Поршни
Поршень двигателя внутреннего сгорания – это деталь цилиндрической формы, расположенная внутри цилиндра, соединённая с кривошипно-шатунным механизмом и передающая энергию расширяющихся газов кривошипу.
Купить поршни вы можете в любом из наших магазинов или оформив заявку в нашем интернет-магазине.
Устройство поршня
В поршне выделяют головку (верхняя часть поршня) и юбку (нижняя часть). Основными элементами головки являются днище (поверхность поршня, обращённая в камеру сгорания), огневой пояс (часть головки от днища до канавки первого кольца) и уплотняющий пояс (часть головки, на которой расположены канавки колец). В юбке выделяют бобышки (служат опорой для поршневого пальца) и направляющую часть.
Схема 1. Устройство поршня.
1. Диаметр поршня (измеряется в области юбки).
2. Эксцентричность оси поршня относительно оси пальца (необходима для нормальной работы кривошипа).
3. Общая длина (высота) поршня.
4. Диаметр отверстия под поршневой палец (диаметр пальца).
5. Компрессионная дистанция (высота). В данном случае она измерена от центра отверстия под палец до вершины поршня. Часто это расстояние измеряется от начала отверстия под палец до вершины поршня.
6. Канавка маслосъёмного кольца. Как правило, в этой канавке просверлены сквозные отверстия для стока масла внутрь поршня.
7. Канавки компрессионных колец.
8. Масляный канал охлаждения поршня (масляная галерея).
9. Ямка клапана.
10. Углублённая камера сгорания и/или выступающая часть днища.
11. Днище поршня.
12. Огневой пояс.
13. Чугунная вставка первого кольца (применяется на высоконагруженных поршнях).
14. Пояс поршневых колец (уплотняющий пояс).
15. Маслосгонный канал.
16. Компенсаторные вставки (ограничивают тепловое расширение юбки в плоскости качения шатуна).
17. Юбка поршня.
Днище поршня может иметь ровную плоскую поверхность, но чаще оно имеет различной формы углубления и/или возвышения. Углубления необходимы для того, чтобы поршень не задевал выступающие из головки блока клапана, на некоторых двигателях углубления в днище поршня выполняют функцию камеры сгорания. Выступы на днище поршня направляют потоки газов внутри цилиндра, улучшая его продувку.
Поршень во время своей работы подвергается пульсирующему воздействию температурных, механических и химических факторов. Поэтому поршень должен обладать следующими свойствами:
1. Механической прочностью (на поршень воздействует высокое давление расширяющихся продуктов горения).
2. Поршни должны обладать минимально возможной массой (для снижения сил инерции воздействующих на кривошип).
3. Поршни должны обладать высокой теплопроводностью (для охлаждения камеры сгорания и предотвращения калильного зажигания).
4. Поршни должны обладать минимально возможным коэффициентом температурного расширения (для предотвращения заклинивания поршня в цилиндре при разогреве двигателя).
5. Коррозионная стойкость (во время работы поршень подвергается воздействию агрессивных химических веществ, образующихся в процессе сгорания топлива).
6. Антифрикционные свойства (поршень должен скользит по поверхности цилиндров с минимальным сопротивлением).
Поршни современных двигателей изготавливаются из алюминиевых сплавов. На старых низкооборотистых двигателях поршни изготавливались из чугуна.
На что нужно обращать внимание при замене поршней
1. При покупке новых поршней нужно проверить их комплектность (обязательно наличие поршневых пальцев и стопоров – если они используются на данном двигателе). Нужно осмотреть поршни на отсутствие механических повреждений (поршни изготавливаются из хрупких алюминиевых сплавов и при падении коробки с поршнями в процессе транспортировки, могут возникнуть механические повреждения).
2. При покупке дубликатных поршней нужно проверять их на предмет наличия заводского брака (несоосность отверстия под палец, прослабление пальца, микротрещины, пузыри).
3. При покупке поршней ремонтных размеров перед выполнением расточки блока цилиндров нужно проверить купленные поршни по пунктам 1 и 2.
4. Поршневые кольца должны быть установлены на поршень правильно, со строгим соблюдением ориентации колец и их зазоров.
5. При замене поршней обязательно нужно убедиться, что цилиндры и шатуны, коленвал, система смазки и прочие элементы двигателя находятся в нормальном (рабочем) состоянии.
Поршень двигателя: конструктивные элементы, признаки и причины их износа
Поршень двигателя внутреннего сгорания представляет собой деталь цилиндрической формы, которая двигается внутри цилиндра и отвечает за преобразование энергии газов в энергию поступательного движения.
Стандартный поршень ДВС состоит из 3 основных элементов: днища, уплотняющей и направляющей частей.
Днище (или головка) служит для восприятия тепловой нагрузки и газовых сил, образующихся вследствие сгорания топливно-воздушной смеси.
Уплотняющая часть, состоящая из нескольких поршневых колец, отводит тепло от поршня к цилиндру и препятствует прорыву газов.
Направляющая часть (юбка) поддерживает положение поршня и передает боковое усилие на стенки цилиндра.
Далее каждая из этих частей будет рассмотрена более подробно.
Днище поршня
Днище поршня может иметь разную форму, что зависит от типа двигателя, особенностей смесеобразования и газообмена в цилиндре, расположения форсунок, свечей и клапанов.
Детали с выпуклым днищем обладают повышенной прочностью, однако они работают в камере сгорания линзовидной формы, что увеличивает теплоотдачу и механические потери.
Поршни с вогнутым днищем используются в дизельных моторах и бензиновых двигателях с высокой степенью сжатия. Они образуют компактную форму камеры сгорания, однако более склонны к образованию нагара.
Наиболее простыми и распространенными являются поршни с плоскими днищами. Ими оснащаются многие бензиновые двигатели, а также дизельные ДВС вихрекамерного и предкамерного типа.
Днище поршня принимает на себя основную термическую нагрузку, поэтому толщина поршня в этой части больше, чем в других. Чем днище толще, тем больше масса детали, но меньше ее нагрев.
Стандартная толщина днища поршня в обычных двигателях – 7-9 мм, в турбомоторах – 11 мм, в дизельных ДВС – 10-16 мм.
В целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания некоторые виды поршней в области днища и канавки первого компрессионного кольца подвергаются твердому анодированию. В ходе этой операции верхний тонкий слой алюминия преобразуется в керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.
Уплотняющая часть
Уплотняющую часть поршня составляют поршневые кольца: в современных двигателях используется, как правило, три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.
Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер двигателя. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды таких колец имеют вырез. Наибольшие нагрузки воспринимает первое компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали, ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.
Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла и предупреждения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца. Через них масло, удаленное со стенок цилиндра, поступает внутрь поршня, а затем попадает в поддон картера двигателя.
Некоторые виды маслосъемных колец оснащены пружинным расширителем.
Диаметр уплотняющей части поршня меньше, чем направляющей. Это связано с повышенным нагревом детали в районе колец. Жаровый пояс имеет еще меньший диаметр, что позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках после термического расширения поршня.
Для уплотнения поршня наибольшее значение имеет материал и качество колец. Чугунные маслосъемные кольца намного надежнее и проще в установке, чем составные. При перегреве их упругость не снижается, поэтому не возникает таких проблем как выброс масла, пропуск газов в картер и пр.
Направляющая часть
Направляющую (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки (приливы), в которых располагается отверстие под поршневой палец. Для фиксации пальца предусмотрены специальные канавки.
Нижняя кромка юбки снабжена буртиком для последующей механической обработки и подгонки поршня. Буртик растачивается с внутренней стороны в том случае, если поршень слишком тяжелый. В местах расположения отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления. Эти зоны не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».
Чтобы поршень свободно перемещался в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор, величина которого зависит от линейного расширения металла пары «поршень-цилиндр» при нормальной работе ДВС.
Перегрев грозит чрезмерным расширением поршня, образованием на нем задиров и заклиниванием. Однако решать проблему выставлением большого зазора не рекомендуется – это не только снижает уплотняющие свойства поршня, но и грозит выходом двигателя из строя.
Поверхности юбки воспринимают силы бокового давления, в процессе движения поршня испытывают повышенное трение и нагрев. Именно поэтому многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки антифрикционное покрытие (АФП), что позволяет не только защитить детали от усиленного износа, но и облегчить приработку на новом двигателе.
Существуют АФП, которые можно наносить не только в заводских условиях, но и в обычных мастерских, гаражах и прочих помещениях, не оборудованных специальными приспособлениями.
Одним из таких материалов является антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Аэрозольная упаковка делает процесс нанесения этого состава простым и удобным. Полимеризация АФП возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве.
Опыт использования покрытия показал, что оно эффективно снижает трение, предотвращает скачкообразное движение и задиры, сохраняет работоспособность двигателя даже в режиме масляного голодания.
Материал устойчив к длительному воздействию моторного масла и при правильной предварительной подготовке поверхностей не теряет своих свойств на протяжении долгого времени.
MODENGY Для деталей ДВС доступно в наборе со Специальным очистителем-активатором MODENGY, который не только очищает и обезжиривает, но и гарантирует отличную адгезию покрытия.
Причины износа поршня
Поршень, как и любой другой рабочий элемент двигателя, подвержен механическим повреждениям и износу.
Ежедневная эксплуатация автомобиля способствует выработке ресурса деталей, на что указывает:
- Повышенный расход масла
- Синий дым из выхлопной трубы
- Нагар на свечах зажигания
- Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах (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 частности, поршневой группы. Далее отметим, какие проблемы для нее наиболее актуальны.
Задиры и нагар на днище поршня
Появляются вследствие перегрева поршня из-за нарушения процесса сгорания, деформации и/или засорения масляной форсунки, несоответствия размера детали рекомендованным, неисправности системы охлаждения, уменьшения зазора в верхней части рабочей поверхности.
Следы от ударов на днище поршня
Свидетельствуют о слишком большом выступе поршня, неверной посадке клапана, слишком малом зазоре в клапанном приводе, отложениях масляного нагара на днище поршня, неподходящем уплотнении ГБЦ, некорректно выставленным фазам газораспределения.
Наплавления и расплавление металла на поверхностях
Указывают на неравномерный впрыск топлива, позднее зажигание, недостаточное сжатие смеси, неверный момент начала впрыска и его количество, неисправность впрыскивающих форсунок.
Трещины на днище поршня и в полости камеры сгорания
Говорят о недостаточной компрессии в цилиндрах, плохом охлаждении поршня, некорректном впрыске смеси. Трещины могут появиться при установке поршней в неподходящей к ним по форме полости камеры сгорания.
Повреждения поршневые колец
Возникают вследствие неправильной установки поршней, избытке топлива в камере сгорания, вибрации самих поршневых колец, сильном осевом износе кольцевой канавки.
Радиальный износ поршня
Наблюдается из-за избыточного количества топлива в камере сгорания. Такая проблема является следствием сбоев в процессе приготовления смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давлении сжатия. Осевой износ возникает в результате загрязнения поршня во время приработки ДВС.
Износ юбки поршня
Повреждения на юбке могут возникать по нескольким причинам. Ассиметричное пятно контакта на боковой поверхности тронка обычно вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, неправильно просверленными отверстиями цилиндра, большим люфтом шатунного подшипника, наклонно просверленными отверстиями в головках шатунов.
Задиры образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом запуске двигателя.
Поверхности трения юбки поршней истираются также из-за попадания топлива в масло, неисправного пускового устройства холодного двигателя, недостаточного сжатия, перебоев в зажигании и работе ДВС на переобогащенной воздушно-топливной смеси.
Кавитация гильз
Кавитация – основная причина выхода гильз из строя. Это явление вызвано недостатком охлаждения, слишком низкой или высокой температурой, применением неподходящей охлаждающей жидкости, неправильной и/или неточной посадки гильз цилиндров, использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.
Масляный нагар на днище цилиндра
Такие отложения возникают вследствие избыточного содержания масла в камере сгорания. Это вызвано, в свою очередь, неисправностью деталей, прорывом газов с проникновением масла во всасывающий тракт, недостаточным отделением масляного тумана от картерных газов.
ПОРШЕНЬ
муж. (от переть, пру?) поршни, астрах. порушни (рушать?), постолы, кожанцы, калиги, род сандалий; поршни вообще не шьются, а гнутся (загни поршни, сделай) из одного лоскута сырой кожи или шкуры (с шерстью), на вздержке, очкуре, ременной оборе; обычно поршни из конины, лучшие из свиной шкуры, есть и тюленьи и пр.: их б.ч. носят летом, налегке, или на покосе, где трава резуча, а рыбаки обувают их и сверх бахил. Зовут поршнями и обувь из опорков сапожных, или берестяники, шелюжники (лапти), даже кенги, плетения из суконных покромок. Как черт в поршнях, неуклюж. Поршнями медведя не испугаешь: сам космат. Он в поршнях родился, грубый мужик. У тебя голова-та поршень поршнем, всклочена. Переобула его (переобулся) из поршней (из сапог) в лапти. Все люди кок люди-а мой муж как поршень.
| Поршень, в насосе, цилиндр, ботик, стакан, обшиваемый кожей или шкурой. Поршневик муж. стержень, жердь, к которой приделывается поршень, опускаемый в трубу насоса для качанья.
| Поршень, твер. резвое дитя?
| Поршни, мн., твер. угри, прыщи, сыпь на лице.
| Поршень, архан. порховка, гриб дождевик, табачник. Поршневая труба, та, в которой поршень ходить; боковые ж трубы служат для подъема нагнетаемой в нее воды. Поршневая дверь, боковое отверстие в насосе, на случай чинки. Поршневой золотник, клапан, глотник, захлопка для пропуска воды вверх.
Толковый словарь Даля . В.И. Даль. 1863-1866 .
Поршень
По́ршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.
Строение
Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции
- днище
- уплотняющая часть
- направляющая часть (юбка)
Для передачи усилия от поршня (или наоборот) может использоваться шток, либо кривошип, который соединяется с поршнем с помощью пальца. Другие способы передачи усилия используются реже. В некоторых случаях шток может играть роль направляющего устройства, в этом случае юбка не нужна.
Поршень может быть односторонним или двухсторонним. В последнем случае поршень имеет два днища.
Днище
Форма днища зависит от выполняемой поршнем функции. К примеру, в двигателях внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов, конструкции двигателя и других факторов. При вогнутой форме днища образуется наиболее рациональная камера сгорания, но в ней более интенсивно происходит отложение нагара. При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры сгорания. В некоторых двухтактных двигателях днище поршня выполняется в виде выступа-отражателя для направленного движения продуктов сгорания при продувке. Расстояние от днища поршня до канавки первого компрессионного кольца называют огневым поясом поршня. В зависимости от материала, из которого сделан поршень, огневой пояс имеет минимально допустимую высоту, уменьшение которой может привести к прогару поршня вдоль наружной стенки, а также разрушению посадочного места верхнего компрессионного кольца.
Функции уплотнения, выполняемые поршневой группой, имеют большое значение для нормальной работы поршневых двигателей. О техническом состоянии двигателя судят по уплотняющей способности поршневой группы. Например, в автомобильных двигателях не допускается, чтобы расход масла из-за угара его вследствие избыточного проникновения (подсоса) в камеру сгорания превышал 3% от расхода топлива. При выгорании масла наблюдается повышенная дымность отработавших газов и двигатели снимаются с эксплуатации вне зависимости от удовлетворительности мощностных и других его показателей. [1]
Уплотняющая часть
Днище и уплотняющая часть образуют головку поршня. В уплотняющей части поршня располагаются компрессионные и маслосъёмные кольца. В некоторых конструкциях поршней из алюминиевых сплавов в его головку залит ободок из коррозионностойкого чугуна (нирезиста), в котором прорезана канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца. Нирезистовую вставку под верхнее поршневое кольцо имеют, в частности, поршни двигателей, выпускаемых ТМЗ (Тутаевский моторный завод). Благодаря этому значительно увеличивается износостойкость поршня. Кольцевые каналы для маслосъемных колец выполняются со сквозными отверстиями, через которые масло, снятое с зеркала цилиндра, поступает внутрь поршня и стекает в поддон картера двигателя.
Направляющая часть
Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Так как масса поршня у приливов оказывается большей, чем в других частях юбки, температурные деформации при нагреве в плоскости бобышек также будут наибольшими. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.
Материалы
К материалам, применяемым для изготовления поршней автотракторных двигателей, предъявляются следующие требования:
- высокая механическая прочность;
- малая плотность;
- хорошая теплопроводность;
- малый коэффициент линейного расширения;
- высокая коррозионная стойкость;
- хорошие антифрикционные свойства.
Для изготовления поршней применяются серые чугуны и алюминиевые сплавы.
Чугун
- Поршни из чугуна прочны и износостойки.
- Благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения они могут работать с относительно малыми зазорами, обеспечивая хорошее уплотнение цилиндра.
- Чугун имеет довольно большой удельный вес. В связи с этим область применения чугунных поршней ограничивается сравнительно тихоходными двигателями, в которых силы инерции возвратно движущихся масс не превосходят одной шестой от силы давления газов на днище поршня.
- Чугун имеет низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 350—400 °C. Такой нагрев нежелателен особенно в карбюраторных двигателях, так как он служит причиной возникновения калильного зажигания.
Алюминий
Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей имеют алюминиевые поршни.
Достоинства алюминиевых поршней:
- малая масса (как минимум на 30 % меньше по сравнению с чугунными);
- высокая теплопроводность (в 3-4 раза выше теплопроводности чугуна), обеспечивающая нагрев днища поршня не более 250 °C, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет повысить степень сжатия в бензиновых двигателях;
- хорошие антифрикционные свойства.
Недостатками алюминиевых поршней являются:
- большой коэффициент линейного расширения (примерно в 2 раза больше, чем у чугуна),
- значительное снижение механической прочности при нагреве (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 % против 10 % у чугуна).
Недопустимые для нормальной работы двигателя зазоры между стенками цилиндров и алюминиевыми поршнями устраняются конструктивными мероприятиями, основными из которых являются:
- придание юбке поршня овальной или овально-конусной формы;
- изоляция тронковой (направляющей) части поршня от наиболее нагретой его части (головки);
- косой разрез юбки по всей длине, обеспечивающий пружинящие свойства стенок;
- Т- и П-образные прорези в юбке поршня не на полную её длину в сочетании с её овальностью;
- компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна.
Применение
Две основные проблемы, решаемые при проектировании моторов:
- как избежать повышенного износа поршня,
- как избежать прогара поршня.
Обе эти проблемы возникают вследствие желания конструкторов максимально облегчить поршень, поскольку это позволяет улучшить показатели моторов и компрессоров.
См. также
- Плунжер
- Поршневой двигатель внутреннего сгорания
- Поршневой двигатель внешнего сгорания
Ссылки
| Поршень на Викискладе ? |
|
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 . Синонимы:
ПолезноеСмотреть что такое «Поршень» в других словарях:
Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
|