Поршень автомобиля: Поршень двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Поршень двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Поршень – ключевая деталь КШМ цилиндрической формы, которая предназначена для трансформации топливной энергии в механическую работу автомобильного двигателя.

Поршень выполняет ряд важных функций:

• обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
• отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
• обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

© Volkswagen AG

1. Головка поршня ДВС
2. Поршневой палец
3. Кольцо стопорное
4. Бобышка
5. Шатун
6. Юбка
7. Стальная вставка
8. Компрессионное кольцо первое
9. Компрессионное кольцо второе
10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Поршневые кольца

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения.  Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца –  предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Юбка

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

• разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
• движением масла по змеевику в поршневой головке;
• подачей масла в область колец через кольцевой канал;
• масляным туманом

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Поршень двигателя (назначение, устройство, принцип работы)

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 имеет цилиндрическую форму. Располагается он в гильзе цилиндра двигателя, это подвижный элемент – в процессе работы он совершает возвратно-поступательные движения и 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.

Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

Устройство детали включает в себя три составляющие:

1. Днище.
2. Уплотняющая часть.
3. Юбка.

Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

Днище

Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности  проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать  причиной их разрушения.

Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.

В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.

Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.

Вас также заинтересует:

Юбка

Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.

Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.

Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Материалы изготовления

В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.

Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:

• возможность использования только в дизельных двигателях;
• больший вес по сравнению с литыми алюминиевыми;
• необходимость использования поршневых колец из жаростойких материалов;
• более высокая цена;

Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.

Видео: Принцип работы поршня двигателя. Устройство

Как устроен поршень двигателя

Восприятие давления газов, герметизация камеры сгорания, отвод тепла и передача усилий на шатун — это основные функции поршня. Термодинамический процесс происходит именно с помощью поршня двигателя.

Высокое давление, всплески температуры и иные нагрузки — это условия, в которых приходится работать поршню. По этой причине был выбран материал, из которого производят поршень — чаще из алюминиевого сплава, редко из стали. Производят их через штамповку или литьем под давлением.

Схема поршня двигателя

Конструкция поршня включает в себя «головку» и «юбку», но считается он цельным элементом. Для определенной модели автомобиля поршень будет выглядеть по разному в зависимости  от того какой тип двигателя, форма камеры сгорания и само сгорание. Поршни для бензинового и дизельного двигателя различны. Поршень бензинового двигателя имеет плоскую головку. В ней могут быть быть канавки для открытия клапанов на 100%. Поршни двигателей с простым впрыском топлива немного сложнее. В дизельном двигателе все наоборот, там выполняется непростая камера сгорания, которая создает значительное завихрение и улучшает улучшают условия для смешивания смесей.

У поршня ниже головки проходят определенные и специальные канавки для поршневых колец. Юбка похожа на конус или на простую бочку. При нагреве такая конструкция может пригодиться, потому что может компенсировать температурное расширение. В условиях, когда достигнута нужная температура поршень становится похож на цилиндр. Дисульфид молибдена, графит находится на поршень, чтобы снизить потери на трении. В юбке поршня есть приспособления для крепления поршневого пальца.

 Охлаждается поршень по разному:

 — масляный туман в цилиндре;

 — разбрызгивание масла через отверстие в шатуне;

 — разбрызгивание масла специальной форсункой;

 — впрыскивание масла в определенный кольцевой канал в зоне колец;

 — циркуляция масла по трубчатому змеевику в головке поршня.

 Поршневые кольца соединены со стенками цилиндра. Они сделаны из модифицированного чугуна. Кольца трутся в поршне и являются самыми главными источниками трения. Потери на трение в кольцах доходит до 30% всех потерь в двигателе, обусловленных механикой.

 Число и расположение колец зависит от того, какой двигатель. Самая часто встречающая схема – 2 компрессионных и 1 маслосъемное кольцо. Компрессионные кольца имеют разные формы — похожи на трапецию, бочку или конус.

 Маслосъемное кольцо справляется с излишками масла с поверхности цилиндра и не дает маслу попасть в камеру сгорания. У кольца много дренажных отверстий. Некоторые конструкции колец имеют пружинный расширитель.

 Соединение поршня с шатуном происходит с помощью поршневого пальца, который имеет трубчатую форму и изготавливается из стали. Как установить поршневой палец? Есть несколько способов. Для начала самы известный способ, это со способностью переворачиваться в бобышках и поршневой головке шатуна во время действия. Чтобы не смещаться его фиксируют стопорными кольцами. Намного редко используется жесткое закрепление концов пальца в поршне или в поршневой головке шатуна.

 Из чего состоит поршневая группа? Из поршня, поршневых колец и пальцев.

 В каталоге запчастей для автомобиля на нашем сайте можно найти все основные элементы двигателя для любого автомобиля ваз или иномарку. На сайте можно посмотреть цены в интернет каталоге, и сделать заказ на поршни двигателя.

Что такое поршень — разбираемся вместе

Когда мы садимся за руль автомобиля, поворачиваем ключ в замке зажигания и нажимаем педаль газа, под капотом начинает происходить множество очень сложных механизмов, которые и производят движение. Эти все механизмы нас совсем не интересуют, главное чтобы автомобиль ехал. Но вот когда происходит поломка – мы начинаем ломать голову над тем, в чем же кроется причина и нам приходится осваивать всю необходимую информацию об устройстве и функционировании каждой отдельной детали. Но чтобы не тратить на это время, когда этого времени у Вас не будет, перед тем как садиться за руль, следует хорошо разобраться в особенностях автомобильных деталей.

В частности, сегодня мы поговорим с вами о поршне. Ведь эта деталь является центральной в процессе переработки топливной энергии в тепловую и механическую. Разберемся с Вами, что такое поршень, его назначение, основные требования к нему и особенности его конструкции.

1. Поршень двигателя и его основные характеристики

Мы конечно надеемся, что опытным автомобилистам не нужно долго объяснять, что же такое поршень двигателя. Однако, если среди наших читателей есть «начинающие», то специально для них мы объясним, что поршень является деталью автомобиля, которая преобразует изменения давление газа, пара и жидкости внутри двигателя в механическую силу. Поршень имеет форму цилиндра, внутри которого постоянно совершаются возвратно-поступательные движения, благодаря которым и образуется механическая сила.

Обязанность у этой детали очень ответственная и от того, насколько он хорошо с нею справляется и зависит его эффективность. На самом деле он является наиболее сложной деталью автомобиля, разобраться в особенностях и противоречивых свойствах которой неподготовленному уму довольно трудно. Мало кто знает, но практически ни один автомобильный концерн не занимается самостоятельным изготовлением поршней для своих автомобилей, а заказывают их специально под свои моторы. Усложняет ситуацию для простых автомобилистов и тот факт, что на сегодняшний день существует большое количество разных форм и размеров поршней. Поэтому, обслуживание и ремонт этой детали может всегда проводиться по-разному.

Каким требованиям должен соответствовать надежный поршень?

Поскольку поршень – деталь довольно сложная, то и требований к ней выставляется великое множество. В связи со сложностями производства, изготовителей поршней двигателей не так уж и много, да и стоит эта деталь на авторынке совсем не мало. И так, давайте разберемся, каким требованиям должен соответствовать хороший поршень:

1. Перемещаясь внутри цилиндра, именно поршень двигателя обеспечивает расширение сжатых газов, которые являются продуктом горения топлива. Благодаря этому газы могут выполнять механическую работу – приводить в действие все остальные механизмы автомобиля. Как следствие, основное требование к поршням – возможность сопротивляться высокой температуре при которой проходят все эти процессы, высокому давлению газов и хорошо уплотнять канал цилиндра (иначе он не сможет влиять на давление газов).

2. Поршень не является одиночным устройством, он действует вместе с цилиндром и поршневыми кольцами. Вместе эти детали образуют линейный подшипник скольжения. В связи с этим подшипник обязательно должен отвечать всем требованиям и особенностям пары трения. Если все требования будут учтены с самой высокой точностью, то это не только поможет минимизировать механические потери при сгорании топлива, но и износ всех деталей.

3. Поршень постоянно находится под сильными нагрузками, самыми сильными из которых являются нагрузки от камеры сгорания топлива и реакции от шатуна. Его конструкция обязательно должна учитывать все эти факторы и выдерживать такое сильное механическое воздействие.

4. Не смотря на то, что поршень в процессе работы движется с довольно большой скоростью, он не должен сильно нагружать инерционными силами кривошипно-шатунный механизм автомобиля, иначе это может привести к поломке.

2. Назначение поршней или их функциональные обязанности

Мы уже неоднократно упоминали, что поршень выполняет очень важную роль во всей работе автомобильного двигателя. Так, основное назначение поршней заключается в том, чтобы:

— принимать давления газов из камеры сгорания и передавать эти давления на коленчатый вал двигателя в виде механической силы;

— уплотнять полость цилиндра двигателя, которая находится над поршнем. Таким образом, он предохраняет весь автомобильных механизм от прорыва газов в кратер и от того, чтобы в него проникало смазочное масло.

Причем вторая функция является более важной, поскольку именно благодаря этому поршень сам себе обеспечивает нормальные условия для работы. Даже о том, в каком техническом состоянии находится двигатель специалисты делают вывод только после осмотра поршневой группы и проверки ее уплотняющей способности. Ведь если расход масла превышает 3% от расхода топлива (а происходит это по причине его угара при проникновении в камеру сгорания), то весь автомобильный двигатель необходимо срочно отправлять в ремонт иле же он вообще может быть снят с эксплуатации. Понять, что с Вашим двигателем происходит что-то не то, можно по дымности отработанных газов. Но такого лучше не допускать.

Наверное, читая о том, что поршень и его элементы работают в условиях с очень высокими температурами, Вы удивляетесь, как это устройство само не выходит из строя? Добавим к этому, что кроме сложных температурных условий работу поршня постоянно сопровождают циклические, резко изменяющиеся, нагрузки. При всем этом элементам описываемой детали даже не всегда хватает смазки. Но об этом все конечно же подумали конструкторы и разработчики поршней.

Во-первых, конструируются они с учетом назначение и типа двигателя, на который они будут устанавливаться (стационарный, дизельный, двухтактный, форсированный или транспортный), поэтому для этого используются только самые устойчивые материалы.

Во-вторых, существует несколько путей, благодаря которым осуществляется охлаждение данной детали. Но сначала немного о том, как и куда перетекает тепло (или даже жар) из камеры сгорания. Оно выходит в окружающий холодный воздух, который омывает радиатор и двигатель, а также блок цилиндров. Но какими же путями поршень одает тепло блоку и антифризу?

1. Через поршневые кольца. Самое главное из них – первое, поскольку оно располагается ближе всего к днищу поршня. Так как кольца одновременно прижимаются и к поршневым канавкам и к стенке цилиндра, то благодаря им отдается около 50% всего потока тепла от поршня.

2. Благодаря второй «охлаждающей жидкость», роль которой выполняет моторное масло. Поскольку масло подступает к самым нагретым частям двигателя, то именно ему удается унести в картерный поддон очень большое количество тепла с наиболее разогретых точек. Однако, чтобы масло могло охлаждать поршни, оно также должно охлаждаться, иначе его очень скоро придется менять.

3. Тепло проходит через бобышки в палец, в шатун и в масло. Менее эффективный путь, однако, и он играет свою важную роль.

4. Как не странно, но топливо также помогает охлаждаться поршню и двигателю в целом. Так, когда в камеру сгорания поступает свежая смесь из топлива и воздуха, она перетягивает на себя довольно много тепла, хотя потом отдает его в еще больших количествах. Однако, количество смеси и тепла, которое она сможет поглотить, напрямую зависит от режима работы автомобиля и того, насколько открыт дроссель. Преимущество данного пути заключается в том, что смесь поглощает тепло именно с той стороны, с которой поршень больше всего и нагревается.

Однако, мы немного забежали наперед, поскольку начали говорить о функционировании поршня, не разобравшись до конца в конструктивных особенностях данной детали. Этому и посвятим следующий раздел.

3. Конструкция поршня: все, что необходимо знать о детали обычному автолюбителю

Вообще говорить о поршне в одиночку – все равно, что говоря о хлебе, обсуждать только свойства муки. Более логично ознакомиться со всей поршневой группой двигателя, которая представлена такими деталями:

— непосредственно сам поршень;

— поршневые кольца;

— поршневой палец.

Подобная конструкция поршневой группы является неизменной еще с момента появления самых первых двигателей внутреннего сгорания. Поэтому, данное описание будет общим практически для всех двигателей.

Естественно, самые важные функции выполняет поршень, конструкция которого не меняется вот уже как 150 лет. Если Вы не желаете стать профессиональным механиком, то Вам необходимо знать только о таких важных зонах поршня и их функциональных предназначениях:

1. Днище поршня. Поверхность детали, которая непосредственно обращена к камере сгорания двигателя. Своим профилем днище и определяет нижнюю поверхность этой самой камеры. Зависть эта форма может от: формы камеры сгорания, от ее объема, особенностей подачи в нее топливно-воздушной массы, от расположения клапанов. Бывают случаи, когда на днище имеется углубление за счет которого увеличивается объем камеры сгорания. Но, поскольку подобное является не желательным, то для уменьшения объема камеры приходится применять специальные вытеснители – определенный объем металла, расположенный выше плоскости днища.

2. «Жаровой (огневой) пояс». Таким термином обозначается расстояние, которое пролегает от днища поршня до его первого кольца. Важно знать, что чем меньше расстояние от днища до колец, тем более высокая тепловая нагрузка будет попадать на эти самые элементы, и тем сильнее они будут изнашиваться.

3. Уплотняющий участок. Речь идет о канавках, которые располагаются на боковой поверхности цилиндрообразного поршня. Эти канавки являются непосредственным путем установки колец, которые, в свою очередь, обеспечивают подвижность уплотнения. Также, в канавке для маслосъемного кольца обязательно должно быть отверстие, благодаря которому излишки масла могут выводиться во внутреннюю полость поршня.

Еще одна функция уплотняющего участка – отводить часть тепла от поршня двигателя используя для этого, как мы уже упоминали, поршневые кольца. Однако, для эффективного отвода тепла очень важно, чтобы поршневые кольца плотно прилегали как к канавкам, так и к поверхности цилиндра. Так, торцевой зазор первого компрессионного кольца должен составлять о 0,045 до 0,070 миллиметра, для второго – от 0,035 до 0,06 миллиметра, а для маслосъемного – от 0,025 до 0,005 миллиметра. А вот между кольцами и канавками показатель радиального зазора может составлять от 1,2 до 0,3 миллиметра. Но и эти показатели не являются значительными для человеческого глаза, их можно определить только при помощи специального оборудования.

4. Головка поршня. Это обобщенный участок, который включает в себя уже описанные выше днище и уплотняющую часть.

5. Компрессионная высота поршня. Расстояние, которое рассчитывается от оси поршневого пальца до днища поршня.

6. «Юбка». Нижняя часть поршня. Включает в себя бобышки с отверстиями, в которые устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность этого участка является опорной и направляющей поверхностью для поршня. Благодаря ей обеспечивается правильное соотношение оси поршня и оси цилиндра двигателя. Не менее важную роль играет и боковая поверхность «юбки», благодаря которой к цилиндру передаются поперечные усилия, возникающие периодически в поршневой группе двигателя. А специально для того, чтобы улучшить прорабатываемость поверхности юбки и уменьшить трение, она покрывается специальным защитным покрытием из олова (в основе покрытия может также использоваться графит и дисульфид молибдена. Или же вместо покрытия на юбку могут наноситься канавки специального профиля, которые удерживают масло и создают гидродинамическую силу, препятствующую контакту со стенками цилиндра.

Как и из чего: особенности изготовления автомобильных поршней

Понятно, что для выполнения таких функций, которые выполняет поршень, требуется достаточно «выносливый» металл. Однако, это далеко не сталь. Изготавливают поршни из сплавов алюминия, в состав которого всегда добавляют кремний. Делается это для того, чтобы снизить коэффициент расширения под воздействием высоких температур и увеличить стойкость детали к износу.

Однако, для изготовления поршней могут использовать сплав с разным процентом содержания кремний. К примеру, чаще всего для этой цели используют 13%-кремневые сплавы, которые называют эвтектическими. Есть сплавы и с более высоким содержанием кремния, которые называются заэвтектическими. И чем больше показатель этого процента, тем выше теплопроводные характеристики сплава. Но это не делает такой материал идеальным для изготовления поршней.

Дело в том, что при охлаждении такой материал начинает выделять зерна кремния, размерами от 0,5 до 1 миллиметра. Очевидно, что подобный процесс отражается на литейных и механических свойствах как материала, так и детали, которая из него изготовлена. По этой причине, кроме кремния в подобные сплавы вводят и следующий перечень регулирующих добавок:

— марганец;

— медь;

— никель;

— хром.

Как же изготавливается основная часть автомобильного поршня? Существует даже два способа, благодаря котором можно получить заготовку этой детали. Первый из них предполагает заливку горячего сплава в специальную форму под названием «кокиль». Данный способ является наиболее распространенным. Второй же вариант изготовления заготовки – это горячая штамповка. Но после механической обработки формы, будущий поршень также подвергают различным термическим обработкам, что позволяет повысить твердость металла, прочность и стойкость к износам. Также, подобные процедуры позволяют снять остаточное напряжение в металле.

Не смотря на то, что благодаря использованию кованого металла повышается прочность детали, у них есть и свои недостатки. Подобные изделия обычно изготавливаются в классическом варианте с высокой «юбкой», из-за чего они получаются слишком тяжелыми. Также, подобные изделия не позволяют использовать вместе с ними термокомпенсирующие кольца или же пластины. По причине увеличенного веса такого поршня, увеличивается и его тепловая деформация, как следствие – приходится увеличивать размер зазора между поршнем и цилиндром.

Последствия подобного совсем не порадуют водителя, поскольку ими являются повышенный шум работы двигателя, быстрый износ цилиндров и высокий расход масла. Оправдывает себя использование кованых поршней только в тех случаях, если автомобиль регулярно эксплуатируется на самых придельных режимах.

На сегодняшний день конструкторы и физики направляют все усилия на то, чтобы сделать конструкцию поршней как можно более идеальной и точной. В частности, самые главные тенденции направлены на следующий перечень:

— уменьшение веса детали;

— использование на поршне только «тонких» колец;

— уменьшение компрессионной высоты поршня;

— уменьшение поршневых пальцев и использование в конструкции поршня только самых коротких;

— усовершенствование защитных покрытий и применение их по всех поверхностях детали.

Подобные достижение сегодня можно увидеть на Т-образной конструкции поршней последнего поколения. называют данную конструкцию Т-образной именно благодаря внешнему сходству детали с буквой «Т». Главное отличие таких поршней – уменьшенная высота юбки и площадь ее направляющей части. Изготавливаются такие поршни из заэвтектического сплава, который содержит в себе достаточно большое количество кремния. А изготавливаются они преимущественно путем горячей штамповки.

Однако, какую именно конструкцию поршня двигателя захотят поставить на автомобиль его разработчики будет зависеть от многих факторов. Такому решению всегда предшествует длительный период подсчетов и анализа поведения всех узлов шатунно-поршневой группы под влиянием новой детали. Расчет всех деталей проводится на их самых предельных возможностях их конструкций и тех материалов, из которых они изготовлены. Однако, как это ни печально, но в этом случае производитель не будет переплачивать. Он выберет тот вариант, который как раз «в пору» обеспечивает необходимый ресурс, и не будет тратиться на его повышение.

Как бы там ни было, но обычным автомобилисту приходится разбираться и эксплуатировать то, что уже было установлено на его автомобиль. Надеемся, что наша статья помогла Вам лучше узнать о том, каким образом функционирует и в чем заключается назначение поршней. Желаем Вам, чтобы с этой деталью у Вас никогда не возникало проблем, для чего необходимо обеспечивать ей правильные условия эксплуатации – слишком не «гонять» и вовремя менять моторное масло.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Как работает двигатель автомобиля?

03.02.2019 Автомобильный двигатель: большой, грозный, но не такой уж сложный

Если бы кто-то сказал заглянуть под капот и найти там мотор, у большинства из нас не было бы больших проблем с ним. Вы просто показываете на самую большую деталь, здесь сомнений нет – силовой агрегат – самая огромная часть автомобиля. Но что на самом деле скрыто под этим чугунным или алюминиевым корпусом? Достижение поколений — это точно. Говорят, что двигатель — это сердце автомобиля — и это правильно — без него машина не поедет.

Так как же это работает и почему? Что заставляет автомобиль воспроизводить приятную симфонию звуков после поворота ключа в замке зажигания? Как получилось, что двигатель способен привести в движение колеса? Было бы сложно описать последовательно все существующие типы двигателей в мире. Однако существует схема, которая, за исключением нескольких случаев, остается неизменной и на которой проще всего объяснить, как работает двигатель автомобиля, то есть тот тип моторов, который сжигает бензин, дизельное топливо или масло.

Поршень: отсюда начинается всё

Вообще всю работу в двигателе выполняет поршень. Именно он движется в цилиндре по принципу «скольжения» — прямолинейно и поступательно. Последовательно — один раз вверх, один раз вниз. Задача поршня, как следует из названия, заключается в нажатии. Если не один, то другой путь.

Чтобы выполнить работу, привести к появлению полезной энергии (КПД больше нуля), поршень должен немного поработать и сделать четыре движения в цилиндре — первоначально он всасывает воздух или смесь через открытый всасывающий клапан, скользя вниз до самого дна цилиндра. Когда он располагается на дне цилиндра, наполненного воздухом, клапан закрывается. Когда цилиндр наполняется воздухом «до зубов», поршень крепко сжимает его, поднимаясь вверх. Специально для такого сжатого воздуха топливо впрыскивается сверху (в дизельном двигателе) или возникает искра (вариант с бензиновым вариантом), которая вызывает взрыв. Независимо от силы взрыва (бывает, что из-за простоя автомобиля, первая искра недостаточно сильна) поршень отправляется вниз. Когда поршень заканчивает свой путь, цикл может считаться оконченным, затем он совершает еще один ход — вверх. Его уже ждет открытый выпускной клапан, через который поршень выталкивает весь этот ненужный мусор (выхлопной газ) наружу.

Поршневой цикл: схема

Это тот самый дым, который в конечном итоге выходит из выхлопной трубы под вашей машиной. И так продолжается снова и снова: всасывание воздуха — поршень опускается, сжатие воздуха – поршень уходит вверх. Взрыв — поршень опущен, выталкивание выхлопа — поршень вверх. И все время снова и снова.

Таким образом, энергия взрыва превращается в работу, потому что движение поршня, соединенного с шатуном, вызывает вращение коленчатого вала, что приводит в движение силовой агрегат, который перемещает колесо автомобиля. Конечно, двигатель обычно имеет несколько поршней и цилиндров. В целом, чем они больше, тем больше работа двигателя и чем больше мощность этих цилиндров, тем больше потенциал двигателя и, следовательно, — лучшее ускорение, лучшая динамика, но также и большая потребность в топливе.

Предлагаем вам посмотреть занимательное видео, в котором подробно рассказывается и показывается каким именно образом работаем двигатель внутреннего сгорания автомобиля:

Например, когда указатель тахометра в вашей машине приближается к 2000 об./мин. (2 тысячи оборотов коленвала), это означает, что поршень совершает 4000 ходов в это время, и смесь попадает в цилиндр 1000 раз! Все это за минуту. И всего на один цилиндр. Теперь подумайте, сколько топлива нужно двигателю, если вы «стреляете» в него все время, разгоняя до 6000 оборотов при нажатой педали газа в пол!

Важность моторного масла

Чтобы двигатель работал исправно, очень важно наличие в картере масла. Каждый из нас отлично знает, что, чем лучше скольжение, тем более плавным является движение (вспомните фигурное катание). В принципе, там, где есть движение в двигателе, где одна деталь соприкасается с другой, туда и попадает масло. Его путь начинается с масляного поддона, который расположен под двигателем, масло всасывается специальным насосом, затем масляный насос вдавливает его в трубчатую сборку, которая направляет смазочный растовр в множество мест двигателя.

Представьте, что случилось бы, если бы в течение длительного времени все компоненты двигателя двигались «всухую». Теперь вы, наверное, понимаете, почему так важно время от времени проверять уровень масла в двигателе.

Бензиновый и дизельный моторы: в чем принципиальные отличия?

В чем главное отличие бензинового двигателя от дизельного? Речь идет о принципе зажигания. Бензиновые двигатели имеют искровое зажигание, дизель является самоходным. Что означают эти слова?

Бензиновые двигатели для взрыва в цилиндре используют искру, генерируемую на свече зажигания. В дизельных двигателях всё совсем иначе. В дизельном моторе воздух в цилиндре сжимается поршнем гораздо сильнее. Настолько, что внутри создается высокая температура, достаточная для взрыва смеси в цилиндре без искры. Бензин не возгорается из-за большого давления, соляра (дизельное топливо), наоборот, не горит при нормальных условиях от обычной искры.

Двигатели также различаются по расположению и количеству цилиндров. В Европе наиболее популярными являются рядные двигатели — как можно заключить из названия, цилиндры, в которых движутся поршни, в них расположены в ряд. Рядный четырехцилиндровый двигатель будет отмечается символом R4, шестицилиндровый R6 и т. д. Теперь представьте, что Lamborghini собирается смонтировать большой 12-цилиндровый двигатель под капотом своей модели. Если бы производитель хотел установить все цилиндры в один ряд, двигатель занял бы много места. Таким образом, было изобретено другое решение — разветвленное расположение цилиндров в два ряда, под углом 60, 90 и даже 180 градусов (оппозитный мотор). Все двигатели этого типа обозначены буквой V, в данном случае это будет двигатель V12. Однако более популярными являются установки V6 и V8. Такие автомобили изготавливались в середине прошлого века в США, после финансового кризиса их посчитали недостаточно оправданными.

Эти «демонические», действительно мощные, производительные моторы, встречаются реже, их можно обнаружить, чаще всего, в Subaru или Porsche. Здесь поршни расположены с обеих сторон коленчатого вала, лицом друг к другу, что делает весь двигатель, по сравнению с другими, очень плоским, но не менее объемным.

Рядный двигатель

Когда дело доходит до поршневого устройства, существует еще один тип двигателя, который сильно отличается от остальных. Это двигатель с одним вихревым поршнем, так называемый Двигатель Ванкеля. Также существуют специальные роторные моторы (цилиндры расположены по кругу), сферические моторы (поршень двигается не поступательно, а описывает сферу) и многие другие изобретения.

поршневая группа для автомобилей и автобусов Scania, цилиндры и поршни

Долговечность и оптимальное качество смазки

Цилиндро-поршневая группа Scania, благодаря оптимальной смазке, гарантирует самые высокие эксплуатационные характеристики и долговечность. Благодаря новым поршням и гильзам, двигатель получает новую жизнь.

Цилиндро-поршневая группа Скания — только факты

Взаимодействие элементов

Цилиндро-поршневая группа подвергается значительным нагруз-кам. При сжатии и воспламенении топливно-воздушной смеси нагрузка на поршни может составлять до 18 тонн. Такие условия возникают несколько тысяч раз в минуту. Даже при наличии охлаждения температура поршня составляет около 400 градусов. Поэтому важно обеспечить, чтобы гильзы цилиндров, поршни и поршневые кольца обладали необходимыми характеристиками и обеспечивали надежную совместную работу. Эффективная смазка продлевает срок эксплуатации. В этой связи очень важную роль играют конструкция и поверхностные характеристики гильз цилиндров.

Какую работу Мы проделали

1. Длительный срок службы
   Долговечность цилиндро-поршневой группы Scania обеспечивается грамотным подбором материалов и оптимизированной структурой поверхности. Плосковершинное хонингование гильзы цилиндра гарантирует низкое трение и оптимальную смазку. Это, в свою очередь, снижает расход масла и повышает долговечность. В двигателях высокой мощности применяют хонингование и плазменное напыление гильз цилиндров, что также снижает риск коррозии.
2. Высокая результативность
   Стандартный стальной поршень имеет камеру сгорания геометрически оптимизированной формы, что обеспечивает высокую результативность и низкую токсичность выхлопа. В двигателях меньшей мощности применяются алюминиевые поршни. В
   обоих вариантах обеспечена высокая мощность и устойчивость к экстремальным нагрузкам.
3. Испытания и экологические аспекты
   Цилиндро-поршневая группа Scania прошла расширенные испытания на автомобилях при различных эксплуатационных условиях, в частности, при разных нагрузках, с маслом и топливом различного качества. Благодаря этому гарантирована долговечность частей в сложных эксплуатационных условиях и соблюдение применимых экологических нормативов.

Поршень двигателя: строение, принцип работы, неисправности

Поршень двигателя – это деталь цилиндрической формы, которая служит для преобразования энергии сжатой воздушно-топливной смести в энергию поступательного движения. Далее эта энергия при помощи шатунов и коленчатого вала преобразуется в крутящий момент.

Конструкция поршня

Стандартный поршень двигателя состоит из 3 основных частей:

• Днища: служит для восприятия тепловой нагрузки и газовых сил

• Уплотняющей части: передает большую часть тепла от поршня к цилиндру и препятствует прорыву газов

• Направляющей части: поддерживает положение поршня и передает боковую силу на стенку цилиндра

Рассмотрим подробнее каждую из этих частей.

Днище

Форма днища зависит от многих факторов: типа двигателя и смесеобразования, расположения форсунок, свечей и клапанов, метода организации газообмена в цилиндре.

Поршни с выпуклым днищем обладают повышенной прочностью, но камера сгорания при этом имеет линзовидную форму, а теплоотдача выше. В двигателях искрового типа увеличение теплоотдачи позволяет повысить допустимую степень сжатия, что способствует некоторой компенсации механических потерь.

Поршни с вогнутым днищем, напротив, образуют компактную форму камеры сгорания. Они используются в дизельных двигателях, а также в бензиновых агрегатах с высокой степенью сжатия и низким потреблением топлива. Такие детали более склонны к образованию нагара.

Поршни с плоским днищем проще в производстве. Они используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет большую толщину. Чем оно толще, тем больше масса самого поршня, но меньше нагрев. Стандартная толщина днища составляет 7-9 мм, в турбомоторах – 11 мм, а в дизельных двигателях – 10-16 мм. Существуют также поршни, толщина днища которых меньше стандартной – 5,5-6 мм. Такие применяются, к примеру, в некоторых моделях автомобилей Honda.

Для увеличения прочности, а также снижения вероятности перегрева и прогорания на некоторых видах поршней днище и первая канавка, предназначенная для компрессионного кольца, подвергаются твердому анодированию. То есть верхний тонкий слой алюминия преобразуется в керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

В уплотняющую часть входят маслосъемные и компрессионные кольца. Маслосъемные имеют сквозные отверстия по периметру, сквозь которые внутрь поршня поступает масло, удаленное с поверхности цилиндра. Некоторые из них снабжены специальным ободком, выполненным из стойкого к коррозии чугуна, со специальной канавкой для верхнего компрессионного кольца.

В современных двигателях используется всего три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов в картер двигателя из камеры сгорания. По форме они могут быть трапециевидными, коническими и бочкообразными. Некоторые виды таких колец имеют вырез. Наибольшие нагрузки воспринимает первое компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла из цилиндра. Они также препятствуют попаданию смазки в камеру сгорания, для чего служат сквозные отверстия. Некоторые виды таких колец оснащаются пружинным расширителем.

Диаметр уплотняющая часть меньше, чем диаметр юбки. Это связано с тем, что нагрев в данной части поршня выше. Жаровый пояс имеет еще меньший диаметр, что позволяет избежать задиров на кольцах и их заклинивания в канавках. В отличие от юбки, уплотняющая часть в сечении круглая, а не овальная. Таким образом высоту пояса можно уменьшить.

Наибольшее значение для уплотнения поршня играет качество колец. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше всего ошибок. К тому же до 80 % тепла от поршня отводится именно через кольца. Именно поэтому при неплотном прилегании данных элементов потери приходятся на юбку, что влечет за собой появление задиров. Чтобы минимизировать этот процесс, в процессе обкатки двигателя ограничивают его мощность.

При перегреве еще неприработанных колец снижается их упругость, вследствие чего возникает ряд проблем: выброс масла, пропуск газов в картер и т.д. Также при перегреве возможно смыкание стыков, которое ведет к поломке колец, а в некоторых случаях и к обрыву самого поршня.

Направляющая часть

Направляющая (тронковая) часть называется юбкой поршня. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец. Для фиксации последнего предусмотрены канавки, где размещаются детали, служащие для запирания пальца.

Нижняя кромка юбки предназначена для последующей механической обработки поршня. Для подобных целей она снабжается специальным буртиком. Если вес обработанного поршня больше, чем допускает двигатель, его подгоняют, снимая часть металла с внутренней стороны буртика. В тех местах, где находятся отверстия под поршневой палец, с наружной части юбки вырезают специальные углубления. В результате стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».

Стенки юбки поршня также предназначены для восприятия силы бокового давления, что увеличивает трение о стенки цилиндра и усиливает нагрев обеих деталей.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, когда двигатель уже прогрет и работает под нагрузкой, между юбкой и стенками цилиндра предусмотрен зазор. Его величина устанавливается в зависимости от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. Если зазор меньше, чем необходимо, при перегреве на поверхностях поршня образуются задиры, детали могут заклинивать в цилиндре. При большом зазоре ухудшаются уплотняющие свойства поршня, детали начинают стучать. Эксплуатировать такой двигатель не допускается.

Принцип работы поршня

Главная задача поршня – восприятие давления газов в цилиндре и передача энергии давления через поршневой палец на шатун. Далее она преобразуется коленчатым валом в крутящий момент двигателя. Подобную задачу невозможно реализовать без надежного уплотнения поршня, который движется в цилиндре. В противном случае произойдет прорыв газов в картер и попадание моторного масла в камеру сгорания из него. Для решения этой проблемы в поршне предусмотрены канавки, в которых установлены компрессионные и маслосъемные кольца. Для отвода масла в поршне находятся специальные отверстия.

В процессе работы днище поршня напрямую контактирует с горячими газами и нагревается. Избыток тепла от днища к стенкам цилиндра отводят поршневые кольца и охлаждающая жидкость. В тяжелонагруженных агрегатах предусмотрено дополнительное масляное охлаждение: масло через форсунки подается на днище и во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Чтобы уплотнение полостей поршня было надежным, его вертикальная ось должна совпадать с осью цилиндра. Перекосы недопустимы, так как они вызывают «болтание» поршня в цилиндре, снижают уплотняющие и теплопередающие свойства колец, а также увеличивают шумность работы двигателя. Для исключения подобных проблем служит юбка поршня. Она должна обеспечивать минимальный зазор как на холодном, так и прогретом агрегате.

Коэффициент расширения стенок цилиндра и самого поршня разные. Это обусловлено как разными конструкционными материалами, так и разницей в температуре нагрева. Чтобы нагретый поршень не заклинивало вследствие температурного расширения, существует два решения.

Первое – эллиптическая форма юбки поршня в поперечном сечении, где большая ось перпендикулярная оси пальца, а в продольном – конуса, который сужается к днищу поршня. Благодаря такой форме обеспечивается соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, что предотвращает заклинивание. Второе решение – заливка стальных пластин в юбку поршня некоторых моделей. При нагреве расширение металла происходит медленнее, что ограничивает расширение всей юбки.

В качестве конструкционного материала для производства поршней используется алюминий. Это обусловлено тем, что при высоких скоростях работы, которые характерны современным двигателям, нужно обеспечить малую массу движущихся деталей. Поэтому, если использовать более тяжелые металлы, то потребуются и более мощные компоненты: шатун, коленвал и блок с толстыми стенками. Все это сделает увеличит размер и вес силового агрегата.

В конструкции поршня могут быть реализованы и другие инженерные решения. Например, обратный конус, расположенный в нижней части юбки. Он служит для уменьшения шума из-за перекладки элемента в мертвой точке. Для улучшения смазывания юбки используется микропрофиль на рабочей поверхности, который представляет собой маленькие канавки с шагом 0,2-0,5 мм, а для снижения трения применяется антифрикционное покрытие.

В России покрытие для поршней выпускает компания «Моденжи». MODENGY Для деталей ДВС наносится на юбки поршней и другие детали двигателя: коренные подшипники коленчатого вала, втулки пальцев, распредвалов, дроссельную заслонку.

Покрытие способствует снижению трения и износа, предотвращает появление задиров на поверхностях и заклинивание поршня в цилиндре. Материал стоек к длительному воздействию моторного масла и в течение некоторого времени сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве. Удобная аэрозольная упаковка упрощает процесс нанесения благодаря тщательно настроенным параметрам сопла распылительной головки.

Причины износа поршня

Поршень, как и любой другой рабочий элемент двигателя подвержен износу и поломке. В случае с двигателем увеличение износа происходит при ежедневной эксплуатации, но до некоторого момента это незаметно и ДВС работает стабильно.  

При выработке ресурса деталей происходит резкое увеличение износа и начинаются всевозможные проблемы:

• Повышается расход масла

• Синий дым из выхлопной трубы

• Нагар на свечах

• Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах, о чем свидетельствует вибрация рычага КПП

• Увеличение расхода топлива в 2 и более раз

• Снижение мощности двигателя и т.д.

Все это свидетельствует о некорректной работе двигателя, в том числе и поршневой группы. Например, задиры на головке поршня возникают вследствие перегрева из-за нарушения процесса сгорания, деформации и/или засорения масляной форсунки, установки поршней неправильного размера и параметров, неисправностей в системе охлаждения, уменьшения зазора в верхней части рабочей поверхности.

Следы от ударов на днище поршня свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неверной посадке клапана, слишком малом зазоре в клапанном приводе, отложениях масляного нагара на головке поршня, неподходящем уплотнении ГБЦ, некорректно выставленным фазам газораспределения, чрезмерной подгонке торцевой поверхности ГБЦ.

Наплавления металла на поверхностях указывают на неравномерный впрыск топлива, позднее зажигание, недостаточное сжатие смеси, неверный момент начала впрыска, неисправность впрыскивающих форсунок.

Трещины в полости камеры сгорания и днище говорят о недостаточной компрессии в цилиндрах, плохом охлаждении поршня, некорректном моменте начала впрыска, неисправности или непригодности впрыскивающей форсунки. Подобные следы можно обнаружить, если установлены поршни с неподходящей формой полости камеры сгорания или на автомобилях, мощность двигателей которых была повышена искусственно (например, методом чип-тюнинга).

Поршневые кольца повреждаются вследствие неправильной установки поршней, избытка топлива в камере сгорания, при вибрации самих поршневых колец, сильном осевом износе кольцевой канавки и деталей.

Радиальный износ поршня возникает при избыточном количестве топлива в камере сгорания. Это происходит из-за сбоев в процессе приготовления смеси, при нарушении процесса сгорания, недостаточном давлении сжатия, неправильном размере выступа поршня. Осевой износ возникает в результате загрязнения из-за недостаточной фильтрации. Его также вызывают продукты износа, образующиеся во время приработки двигателя и загрязнения, которые не были полностью удалены при ремонте силового агрегата.

Повреждения юбки поршней может возникать по нескольким причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, неправильно просверленными отверстиями цилиндра или неправильно установленными отдельными цилиндрами, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры под углом 45° образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Кроме этого поверхности юбок поршней истираются из-за разбавления масла топливом, неисправного пускового устройства двигателя, недостаточного сжатия смеси, перебоев в зажигании и работе двигателя на переобогащенной воздушно-топливной смеси.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация. Она вызывается недостатком охлаждения, слишком низкой или высокой температурой, малым начальным давлением в системе охлаждения, применением неподходящей охлаждающей жидкости, неправильной и/или неточной посадки гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Обнаруженные блестящие места в верхней части цилиндра говорят об отложении масляного нагара на днище цилиндров. Они возникают вследствие избыточного содержания масла в камере сгорания, прорыва газов с проникновением масла во всасывающий тракт, частой езды на короткие дистанции или на холостом ходу, недостаточного отделения масляного тумана от картерных газов.

Иногда вышеописанные проблемы возникают комплексно.

Заключение

Так как поршень является одной из важнейших частей двигателя, в случае возникновения каких-либо неполадок нужно незамедлительно провести диагностику. Промедление грозит либо дорогостоящим ремонтом, либо полной заменой двигателя. Срок службы силового агрегата значительно продлевают качественные смазочные материалы и топливо.

Все, что вы когда-либо хотели знать о поршнях — Характеристика — Автомобиль и водитель

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Кусочки алюминия внутри вашего двигателя живут в огненном аду. При полностью открытой дроссельной заслонке и 6000 об / мин поршень бензинового двигателя каждые 0,02 секунды подвергается воздействию силы почти 10 тонн, поскольку повторяющиеся взрывы нагревают металл до температуры более 600 градусов по Фаренгейту.

В наши дни этот цилиндрический Аид жарче и интенсивнее, чем когда-либо, а с поршнями, вероятно, станет только хуже. По мере того, как автопроизводители стремятся к повышению эффективности, производители поршней готовятся к будущему, в котором самые мощные бензиновые двигатели без наддува будут вырабатывать 175 лошадиных сил на литр, по сравнению со 130 сегодня. С турбонаддувом и увеличенной мощностью возникают еще более жесткие условия. За последнее десятилетие рабочие температуры поршней поднялись на 120 градусов, а пиковое давление в цилиндрах увеличилось с 1500 фунтов на квадратный дюйм до 2200.

Поршень рассказывает историю двигателя, в котором он находится. Заводная головка может показывать отверстие, количество клапанов и то, впрыскивается ли топливо непосредственно в цилиндр. Однако конструкция и технология поршня также могут многое сказать о более широких тенденциях и проблемах, стоящих перед автомобильной промышленностью. Чтобы придумать изречение: как автомобиль едет, так и двигатель; и как двигатель едет, так и поршень. Стремясь к повышению топливной экономичности и снижению выбросов, автопроизводители требуют более легких поршней с низким коэффициентом трения, способных выдерживать более жесткие условия эксплуатации.Именно эти три проблемы — долговечность, трение и масса — отнимают рабочие дни поставщиков поршней.

Во многих отношениях развитие бензиновых двигателей идет по пути, проложенному дизелями 15 лет назад. Чтобы компенсировать 50-процентное увеличение пикового давления в цилиндре, некоторые алюминиевые поршни теперь имеют железную или стальную вставку для поддержки верхнего кольца. Самым горячим бензиновым двигателям скоро потребуется охлаждающий канал или закрытый канал на нижней стороне головки, который более эффективно отводит тепло, чем современный метод простого распыления масла на нижнюю часть поршня.Сквиртеры выстреливают маслом в небольшое отверстие в нижней части поршня, питающего галерею. Однако эту, казалось бы, простую технологию нелегко изготовить. Создание полого канала означает отливку поршня в виде двух частей и их соединение посредством трения или лазерной сварки.

На поршни приходится не менее 60 процентов трения двигателя, и улучшения здесь напрямую влияют на расход топлива. Снижающие трение пластыри, пропитанные графитом, нанесенные трафаретной печатью на юбку, теперь стали почти универсальными.Поставщик поршней Federal-Mogul экспериментирует с конической поверхностью масляного кольца, которая позволяет уменьшить натяжение кольца без увеличения расхода масла. Более низкое трение кольца может разблокировать до 0,15 лошадиных сил на цилиндр.

Автопроизводители также жаждут новых покрытий, снижающих трение между деталями, которые трутся или вращаются друг о друга. Твердое и скользкое алмазоподобное покрытие, или DLC, перспективно для гильз цилиндров, поршневых колец и пальцев на запястье, где оно может устранить необходимость в подшипниках между пальцем и шатуном.Но это дорого и мало применяется в современных автомобилях.

«[Производители] часто обсуждают DLC, но вопрос о том, попадут ли они в серийные автомобили или нет, — говорит Йоахим Вагенбласт, старший директор по разработке продукции немецкого поставщика автозапчастей Mahle.

Все более сложное компьютерное моделирование и более точные методы производства также позволяют создавать более сложные формы. В дополнение к чашам, куполам и углублениям клапана, необходимым для зазора и достижения определенной степени сжатия, асимметричные юбки имеют меньшую и более жесткую область на упорной стороне поршня, чтобы уменьшить трение и концентрацию напряжений.Переверните поршень, и вы увидите конические стенки толщиной чуть более 0,1 дюйма. Более тонкие стенки требуют более жесткого контроля допусков, которые уже измеряются в микронах или тысячных долях миллиметра.

Более тонкие стены также требуют лучшего понимания теплового расширения объекта, который иногда должен нагреваться ниже нуля до нескольких сотен градусов за считанные секунды. Металл в вашем двигателе не расширяется равномерно при нагревании, поэтому для оптимизации допусков требуется опыт проектирования и возможности точной обработки для создания небольших эксцентриситетов в деталях.

«Все, что мы делаем, не бывает прямым или круглым», — говорит Кери Вестбрук, директор по проектированию и технологиям Federal-Mogul. «Мы всегда вносим какую-то компенсацию».

Поршни дизельных двигателей претерпевают собственную эволюцию, поскольку пиковое давление в цилиндрах возрастает до 3600 фунтов на квадратный дюйм. Mahle и Federal-Mogul прогнозируют переход от литого алюминия к поршням из кованой стали. Сталь плотнее алюминия, но в три раза прочнее, что делает поршень более устойчивым к более высоким давлениям и температурам без увеличения веса.

Сталь позволяет заметно изменить геометрию за счет уменьшения высоты сжатия поршня, определяемой как расстояние от центра пальца запястья до вершины заводной головки. На эту площадь приходится 80 процентов веса поршня, поэтому чем короче, тем легче. Важно то, что меньшая высота сжатия приводит не только к усадке поршней. Это также позволяет сделать блок двигателя короче и легче, так как высота палубы уменьшается.

Mahle производит стальные поршни для передовых турбодизелей, таких как четырехкратный призер Ле-Мана Audi R18 TDI и двигатель Mazda LMP2 Skyactiv-D. Компания начнет поставки своих первых стальных поршней для легкового серийного дизельного двигателя Renault 1,5-литрового четырехцилиндрового двигателя в конце этого года.

Неизменная актуальность двигателя внутреннего сгорания обусловлена ​​непрерывной эволюцией его компонентов. Поршни не сексуальны. Они не такие модные, как литий-ионные батареи, такие сложные, как трансмиссия с двойным сцеплением, и не такие интересные, как дифференциал с векторизацией крутящего момента. Тем не менее, после более чем столетия автомобильного прогресса поршни возвратно-поступательного действия продолжают вырабатывать большую часть энергии, которая движет нами.

1. Феррари F136

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Ferrari 458 Italia (показан) , 458 Spider

Тип двигателя: DOHC V-8

Рабочий объем: 274 куб. Дюймов, 4497 ​​куб.

Удельная мощность: 125,0 л.с. / л.

Макс.скорость двигателя: 9000 об / мин

Диаметр отверстия: 3.70 дюйм

Вес: 2,1 фунта

2. Ford Fox

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Ford Fiesta (на рисунке) , Focus

Тип двигателя: рядный трехцилиндровый с турбонаддувом DOHC

Рабочий объем: 61 куб. Дюйм, 999 куб.

Конкретный вывод: 123.1 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6500 об / мин

Диаметр цилиндра: 2,83 дюйма

Вес: 1,5 фунта

3. Cummins ISB 6,7

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Ram Heavy Duty (показан)

Тип двигателя: дизельный рядный шестицилиндровый с турбонаддувом

Рабочий объем: 408 куб. Дюймов, 6690 куб.

Конкретный вывод: 55.3 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 3200 об / мин

Диаметр цилиндра: 4,21 дюйма

Вес: 8,9 фунта

4. Ford Coyote

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Ford F-150, Mustang (на фото)

Тип двигателя: DOHC V-8

Рабочий объем: 302 куб. Дюйма, 4951 куб.

Конкретный вывод: от до 84.8 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 7000 об / мин

Диаметр цилиндра: 3,63 дюйма

Вес: 2,4 фунта

5. Fiat Fire 1.4L Turbo

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Dodge Dart; Fiat 500 Abarth (на рисунке) , 500L, 500 Turbo

Тип двигателя: рядный четырехцилиндровый SOHC с турбонаддувом

Рабочий объем: 83 куб. Дюйма, 1368 куб.

Конкретный вывод: от до 117.0 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6500 об / мин

Диаметр цилиндра: 2,83 дюйма

Вес: 1,5 фунта

6. Cummins ISX15

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: большегрузные автомобили (показан International Prostar)

Тип двигателя: дизельный рядный шестицилиндровый SOHC с турбонаддувом

Рабочий объем: 912 куб. Дюймов, 14 948 куб.

Конкретный вывод: от до 40.1 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 2000 об / мин

Диаметр цилиндра: 5,39 дюйма

Вес: 26,4 фунта

7. Chrysler LA-Series Magnum V-10

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Dodge Viper (показан)

Тип двигателя: толкатель V-10

Рабочий объем: 512 куб. Дюймов, 8382 куб.

Конкретный вывод: 76.4 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6400 об / мин

Диаметр цилиндра: 4,06 дюйма

Вес: 2,8 фунта

8. Ford EcoBoost 3.5L

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Приложения: Ford Expedition, Explorer Sport, F-150 (показан) , Taurus SHO, Transit; Линкольн МКС, МКТ, Навигатор

Тип двигателя: с двойным турбонаддувом DOHC V-6

Рабочий объем: 213 куб. Дюймов, 3496 куб.

Конкретный вывод: от до 105.8 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6500 об / мин

Диаметр цилиндра: 3,64 дюйма

Вес: 2,6 фунта

9. Toyota 2AR-FE

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Scion TC (показан) ; Тойота Камри, РАВ4

Тип двигателя: DOHC рядный четырехцилиндровый

Рабочий объем: 152 куб. Дюйма, 2494 куб.

Конкретный вывод: от до 72.2 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6500 об / мин

Диаметр цилиндра: 3,54 дюйма

Вес: 2,5 фунта

10. Цепная пила Stihl MS441

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: MS441 Цепная пила C-M Magnum (на рисунке) , MS441 Цепная пила C-MQ Magnum

Тип двигателя: двухтактный одноцилиндровый

Рабочий объем: 4 куб. Дюйма, 71 куб.

Конкретный вывод: 79.7 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 13500 об / мин

Диаметр цилиндра: 1,97 дюйма

Вес: 0,4 ​​фунта

11. Chrysler Hellcat 6.2L

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Применения: Dodge Challenger SRT Hellcat

Тип двигателя: толкатель V-8 с наддувом

Рабочий объем: 376 куб. Дюймов, 6166 куб.

Конкретный вывод: 114.7 л.с. / л

Макс.скорость двигателя: 6200 об / мин

Диаметр цилиндра: 4,09 дюйма

Вес: 3,0 фунта

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

По мере увеличения нагрузки на поршни возрастают и требования к шатунам. Более высокое давление сгорания приводит к большим нагрузкам на стержни, соединяющие поршни с кривошипом.За редким исключением экзотических деталей из титана, шатуны обычно либо изготавливаются из порошковой стали, сжимаются и нагреваются в форме, либо выковываются из стальной заготовки для более эффективных применений. Главный технологический сдвиг — это треснувшие крышки шатунов как для металлических, так и для кованых шатунов. Раньше шток и крышка кривошипа изготавливались как отдельные детали. Стержни с треснувшими крышками выходят из формы как одна деталь в форме гаечного ключа. Конец шатунной шейки протравливается, а затем сжимается надвое.Полученная неровная поверхность улучшает выравнивание; обеспечивает более надежное соединение крышки со стержнем; и позволяет получить более тонкий и легкий узел шатуна.

РОЙ РИТЧИ, МАРК БРЭМЛИ, МИХИЛ СИМАРИ, РОБЕРТ КЕРИАН, INTERNATIONAL TRUCKS, STIHL USA, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Неметаллические поршни: Керамика и композиты отличаются меньшим тепловым расширением, меньшим весом и большей прочностью и жесткостью по сравнению с алюминием.В 1980-х Mercedes-Benz использовал грант правительства Германии для создания двигателя 190E с поршнями из углеродного композита, который без проблем пробегал 15 000 миль. Несмотря на то, что технология является надежной, ограничивающим фактором было производство. Исследование НАСА, проведенное в 1990 году, показало, что изготовление одного поршня из углеродно-углеродной заготовки стоило 2000 долларов. Альтернативой был трудоемкий процесс ручной укладки.

Роторы Ванкеля: Хорошо, хорошо, мы знаем, что это не возвратно-поступательный поршень, но чугунный треугольный ротор является аналогом поршня двигателя Ванкеля, потому что он преобразует энергию сгорания в крутящий момент.Поскольку на горизонте нет новой Mazda RX, наша единственная надежда на роторное возрождение, похоже, — это Audi, которая дразнила нас расширителем диапазона типа Ванкеля в своей гибридной концепции Audi A1 e-tron 2010 года.

Овальные поршни: В то время, когда двухтактные двигатели для мотоциклов были нормой, Honda представила четырехтактный двигатель на Мировом Гран-при мотоциклов в 1979 году. Это один из самых странных двигателей в истории. Мотоцикл Honda NR500 GP был оснащен двигателем V-4 с V-образным углом в 100 градусов, овальными цилиндрами с восемью клапанами на каждом и двумя шатунами на поршень.Герметизация овальных поршней оказалась сложной задачей (первоначальный бизнес Соитиро Хонда был поставкой поршневых колец для Toyota), но это было одной из наименьших проблем команды. Мотоциклы регулярно снимались с гонок World GP и иногда не попадали в квалификацию. В течение трех лет Honda вернулась к традиционному двухтактному гоночному двигателю.

Двигатели с оппозитными поршнями : Дизельный двухтактный двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами (OPOC) EcoMotors обеспечивает повышение эффективности на целых 15 процентов по сравнению с обычным двигателем с воспламенением от сжатия.Поместив камеру сгорания между двумя поршнями, компания устранила головки цилиндров и клапанный механизм, которые являются источниками значительных потерь тепла и трения. Двигатель OPOC с меньшим количеством деталей также должен быть дешевле и легче, если он не окажется на полке с фантастическим карбюратором Fish.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Что такое поршень и для чего он нужен

Поршень лежит в основе поршневого двигателя. Он состоит из движущейся круглой металлической части с поршневыми кольцами для обеспечения герметичного уплотнения после установки внутри цилиндра двигателя. Поршень прикреплен через поршневой / поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом.

В четырехтактных (бензиновых и дизельных) двигателях автомобилей процесс впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходит над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоском двигателе. ) внутри цилиндра, что приводит к проворачиванию коленчатого вала.

Из чего сделан поршень?

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

В результате поршни обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, но поршневые кольца (обычно состоящие сверху вниз, компрессионное кольцо, грязесъемное кольцо и масляное кольцо) изготавливаются из чугуна или стали.

Масляное кольцо вытирает масло со стенок цилиндра при движении поршня, но со временем оно и другие кольца могут изнашиваться, позволяя маслу из картера попасть 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 12 двигателями, но у большинства 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, где вода нагревается в котле, а образующийся 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.

Что такое поршень? Как топливо превращается в сырую энергию в двигателе

Поршень является важной частью двигателя внутреннего сгорания , который играет ключевую роль в преобразовании топлива, которое вы используете для заправки автомобиля, в энергию для движения вперед.

Это движущийся компонент, который используется для передачи усилия от газа, который расширяется в цилиндрах, на коленчатый вал для вращения колес.

Они необходимы для преобразования линейного движения в цилиндрах в круговое движение, которое может приводить в движение колеса.

Получить расценки на ремонт двигателя

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания в вашем автомобиле получает энергию за счет сжигания бензина или дизельного топлива. Газы, образующиеся при сжигании топлива при высоких температурах, используются для приведения в движение поршней и последующей передачи энергии для вращения колес вашего автомобиля.

Поршень представляет собой толстую металлическую пластину, сжимающую газ внутри цилиндров.

Пластина имеет диаметр, равный ширине цилиндров, поэтому воздух или топливо не могут выходить по бокам.

Он завершает цикл, начиная с верхней части цилиндра, когда открывается клапан для заполнения цилиндра воздухом и топливом.

Затем поршень прижимается вниз для сжатия смеси воздуха и топлива. Важно сжать смесь до того, как она воспламенится, так как это придает взрыву большую мощность и позволяет более эффективно использовать топливо.

Свеча зажигания создает искру, чтобы воспламенить топливо и вызвать взрыв.Сила взрыва перемещает поршень, и выпускной клапан открывается, позволяя сгоревшему топливу и дыму покинуть цилиндр.

При движении поршня вверх и вниз верхняя часть шатуна также перемещается вверх и вниз. Нижняя часть шатуна не зафиксирована в положении, которое позволяет ему двигаться круговым, а не линейным движением. Это круговое движение и будет использоваться для поворота колес.

Этот процесс повторяется снова и снова на высокой скорости в течение всего времени, пока ваш двигатель включен.

Получить расценки на ремонт двигателя

Точность и чистая энергия

Таким образом, легко увидеть, насколько поршень абсолютно необходим для внутренней работы вашего автомобиля. Без поршня не было бы способа превратить сырую энергию, содержащуюся в бензине или дизельном топливе, в силу, способную вращать колеса и вести ваш автомобиль вперед.

Все о двигателе / ​​моторе

Что такое поршень и как он работает?

Автомобильные двигатели — это сложные звери с сотнями движущихся частей.

Одна из самых узнаваемых деталей по названию — это поршень.

Хотя вы слышали о его важности, вы, вероятно, не можете объяснить, что он делает, верно?

Давайте рассмотрим роль поршня в двигателе автомобиля и выясним, что с ними может пойти не так.

Что такое поршень?

Поршень — это металлический компонент, который движется внутри цилиндра, как таран.

Кромка поршня снабжена кольцами, которые плотно прилегают к стенке цилиндра.

Изготовленный из литого алюминия или чугуна, поршень прикреплен к коленчатому валу с помощью шатуна и поворачивается на шатуне с помощью поршневого пальца.

На каждый цилиндр двигателя приходится по одному поршню.

Когда поршень перемещается в цилиндре вверх и вниз, шатун заставляет коленчатый вал вращаться.

Эта постоянная двухтактная сила преобразуется в мощность для всех функций вашего автомобиля, от вращения генератора переменного тока и насоса гидроусилителя руля до передачи крутящего момента на ведущие колеса.

Что делает поршень?

В любом двигателе внутреннего сгорания (кстати, это все автомобильные двигатели) поршень выполняет четыре роли в каждом цикле.

• Сначала, когда поршень опускается, он втягивает воздух и топливо в цилиндр или камеру сгорания.
• Во-вторых, во время подъема он сжимает воздух и топливо в цилиндре, поэтому он взорвется при воспламенении.
• В-третьих, свеча зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь, и сила отбрасывает поршень обратно вниз.
• В-четвертых, поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, вытесняя сгоревшие газы (выхлопные газы) из цилиндра.
• Затем цикл повторяется снова и снова, сотни или тысячи раз в минуту.

Что может пойти не так?

Как вы понимаете, поршень должен быть чрезвычайно прочным, чтобы выдерживать всю эту энергию.

Тем не менее, могут возникать проблемы, которые могут быть незначительными и раздражающими или серьезными и катастрофическими.

Удар поршня

Когда поршень изношен и может качаться из стороны в сторону вместо вертикального перемещения, нижний край поршня или юбка контактирует со стенкой цилиндра.

Это признак износа поршня.

Burning Oil

Это серьезная проблема для старых автомобилей.

Двигатель, который сжигает масло, является очевидным признаком того, что поршневые кольца не герметизируют цилиндр и масло попадает в камеру сгорания.

Сломанный шатун

Шатун может выломаться из поршня или коленчатого вала из-за дефекта, неправильного обращения или отсутствия смазки.

Обычно это заканчивается снятием остальной части двигателя.

Свободный поршневой палец

Дребезжание от двигателя может означать, что поршневой палец или палец на запястье имеют чрезмерный люфт в месте соединения с поршнем.

Сгоревший поршень

Неправильная топливовоздушная смесь может быть крайне вредной для здоровья внутри двигателя, даже вызывая расплавление верхней части поршня из-за высоких температур!

Можно ли заменить поршень?

Хорошая новость заключается в том, что поршень можно заменить в большинстве автомобилей, если не поврежден сам блок цилиндров.

И почти в каждом случае замену требует не только один поршень, но и полная перестройка двигателя.

Для многих марок и моделей замена двигателя столь же рентабельна, как и ремонт двигателя из-за проблем с поршнем.

Вы можете ожидать, что ремонт будет стоить от 3100 до 7400 долларов для среднего двигателя и вдвое больше, если это дизельный двигатель.

Если вы считаете, что у вас проблемы с поршнем, важно, чтобы ваш двигатель проверил квалифицированный механик.

Вы можете легко это сделать, выполнив поиск и заказав качественного местного механика на AutoGuru!

Основы работы поршневого двигателя

Многие люди всю свою жизнь водят машину, даже не понимая, как работают машины. У этих знаний есть много преимуществ. Курсы обучения водителей отлично подходят для обучения людей правилам дорожного движения, но многие из них даже не охватывают основы механики.

Сегодня на дорогах большинство автомобилей имеют двигатели 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 — это изучить различные части и то, что они делают во время этих циклов.

Преимущества понимания вашего двигателя

Есть много причин 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 в зависимости от того, что находится под капотом.Когда у вас есть собственный автомобиль, знание двигателя поможет облегчить обслуживание автомобиля и устранение механических неисправностей.

Точно так же, если вам когда-нибудь понадобится сдать автомобиль в ремонт, знакомство с двигателем поможет вам понять, какие работы необходимо выполнить и почему. Вы также можете определить, действительно ли в некоторых предлагаемых ремонтах нет необходимости.

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания

В основе двигателя автомобиля лежат цилиндры.У большинства машин их четыре, шесть или восемь штук. 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 выходить выхлопным газам. 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 стадии — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск.Поскольку в автомобилях обычно есть по крайней мере четыре цилиндра, которые запускаются последовательно, цилиндры всегда проходят разные стадии цикла, а это означает, что всегда есть поршень, приводящий в движение коленчатый вал.

• Впускной цикл : Во время впускного цикла 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, поскольку поршень движется вверх, он сжимает воздух и топливо в камере сгорания. Как только это происходит, свеча зажигания используется для воспламенения топлива и воздуха, и в результате взрыв толкает поршень обратно вниз.
• Выпускной цикл : Во время последней стадии цикла выпускной клапан открывается, когда поршень достигает дна цилиндра, и оставшееся топливо и воздух выпускаются из камеры сгорания.

Знание основ работы двигателя транспортного средства полезно при покупке и обслуживании автомобиля, и это может даже помочь вам диагностировать проблемы, когда что-то идет не так. Изучение двигателя вашего автомобиля — лишь один из компонентов комплексного обучения водителей, но во многих случаях эти знания могут помочь вам выбраться из затора.

Чтобы узнать больше о своей машине и получить навыки вождения, которые помогут вам и другим в безопасности на дороге, запишитесь на занятия в Western Slope Driving School в Литтлтоне.Мы являемся лучшим в регионе институтом вождения как для начинающих, так и для опытных водителей.

Безупречные поршни: как замена масла может обеспечить бесперебойную работу поршней двигателя автомобиля

Даже самые сознательные автовладельцы не всегда уделяют должное внимание тому, что происходит под капотом их автомобиля. Под капотом работает двигатель автомобиля. Если не все эти движущиеся части содержать в чистоте и не содержать в хорошем состоянии, некоторые или все из них могут заблокироваться или выйти из строя.Одна из таких частей — поршень.

Что такое поршень и для чего он нужен?

Начнем с начала. На самом базовом уровне двигатель внутреннего сгорания требует топлива, давления и искры. Поршни работают вместе с цилиндрами, обеспечивая эти элементы. Когда поршни поднимаются, в цилиндре создается давление. Цилиндр содержит пар, состоящий из воздуха и топлива. Когда цилиндр находится в самой высокой точке, искра свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.Эта реакция заставляет поршень опускаться с высокой скоростью. Затем другие компоненты передают эту энергию колесам.

Хорошо… При чем здесь замена масла?

Масло смазывает движущиеся части двигателя автомобиля. Думайте о масле как о покрытии, которое защищает кожу от натирания. Кроме того, масло отводит тепло от рабочих частей автомобиля. Это важно, поскольку двигатель автомобиля может сильно нагреваться. Это также помогает предотвратить скопление лака и углерода. Что касается поршней, то масло защищает поршни от царапин во время их движения по цилиндрам.В конце концов, царапины могут привести к блокировке поршней, что может привести к неработающему двигателю и неуправляемому автомобилю. Даже если дело никогда не зайдет так далеко, шлам и остатки могут препятствовать движению поршня. Это может помешать двигателю автомобиля работать с максимальной эффективностью.

Что мне нужно сделать, чтобы позаботиться о поршнях двигателя моего автомобиля ?

Выполняйте регулярную замену масла с интервалами, рекомендованными вашим производителем. Кроме того, обязательно выбирайте синтетическое масло.Синтетическое масло имеет много преимуществ, которых нет у натурального масла. Во-первых, он создается в лаборатории. Это означает, что его можно настроить для различных целей (в отличие от использования натурального масла). Производители конструируют синтетическое масло таким образом, чтобы оно служило дольше и было более гладким, чем натуральное », что означает, что оно лучше снижает трение.

Краска и отделка вашего автомобиля важны, но также важно то, что происходит под капотом. Подарите своему автомобилю день в спа-салоне Mr. Clean Car Wash, спросите о замене масла на синтетическое.

Вернуться на главную страницу блога

Вот почему у нас нет двигателей с оппозитными поршнями — по крайней мере, пока

• Двигатель с оппозитными поршнями существует уже более 100 лет, и я более эффективен почти во всех отношениях.
• В двигателе нет традиционных клапанов, кулачков или распредвалов, а также головки, поэтому его проще и дешевле производить, собирать и эксплуатировать.
  
• Испытательный двигатель Achates Power будет работать этим летом на Peterbilt 579.Другая версия — двигатель мощностью 1000 л.с. для боевой машины — будет серийно производиться компанией Cummins в 2024 году. для армии США.

---

Почему почти каждый автомобиль в мире имеет четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто? Несомненно, после более чем 100 лет существования автомобилей кто-то должен был придумать что-то лучшее?


Ну, да, и почти сразу. Нет, я не говорю о Wankel, хотя вы должны отдать должное Mazda за то, что она придерживалась этого так долго.И нет, я не говорю о радиальных, газовых или паровых турбинах. Я говорю о двигателе с оппозитными поршнями.

Двигатели с оппозитными поршнями используются с конца 19 века, так что идея не нова. В то время их использовали в тяжелых транспортных средствах, таких как поезда, танки, корабли и подводные лодки. Их преимуществом на раннем этапе был диапазон. В 1930-х годах самолет пролетел 6000 миль с оппозитным поршневым двигателем без дозаправки. Подводные лодки тоже оценили дальность. Как и поезда. Вы можете пойти дальше с топливом, которое вы можете перевозить с помощью двигателя OP.


Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Вот как работает двигатель с оппозитными поршнями: два поршня имеют общий цилиндр, каждый со своим коленчатым валом и шатуном. Поршни движутся навстречу друг другу и (почти) встречаются в верхней мертвой точке. По мере приближения поршней друг к другу (или, может быть, непосредственно перед ним) в верхней части каждого хода, дизельное топливо впрыскивается в цилиндр и происходит сгорание.Поскольку двигатель, о котором мы говорим, является дизельным, свеча зажигания не требуется. Затем происходит сгорание, которое раздвигает поршни. Потенциальная энергия была преобразована в работу.

Два коленчатых вала, по одному на каждом конце двигателя, соединены набором шестерен, от которых мощность передается на колеса (или гребной винт, или что-то еще, что вы приводите в действие).


Клапаны выполняют функцию отверстий в стенках цилиндров вниз ближе к нижней части хода (или вверх, поскольку в каждом цилиндре есть два поршня).Один набор отверстий позволяет выходить выхлопным газам, а другой набор отверстий на другом конце цилиндра впускает всасываемый воздух. Выхлопные отверстия больше и остаются открытыми дольше, чтобы вывести сгоревшую воздушно-топливную смесь. Это цикл Аткинсона. Каждый поршень срабатывает при каждом такте, что делает его двухтактным.


В двигателе нет традиционных клапанов, кулачков или распределительных валов, а также головки, поэтому его проще и дешевле производить, собирать и эксплуатировать. Теплота сгорания передается не в головку блока цилиндров, а в противоположный поршень, что, опять же, более эффективно.

Все это я узнал во время вебинара, проведенного Calstart, консорциумом 280 компаний, стремящихся сделать воздух чище за счет более эффективной транспортировки. Веб-семинар был посвящен грузовикам средней и большой грузоподъемности, и Calstart призвал компании рассмотреть вопрос о двигателях с оппозитными поршнями для своих грузовиков.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Компания, разрабатывающая двигатель, называется Achates Power из Сан-Диего.Он был основан физиком-теоретиком доктором Джеймсом Лемке (1929-2019). За долгую и продуктивную карьеру Лемке разработал все, что угодно, в том числе магнитные записывающие головки для магнитофонов телевещания. Если вы когда-либо смотрели телевизор в период между живыми программами и эпохой цифровых технологий, вы можете поблагодарить Лемке. Он имеет более 114 патентов. Раньше он любил летать на своем двухмоторном Beech Baron в Баху на выходные. В один из таких выходных он принес книгу по теории двигателей внутреннего сгорания с оппозитными поршнями.

«Знаешь, легкое чтение», — пошутил он на видео компании.

Он узнал, что, хотя такие двигатели использовались на протяжении многих лет, они так и не были доведены до своего современного потенциала.

«Когда я обнаружил этот двигатель, стало ясно, что с помощью современных методов, таких как вычислительная гидродинамика, можно будет улучшить характеристики двигателя намного больше, чем это было возможно, когда он был впервые разработан».

Этот контент импортирован с YouTube.Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Итак, он основал компанию для этого. Компания Achates Power была основана в 2004 году и приступила к разработке двигателя с оппозитными поршнями. Achates Power не является производственной компанией; это оставалось бы производителям двигателей, таким как Cummins, Caterpillar и Navistar.

«Achates Power сотрудничает с ведущими производителями двигателей, лицензирует проекты, инструменты разработки и тестирования, программное обеспечение и патенты, которые позволяют использовать двигатели для ряда приложений, которые сокращают выбросы CO2 и критические выбросы и обеспечивают надежное соответствие требованиям экономически эффективным способом», — говорится в сообщении. шаблон на сайте Achates.

Текущие проекты включают двигатели с оппозитными поршнями для легковых автомобилей, грузовиков средней и большой грузоподъемности, использования в военных целях, а также для бездорожья и производства электроэнергии. Двигатель с оппозитными поршнями Achates Power, который я видел на вебинаре Calstart, был сверхмощным дизельным двигателем для использования в 18-колесных автомобилях. 10,6-литровый трехцилиндровый двигатель (с шестью поршнями) развивает 400 л.с. при 1700 об / мин и 1674 фунт-фут крутящего момента при 950 об / мин. Он призван заменить 13-литровый четырехтактный рядный шестицилиндровый дизельный двигатель. Существует испытательный двигатель Achates Power, который работает с июля прошлого года на Peterbilt 579.Этим летом им воспользуется Walmart. Силовая установка Peterbilt от Achates Power имеет нагнетатель и турбокомпрессор для еще большей эффективности.

Демонстрация двигателей для тяжелых грузовиков показывает, что с 1990 года по сегодняшний день выбросы NOx сократились на 98%, а твердых частиц — на 99%. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам готовится принять постановление, согласно которому к 2027 году выбросы NOx снизятся еще на 90%, а PM — еще на 50% (в общей сложности на 99,8% сокращение выбросов NOx в период с 1990 по 2027 год). Результаты, представленные на веб-семинаре на этой неделе, показывают, что Ахатес может снизить выбросы NOx на 96% по сравнению с сегодняшними стандартами (на 65% ниже стандарта CA 2027 года) и CO2 на 7% ниже сегодняшнего стандарта EPA.

«Важно отметить, что все это делается с помощью обычных систем дополнительной обработки пола и, вероятно, будет наиболее экономичным и надежным способом соответствовать новым стандартам», — сказал исполнительный вице-президент Achates Power по развитию бизнеса Ларри Фромм.

«С помощью вычислительной гидродинамики мы обнаружили, что когда два поршня сближаются, формируя контур каждого поршня так, чтобы он дополнял друг друга, мы могли создать псевдообъем сгорания, который был бы очень эффективным при смешивании воздуха и топлива, и это было частью решения по повышению топливной эффективности », — сказал Лемке.«У многих двигателей есть золотая середина, где они получают максимальную эффективность. Если вы этого не сделаете, эффективность очень быстро упадет. У нас очень ровный участок и везде примерно одинаковая эффективность. Любое применение дизельного топлива в настоящее время выиграет от этой конфигурации — двухтактной — за счет большей эффективности и более чистых характеристик ».

Лемке привел один пример.

«Нам известна одна торговая точка, в которой имеется 7 200 грузовиков. В прошлом году их счет на топливо только для этих грузовиков составил 350 миллионов долларов.Мы можем сэкономить им от 70 до 100 миллионов долларов в год, просто перейдя на этот двигатель ».

Вот 10,6-литровый трехцилиндровый дизель Achates Power в Peterbilt 579.

Сила Ахатеса

Так почему же не все переходят на этот двигатель?

«Это было похмелье двух ужасов, которые предвосхитили коленные рефлексы многих людей», — сказал Лемке. «Двухтактный? Нет, вы не можете сделать его чистым, вы не можете сделать его эффективным.

Фромм добавляет больше перспектив.

«Вплоть до недавнего времени (благодаря нашей работе, подобной той, что вы видели вчера), почти все считали, что двухтактные двигатели не могут соответствовать современным стандартам выбросов на шоссе», — сказал Фромм. «Это связано с тем, что двухтактный цикл очень сложен — газообмен и сгорание происходят в одном непрерывном процессе. Вы должны оптимизировать систему в целом. До появления суперкомпьютеров и сложной химически реактивной вычислительной гидродинамики оптимизация осуществлялась интуитивно, методом проб и ошибок.В результате все двухтактные двигатели были сняты с регулируемых рынков ».

Так что, возможно, мир должен узнать о современных двухтактных двигателях с оппозитными поршнями. И именно здесь вступает в силу веб-семинар Calstart и его расширение Achates Power.

«Мы собираем группу организаций, чтобы продвигать сверхмощный двигатель с оппозитными поршнями на пути к коммерциализации, с целью сделать двигатели доступными в 2027 », — сказал Фромм. «Замечу, что другая версия этого двигателя — двигатель мощностью 1000 л.с. для боевой машины — будет серийно производиться Cummins в 2024 году для U.С. Армия ».

Является ли двигатель с оппозитными поршнями следующим большим достижением? Или это просто еще один из миллиона двигателей, придуманных другими ребятами 100 лет назад, которые никуда не делись? Взгляните на ссылку Дуглас-Селф здесь. На нем показаны 115 двигателей, от Bakewell Wingfoot до Jasper Explosive Motor, которые кто-то когда-то думал, что они станут Следующей Большой Вещью.

Я сам эгоистично посоветовал бы Porsche заменить нынешнюю плоскую шестерку двигателем с оппозитными поршнями на шестипоршневую трехкомпонентную конфигурацию.Или, может быть, Subaru следует использовать его для создания FrankenSoob. Я всегда доступен для планирования продукта и инженерного консультирования.

Как вы думаете, двигатель с оппозитными поршнями получит более широкое распространение? А какие ваши любимые нестандартные конструкции двигателей? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

.