продольном сечении?

28.Какую форму имеет поршень в поперечном сечении?

29.Как расположена ось поршневого пальца относительно оси симметрии поршня?

30.Почему поршень может заклинить внутри цилиндра при перегреве ДВС?

31.Как предотвращают заклинивание поршня внутри цилиндра при нагревании?

32.Из каких функциональных частей состоит шатун?

33.Для чего нужны шатуны?

34.Почему верхняя головка шатуна выполнена неразъемной, а нижняя разъединяется на две части?

35.Что такое шатунные вкладыши?

36.Зачем нужны шатунные вкладыши?

37.Почему недопустимо проворачивание вкладыша в нижней головке шатуна?

38.Как предотвращают проворачивание вкладышей в нижней головке шатуна?

39.Из каких функциональных элементов состоит коленчатый вал?

40.Для чего нужно отверстие в боковой стенке верхней головки шатуна?

41.Для чего нужно отверстие в боковой стенке нижней головки шатуна?

42.Как коленвал закреплен внутри блока цилиндров?

43. Как коленвал фиксируется от смещения в осевом направлении?

44.Чем коренные шейки коленвала отличаются по назначению от шатунных?

45.Зачем нужны отверстия на поверхности коренных и шатунных шеек коленвала?

46.Зачем нужен маховик?

47.К чему прикреплён маховик ДВС?

48.Какую функцию выполняют противовесы коленчатого вала?

49.Почему масса поршня должна быть минимальной?

50.Что такое кривошип?

51.Сколько колен включает в себя коленчатый вал?

13

СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА ОТЧЕТА

1.Схемы кривошипно-шатунных механизмов рядного и V-образного двигателей.

2.Схема коленчатого вала 4-х цилиндрового рядного ДВС.

3.Поперечный разрез поршня автомобильного двигателя.

Лабораторная работа № 3 ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить устройство и принцип действия газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя, а также особенности работы ГРМ в соответствии с фазами газораспределения.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевременного открытия и закрытия клапанов в соответствии порядком работы двигателя. Под порядком работы подразумевается последовательность чередования тактов в различных цилиндрах ДВС. Как известно, при такте впуска цилиндр заполняется свежим зарядом, при такте выпуска из него удаляются отработавшие газы, а на тактах сжатия и рабочего хода пространство внутри цилиндра остается герметичным, изолированным от атмосферы. Такой газообмен организуется путем открытия и закрытия клапанов, находящихся в головке блока цилиндров (ГБЦ). На такте впуска открыт впускной клапан, на такте выпуска – выпускной, на тактах сжатия и рабочего хода оба клапана закрыты.

Каждый клапан состоит из тарелки (или головки) и стержня. Тарелка своей конической поверхностью, называемой фаской, плотно прилегает к седлу, расположенному в ГБЦ. Поверхности седла и фаски плотно притерты друг к другу, что обеспечивает при закрытом клапане герметичное разобщение камеры сгорания и соответствующего канала в головке блока цилиндров (впускного или выпускного). Стержень клапана вставлен с минимальным зазором в направляющую втулку, что обеспечивает его прямолинейное движение при открытии-закрытии. Направляющая втулка клапана запрессована в ГБЦ.

На верхнем конце стержня клапана выполнена кольцевая проточка. В нее вставляются два сухаря, служащие для крепления упорной шайбы кла-

14

панной пружины. Для установки сухарей и шайбы на место пружину клапана необходимо предварительно сжать. После этого она, пытаясь распрямиться, удерживает сухари в проточке и, с другой стороны, прижимает клапан к седлу. Таким образом, в собранном состоянии все клапаны прижаты к своим седлам с помощью предварительно сжатых пружин и находятся в закрытом состоянии.

Для открытия клапанов используется кулачковый механизм. Кулачки всех клапанов объединены в один или несколько валов (по одному на каждый ряд клапанов), называемых распределительными. Распредвалы имеют привод от коленчатого вала. Кулачки расположены на них так, чтобы открывать и закрывать клапаны в соответствии с порядком работы ДВС. При вращении распредвала они поочередно набегают на толкатели клапанов, вынуждая их (клапаны) открываться, преодолевая сопротивление пружин. Когда кулачок сбегает с толкателя, пружина возвращает клапан обратно, то есть закрывает его.

Усилие от толкателя клапана может передаваться на торец стержня клапана либо непосредственно, либо через передаточный механизм, который включает в себя штанги толкателей и коромысла. Все зависит от того, где расположен распредвал внутри ДВС. В настоящее время применяются две схемы ГРМ: с нижним и с верхним расположением распредвала.

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров, а усилие от кулачка передается на расположенные в ГБЦ клапаны через штанги и коромысла. Такая схема наиболее благоприятна для долговечной работы распредвала, поскольку он, во-первых, удален от нагретых частей ДВС, окружающих камеру сгорания, и, во-вторых: хорошо смазывается, так как расположен недалеко от источника смазки – масляного насоса. Однако в этом случае привод ГРМ обладает повышенной инертностью (из-за наличия дополнительный деталей), что не позволяет клапанам своевременно закрываться при работе ДВС на высоких оборотах. Поэтому нижнее расположение распредвала используется, в основном, на сравнительно тихоходных (до 2500…3500 об/мин) дизельных двигателях коммерческих автомобилей, где особенно важен ресурс ДВС.

При верхнем расположении распредвал закреплен на головке блока цилиндров, в непосредственной близости от клапанов. Такая схема снижает инертность привода клапанов и позволяет работать двигателю на высоких оборотах (порядка 6000 об/мин). Но в этом случае распредвал находится в наиболее нагретой части ДВС и вдали от источника смазки, что снижает его ресурс. Поэтому такая схема используется, в основном, в двигателях легковых автомобилей, предназначенных для индивидуальных владельцев.

Конструкция ГРМ оказывает большое влияние на наполняемость цилиндров, то есть на их способность максимально полно очищаться от отработавших газов и заполняться свежим зарядом. Она зависит не только от размера и количества клапанов, но и от так называемых фаз газораспреде-

15

ления. Дело в том, что газовая смесь, движущаяся по впускным и выпускным каналам ДВС, обладает определенной инертностью и упругостью. Периодическое открытие и закрытие клапанов возбуждает в этой среде продольные волны разряжения-сжатия. Эти волны можно использовать для повышения наполняемости цилиндров. Поэтому клапаны ГРМ открываются и закрываются не строго в начале и в конце каждого такта (то есть, не строго в мертвых точках движения поршня), а с некоторым опережением или запаздыванием. Графическое изображение моментов открытия и закрытия клапанов ГРМ в зависимости от угла поворота коленчатого вала

двигателя называется диаграммой фаз газораспределения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Назначение и принцип действия газораспределительного механизма.

2.Типы ГРМ по месту расположения клапанов и распределительного вала. Устройство, работа, преимущества и недостатки ГРМ каждого типа.

3.Конструкция деталей ГРМ.

3.1Устройство распредвала, его крепление в блоке цилиндров. Крепление шестерни привода распредвала.

3.2Толкатели, штанги толкателей, коромысла и их крепление в блоке цилиндров на головке блока.

3.3Конструкция клапанов, направляющих клапана, клапанных седел и пружин, их крепление в головке блока цилиндров. Различие конструкции впускных и выпускных клапанов. Назначение механизма вращения выпускных клапанов.

4.Диаграмма фаз газораспределения. Взаимосвязь между углом поворота коленчатого вала и положением поршня в цилиндре. Необходимость согласования открытия и закрытия клапанов с движением поршня. Цель опережения открытия клапанов и запаздывания их закрытия. Перекрытие клапанов. Оптимальные и неоптимальные фазы газораспределения. Необходимость изменения фаз при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Конструктивное обеспечение расчетных фаз газораспределения.

5.Назначение и регулировка теплового зазора в ГРМ, его влияние на работу двигателя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего нужен газораспределительный механизм?

2.В течение каких тактов работы ДВС оба клапана ГРМ остаются закрытыми?

3.При каких тактах работы ДВС клапаны ГРМ открываются?

4. Что удерживает клапаны ГРМ в закрытом состоянии?

5.Под действием чего открываются клапаны ГРМ?

6.Из каких функциональных частей состоит клапан ГРМ?

16

7.Какая поверхность клапана ГРМ прижимается к седлу?

8.Где расположены сёдла клапанов ГРМ?

9.Как клапаны ГРМ закреплены в головке блока цилиндров?

10.Что такое направляющая клапана?

11.Зачем нужны клапанные пружины?

12.Как клапанная пружина закреплена на стержне клапана ГРМ?

13.Чем впускные клапаны отличаются по конструкции от выпускных?

14.Сколько клапанов ГРМ имеет каждый цилиндр?

15.С какой целью увеличивают количество клапанов ГРМ, приходящихся на один цилиндр?

16.Каковы преимущества и недостатки ГРМ с верхним расположением распредвала по сравнению с ГРМ с нижним расположением распредвала?

17.Какие детали ГРМ с нижним расположением распредвала отсутствуют в ГРМ с верхним расположением распредвала?

18.В каком случае используют два распредвала на один ряд цилиндров?

19. Как приводится во вращение распредвал при его нижнем расположении?

20.Как приводится во вращение распредвал при его верхнем расположении?

21.Как устроен распредвал?

22.Как крепится распредвал в двигателе при верхнем и нижнем его расположении?

23.Зачем нужны опорные шейки распредвала?

24.Чемкулачкивпускныхклапановотличаютсяоткулачковвыпускныхклапанов?

25.Для чего предназначены коромысла ГРМ?

26.Как коромысла ГРМ крепятся на двигателе?

27.Как толкатели клапанов ГРМ крепятся на двигателе?

28.Как штанги толкателей крепятся на двигателе?

29.Почему необходима синхронизация открытия и закрытия клапанов с вращением коленчатого вала ДВС?

30.Как осуществляется синхронизация открытия и закрытия клапанов с вращением коленчатого вала ДВС?

31.Почему шестерни привода распредвалов устанавливаются по меткам относительно шестерни привода ГРМ, расположенной на коленвале?

32.Почему ремень привода ГРМ выполнен не гладким, а зубчатым?

33. Что представляет собой диаграмма фаз газораспределения?

34.С какой целью клапаны ГРМ открываются не строго в мёртвых точках, а с некоторым опережением или запаздыванием?

35.Что такое наполняемость цилиндра?

36.С какой целью необходимо увеличивать наполняемость цилиндра?

37.Как продолжительность открытого состояния клапанов влияет на наполняемость цилиндра?

38.В какой момент рабочего цикла ДВС открывается впускной клапан?

39.В какой момент рабочего цикла ДВС закрывается впускной клапан?

40.В какой момент рабочего цикла ДВС открывается выпускной клапан?

17

41.В какой момент рабочего цикла ДВС закрывается выпускной клапан?

42.Что такое перекрытие клапанов?

43.В какой момент рабочего цикла ДВС происходит перекрытие клапанов?

44.За счёт чего осуществляется продувка цилиндра в момент перекрытия клапанов в ДВС без наддува?

45.Что такое свежий заряд в ДВС?

46.Какая сила заставляет свежий заряд поступать в цилиндр ДВС от момента прохождения поршнем н. м.т. до момента закрытия впускного клапана?

47.За счёт чего свежий заряд поступает в цилиндр ДВС при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.?

48.С какой целью выпускной клапан ГРМ открывают раньше, чем поршень пройдёт н.м.т. и начнётся такт выпуска?

49.С какой целью выпускной клапан ГРМ закрывают позже, чем поршень пройдёт в.м.т. и закончится такт выпуска?

50.С какой целью впускной клапан ГРМ открывают раньше, чем поршень пройдёт в.м.т. и начнётся такт впуска?

51.С какой целью впускной клапан ГРМ закрывают позже, чем поршень пройдёт н.м.т. и закончится такт впуска?

52.Что произойдёт, если впускной клапан откроется раньше, чем это необходимо?

53.Что произойдёт, если впускной клапан откроется позже, чем это необходимо?

54.Что произойдёт, если выпускной клапан откроется раньше, чем это необходимо?

55.Что произойдёт, если выпускной клапан откроется позже, чем это необходимо?

56.Чем оптимальные фазы газораспределения отличаются от неоптимальных?

57. Как зависят оптимальные фазы газораспределения от частоты вращения коленвала?

58.Почему оптимальные фазы газораспределения зависят от частоты вращения коленвала?

59.Чем регулируемые фазы газораспределения лучше нерегулируемых?

60.Между какими деталями ГРМ находится тепловой зазор?

61.Для чего нужен тепловой зазор в ГРМ?

62.На холодном или на горячем ДВС проверяют тепловой зазор в ГРМ?

63.Чем вреден излишне большой тепловой зазор в ГРМ?

64.Чем вреден слишком малый тепловой зазор в ГРМ?

65.Как влияет увеличение и уменьшение теплового зазора ГРМ на фазы газораспределения?

СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА ОТЧЕТА

1.Схемы ГРМ с верхним и нижним расположением распределительного вала.

2.Диаграмма фаз газораспределения.

18

Лабораторная работа № 4 СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить устройство и принцип действия системы охлаждения ДВС

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ

Для нормальной работы ДВС необходимо поддерживать его температуру на определённом уровне, называемом оптимальным температурным режимом. Этот уровень, для применяемых на сегодняшний день конструкционных материалов, составляет порядка 90…120°C. Более высокая температура ДВС может привести к разрушению деталей из-за термических напряжений, схватывания и задиров трущихся поверхностей, увеличения интенсивности изнашивания в результате ухудшения условий смазывания и т. п. Чрезмерно низкая температура ДВС приводит к ухудшению условий для смесеобразования и воспламенения топлива, а также к увеличению механических потерь и износа деталей из-за увеличения вязкости моторного масла. Для поддержания оптимального температурного режима ДВС служит система охлаждения.

При холодном ДВС система охлаждения переносит тепло от поверхностей, контактирующих с горячими газами (стенок цилиндра и камеры сгорания, выпускных каналов ГБЦ) к менее нагретым деталям, помогая, таким образом, двигателю быстрее прогреться до нужной температуры. После этого она отводит тепло от нагретых деталей в атмосферу, поддерживая тем самым температуру ДВС на оптимальном уровне.

Перенос тепла осуществляется системой охлаждения за счёт циркуляции теплоносителя, называемого охлаждающей жидкостью. (Существуют воздушные системы охлаждения, в которых ДВС охлаждается потоком воздуха, но они не способны ускорить прогрев холодного двигателя.) В качестве охлаждающей жидкости используются вода или антифриз. Антифриз состоит из воды и этиленгликоля, образующих эвтектику с низкой температурой замерзания, а также содержит добавки (присадки), придающие антифризу дополнительные свойства (антикоррозионные, противовспенивающие и смазывающие).

Теплообменник между охлаждающей жидкостью и атмосферой называется радиатором. При движении автомобиля он обдувается набегающим потоком воздуха, отводя тепло от нагретой жидкости. Этот поток усиливается вентилятором охлаждения ДВС, который имеет либо механический (от коленчатого вала), либо электрический привод. Охлаждённая в радиаторе жидкость возвращается обратно в так называемые рубашки ох-

19

лаждения блока цилиндров и ГБЦ, где она омывает горячие поверхности и снова нагревается. Циркуляцию жидкости в системе обеспечивает водяной насос, приводимый в движение от коленвала ДВС.

При холодном ДВС охлаждать жидкость в радиаторе нет необходимости, поэтому он исключается из контура циркуляции жидкости. При этом жидкость циркулирует по так называемому малому кругу, т.е. внутри рубашек охлаждения двигателя. Переключение циркуляции жидкости с малого круга (без радиатора) на большой круг (с радиатором) и обратно осуществляется с помощью устройства, называемого термостатом. Он представляет собой тарельчатый клапан, открывающий или закрывающий проход жидкости в радиатор. Существуют так же трехпозиционные термостаты, которые после открытия большого круга могут ещё закрывать малый круг, т.е. имеют три позиции: «малый круг открыт, большой – закрыт», «оба круга открыты», «малый круг закрыт, большой – открыт». (В двухпозиционных термостатах существуют только первые две позиции.) Закрытие малого круга увеличивает поток жидкости, проходящей через радиатор, что увеличивает эффективность охлаждения.

Помимо закрытия термостата для ускорения прогрева ДВС могут использоваться жалюзи и отключение вентилятора системы охлаждения. Жалюзи перекрывают доступ наружного воздуха к радиатору и имеют ручное управление. Вентиляторы с электроприводом при низкой температуре охлаждающей жидкости автоматически отключаются бортовой электросистемой автомобиля, а вентиляторы с механическим приводом могут отключаться с помощью вязкостной муфты. В зависимости от конструкции муфты это отключение может происходить либо как автоматически, так и вручную, либо только автоматически. Существуют так же и неотключаемые вентиляторы охлаждения ДВС.

Как известно, при нагревании жидкость расширяется. Для компенсации этого явления в системе охлаждения имеется расширительный бачок с необходимым свободным пространством. В некоторых системах функцию расширительного бачка выполняет верхний бачок радиатора. Сверху бачок имеет заливное отверстие, закрытое пробкой.

Большинство систем охлаждения выполнены закрытыми, т. е. герметично разобщенными с атмосферой. Это позволяет повысить давление в системе выше атмосферного и, следовательно, увеличить температуру кипения жидкости. Диапазон рабочих температур ДВС при этом так же повышается на 15…20°C, что положительно сказывается на его работоспособности. (Кипение жидкости внутри системы охлаждения – опасное явление, т. к. пузырьки пара могут объединиться в паровые пробки, что приведёт к прекращению циркуляции жидкости и перегреву ДВС с последующим выходом его из строя. Кроме того, даже при незначительном кипении на стенках системы охлаждения образуется накипь, снижающая коэффициент теплопередачи и уменьшающая проходное сечение каналов.)

20

Что такое поршень? — Определение, детали и типы

Содержание

Что такое поршень?

Поршень представляет собой диск или короткий цилиндр, плотно прилегающий к цилиндру двигателя, в котором он движется вверх и вниз против жидкости или газа, используемый в двигателе внутреннего сгорания для создания движения или в насосе для передачи движения.

Поршень является компонентом поршневых двигателей, поршневых насосов, газовых компрессоров, гидравлических и пневматических цилиндров, а также других подобных механизмов. Это подвижный элемент, заключенный в цилиндр и герметизированный поршневыми кольцами.

В двигателе он предназначен для передачи усилия от расширяющегося газа в цилиндре на коленчатый вал через поршневой шток и/или шатун.

В четырехтактных автомобильных двигателях (бензиновых и дизельных двигателях) процессы впуска, сжатия, сгорания и выхлопа происходят над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоский двигатель). внутри цилиндра и заставляя коленчатый вал вращаться.

В насосе функция обратная, и усилие передается от коленчатого вала к поршню с целью сжатия или выброса жидкости в цилиндре. В некоторых двигателях поршень также действует как клапан, закрывая и открывая отверстия в цилиндре.

Из чего сделан поршень?

Компоненты двигателя должны быть износостойкими для долговечности и легкими для повышения эффективности.

В результате поршни обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, а поршневые кольца (обычно состоящие сверху вниз из компрессионного кольца, грязесъемного кольца и маслосъемного кольца) изготавливаются из чугуна или стали.

Маслосъемное кольцо вытирает масло со стенки цилиндра при движении поршня, но со временем оно и другие кольца могут изнашиваться, позволяя маслу из картера попадать в камеру сгорания.

Чрезмерный расход масла и белый дым из выхлопных труб указывают на износ поршневых колец.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать с одним цилиндром и, следовательно, с одним поршнем (мотоциклы и бензиновые газонокосилки) или с двенадцатью поршнями, но в большинстве автомобилей их четыре или шесть.

Радиальные двигатели, обычно используемые в винтовых самолетах, имеют нечетное количество цилиндров и поршней для более плавной работы.

Поршни также используются в двигателях внешнего сгорания, также известных как паровые двигатели, в которых вода нагревается в котле, а полученный пар используется для приведения в движение пары поршней (обычно) во внешних цилиндрах, которые затем приводят в движение колеса. Роторные двигатели не имеют цилиндров или поршней.

Схема деталей поршня

Детали поршня

Детали поршня

Поршень, как движущаяся часть камеры сгорания, выполняет задачу преобразования высвобождаемой энергии в механическую работу. Основная конструкция поршня представляет собой полый цилиндр, закрытый с одной стороны, с поршневой головкой, состоящей из сегментов, с кольцевым поясом, втулкой штифта и юбкой.

Основные части поршня и их функции:

• Поршневые кольца
• Юбка поршня
• Поршневой палец
• Головка/коронка поршня
• Шатун
• Поршневые подшипники

1. Поршневое кольцо

Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, так что продукты сгорания, образующиеся в момент воспламенения, не просачиваются в отверстие между поршнем и цилиндром.

В типичном автомобильном двигателе обычно используются 3 типа поршневых колец:

• Компрессионное кольцо : это верхнее боковое кольцо, ближайшее к камере сгорания. Его также называют газовым или напорным кольцом. Кольцо предотвращает утечку дымовых газов. Компрессионные кольца также помогают передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра.
• Грязесъемное кольцо представляет собой поршневое кольцо с конической поверхностью, расположенное в кольцевой канавке между компрессионным кольцом и маслосъемным кольцом. Грязесъемное кольцо используется для дополнительной герметизации камеры сгорания и очистки стенки цилиндра от лишнего масла. Дымовые газы, проходящие через компрессионное кольцо, останавливаются грязесъемным кольцом.
• Масляное кольцо представляет собой поршневое кольцо, расположенное в ближайшей к картеру кольцевой канавке. Маслосъемное кольцо используется для удаления излишков масла со стенок цилиндра во время движения поршня. Избыточное масло возвращается через кольцевые отверстия в масляный резервуар в блоке цилиндров.

ПОДРОБНЕЕ: Что такое поршневое кольцо?

2.

Юбка поршня

Юбка поршня относится к цилиндрическому материалу, закрепленному на круглой части поршня. Деталь обычно изготавливают из чугуна из-за его отличной износостойкости и самосмазывающихся свойств. Юбка содержит канавки для установки поршневого маслосъемного кольца и компрессионных колец. Юбки поршня доступны в различных исполнениях для решения конкретных задач.

Существует два основных типа юбок поршня:

• Пышная юбка : Также известна как сплошная юбка. Полная юбка имеет трубчатую форму. Он обычно используется в двигателях больших автомобилей.
• Юбка тапочка: Тип юбки поршня используется для поршней мотоциклов и некоторых автомобилей. Часть юбки срезается так, что на стенке цилиндра остаются только задняя и передняя поверхности. Это помогает снизить вес и минимизировать площадь контакта между стенкой цилиндра и поршнем.

3. Поршневой палец/поршневой палец

Поршневой палец, также известный как поршневой палец или поршневой палец, используется для соединения поршня с шатуном и обеспечивает подшипник, на котором шатун может вращаться как поршень. движется.

В очень ранних конструкциях двигателей, в том числе с паровым приводом, и во многих очень больших стационарных или судовых двигателях поршневой палец расположен в скользящей крейцкопфе, который соединяется с поршнем через шток.

Поршневой палец обычно представляет собой кованый короткий полый стержень из стального сплава высокой прочности и твердости, который может быть физически отделен как от шатуна, так и от поршня или крейцкопфа.

Конструкция поршневого пальца, особенно в небольших высокооборотных автомобильных двигателях, представляет собой сложную задачу. Поршневой палец должен работать при самых высоких температурах, встречающихся в двигателе, и его расположение затрудняет смазку, оставаясь при этом маленьким и легким, чтобы соответствовать диаметру поршня и не чрезмерно увеличивать массу поршня.

Требования к легкости и компактности требуют использования штока малого диаметра, который подвергается высоким сдвиговым и изгибающим нагрузкам и имеет одни из самых высоких сжимающих нагрузок среди всех подшипников во всем двигателе.

Чтобы решить эти проблемы, материалы, из которых изготовлен поршневой палец, и способ его изготовления являются одними из самых сложных механических компонентов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.

Из них получаются следующие типы штифтов.

• Стационарный/фиксированный штифт : штифт крепится к выступам поршня с помощью винта. Затем шток поршня поворачивается на штифте.
• Полуплавающий : штифт крепится к шатуну посередине, а концы штифта свободно перемещаются внутри поршневого подшипника и у бобышек.
• Полностью плавающий : в этом типе штифта штифт не прикреплен к штифту или поршню шатуна. Вместо этого он фиксируется заглушками, зажимами или стопорными кольцами, прикрепленными к бобышкам поршня. В этом случае штифт может колебаться как на бобышках, так и на стержне.

4. Головка поршня/коронка

Также известна как головка поршня или купол, головкой поршня является его верхняя часть. Это та часть, которая вступает в контакт с дымовыми газами. Это нагревает его до чрезвычайно высоких температур. Для предотвращения оплавления детали головки поршня изготавливают из специальных сплавов, в том числе стальных.

Головка поршня обычно состоит из каналов и полостей. Это помогает создать завихрение, улучшающее сгорание. В разных двигателях используются разные типы головок поршней. Причины различий различаются. Предпочтительная конструкция головки поршня зависит от многих факторов, таких как ожидаемая производительность и тип двигателя.

5. Шатун

Шатун, также называемый шатуном, представляет собой часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Шатун вместе с кривошипом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

ПОДРОБНЕЕ: Что такое шатун?

6. Подшипники поршня

Подшипники представляют собой детали поршня, расположенные в точках, где происходит осевое вращение. Обычно это полукруглые куски металла, которые вставляются в отверстия на этих точках. Поршневые подшипники включают чашки на большом конце, где шток соединяется с коленчатым валом. На маленьком конце, где шток соединяется с поршнем, также есть подшипники.

Поршневые подшипники обычно изготавливаются из композитных металлов, таких как свинец, медь, кремний, алюминий и другие. На подшипники часто наносят покрытие для повышения твердости и поддержки нагрузки от движений поршня и шатуна.

Типы поршней

Существует три типа поршней, каждый из которых назван по своей форме: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

1. Поршни с плоской вершиной

Как бы просто это ни звучало, поршень с плоской вершиной имеет плоскую верхнюю часть. Поршни с плоским верхом имеют наименьшую площадь поверхности; это позволяет им создавать наибольшую силу. Этот тип поршня идеален для создания эффективного сгорания.

Поршни с плоской вершиной обеспечивают наиболее равномерное распределение пламени. Трудность, связанная с этим, заключается в том, что он может создавать слишком большую компрессию для меньших камер сгорания.

2. Тарельчатые поршни

Тарельчатые поршни представляют наименьшие проблемы для инженеров. Это больше из-за того, где они используются, чем из-за собственности, которой они сами владеют.

Они имеют форму тарелки со слегка загнутыми внешними краями. Как правило, тарельчатые поршни используются в двигателях с наддувом, не требующих распределительного вала с большой подъемной силой или высокой степени сжатия.

3. Купольные поршни

Противоположные по концепции тарельчатым поршням, эти пузыри в середине напоминают верхнюю часть стадиона. Это делается для увеличения площади поверхности, доступной на верхней части поршня. Большая площадь поверхности означает меньшее сжатие.

Хотя большее сжатие означает, что генерируется большее усилие, существует верхний предел того, с чем может справиться каждая камера сгорания. Уменьшение степени сжатия таким образом, по существу, предотвращает разрыв двигателя на части.

Это всего лишь один из способов ограничения генерируемой силы до уровня, с которым двигатель может безопасно справиться.

Если вы только начинаете, это только начало. Вы не сможете понять всю головоломку, не поставив ее части в контекст друг друга.

Таким образом, хотя это объясняет, что делают поршни и какое значение имеют различия в форме, его необходимо понимать в контексте всего двигателя, чтобы получить полную картину. Продолжайте учиться, и вы будете в пути.

Different

Types of pis tons

Following are the Types of Pistons:

• Trunk pistons
• Crosshead pistons
• Slipper pistons
• Deflector pistons
• Racing Pistons

1.

Trunk pi stons

Поршни ствола длинные относительно их диаметра. Они действуют как поршневые, так и цилиндрические крейцкопфы. Поскольку шатун находится под углом на протяжении большей части своего вращения, существует также боковая сила, действующая вдоль стороны поршня на стенку цилиндра. Более длинный поршень помогает поддерживать это.

Магистральные поршни были обычной конструкцией поршней с первых дней поршневого двигателя внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя в высокоскоростных двигателях теперь используются более легкие проскальзывающие поршни.

Отличительной чертой большинства тронковых поршней, особенно для дизельных двигателей, является то, что они имеют канавку для маслосъемного кольца под поршневым пальцем, в дополнение к кольцам между поршневым пальцем и головкой.

Название «хоботной поршень» происходит от «хоботного двигателя», ранней конструкции морского парового двигателя.

Чтобы сделать их более компактными, они отказались от обычного поршневого штока парового двигателя с отдельной крейцкопфом и вместо этого стали первой конструкцией двигателя, в которой поршневой палец размещался непосредственно внутри поршня.

В остальном эти поршни магистрального двигателя мало походили на поршень магистрального двигателя; они были чрезвычайно большого диаметра и двойного действия. Их «хобот» представлял собой узкий цилиндр с установленным в центре поршнем.

2.

Крейцкопф пи стоны

Для больших тихоходных дизельных двигателей может потребоваться дополнительная поддержка боковых сил на поршень. В этих двигателях обычно используются поршни с крейцкопфом.

Основной поршень имеет большой поршневой шток, проходящий вниз от поршня к тому, что фактически является вторым поршнем меньшего диаметра. Главный поршень отвечает за газонепроницаемость и несет на себе поршневые кольца.

Меньший поршень служит чисто механической направляющей. Он работает внутри небольшого цилиндра в качестве направляющей ствола, а также несет поршневой палец.

Смазка крейцкопфа имеет преимущества перед тронковым поршнем, так как его смазочное масло не подвержено теплу сгорания: масло не загрязнено частицами дымовой сажи, не разрушается от тепла, более жидкое, менее можно использовать вязкое масло.

Трение поршня и крейцкопфа может быть вдвое меньше, чем у тронкового поршня. Из-за дополнительного веса эти поршни не используются для высокооборотных двигателей.

3.

Slipper pi stons

Поршень Slipper представляет собой поршень для бензинового двигателя, размер и вес которого были максимально уменьшены.

В крайнем случае они сводятся к днищу поршня, опоре для поршневых колец и оставшейся части юбки поршня ровно столько, чтобы оставалось две посадочные площадки, чтобы поршень не раскачивался в отверстии.

Стороны юбки поршня вокруг поршневого пальца сужаются от стенки цилиндра.

Основная цель состоит в том, чтобы уменьшить совершающую возвратно-поступательное движение массу, что упрощает балансировку двигателя и позволяет работать на высоких скоростях. В гонках юбки проскальзывающих поршней могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить чрезвычайно легкий вес при сохранении жесткости и прочности полной юбки.

Уменьшение инерции также повышает механический КПД двигателя: силы, необходимые для ускорения и торможения возвратно-поступательных частей, вызывают большее трение поршня о стенки цилиндра, чем давление жидкости на головку поршня.

Дополнительным преимуществом может быть некоторое снижение трения о стенки цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается наполовину. Однако большая часть трения возникает из-за поршневых колец, которые являются частями, которые на самом деле наиболее плотно прилегают к отверстию и опорным поверхностям поршневого пальца, и, таким образом, преимущество уменьшается.

4.

Дефлектор pi stons

Дефлектор поршня используются в двухтактных двигателях с компрессией картера, где поток газа внутри цилиндра должен быть тщательно направлен для обеспечения эффективной продувки.

При поперечной продувке перепускное (впускное в цилиндр) и выпускное отверстия находятся на прямо противоположных сторонах стенки цилиндра.

Для предотвращения прямого прохождения поступающей смеси из одного порта в другой поршень имеет на своей головке выступающее ребро. Это предназначено для отклонения поступающей смеси вверх, вокруг камеры сгорания.

Много усилий и множество различных конструкций днища поршня ушло на разработку улучшенной продувки. Венцы развились от простого ребра до большой асимметричной выпуклости, обычно с крутой гранью на входной стороне и пологим изгибом на выпускной стороне.

Несмотря на это, перекрестная уборка никогда не была такой эффективной, как ожидалось. Вместо этого большинство двигателей сегодня используют портирование Schnoodle. Это размещает пару перепускных отверстий по бокам цилиндра и побуждает поток газа вращаться вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.

5.

Гоночные поршни

В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня обычно намного выше, чем у двигателя легкового автомобиля, а вес намного меньше, что позволяет достигать высоких оборотов двигателя, необходимых в гонках.

Функция поршня:

Наиболее важные задачи, которые должны выполнять поршни:

• Передача усилия от рабочего газа и на него
• Переменное ограничение рабочей камеры (цилиндра)
• Герметизация рабочей камеры
• Линейная направляющая шатуна (тронковые двигатели)
• Теплоотвод
• Поддержка перезарядки затяжкой и разрядкой (четырехтактные двигатели)
• Поддержка смесеобразования (путем подходящая форма поверхности поршня
• со стороны камеры сгорания)
• Контроль перезарядки (в двухтактных двигателях)
• Направление уплотнительных элементов (поршневых колец)
• Направление шатуна (для шатунов с верхним расположением)

По мере увеличения удельной мощности двигателя одновременно растут и требования к поршню.

Поршень Характеристика:

• Поршни должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать:
• Ударное воздействие давления горючих газов,
• Переменная нагрузка и
• Высокая температура газов.
• Поршень должен быть:
• Легким
• Бесшумным в работе и
• Механически прочным.
• Из-за малого веса:
• Потери инерции и
• Уменьшение инерционных нагрузок на подшипник из-за изменения движения

Поршень Применение или использование:

Основное применение поршней:3

3

3 Уменьшенная инерция также улучшает механический КПД двигателя.

Сжимает жидкость внутри цилиндра, тем самым повышая давление и температуру жидкости внутри цилиндра.

Он также обеспечивает направление.

Поршневые преимущества:

Основные преимущества поршней:

• Механическая простота
• Гибкость и надежность
• Силовая к весу. и шума
• Меньше техобслуживания
• Легкий запуск поршня
• Отлично подходит для рекуперации отработанного тепла
• Обеспечивает высокую степень маневренности
• Меньшая стоимость производства
• Низкие выбросы NOx
• Это предлагает процесс сжигания HCCI
• Внутренне сбалансированные
• Модулярность

Piston.

подачи топлива

Низкая эффективность частичной нагрузки

Высокая скорость сгорания

Требуется редуктор

Часто задаваемые вопросы.

Что такое поршень?

Поршень является компонентом поршневых двигателей, поршневых насосов, газовых компрессоров, гидравлических и пневматических цилиндров, а также других подобных механизмов. Это подвижный компонент, заключенный в цилиндр и газонепроницаемый с помощью поршневых колец.

Из каких частей состоит поршень?

Основные части поршня:

1. Поршневые кольца
2. Юбка поршня
3. Поршневой палец
4. Головка поршня/коронка
5. Шатун
6. Подшипники поршня

Какие бывают типы поршней?

Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

1. Как бы просто это ни звучало, поршень с плоской верхней частью имеет плоскую верхнюю часть.
2. Тарельчатые поршни представляют наименьшие проблемы для инженеров.
3. Концептуально противоположные тарельчатым поршням, они пузырятся посередине, как крыша стадиона.

Что такое поршень двигателя?

В основе поршневого двигателя лежит поршень. Он состоит из движущегося круглого куска металла с поршневыми кольцами для обеспечения воздухонепроницаемого уплотнения после его установки в цилиндр двигателя. Поршень прикреплен через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом.

В четырехтактных (бензиновых и дизельных) двигателях впуск, сжатие, сгорание и выхлоп происходят над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоский двигатель) внутри цилиндра, тем самым заставляя коленчатый вал вращаться.

Что такое поршень и как он работает?

Поршень представляет собой подвижный диск, заключенный в цилиндр, герметизированный поршневыми кольцами. Диск движется внутри цилиндра, когда жидкость или газ внутри цилиндра расширяются и сжимаются. Поршень способствует преобразованию тепловой энергии в механическую работу и наоборот.

Какова функция поршня в двигателе?

Одной из основных функций поршня и поршневых колец является герметизация камеры сгорания под давлением от картера. Из-за зазора между поршнем и цилиндром продукты сгорания (выхлопные газы) могут попасть в картер во время кинематической последовательности движения.

Как движется поршень?

Поршень крепится через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединяется с коленчатым валом, и вместе они превращают движение вверх и вниз (возвратно-поступательное) в круговое (вращательное) движение для привода колес. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая выхлопные газы.

Какие бывают 3 типа поршней?

Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

Что такое мощность поршней?

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания. 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.

Где используются поршни?

Поршень является важной частью двигателя внутреннего сгорания, который играет ключевую роль в преобразовании топлива, которое вы используете для заправки автомобиля, в энергию для движения автомобиля вперед. Это движущийся компонент, который используется для передачи силы от газа, расширяющегося в цилиндрах, на коленчатый вал для вращения колес.

Каковы четыре функции поршня?

Функции поршня следующие:

• Принимать тягу от взрыва и передавать усилие на коленчатый вал через шатун.
• Для уплотнения, чтобы высокое давление сгорания не попадало в картер.
• Служит направляющей и подшипником для головки шатуна.

Почему трескаются поршни?

Трещины в верхней части поршня (корона) в бензиновых двигателях обычно возникают в результате избыточного давления сгорания, вызванного чрезмерной компрессией или чрезмерно опережающим опережением зажигания. Постоянные резкие перепады температуры сгорания в конечном итоге приводят к термическим трещинам днища поршня.

Где находится поршень?

Поршни являются одной из наиболее важных частей двигателя, поскольку они являются механизмами, содержащими энергию двигателя. Поршни расположены в блоке цилиндров. Количество цилиндров в двигателе может быть разным. Внутрь цилиндра через впускной клапан впрыскивается смесь топлива и воздуха.

Какой материал поршня?

Поршни изготавливаются либо из низкоуглеродистой стали, либо из алюминиевых сплавов. Поршень подвергается сильному нагреву, инерции, вибрации и трению. Углеродистые стали минимизируют эффекты дифференциального теплового расширения между стенками поршня и цилиндра.

С какой скоростью движется поршень?

Типичные значения составляют от 500 до 7000 об/мин. Поскольку каждый цилиндр должен подниматься и опускаться один раз за каждый оборот, они, очевидно, движутся быстрее, когда вы нажимаете педаль акселератора дальше вниз.

Сколько раз в секунду поднимается и опускается поршень?

Типичный автомобильный двигатель работает на холостом ходу около 700 об/мин, а красная зона составляет около 7000 об/мин. Это соответствует поршню, который движется вверх и вниз примерно 12 раз в секунду на холостом ходу и 120 раз в секунду на красной линии.

Какие силы вращают коленчатый вал?

Распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Распределитель вызывает искру свечей зажигания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. В результате взрыва поршень движется вниз, что, в свою очередь, приводит к вращению коленчатого вала.

Что произойдет, если поршень сломается?

Повреждение или износ поршня является основной причиной отказа двигателя. Это приводит к потере компрессии, увеличению выбросов, утечке газов из камеры сгорания и потере смазки. Когда повреждение затрагивает поршневые кольца, это может означать попадание масла в камеру сгорания.

Детали, Типы поршней, Рабочие (PDF)

Из этой статьи вы узнаете что такое поршень Как он работает? Типы поршней , зазор , головка или форма поршня, а также поршни с высокими рабочими характеристиками — все это подробно объяснено с помощью диаграмм. Кроме того, вы можете бесплатно скачать PDF-файл этой статьи.

Что такое поршень?

Поршень является наиболее важной частью поршневого двигателя. Он помогает преобразовать химическую энергию, полученную при сгорании топлива, в полезную механическую энергию.

Поршень обеспечивает передачу расширения газов на коленчатый вал через шатун без потери газа сверху или масла снизу.

Поршень представляет собой цилиндрическую заглушку, которая перемещается вверх и вниз в цилиндре. Он имеет поршневое кольцо, обеспечивающее хорошее уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Хотя поршень кажется простой деталью, на самом деле он довольно сложен с точки зрения конструкции.

Эффективность и экономичность двигателя в зависимости от работы поршня. Он должен работать в цилиндре с минимальным трением и должен выдерживать высокую взрывную силу, создаваемую в цилиндре, а также очень высокую температуру от 2000°C до более 2800°C во время работы.

Поршень должен быть максимально прочным, однако его вес должен быть как можно меньше, чтобы уменьшить инерцию из-за его возвратно-поступательного движения массы.

Читайте также: Список деталей автомобильного двигателя: их назначение (с иллюстрациями)

Поршень выполняет следующие функции

• Принимает тягу, создаваемую сгоранием газа в цилиндре, и передает ее на шатун.
• Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре как газонепроницаемая заглушка, создавая такты всасывания, сжатия, расширения и выпуска.
• Поршень образует направляющую и подшипник на маленьком конце шатуна и воспринимает боковую нагрузку из-за наклона шатуна.

Верхняя часть поршня называется головкой. Кольцевые канавки нарезаны по окружности верхней части поршня. Детали ниже кольцевых канавок называются юбкой. Участки поршня, разделяющие канавки, называются посадочными площадками.

Некоторые поршни имеют канавку в верхней части, называемую тепловой заслонкой, которая уменьшает передачу тепла к кольцам. Бобышки поршня — это усиленные части поршня, предназначенные для удержания поршневого или поршневого пальца.

Высокоэффективные поршни

Алюминиевые поршни могут быть литыми или коваными. Кованый поршень плотнее и образует лучший путь для отвода тепла от головки поршня. Он также имеет поток зерна, что улучшает его износостойкость. Кованый алюминиевый поршень также легче по сравнению с чугунным поршнем. Таким образом, он создает меньшие силы инерции при ускорении и торможении в цилиндре.

Принимая во внимание все эти факторы вместе, можно увидеть, что кованый поршень является предпочтительным поршнем для высокопроизводительных двигателей. Для дополнительной прочности некоторые высокопроизводительные поршни также имеют специальную конфигурацию юбки. Овальная юбка и волнообразная юбка предназначены для обеспечения высокой прочности.

Используются в высокопроизводительных автомобилях. Они достаточно прочны, чтобы их можно было использовать в двигателях для соревнований. Поршень без бобышек поршневого пальца рассчитан на максимальную прочность и полезен в двигателях для соревнований.

Типы поршней

Ниже приведены различные типа поршней , используемые в двигателе:

1. «Lo-Ex» сплавные поршни
2. vin0042
3. Биметаллические поршни
4. Поршни Specialloid
5. Поршни Wellworthy

с температурой. Он содержит:

• Кремний от 11 до 13 %
• Никель от 0,7 до 2,5 %
• Магний 1 %
• Медь 1 % меньше, чем у чистого алюминия, но это улучшение в сочетании с хорошими боевыми и жаропрочными качествами делает сплав вариативным.

  2. Поршни из инвара

  В поршнях этого типа инвар представляет собой сплав, содержащий 36% никеля и 64% железа. Он имеет незначительный коэффициент расширения, 000000063 на °C). В поршень, соединяющий бобышки поршневого пальца и юбку, вставлены стойки из инвара, и их пропорции таковы, что результирующее расширение поршня почти такое же, как у цилиндра.

  3. Автотермические поршни

  Эти типы поршней содержат стальные вставки с низким коэффициентом расширения в бобышках поршневого пальца. Эти вставки отлиты таким образом, что их концы закрепляются в юбке поршня, как показано на рисунке.

  В этом случае биметаллическая деформация из-за разных коэффициентов расширения вставки и основного металла переносит часть большого начального зазора, обеспечиваемого на оси поршневого пальца, на ось упора по мере прогрева поршня.

  Это действие позволяет поддерживать небольшие зазоры на оси тяги как в холодных, так и в горячих условиях, обеспечивая более тихую работу.

  4. Биметаллические поршни

  Эти типы поршней изготавливаются как из стали, так и из алюминия. Интересным примером биметаллической конструкции является конструкция «Цветок», показанная на рисунке. Он состоит из стальной юбки и штифтовых басов.

  Поскольку коэффициент теплового расширения для стали довольно мал, внутри отлит алюминиевый сплав, который образует головку поршня и поршень небольшого размера, поршень не будет сильно расширяться, и, следовательно, можно поддерживать меньшие холодные зазоры.

  Видно, что стальная юбка функционально является частью поршня. должны быть значительными, поскольку они очень малы и, таким образом, позволяют использовать небольшие зазоры.

  5. Поршни Specialloid

  Производство Specialloid охватывает широкий спектр поршней для нулевых, автомобильных бензиновых и дизельных двигателей, используемых в коммерческих транспортных средствах, промышленных канцелярских принадлежностях, железнодорожной тяге, судовых основных силовых установках и вспомогательных целях.

  Современный дизельный поршень со специальным корпусом имеет вертикальные ребра на внутренней поверхности юбки и массивные опоры, которые передают нагрузку непосредственно от днища на опору поршневого пальца.

  Участки короны, кольца-пояса и юбки соразмерны тепловым характеристикам, что приводит к существенному снижению рабочих температур, тем самым снижая склонность к заеданию колец и искажению термического растрескивания в области карманов клапанов на обод камеры сгорания.

  Предпочтительным материалом является высокопрочный сплав с низким коэффициентом расширения и содержанием кремния 11–12 %, известный как specialloid S. участки, которые образуют барьер для теплового потока. На рисунке показан типичный поршень Thermoflow для тяжелых условий эксплуатации, используемый в высокофорсированных дизельных двигателях.

  6. Поршни Wellworthy

  Компания Wellworthy Ltd, Великобритания, производит поршни для тяжелых условий эксплуатации, которые имеют чугунные вкладыши для верхних поршневых колец. Эти вставные держатели в последнее время применяются только к одному кольцу в поршне дизельного двигателя. Таким образом, износ в верхней канавке сводится к минимуму по сравнению с износом, который был бы в незащищенном легком сплаве.

  Процесс молекулярного связывания Al-Fin используется при вставке держателей колец, что предотвращает любой риск ослабления вставки. Он также преодолевает большие трудности из-за окисления алюминия во время литья.

  В бензиновых двигателях, где суровость условий работы не оправдывает использование вставки, успешная защита канавок была достигнута с помощью процесса анодирования.

  Поршень должен обладать следующими качествами

  1. Жестко выдерживать высокое давление.
  2. Легкость уменьшает вес возвратно-поступательных масс и, таким образом, обеспечивает более высокие обороты двигателя.
  3. Хорошая теплопроводность снижает риск детонации, что обеспечивает более высокую степень сжатия.
  4. Тишина в работе.
  5. Материал с низким коэффициентом расширения, допускающий различные скорости расширения чугунного блока цилиндров и алюминиевого поршня.
  6. Юбка правильной формы, обеспечивающая равномерную опору в рабочих условиях.

  Материал поршня

  Материал поршня — алюминиевый сплав. Алюминиевые поршни могут быть литыми или коваными. Чугун также используется для поршня. Чугун является универсальным материалом первых лет, так как обладает отличной износостойкостью, коэффициентом расширения и общей пригодностью для производства.

  Но из-за уменьшения веса возвратно-поступательных частей использование алюминия для поршня было необходимо. Для получения равной прочности необходима большая толщина металла, теряется то же преимущество легкого металла. Алюминий уступает чугуну по прочности и износостойкости, а его больший коэффициент расширения требует большего зазора в цилиндре, чтобы избежать риска заедания.

  Теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у чугуна, и это в сочетании с большей толщиной, необходимой для прочности, позволяет поршню из алюминиевого сплава работать при гораздо более низких температурах, чем чугунный (от 200°C до 250°C по сравнению с 400° до 450°C).

  В результате на нижней стороне поршня не образуется закоксованное масло, поэтому картер остается чистым. Это свойство алюминия охлаждаться в настоящее время признано столь же ценным, как и его легкость. Поршни иногда делают толще, чем это необходимо для прочности, чтобы улучшить охлаждение.

  Зазор поршня

  Что такое зазор поршня?

  Диаметр поршня обычно меньше диаметра цилиндра. Пространство между цилиндром и стенкой цилиндра называется зазором поршня.

  Зазор поршня необходим по следующим причинам

  1. Он обеспечивает пространство для пленки смазки между поршнем и стенкой цилиндра для уменьшения трения.
  2. Предотвращает заклинивание поршня: Из-за очень высокой рабочей температуры поршень и блок цилиндров расширяются. Цилиндр охлаждается быстрее, чем поршень, поэтому должен быть обеспечен достаточный зазор для расширения поршня, в противном случае произойдет заедание поршня.
  3. Если между поршнем и цилиндром нет зазора, поршню будет трудно совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре.

  Зазор поршня зависит от размера отверстия цилиндра и металла, используемого в поршне. Но обычно это от 0,025 мм до 0-100 мм. В процессе эксплуатации этот зазор заполняется маслом, так что поршень и кольца двигаются на масляных пленках.

  Если зазор слишком мал, произойдет потеря мощности из-за чрезмерного трения, сильного износа и возможного заедания поршня в цилиндре. Стук поршня произойдет, если зазор поршня слишком велик. Стук поршня означает внезапный наклон цилиндра, когда поршень опускается вниз во время рабочего такта.

  Поршень перемещается с одной стороны цилиндра на другую с силой, достаточной для создания отчетливого шума. По мере прогрева поршня зазор уменьшается и шум обычно исчезает. Чтобы можно было использовать фиксированные зазоры без риска заклинивания, были введены специальные сплавы и используются многие конструкции поршня.

  Эти специальные конструкции включали кулачковое шлифование до некруглых форм, полугибкие юбки с косыми прорезями, контролируемое распределение и тому подобные приемы.

  Форма головки поршня или головка поршня

  Головка поршня обычно плоская, но имеет форму, подходящую для камеры сгорания. Пространство сгорания можно контролировать, придавая выпуклость или форму днищу поршня, а углубления для головок клапанов также могут быть вырезаны в днище поршня.

  Степень сжатия можно регулировать путем механической обработки камеры сгорания в поршне, но это означает, что большая часть тепла сгорания должна расходоваться через поршень, а не через головку блока цилиндров.

  Смещение поршневого пальца

  Поверхность поршня, которая больше всего упирается в стенку цилиндра во время рабочего такта, называется основной упорной поверхностью. В некоторых двигателях поршневой палец смещен от центральной линии поршня к этой поверхности. Если поршневой палец отцентрирован, меньшая упорная поверхность будет оставаться в контакте со стенкой цилиндра до конца такта сжатия.

  Но угол наклона шатуна меняется слева направо, как только начинается рабочий ход. Это вызывает внезапное смещение боковой нагрузки на поршень с малой поверхности на основную. Если есть заметный зазор, произойдет удар поршня.

  Но если поршневой палец смещен, давление сгорания заставит поршень наклониться, когда поршень приблизится к ВМТ, так что нижний конец главной упорной поверхности сначала соприкоснется со стенкой цилиндра.

  Затем, после прохождения поршнем ВМТ и реверсирования боковой тяги, осуществляются полные контактные поверхности большой тяги с меньшей склонностью к удару поршня.

  Контроль расширения в поршнях

  Во время работы поршень нагревается на много градусов больше, чем цилиндр, поскольку цилиндр окружен охлаждающей водой. Следовательно, этот поршень расширяется больше, чем цилиндр. Это расширение необходимо контролировать, чтобы избежать потери надлежащего зазора поршня. Такая потеря может вызвать серьезные проблемы с двигателем.

  Проблема более точна с алюминиевыми поршнями, потому что алюминий расширяется быстрее, чем железо, при повышении температуры. Расширение юбки поршня можно контролировать несколькими способами, описанными ниже.

  1. Отводя тепло от нижней части поршня.
  2. Путем создания теплозащитного барьера
  3. Кулачковая шлифовка поршня
  4. С помощью распорок

  1. Максимально отводя тепло от нижней части поршня.

  Это можно сделать на поршне с полной юбкой, вырезав в поршне горизонтальные прорези сразу под канавкой нижнего маслосъемного кольца. Эти прорези уменьшают путь тепла, идущего от головки блока цилиндров к юбке.

  Таким образом, юбка не так сильно нагревается и не так расширяется. В некоторых поршнях с полной юбкой в ​​юбке также прорезаны вертикальные прорези, которые позволяют металлу расширяться в юбке при заметном увеличении диаметра поршня.

  2. Изготовление тепловой заслонки

  Тепловая заслонка имеет канавку, прорезанную в верхней части поршня. Это уменьшает размер пути, по которому тепло может пройти от головки поршня к юбке. Таким образом, юбка охлаждается и не так сильно расширяется.

  3. Путем кулачковой шлифовки поршня

  Поршни имеют слегка овальную (эллиптическую) форму в холодном состоянии. Эти поршни называются поршнями с кулачковой шлифовкой. Поэтому площадь его контакта со стенкой цилиндра увеличивается.

  Малая ось эллипса проходит в направлении оси поршневого пальца. Большее расширение по малой оси вызвано бобышками поршня. Таким образом, поршень после расширения при рабочей температуре становится круглым.

  4. С помощью распорок

  Расширение поршня также можно контролировать с помощью распорок, бандажей или ремней, залитых в поршень. Это приводит к тому, что направленное наружу усилие расширяющейся головки поршня передается больше к бобышкам поршневого пальца, чем к упорным поверхностям, так что эффект аналогичен эффекту поршней с кулачковой шлифовкой.

  ---

  Заключение

  Надеюсь, я все рассказал о поршне. Поршень одна из самых важных частей любого двигателя, если у вас есть вопросы по поводу « виды поршней » вы можете задать нам в комментариях я вам отвечу.