Как выглядит поршень: Что такое поршень двигателя автомобиля

Что такое поршень двигателя автомобиля

Расскажем про автомобильные поршни двигателя внутреннего сгорания — что это такое и основное назначение. Как работают и какие требования к ним.

Что это такое

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра двигателя авто. Нужен для изменения давления газа в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. Т.е. он передаёт на шатун усилие, возникающее от давления газов и обеспечивает протекание всех тактов рабочего цикла. Он имеет вид перевёрнутого стакана и состоит из днища, головки, направляющей части (юбки).

В бензиновых моторах применяются поршни с плоским днищем из-за простоты изготовления и меньшего нагрева при работе. Хотя на современных авто делают специальные выемки под клапаны. Чтобы при обрыве ремня ГРМ поршни и клапана не встретились и не повлекли серьёзный ремонт.

Днище поршня дизеля делают с выемкой, которая зависит от степени смесеобразования и расположения клапанов, форсунок. При такой форме днища лучше перемешивается воздух с поступающим в цилиндр топливом.

Поршень подвержен действию высоких температур и давлений. Он движется с высокой скоростью внутри цилиндра. Изначально для автомобильных двигателей их отливали из чугуна. С развитием технологий стали использовать алюминий, т.к. давал преимущества: рост оборотов и мощности, меньшие нагрузки на детали, лучшую теплоотдачу.

Мощность современных моторов выросла. Температура и давление в цилиндрах двигателей (особенно дизельных) стали такими, что алюминий подошёл к пределу прочности. Поэтому современные моторы оснащаются стальными поршнями, которые уверенно выдерживают возросшие нагрузки. Они легче алюминиевых за счет более тонких стенок и меньшей компрессионной высоты, т.е. расстояния от днища до оси алюминиевого пальца. А еще стальные поршни не литые, а сборные.

Уменьшение вертикальных габаритов поршня при неизменном блоке цилиндров дает возможность удлинить шатуны. Это позволит снизить боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр», что положительно скажется на расходе топлива и ресурсе двигателя. Или, не меняя шатунов и коленвала, можно укоротить блок цилиндров. Тогда облегчим мотор.

Требования к поршню мотора

• Поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Он должен быть устойчивым к высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра.
• Отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и износ.
• Испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, должен выдерживать механическое воздействие.
• Совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.

Как работает

Топливо, сгорая в надпоршневом пространстве, выделяет огромное количество тепла в каждом цикле работы двигателя. Температура сгоревших газов достигает 2000 градусов. Только часть энергии они передадут движущимся деталям мотора, все остальное в виде тепла нагреет двигатель. То, что останется, вместе с отработанными газами улетит в трубу. Следовательно, если не будем охлаждать поршень, он через некоторое время расплавится. Это важный момент для понимания условий работы поршневой группы.

Повторим известный факт — тепловой поток направлен от более нагретых тел к менее нагретым.

Наиболее нагретым является рабочее тело, или, другими словами, газы в камере сгорания. Тепло будет передано окружающему воздуху – самому холодному. Воздух, омывая радиатор и корпус двигателя, остудит охлаждающую жидкость, блок цилиндров и корпус головки. Остается найти мостик, по которому поршень отдает свое тепло в блок и антифриз. Есть четыре пути.

Первый путь, обеспечивающий наибольший поток, – поршневые кольца. Причем первое кольцо играет главную роль, как расположенное ближе к днищу. Это наиболее короткий путь к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Кольца одновременно прижаты к поршневым канавкам и стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока.

Вторая охлаждающая жидкость в двигателе – масло. Имея доступ к наиболее нагретым местам мотора, масляный туман уносит и отдает в поддон картера значительную часть тепла от самых горячих точек. В случае применения масляных форсунок, направляющих струю на внутреннюю поверхность днища поршня, доля масла в теплообмене может достигать 30 – 40%.

Но нагружая масло функцией теплоносителя, должны позаботиться, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свойства. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла способно перенести.

Третий путь. Часть тепла отбирает на нагрев свежая топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр. Количество свежей смеси и количество тепла, которое отберет, зависит от режима работы и степени открытия дросселя. Но тепло, полученное при сгорании, также пропорционально заряду. Этот путь охлаждения носит импульсный характер. Отличается скоротечностью и высокоэффективен, т.к. тепло отбирается с той стороны, с которой поршень нагревается.

Следует уделить внимание передаче тепла через поршневые кольца. Если этот путь перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится.

Вспомним про компрессию. Представим, что кольцо не прилегает по всей длине к стенке цилиндра. Тогда сгоревшие газы, прорываясь в щель, создадут барьер, препятствующий передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это, как если бы закрыли часть радиатора и лишили его возможности охлаждаться воздухом.

Более страшна картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается возможности охлаждаться. Как результат – прогар и выкрашивание части, прилегающей к месту утечки.

Сколько колец нужно для поршня

С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. При уменьшении их количества и высоты ухудшаются условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс.

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.

Справочник по анализу повреждений поршня — Полезная информация

Техника для отдыха часто эксплуатируется в условиях, способствующих подобным повреждениям. Понимание влияния условий эксплуатации на работоспособность двигателя поможет механику убедить владельца добросовестно относиться к уходу за машиной, чтобы увеличить срок службы его двигателя.

Анализ повреждений поршня является многосторонним, и множество факторов могут привести к одному результату. Редко когда повреждение поршня, кольца или цилиндра вызвано одной причиной. Как правило, такие повреждения происходят вследствие совокупности различных экстремальных факторов, влияющих на работу двигателя.

Содержание этой брошюры может служить ориентиром при определении причины определен¬ной неисправности.

Техническая информация о способах ремонта двигателя с поврежденными поршнем, кольцами и т.д. приведена в руководстве по ремонту машины соответствующей модели.

Конструкция поршня

Материал

Поршень отлит из алюминиевого сплава с добавками марганца, меди или никеля, которые служат для повышения надежно-сти и термостойкости. Большое содержание кремния (10…25%) повышает литьевые качества металла и снижает коэффициент темпе-ратурного расширения поршня. КОНСТРУКЦИЯ — применение алюминия об-легчает поршень, что позволяет современно¬му двигателю развивать большую скорость вращения при высокой выходной мощности. Применение алюминия с высоким коэффициентом температурного расширения в сочетании с гильзой цилиндра из чугуна, не склонно-го к большому расширению, потребовало при-дать юбке бочкообразный профиль и овальную форму поршню, если посмотреть на него сверху. Такая форма обеспечивает минимальные зазоры в зоне нагнетания и центрирует нагрузку на ось поршневого пальца при рабочей температуре.

Эффективная теплопроводность алюминия способствует поддержанию оптимальной тем-пературы днища поршня, обращенного к каме-ре сгорания, за счет быстрого отвода тепла к цилиндру через кольца и юбку.

Назначение

• крепление колец для уплотнения камеры сгорания и контроля за масляной пленкой;
• передача усилия давления газов на коленчатый вал;
• отвод тепла через кольца;
• форма днища обеспечивает оптимальное смесеобразование топлива с воздухом.

Процедура анализа повреждений

• разберите двигатель в соответствии с указаниями руководства по ремонту;
• проверьте состояние и расположение демонтированных деталей;
• демонтируйте поршень, оценив состояние подшипника, втулки, колец, шатуна, а также внутренней и наружной поверхности цилиндра;
• очистите все детали рекомендуемым способом и препаратами;
• разложите детали в порядке их демонтажа для более легкой идентификации или замены;
• исследуйте внимательно детали на предмет состояния металла, наличия необычных следов, царапин и изменения цвета;
• помните, что при повреждении одного из поршней другой поршень этого двигателя находится в состоянии, близком к подобному по¬вреждению; возможно, вам удастся предотвратить повреждение соседнего цилиндра;
• пользуясь этими рекомендациями и записям-и о периодическом обслуживании, учитывая состояние двигателя и манеру езды владельца, содержание этой брошюры поможет Вам определить причину неисправности.

Не выбрасывайте детали в ходе разборки, исследуйте их.

На днище поршня имеются отложения, состоящие из масляной золы, компонентов топлива и несгоревшего углерода. Поскольку толщина отложений растет по мере роста наработки двигателя, цвет днища становится более ярким из-за более высокой температуры поверхности.

В зависимости от применяемого топлива и масла нормальные отложения могут иметь коричневый цвет с оттенками от бежевого до почти черно-коричневого. Значительный черный нагар на днище поршня является скоплением несгоревшего углерода из-за низких температур при работе с низкими нагрузками и обогащенной топливной смесью.

Коричневый или черный нагар на боковых стенках поршня ниже колец является спекшимся маслом, вы¬званным его сгоранием от прорвавшихся газов.

Причиной этого является некачественное масло или недостаточное уплотнение колец. Незначительные царапины на юбке могут образоваться от попадания посторонних частиц, попавших в двигатель. Это не является неисправностью и в этом случае не требуется замена поршня. Всегда проверяйте не превышает ли допустимую величину зазор между поршнем и цилиндром. Нагар следует удалять с днища поршня и головки цилиндров с помощью деревянного или пластикового скребка. Чрезмерные отложения нагара приводят к увеличению компрессии и снижают теплоотвод.

На днище имеются желтые пятна, на юбке — следы задира, следов оплавленного алюминия нет. Если в ходе обследования двигателя на днище поршня обнаруживаются желтые или желто-оранжевые отложения, это значит, что сгорание происходило в условиях детонации. При этом воспламенение начинается от искры на свече зажигания, но поскольку фронт пламени перемещается по камере сгорания быстрее, чем при обычном сгорании, несгоревшая часть топливной смеси самовоспламеняется. Это приводит к резкому росту температуры и к ударной волне, которые называются детонацией. При этом процесс сгорания происходит на протяжении 29 град, поворота коленвала вместо нормальных 50 град. Окись кальция, которая входит в состав двухтактного масла, обычно имеет цвет близкий к белому. Но при температуре близкой к температуре плавления поршня окись кальция меняет цвет с белого на желто-оранжевый, что является характерным признаком перегрева двигателя. Чрезмерный нагрев приводит к сильному расширению поршня и возможному нарушению масляной пленки.

Возможные причины:

• бензин с низким октановым числом или большим содержанием спирта;
• обедненная топливная смесь или неисправность топливной системы, такая как засорение топливопровода или фильтра, отсутствие вентиляции бака, неисправность топливного насоса, карбюратора, негерметичность картера и т.д.;
• слишком «горячие» свечи зажигания;
• слишком ранняя установка опережения зажигания или неисправность блока зажигания;
• слишком высокая компрессия из-за отложения нагара или модификации головки цилиндров;
• высокое противодавление из-за засорения системы выпуска;
• перегрев, ослабление затяжки свечей зажигания.

Наличие оплавленных участков на днище и следы задира на юбке.

Детонация приводит к чрезмерно высокой температуре в камере сгорания. Если условия детонации не устраняются, то резкое повышение температуры нагревает частицы нагара и электроды свечи зажигания до такой степени, что они поджигают топливную смесь прежде, чем искра появится на свече. Это явление называется калильным зажиганием. При калильном зажигании темпера¬тура в камере сгорания растет настолько быстро, что при работающем двигателе поршень нагревается до точки плавления. Металл плавится в зоне непосредственно под свечой зажигания или в зонах тепловой концентрации, таких как штифт поршневого кольца. К задиру также приводит отсутствие масляной пленки на стенках цилиндра. Калильному зажиганию всегда предшествует детонация, и причины ненормального сгорания при этом аналогичны причинам, вызывающим детонацию.

4 — наличие на днище выемок от деталей цилиндрической формы.

Возможные причины:

• попадание иголок подшипника поршневого пальца в зону вытеснения между головкой и поршнем, разрушение поршневых колец и канавок;
• необходима проверка состояния подшипника нижней головки шатуна.

4а — наличие на днище выемок сферической формы

Возможные причины:

• попадание в зону вытеснения в двигателе по¬стороннего предмета, такого как головка заклепки, до выброса его через выхлопное окно; в некоторых случаях двигатель продолжает работать до тех пор, пока не повредятся кольца.

4Ь — наличие на юбке вертикальных царапин в зоне отверстия поршневого пальца.

Возможные причины:

• попадание стопорного кольца пальца в кромку перепускного окна из-за ослабления его крепления.

Примечание. Стопорное кольцо теряет упру¬гость при неправильном демонтаже. Поэтому рекомендуется всегда устанавливать только новые кольца. Нельзя деформировать стопорное кольцо при его установке. После установки кольца в поршень проверьте не вращается ли оно в канавке. Если вращается — замените его!

5 — следы задира ниже колец со стороны впуска

Возможные причины:

• попадание снега или воды внутрь двигателя и смывание масляной пленки;
• появление следов задира со стороны впуска и выпуска при отсутствии на днище поршня следов ненормального сгорания возможно из-за недостатка или отсутствия масла при работе двигателя; следует проверить работу системы впрыска масла или соотношение топливо-масляной смеси и зазор между поршнем и цилиндром;
• если поршень имеет следы задира со стороны выпуска и впуска при отсутствии на его днище следов ненормального сгорания и имеет черный цвет, причиной этого может служить неисправность системы охлаждения. Следует проверить ремень вентилятора, уровень антифриза и т.д.

5а — темно-коричневый налет на юбке поршня

Возможные причины:

• низкое качество масла, применение масла цепной передачи или автомобильного;
• применение присадок к топливу, таких как октан-корректор, повышающих мощность и т.д.

5Ь — следы задира на юбке со стороны выпуска при отсутствии их со стороны впуска

Возможные причины:

• низкое качество масла.

Задир поршневого кольца (рис. 6)

Риски на цилиндре расположены в зоне перемещения колец. Поверхность цилиндра в хорошем состоянии, за исключением вертикальных полос, голубого цвета. Кольца в зоне контакта имеют темную окраску. Такое происходит из-за нарушения смазки.

Возможные причины:

• нарушен период обкатки;
• низкое качество масла;
• недостаточное количество масла в бензо-масляной смеси;
• недостаточная производительность системы впрыска масла.

Разрушение поршня (рис. 7)

Усталостное разрушение материала иногда про-исходит с поршнем высокооборотистых двигателей. Однако разрушение юбки поршня происходит как правило из-за чрезмерно большого зазора между поршнем и цилиндром.

Возможные другие причины:

• поломка шатуна;
• повреждение из-за небрежного обращения, ударов и т.д.;
• заедание коленвала из-за заедания поршня;
• попадание в двигатель посторонних предметов.

Почему прогорел поршень?

Сами по себе дефекты в механической части двигателя, как известно, не появляются. Практика показывает: всегда есть причины повреждения и выхода из строя тех или иных деталей. Разобраться в них непросто, особенно, когда повреждены составляющие поршневой группы.

Поршневая группа — традиционный источник неприятностей, подстерегающих водителя, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. Перегрев двигателя, небрежность в ремонте, и, пожалуйста, – повышенный расход масла, сизый дым, стук.

При «вскрытии» такого мотора неминуемо обнаруживаются задиры на поршнях, кольцах и цилиндрах. Вывод неутешителен — требуется дорогостоящий ремонт. И возникает вопрос: чем провинился двигатель, что его довели до такого состояния?

Двигатель, конечно, не виноват. Просто необходимо предвидеть, к чему приводят те или иные вмешательства в его работу. Ведь поршневая группа современного двигателя — «материя тонкая» во всех смыслах. Сочетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давления газов, и инерции, действующими на них, способствует появлению и развитию дефектов, приводящих в конечном счете к выходу двигателя из строя.

Во многих случаях простая замена поврежденных деталей — не лучшая технология ремонта двигателя. Причина-то появления дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

Чтобы этого не случилось, грамотному мотористу, как гроссмейстеру, необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитывая возможные последствия своих действий. Но и этого недостаточно — необходимо выяснить, почему возник дефект. А здесь без знания конструкции, условий работы деталей и процессов, происходящих в двигателе, как говорится, делать нечего. Поэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать…

Как работает поршень?

Поршень подвижная деталь, плотно перекрывающая цилиндр в поперечном сечении и перемещающаяся вдоль его оси. Поршень предназначен для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. современного двигателя — деталь на первый взгляд простая, но крайне ответственная и одновременно сложная. В его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

И в какой-то степени поршень формирует облик всего двигателя. В одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: «Покажи мне поршень, и я скажу, что у тебя за двигатель».

Итак, с помощью поршня в двигателе решается несколько задач. Первая и главная — воспринять давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давления через поршневой палец шатуну. Далее эта сила будет преобразована коленвалом в крутящий момент двигателя.

Решить задачу преобразования давления газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнения движущегося поршня в цилиндре. Иначе неминуем прорыв газов в картер двигателя и попадание масла из картера в камеру сгорания.

Для этого на поршне организован уплотнительный пояс с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профиля. Кроме того, для сброса масла в поршне выполнены особые отверстия.

Но этого мало. В процессе работы днище поршня (огневой пояс), непосредственно контактируя с горячими газами, нагревается, и это тепло надо отводить. В большинстве двигателей задача охлаждения решается с помощью тех же поршневых колец — через них тепло передается от днища стенке цилиндра и далее — охлаждающей жидкости. Однако в некоторых наиболее нагруженных конструкциях делают дополнительное масляное охлаждение поршней, подавая масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. Иногда применяют и внутреннее охлаждение — форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Для надежного уплотнения полостей от проникновения газов и масла поршень должен удерживаться в цилиндре так, чтобы его вертикальная ось совпадала с осью цилиндра. Разного рода перекосы и «перекладки», вызывающие «болтание» поршня в цилиндре, негативно сказываются на уплотняющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигателя.

Удерживать поршень в таком положении призван направляющий пояс — юбка поршня. Требования к юбке весьма противоречивы, а именно: необходимо обеспечить минимальный, но гарантированный, зазор между поршнем и цилиндром как в холодном, так и в полностью прогретом двигателе.

Задача конструирования юбки усложняется тем, что температурные коэффициенты расширения материалов цилиндра и поршня различны. Мало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разнятся во много раз.

Чтобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигателях принимают меры по компенсации его температурных расширений.

Во-первых, в поперечном сечении юбке поршня придается форма эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси пальца, а в продольном — конуса, сужающегося к днищу поршня. Такая форма позволяет обеспечить соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, препятствуя заклиниванию.

Во-вторых, в ряде случаев в юбку поршня заливают стальные пластины. При нагревании они расширяются медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

Использование легких алюминиевых сплавов для изготовления поршней — не прихоть конструкторов. На высоких частотах вращения, характерных для современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихся деталей. В подобных условиях тяжелому поршню потребуется мощный шатун, «могучий» коленвал и слишком тяжелый блок с толстыми стенками. Поэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходится идти на всяческие ухищрения с формой поршня.

В конструкции поршня могут быть и другие «хитрости». Одна из них — обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за «перекладки» поршня в мертвых точках. Улучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности — микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение — специальное антифрикционное покрытие. Профиль уплотнительного и огневого поясов тоже определенный — здесь самая высокая температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает вероятность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивания). Нередко стойкость огневого пояса повышается анодированием.

Все, что мы рассказали, — далеко не полный перечень требований к поршню. Надежность его работы зависит и от сопряженных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршня, способ фиксации), состояния поверхности цилиндра (отклонения от цилиндричности, микропрофиль). Но уже становится ясно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в условиях работы поршневой группы быстро приводит к появлению дефектов, поломкам и выходу двигателя из строя. Чтобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждения деталей определить, почему, к примеру, возник задир или…

Почему прогорел поршень?

Анализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок делятся на четыре группы: нарушение охлаждения, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорания и механические проблемы.

Вместе с тем многие причины возникновения дефектов поршней взаимосвязаны, как и функции, выполняемые его различными элементами. Например, дефекты уплотняющего пояса вызывают перегрев поршня, повреждения огневого и направляющего поясов, а задир на направляющем поясе ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

В конечном счете это может спровоцировать прогар огневого пояса.

Отметим также, что практически при всех неисправностях поршневой группы возникает повышенный расход масла. При серьезных повреждениях наблюдаются густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. В некоторых случаях прослушивается стук поврежденного поршня, особенно на непрогретом двигателе.

Иногда характер дефекта поршневой группы удается определить и без разборки двигателя по указанным выше внешним признакам. Но чаще всего такая «безразборная» диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. Поэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Нарушение охлаждения поршня — едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: «радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос») либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир — схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.

После остывания форма поршня редко приходит в норму: юбка оказывается деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. Дальнейшая работа такого поршня сопровождается стуком и повышенным расходом масла.

В некоторых случаях задир на поршне распространяется на уплотнительный пояс, завальцовывая кольца в канавки поршня. Тогда цилиндр, как правило, выключается из работы (слишком мала компрессия), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Недостаточная смазка поршня чаще всего характерна для пусковых режимов, особенно при низких температурах. В подобных условиях топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаются, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

Двухсторонний задир юбки обычно встречается при длительной работе в режиме масляного голодания, связанного с неисправностями системы смазки двигателя, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшается.

Недостаток смазки поршневого пальца — причина его заклинивания в отверстиях бобышек поршня. Такое явление характерно только для конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Этому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому «прихваты» пальцев чаще наблюдаются у относительно новых двигателей.

Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания — частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание — к прогарам.

У дизелей чрезмерно большой угол опережения впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давления в цилиндрах («жесткость» работы), что также может вызвать поломку перемычек. Такой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизеля.

Днище и огневой пояс могут повреждаться при слишком высокой температуре в камере сгорания дизеля, вызванной неисправностью распылителей форсунок. Аналогичная картина возникает и при нарушении охлаждения поршня — например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждения. Задир, возникающий на верхней части поршня, может распространяться и на юбку, захватывая поршневые кольца.

Механические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Например, абразивный износ деталей возможен как «сверху», из-за попадания пыли через рваный воздушный фильтр, так и «снизу», при циркуляции абразивных частиц в масле. В первом случае наиболее изношенными оказываются цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором — маслосъемные кольца и юбка поршня. Кстати, абразивные частицы в масле могут появиться не столько от несвоевременного обслуживания двигателя, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др.).

Редко, но встречается эрозия поршня у отверстия «плавающего» пальца при выскакивании стопорного кольца. Наиболее вероятные причины этого явления — непараллельность нижней и верхней головок шатуна, приводящая к значительным осевым нагрузкам на палец и «выбиванию» стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигателя старых (потерявших упругость) стопорных колец. Цилиндр в таких случаях оказывается поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

Иногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. Такое чаще всего происходит при неаккуратной работе во время обслуживания или ремонта двигателя. Гайка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто «провалить» днище поршня.

Рассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго. Но и того, что уже сказано, достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. По крайней мере, уже можно определить…

Как избежать прогара?

Правила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин появления дефектов. Тем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называется, со всеми вытекающими последствиями.

Хотя это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо: содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания. А если что-то с двигателем не так, не доводить его «до ручки», когда ремонт уже не обойдется «малой кровью».

При ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполнять еще несколько правил. Главное, на наш взгляд, — нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Эпидемия «болезни малых зазоров», когда-то поразившая многих механиков, все еще не прошла. Более того, практика показала, что попытки «поплотнее» установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигателя и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваются обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. Правило «лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше» работает всегда и для любых двигателей.

Остальные правила традиционны: качественные запасные части, правильная обработка изношенных деталей, тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

Как выглядит поршень и какую выполняет работу в двигателе?

Думаю, любой автомобилист, скорее всего знает как выглядит поршень. Но на этом, как правило, познания о главной детали двигателя и заканчиваются. Поэтому восполним пробел и поговорим о назначении поршня, его конструктивных особенностях и материалах для изготовления.

 

Что же представляет из себя этот симпатичный горшок

Как выглядит поршень? Сложная деталь. Это подтверждает такой факт – очень мало автомобилестроителей сами изготавливают поршни, поручая это специализированным производителям.

А еще – это главное звено в процессе превращения химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую.

Поршень, я бы сказал, это красивая деталь цилиндрической формы, она выполняет умопомрачительные возвратно-поступательные движения в цилиндре, принимает на себя высокие температуры и изменения давления газа, превращая все это в механическую работу.

То есть, вот какою работу выполняет поршень:

• принимает на себя давление газов из камеры сгорания и передает это давление на коленчатый вал двигателя;
• обеспечивает жесткий процесс микровзрывов в цилиндре, при этом герметично изолируя надпоршневую полость от подпоршневого пространства, предохраняя от попадания газов в кратер, а смазочного масла в камеру сгорания.

Как выглядит поршень. Конструкция

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG

1. головка поршня;
2. палец;
3. стопорное кольцо;
4. бобышки;
5. головка шатуна;
6. юбка; вставка стальная;
7. трапециевидноекомпрессионное кольцо;
8. коническое с подрезом компрессионное кольцо;
9. маслосъемное кольцо с пружинным расширителем

 

 

 

 

 

Поршень состоит из днища, уплотняющей части с поршневыми кольцами для создания компрессии и удаления масла, и направляющей части (юбки).

В средней части поршня (зона юбки) находятся бобышки с отверстиями для пальца и стопорных колец.

 Рабочее днище

Знаете как выглядит поршень и как называется эта часть?  Эта часть детали служит для приема усилия от давления газов в камере сгорания и называется рабочее днище. Ее форма зависит от геометрии этой камеры и размещения клапанов.

В случае, когда днище вогнутое, форма камеры сгорания напоминает сферическую. Это увеличивает ее поверхность, но ведет к возрастанию образования нагара, а прочность вогнутого днища ниже, чем плоского.

Выпуклое днище делает камеру сгорания щелевидной формы, что приводит к ухудшению процесса завихрения смеси и охлаждения самого днища, хотя нагарообразование снижается.

Кроме того, такая форма днища уменьшает массу поршня при достаточной прочности.

Плоское днище по своим показателям промежуточный вариант между двумя предыдущими и чаще используется в карбюраторных двигателях.

В дизельных моторах разнообразие форм днищ еще больше, они изменяются в зависимости от степени сжатия, метода образования смеси, расположения форсунок и многих других факторов.

Уплотнительный сектор

Головка поршня герметизирует подвижное соединение поршня с цилиндром за счёт поршневых колец, которые установлены в специальных канавках.

В верхних канавках вставлены компрессионные кольца, а в нижней – маслосъёмное кольцо.

В канавке для маслосъёмного кольца есть сквозные отверстия, через них происходит отвод излишков масла во внутреннюю полость поршня.

Направляющая юбка, бобышки

Участок поршня, расположенный ниже маслосъемного кольца, называют юбкой поршня, а еще тронковой или направляющей частью.

Ее функция – удержание поршня в нужном направлении и восприятие боковых нагрузок.

С внутренней стороны на юбке есть приливы – бобышки, в них просверлены отверстия для поршневого пальца. А для его фиксации в отверстиях проточены канавки, для запирания пальца стопорными кольцами.

Что скажут металурги

Так как деталь работает в невыносимых условиях, то к металлам, для его изготовления, предъявляются достаточно жесткие требования:

• для уменьшения инерционных нагрузок у материала должен бить малый удельный вес при достаточной прочности;
• малый коэффициент температурного расширения;
• сохранение физических свойств (прочность) при повышенных температурах;
• значительная теплопроводность и теплоёмкость;
• минимальный коэффициент трения в паре с материалом стенки цилиндра;
• значительная сопротивляемость износу;
• отсутствие усталостного разрушения материала под воздействием нагрузок;
• низкая цена, общедоступность и легкость механической и других видов обработки в процессе производства.

Понятно, что металла, полностью соответствующего перечисленным требованиям, просто не существует.

Поэтому для массовых автомобильных двигателей поршни изготавливаются в основном из двух материалов – чугуна и сплавов алюминия, а если быть точным, то из силуминовых сплавов, содержащих алюминий и кремний.

Чугунный вариант

У чугуна много плюсов, он твёрд, хорошо переносит повышенные температуры, отличается оптимальной сопротивляемостью к износу, имеет низкий коэффициент трения (пара чугун – чугун). И коэффициент температурного расширения у него ниже чем у алюминиевого поршня.

Но есть и недостатки: низкая теплопроводность, из-за чего температура днища у чугунного поршня больше чем у алюминиевого аналога.

Но основной недостаток чугуна ‒ значительная плотность, а значит вес. Для увеличения мощности и эффективности двигателя конструкторы обычно повышают обороты, но тяжелые чугунные поршни не позволяют это делать по причине высоких инерционных нагрузок.

Поэтому для современных автомобильных двигателей, как бензиновых, так и дизельных, отливают алюминиевые поршни.

Алюминиевый вариант

Алюминий имеет значительно меньший вес нежели чугун, но так как он мягче, толщину стенок поршня приходится увеличивать, в результате вес поршня становится легче всего лишь на 30 – 40 процентов по отношению к чугунному.

Коме того у алюминия повышенный температурный коэффициент расширения, поэтому в тело детали приходится вплавлять термостабилизирующие пластины из стали, и делать увеличенные зазоры.

У алюминия довольно малый коэффициент трения (пара: алюминий – чугун), что хорошо для работы алюминиевых поршней в двигателях с чугунным блоком цилиндров или чугунными гильзами.

На современных двигателях немецких марок – Ауди, Фольксваген, Мерседес нет чугунных гильз. Алюминиевые цилиндры там обработаны специальным способом, так что поверхность стенок получается очень твёрдая и имеет сопротивление износу даже выше чем при установке чугунных гильз.

А чтобы уменьшить трение в паре алюминий – алюминий, проводится железнение поверхности юбки. Таким образом отказ от чугунных гильз намного снижает вес блока цилиндров.

В кремнеалюминиевые сплавы, из которых делают поршни основной массы автомобильных двигателей, для улучшения показателей добавляют медь, никель и другие металлы.

Поршни серийных автомобилей производятся методом литья, а на форсированных двигателях применяют изделия, изготовленные методом горячей штамповки. Это улучшает структуру материала ‒ увеличивается прочность и устойчивость к износу. Правда, в штампованный вариант невозможно вмонтировать стальные терморегулирующие пластины.

Вот пожалуй и всё. Вами получен необходимый минимум знаний, как выглядит поршень, его конструкции и условиях работы.

Осталось поделится этой информацией с друзьями в соц.сетях, пригласить их на рюмочку чая и в домашней, непринужденной обстановке пригласить их пополнить ряды читателей нашего блога.

А еще вам будет интересно знать про Шатун и Коленчатый вал. Дерзайте, жмите на ссылку!

До новых встреч, друзья!

«Потянутый» поршень – очевидное невероятное

Дизельные двигатели прочно вошли в нашу жизнь. Современные электронные системы позволяют использовать дизельные двигатели во всех отраслях и производствах.

Но как и любой механизм, дизельный двигатель нуждается в уходе и ремонте. Правильная эксплуатация и ремонт, залог успешной и долговременной службы дизельного двигателя.

Но всегда ли правильно осуществляется эксплуатация и ремонт?

«Качественный» ремонт

Рассмотрим конкретный случай на примере дизельного двигателя грузового автомобиля Камаз. Почему именно данный автомобиль? Потому что Камаз является одним из самых распространенных, грузовых автомобилей эксплуатируемых в нашей стране.

По каким-то причинам дизельному двигателю потребовалась замена поршня. Ремонт был произведен в соответствии с техническим регламентом в специальной мастерской автомобильного парка.

Был заменен один поршень и на него установлены новые компрессионные и маслосъемные кольца. Произведен ремонт топливной дизельной аппаратуры, настройка и регулировка форсунок. Двигатель установлен на автомобиль и произведен первый запуск.

Первый блин

Двигатель запустился легко и проработал 4 часа на небольших оборотах. Через некоторое время грузовик вышел на линию и отправился в первую поездку.

 Во время движения водитель все время внимательно контролировал температуру охлаждающей жидкости и давление масла в системе смазки двигателя. Все было в пределах нормы.

Вернулся грузовик в парк на буксире. Причина — неизвестный стук в двигателе.

После разборки двигателя оказалось, что у двигателя «потянуло» замененный поршень.

Справка – потянутым поршнем называется поршень с измененной геометрией. Чаще всего поршень принимает геометрию овала.

Кто виноват?

Моторист, выполнявший замену поршня, выставил претензии водителю, указав на главную причину — перегрев двигателя вследствие его перегрузки.

Водитель в свою очередь уверил, что внимательно следил за температурным режимом и не перегружал двигатель.

Попытка номер два

Было принято решение о неисправности температурного датчика. При проверке температурного датчика, указателя температуры, термостата и радиатора, неисправностей не выявлено.

Для того чтобы уравновесить баланс цилиндров, помимо «потянутого» поршня, был заменен поршень противоположного цилиндра. Поршня тщательно подобраны и сбалансированы.

Двигатель обкатан в течение 8 часов, после чего грузовик вернулся на линию. Через два дня эксплуатации, грузовик на буксире вернулся в автопарк с заклинившим двигателем.

Виновные есть?

После демонтажа и разборки силового агрегата нашлась причина. Потянутыми оказались уже два новых, замененных поршня.

Опять виновником всего был признан водитель за несоблюдение температурного режима и перегрузки двигателя.

Есть ответ

Но так ли это? Давайте разбираться с самого начала.

Что произошло с двигателем после первого ремонта? Ответ довольно прост – перегрев и перегрузка.

 Но как же так, ведь водитель уверен в том что температура двигателя во время работы не превышала 90 градусов?

Причины и следствие

Для того чтобы понять, необходимо рассмотреть работу дизельного двигателя в целом.

 В нашем случае мы имеем 8-ми цилиндровый дизельный двигатель. При работе, все 8 цилиндров работают вместе, нагрузка равномерно распределяется на все цилиндры. Соответственно и температура цилиндров относительно одинакова у всех.

Но что произойдет, если мы, в рабочем двигателе, заменим один поршень? Правильно, у нас появится один новый поршень и 7 рабочих. Естественно в цилиндре с новым поршнем компрессия и сгорание топлива будет намного лучше, чем во всех остальных.

2Х2=4

Простым языком это выглядит так – мы имеем 8 опор установленных вертикально. Все опоры одинакового размера. Каждая опора может выдержать нагрузку не более 10 кг. На них укладывается груз весом 80 кг, все нормально, опоры стоят.

Но что произойдет, если одна опора окажется немного выше всех остальных?

Все 80 кг окажутся на одной опоре, она согнется до одного уровня с остальными. Так как она все время будет испытывать большую нагрузку, она в конечном итоге деформируется, или сломается. И даже если мы уменьшим нагрузку до 40 кг, т.е. вдвое, эффект будет тот же.

Другими словами, этот цилиндр будет намного мощней всех.

Что произойдет, если мы даже немного, нагрузим такой двигатель? Ответ понятен каждому, вся нагрузка ляжет на самый мощный цилиндр. Остальные будут работать с наименьшей нагрузкой.

Даже незначительная нагрузка на автомобиль, превысит допустимую норму нагрузки на один цилиндр. Естественно, такой цилиндр, имея большую нагрузку и меньшую выработку, будет перегреваться.

Не Чернышевский – но что делать?

Как это можно определить по указателю температуры? Никак, так как датчик указывает температуру двигателя в целом и не может определить температуру отдельного цилиндра.

 Итог, даже соблюдая осторожность и не перегружая двигатель, происходит перегрев и деформация поршня.

• После замены двух поршней ситуация не улучшилась.
• Заклинившие, от перегрева поршня, привели к остановке двигателя.

Что же нужно было сделать, чтобы избежать подобных проблем?

Все предельно просто

Ответ прост, произвести ремонт в специализированной мастерской с последующей качественной обкаткой и диагностикой. Ведь если двигатель качественно обкатался, не возникло бы проблем с перегрузкой и деформацией.

Правильная диагностика, обкатка и настройка двигателя важный этап в его последующей эксплуатации.

Поэтому для ремонта своего грузовика обращайтесь только в проверенные, профессиональные компании.

Ремонт грузовых автомобилей – мы №1 по праву.

 

Кованые поршни СТИ

Приветствуем Вас! Мы являемся официальными представителями компании «СТИ», которая занимается производством кованых поршней в г. Тольятти. Деятельность ведется от имени ИП Маньшин Е. В.

В нашем магазине будет представлен полный асортимент выпускаемой продукции, который постоянно расширяется.

Магазин «Поршни-СТИ.рф» это:

• Кованые поршни отличного качества для Вашего автомобиля – основная специализация нашего интернет-магазина
  
• Материал аналогичен сплаву М124P фирмы Mahle, американский аналог сплав 4032.
• Полный цикл производства — от получения заготовки до упаковки
• Возможность изготовления поршней с нуля
  
• Гарантированное качество исполнения с точностью до 0,002мм (2 микрона!)
• Твердость по Бринеллю — 120 единиц (у литых эта цифра в районе 85-90)
• Термоциклическая стойкость «Нагрев-охлаждение» около 2500 циклов
• Доставка по городу в день заказа
• Доставка заказов по всей стране от 1 рабочего дня
• Доставка заказов в любую точку мира
• Бонусы и скидки для постоянных клиентов

Мы рады предложить вам недорогие, но качественные товары с развернутым и подробными описаниями, характеристиками и фотографиями.

У нас Вы можете купить или заказать кованые поршни с доставкой в регион и в любую страну мира.

Осуществим подробную консультацию по товарам и поможем с выбором.

 

Подписывайтесь:

Instagram: @Forged_Pistons_STI

Drive2: ForgedPistons

 

История компании СТИ:

Коллектив компании СТИ – это:

• команда высококвалифицированных инженеров, обладающих более чем 30летним опытом в области проектирования, доводки и изготовления двигателей;
• оригинальные технические решения, тщательная конструкторская и технологическая проработка, при производстве использование лучших технологических процессов, активное участие в адаптации и доводке наших изделий;
• надежный партнер в области разработки и инжиниринга при создании и модифицировании двигателей.

Основной деятельностью компании является производство кованого поршня. Наши специалисты, начиная с 1995, связаны с темой кованого поршня. Проблема с прочностью поршня возникла когда, форсированные двигатели ВАЗ-21083, оснащённые системами впрыска и четырьмя дроссельными заслонками, достигли удельных показателей не менее 92 лошадиных сил с одного литра рабочего объёма. Для обеспечения надёжной работы таких двигателей потребовалось применение поршней из заготовки, полученной методом ковки. Кованая заготовка имеет нулевой балл пористости, что невозможно при получении заготовки методом литья в кокиль. Что бы обеспечить зазоры между поршнем и цилиндром, принятые для серийных двигателей, были выполнены работы по выбору материала заготовки.

С 2006 года наши специалисты участвовали в проектировании и доводочных работах по двигателю, подготовленному для ралли, технические требования «Супер 1600». Удельные показатели такого двигателя не менее 120 л.с. с одного литра рабочего объема. Поршни для данного двигателя производились только из кованой заготовки, термоциклическая стойкость таких поршней в 5 раз выше, чем у поршней полученных методом литья в кокиль.

На сегодняшний день компания СТИ имеет замкнутый технологический цикл для производства кованого поршня. Мы получаем металл, создаем конструкцию, изготавливаем производственную оснастку, пишем программное обеспечение для станков с ЧПУ, наносим противозадирное покрытие, упаковываем и поставляем готовое изделие заказчику. Наши производственные мощности позволяют производить от 600 штук поршней в месяц.

Современные двигатели, особенно с наддувом, имеют удельные показатели 100 и более лошадиных сил с одного литра рабочего объема, в данном случае, применение поршней из кованой заготовки, является оправданным.

Основные преимущества кованого поршня СТИ:

• приобретённый опыт, применяемый при создании конструкции поршня, проверен во время эксплуатации спортивных двигателей;
• показатели кованого поршня по износостойкости, прочности, теплоемкости выше аналогичных показателей для литого поршня;
• противозадирное покрытие, наносимое на поршень, защищает от износа, снижает склонность к задирам, особенно при тяжелых условиях работы (пуск при пониженных температурах, недостаток смазки, перегрев и т.п.)
• оборудование (станочный парк), на сегодняшний день, одно из самых современных и периодически обновляется.

Наш магазин, а так же огромное количество клиентов, по достоинству оценили качество даного производителя. Мы готовы ответить на любые интересующие Вас вопросы.

Руководство для начинающих: что такое поршень (и для чего он нужен)?

Поршни составляют основу поршневого двигателя внутреннего сгорания, поэтому их часто называют «поршневыми двигателями». По сути, поршень — это просто сплошной металлический цилиндр, который перемещается вверх и вниз в полом цилиндре блока цилиндров . Сам поршень немного меньше отверстия, в которое он входит, но у него есть поршневые кольца, находящиеся под натяжением, чтобы обеспечить (почти) герметичное уплотнение после его установки в цилиндр двигателя.Поршень прикреплен с помощью пальца к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом, и вместе они превращают движение вверх и вниз (возвратно-поступательное) в круговое и круговое (вращательное) движение, приводя в движение колеса.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать только с одним цилиндром и, следовательно, с одним поршнем (мотоциклы и газонокосилки) или с 12 двигателями, но у большинства автомобилей их четыре, шесть или восемь.

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 поршней во внешних цилиндрах, которые затем приводят в движение колеса.

В роторном двигателе нет поршней, цилиндров или клапанов, только вращающиеся роторы треугольной формы. Но в настоящее время роторные двигатели Ванкеля в производстве отсутствуют, последним из них стала Mazda RX-8 в 2012 году.

В каждом четырехтактном (бензиновом или дизельном) двигателе автомобиля процессы впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходят над головкой поршня, что заставляет поршень перемещаться вверх и вниз (или из стороны в сторону в горизонтально расположенных двигателях). , как Porsche или Subaru) внутри цилиндра.Поршень толкает вверх, сжимая топливо и воздух в гораздо меньшее пространство в головке блока цилиндров, где он воспламеняется свечой зажигания. Возникающий в результате взрыв толкает поршень вниз, создавая выхлопные газы. Более полное объяснение можно найти здесь или на анимации ниже.

Из чего сделаны поршни?

Компоненты двигателя сегодня должны быть прочными для долговечности и легкими для повышения эффективности, что означает, что все поршни в той или иной форме изготовлены из алюминиевого сплава.Но еще на заре эры безлошадных повозок поршни делали из чугуна, потому что они очень долго изнашивались и устойчивы к нагреванию, которое могло быстро расплавить алюминий. По мере развития металлургии и улучшения контроля температуры за счет более эффективной конструкции легкость алюминия быстро выиграла и позволила достичь гораздо более высоких оборотов в минуту.

Поршневые кольца продолжали изготавливаться из чугуна и стальных сплавов из-за более высокой жесткости пружины. Пакет колец обычно включает сверху вниз компрессионное кольцо, грязесъемное кольцо и маслосъемное кольцо, все они изготовлены из чугуна или стали.

Компрессионное кольцо закрывает зазор между поршнем и цилиндром. Второе, грязесъемное кольцо, способствует сжатию, а также удаляет излишки масла со стенок цилиндра при движении поршня вниз. Масляное кольцо на самом деле состоит из 2 колец и расширителя в большинстве двигателей, оно также вытирает масло со стенок цилиндра, а затем позволяет ему стекать обратно через небольшие отверстия в посадочной поверхности кольца. Но со временем кольца могут изнашиваться и терять эластичность, позволяя маслу из картера попасть в камеру сгорания.Чрезмерный расход масла и голубоватый дым из выхлопных труб обычно указывает на износ поршневых колец.

Поршни не круглые: объяснение профиля и овальности

Профиль и овальность — две основные характеристики конструкции поршня. Здесь мы рассмотрим, почему поршни не имеют идеально круглой формы.

Возьмите июльский выпуск журнала Motocross Action Mag за 2018 год, чтобы получить полную информацию о печати.

Когда вы смотрите на поршень, легко подумать, что он имеет идеально круглую цилиндрическую форму.В конце концов, они входят в круглое отверстие (цилиндр!). Так почему же они не должны быть круглыми?

Дело в том, что внешняя форма поршня очень сложна. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой агрессивную среду, в которой газы сгорания могут достигать опасных температур, а из-за неравномерного охлаждения цилиндров могут возникать окна портов и неровности поверхности. Разработка поршня, оптимизированного для условий камеры сгорания, является важной задачей.

На протяжении многих лет материалы поршня и конструктивные характеристики, позволяющие компенсировать расширение при нагревании, претерпели изменения.Ковка поршней из алюминия обеспечивает большую прочность и долговечность, но ее необходимо использовать в правильной конструкции, чтобы должным образом оптимизировать работу поршня.

(слева) Это пример ранней конструкции поршня, в которой в качестве основного материала использовалась сталь. Этого было бы недостаточно для требований современных двигателей. Сравните с разнообразием современных кованых алюминиевых поршней от Wiseco (справа) с различными покрытиями и дизайном.

Подробнее о процессе ковки читайте здесь.

Формы поршней имеют две основные характеристики: профиль и овальность. Менеджер по продукции и многолетний инженер Wiseco Дэйв Сулеки прокомментировал эти характеристики поршня: «Профиль и овальность поршня являются одними из наиболее важных характеристик поршня, они действительно определяют не только то, как поршень будет изнашиваться с течением времени, но и насколько хорошо поршень будет изнашиваться с течением времени. может выполнить. Когда инженер рассчитывает зазор между поршнем и цилиндром, это только начало сложного определения окончательной геометрии поршня.«

Профиль

Если вы катите поршень по плоской поверхности, вы заметите, что он не катится по прямой линии. Вы наблюдаете за признаком номер один: , профиль . Поскольку алюминий проводит очень много тепла, поршни имеют конус — верхняя часть поршня около головки имеет меньший диаметр, чем нижняя часть поршня около юбки. Юбка поршня на самом деле имеет так называемую цилиндрическую форму, как показано ниже. Это связано с тем, что температуры около купола поршня отличаются от температур на юбке поршня, что приводит к различным уровням расширения.Коническая форма позволяет поршню расширяться под воздействием тепла, поэтому поршень не заедает в отверстии цилиндра. Чем выше температура, тем больше расширится поршень. Задача проектирования состоит в том, чтобы рассчитать степень сужения. Слишком узкий зазор может вызвать задир или заедание из-за теплового расширения, а слишком маленький зазор может вызвать шум от поршневой породы.

На этом рисунке показан профиль поршня: форма цилиндра и конусность поршня. Из-за этого измерение диаметра на юбках дает большее число, чем измерение около купола.

«Профиль поршня имеет решающее значение для того, как поршень будет поддерживать себя, когда он совершает возвратно-поступательное движение в канале цилиндра. Например, профиль поршня должен помогать удерживать поршень в вертикальном положении в канале во время сгорания; представьте, что любой чрезмерный наклон поршня позволит поршню кольца, чтобы они «не сидели» и не плотно прилегали к стенке цилиндра », — уточняет Сулеки.

Овальность

Когда вы катите поршень по столу, вы также будете наблюдать, как поршень поднимается и опускается в движении «горб-горб-горб», очень похоже на колесо с плоским пятном.Эта характеристика называется овальностью, также известной как кулачок. Проще говоря, овальность означает, что поршень имеет наименьший размер на уровне отверстия под палец.

Эта диаграмма осевой нагрузки показывает силу, создаваемую поршнями из стороны в сторону.

Когда двигатель начинает свое движение, шатун движется не только вверх и вниз, но из-за аспекта вращения одновременно перемещается в сторону. Это действие со стороны шатуна и движение коленчатого вала создают нагрузочные силы на поршень вдоль плоскости шатуна на одной линии с вращением (известной как «ось тяги»).Чтобы поршень мог свободно перемещаться с этой боковой силой, поршень не может быть идеально круглым, иначе он может застрять в круглом отверстии цилиндра. Придавая поршню овальность, поршень может свободно перемещаться вверх и вниз по мере необходимости. Задача дизайна — добиться правильной овальности. Слишком низкая овальность может привести к тому, что поршень будет соприкасаться со стенкой цилиндра, ближайшей к концу поршневого пальца, в то время как слишком большая овальность может привести к тому, что поршень будет слишком сильно упираться в стенку цилиндра вдоль этой «оси тяги».«Слишком большая нагрузка на ось тяги может привести к сильному истиранию или заеданию, когда поршень преодолевает барьер масляной пленки и напрямую контактирует со стенкой цилиндра.

На этом рисунке показана овальность поршня. Эллипс со сплошной линией представляет диаметр поршня, как если бы вы смотрели вниз на купол.

Дэйв Сулеки прокомментировал овальность,

«Овальность — вещь неизвестная, когда большинство людей смотрят на поршень, они думают, что он круглый, и невооруженным глазом это должно быть так.Однако возьмите новый двухтактный поршень и прокатите его по столу, и что произойдет? Вы увидите неровный «бугорок, бугорок, бугорок», когда поршень катится по большой дуге… вы видите как профиль («конусообразную форму» поршня », так и овальность, поскольку поршень движется неравномерно. Овальность необходимо, чтобы поршень двигался вверх и вниз в отверстии цилиндра, так как коленчатый вал и шатун пытаются подтолкнуть поршень вверх, а сгорание вынуждает поршень опускаться, овальность позволяет поршню двигаться без заедания в круглом отверстии цилиндра.»

Еще одно визуальное представление профиля и овальности поршня.

Овальность — это ключевая деталь, которую следует помнить при измерении размера поршня. Поршень должен быть измерен в нижней части юбки, под углом 90 градусов от отверстия для пальца на запястье, чтобы получить точное измерение.

При измерении диаметра поршня убедитесь, что вы используете подходящие инструменты. Не используйте штангенциркуль для измерения поршня (поршней), так как вы не получите точного измерения. Самый точный инструмент — это набор микрометров наружного диаметра.

Размер вашего поршня должен быть измерен по низу юбки, под углом 90 градусов от отверстия под штифт. Обратите внимание: отображаемые здесь измерения предназначены только для ознакомительных целей. Измерьте каждую из своих частей на точность.

Некоторые поршни Wiseco имеют запатентованные покрытия юбки, такие как ArmorGlide или ArmorFit, которые предназначены для уменьшения износа, обеспечения более плавной и бесшумной работы и применяются в течение всего срока службы поршня. Для некоторых поршней с покрытием юбки характеристики измерения зазора между поршнем и стенкой изменятся, поэтому обязательно ознакомьтесь с инструкциями, прилагаемыми к поршню (поршням).

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о наших различных покрытиях.

Основы работы поршневого двигателя

Многие люди всю свою жизнь водят автомобили, даже не понимая, как они работают. 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.

• Цикл впуска : Во время цикла впуска впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень движется вниз по цилиндру, и вакуум, создаваемый движениями 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.

Руководство по диагностике поршня

ЧЕРНОЕ ТОЧЕЧНО ГОРЯЧЕЕ

на нижней стороне этого поршня есть черное пятно. Черное пятно — это углерод нагара, образовавшегося в результате пригорания масла на поршне из-за головка поршня была слишком горячей. Основные причины этой проблемы: перегрев из-за слишком бедного впрыска карбюратора или отказа системы охлаждения.

ЯСЕНОВЫЙ МУСОР

Это Головка поршня имеет пепельный цвет, что говорит о том, что двигатель разогрелся.Пепельный цвет на самом деле является материалом поршня, который начал мигать. (тают) и превратились в крошечные хлопья. Если этот двигатель работал дольше, он вероятно, у него образовалась горячая точка и дыра возле выхлопной стороны и не удалось. Основные причины этой проблемы — слишком обедненный карбюратор, слишком горячий диапазон свечи зажигания, слишком большой опережающий угол опережения зажигания, слишком большой компрессия по октановому числу топлива или общая проблема с перегревом.

РАЗБИЛСЯ DEBRIS

Это головка поршня была повреждена из-за попадания мусора в зону сгорания патронник и был раздавлен между поршнем и головкой блока цилиндров.Этот Двигатель имел соответствующий рисунок повреждений на хлюпающей ленте. Распространенные причины этой проблемы — сломанные игольчатые подшипники из малые или большие подшипники шатуна, концы сломанного кольца или центрирующий штифт смещенного кольца. Когда возникает подобная проблема, ее Важно определить место происхождения мусора. Также картеры необходимо промыть, чтобы удалить оставшийся мусор, который может вызвать снова такой же урон. Если мусор исходил из большого конца шатун, то коленчатый вал следует заменить вместе с коренные подшипники и сальники.

КОРОНА С ОТРУБАМИ

Этот головка поршня имеет сколы в канавке верхнего кольца из-за прокладки головки утечка. Охлаждающая жидкость всасывается в камеру сгорания на ход поршня вниз. Когда охлаждающая жидкость попадает в головку поршня, она делает алюминий хрупким, и в конечном итоге он трескается. В крайних случаях негерметичность прокладки головки блока цилиндров может вызвать эрозию верхнего края цилиндра. и соответствующая область головы. Незначительные утечки прокладки или уплотнительное кольцо выглядит как черные точки на поверхности прокладки.Двигатель, который страдает от того, что охлаждающая жидкость находится под давлением и вытесняется из радиатора вентиляционная трубка крышки — явный признак утечки из прокладки головки блока цилиндров. В большинстве случаях верхняя часть цилиндра и поверхность головки блока цилиндров должны быть всплыл, когда произошла утечка. У большинства велосипедов MX есть подголовники. голова к раме. Со временем голова может покоробиться возле выступ крепления стойки головы из-за сил, передаваемых через рама из верхней опоры амортизатора. Важно проверить коробление голову каждый раз, когда перестраиваешь верхнюю часть.

ЮБКА С ЛОТОМ

юбки этого поршня разлетелись, потому что поршень к цилиндру клиренс был слишком большим. Когда поршень может дребезжать в в отверстии цилиндра, в нем образуются трещины под напряжением, которые в конечном итоге разрушаются.

УДЕРЖИВАЕМЫЙ

шатун этого двигателя сломался пополам из-за зазора между штоком и упорными шайбами ​​шатуна было слишком велико.Когда подшипник шатуна изнашивается, радиальный прогиб штока становится чрезмерным, и шток испытывает крутильные колебания. Этот приводит к поломке шатуна и катастрофическому повреждению двигателя. В зазор головки блока цилиндров следует проверять каждый раз, когда вы восстанавливаете верхнюю часть. Чтобы проверить боковой зазор шатуна, вставьте щуп датчик между штоком и упорной шайбой. Проверить максимальный износ ограничения в заводском руководстве по эксплуатации вашего двигателя.

ЧЕТЫРЕ УГОЛ

Это поршень имеет вертикальные задиры в четырех равноотстоящих точках вокруг окружность.Четырехугольный заедание возникает, когда поршень расширяется быстрее, чем цилиндр, и зазор между поршнем и цилиндр уменьшается. Другой распространенной проблемой этого типа является одноточечный заед в центре выпускной стороны поршня. Однако это происходит только в цилиндрах с перекрытыми выпускными отверстиями. В основные причины этой проблемы — слишком быстрый прогрев, слишком бедный углевод струя (главный жиклер) или слишком высокая температура свечи зажигания.

МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЗАХВАТ

Это Поршень имеет множество вертикальных задиров по окружности.Этот цилиндр был расточен до диаметра, слишком маленького для поршня. В качестве как только двигатель запустился и поршень начал тепловую при расширении поршень прижался к стенкам цилиндра и заклинило. Оптимальные зазоры между поршнем и стенкой цилиндра для различных типов цилиндры сильно различаются. Например, цилиндр объемом 50 куб. См с композитным покрытием. можно использовать зазор между поршнем и стенкой цилиндра 0,0015 дюйма, тогда как Снегоход со стальными цилиндрами объемом 1200 куб. нужно между.От 0055 до 0,0075 дюйма. Для лучшей рекомендации по оптимальный зазор между поршнем и цилиндром для вашего двигателя, см. спецификации поставляются в комплекте с поршнем или проконсультируйтесь в сервисной службе завода-изготовителя. руководство по эксплуатации.

ЗАДВИЖЕНИЕ НА ВПУСКНОЙ СТОРОНЕ

Это поршень заедал со стороны впуска. Это очень редко и бывает вызвано только одной вещью, потерей смазки. Есть три возможных причины потери смазки, отсутствие предварительного смешивания масла, расслоение топлива и предварительно смешать масло в топливном баке, вода прошла через воздушный фильтр и смыл масляную пленку с юбки поршня.

СОСТАВ КОМПОЗИТА

Мост двухтактные цилиндры, используемые на мотоциклах и снегоходах, имеют композитные гальванические баллоны. Композитный материал выполнен из крошечных частицы карбида кремния. Процесс гальваники позволяет частицы карбида кремния прикрепляются к стенке цилиндра. Частицы очень твердые и острые, они не прикрепляются к портам, поэтому производитель или специалист по ремонту должны тщательно очистить цилиндр.Иногда карбид кремния «вспыхивает» вырывается из отверстия и заклинивается между цилиндром и поршнем. Этот вызывает крошечные вертикальные царапины на поршне. Это не проблема обязательно опасно и не вызывает катастрофического отказа поршня, но с этим следует бороться, тщательно промывая цилиндр и заточка отверстия для точного определения штриховок. Обычно ты потребуется заменить поршневой комплект, потому что царапины уменьшатся диаметр поршня выходит за пределы спецификации износа.

ВЫГОРНАЯ ОТВЕРСТИЯ

Это поршень был так сильно перегрет, что в заводной головке расплавилось отверстие и развалились кольцевые канавки на выхлопной стороне. Обычно поршень температура на выхлопной стороне выше, поэтому возникнут катастрофические проблемы. появятся там первыми. Есть несколько причин такой неудачи: вот самые распространенные; негерметичность сальника коленчатого вала со стороны магнето, слишком обедненный впрыск карбюратора, слишком опережающий угол опережения зажигания или неисправность блок воспламенителя, слишком горячий диапазон свечей зажигания, слишком высокая степень сжатия соотношение, слишком низкооктановое топливо.

УДАР-BY

Это поршень не вышел из строя, но он показывает наиболее распространенные проблема, прорыв. Износ колец превышает максимальный зазор между торцами колец. спецификации, позволяя давлению горения просачиваться через кольца и вниз по юбка поршня, вызывающая отчетливый углеродный рисунок. Возможно, что Отчасти виноват заштрихованный узор на хонинговальных стенках цилиндров. Если Стенки цилиндров покрыты глазурью или изношены слишком сильно, даже новые кольца не запечатываются должным образом, чтобы предотвратить проблему прорыва.Flex-Hones — это продукт доступны в большинстве магазинов автозапчастей. Их можно использовать для удаления масла остекление и восстановление следов хонингования, позволяющих кольцам износиться к цилиндру и образовать хорошее уплотнение. Если вы покупаете Flex-Hone для вашего цилиндра правильная зернистость 240, а размер должен составлять 10%. меньше диаметра отверстия.

Поршни двигателя внутреннего сгорания — x-engineer.org

Поршень является составной частью двигателя внутреннего сгорания.Основная функция поршня — преобразовывать давление, создаваемое горящей топливовоздушной смесью, в силу, действующую на коленчатый вал. Легковые автомобили имеют поршни из алюминиевого сплава, а грузовые автомобили также могут иметь поршни из стали и чугуна.

Поршень является частью кривошипно-шатунного механизма (также называемого кривошипно-шатунным механизмом ), который состоит из следующих компонентов:

• поршень
• поршневые кольца
• шатун
• коленчатый вал

Изображение: Привод коленчатого вала двигателя (кривошипно-шатунный механизм) Предоставлено: Rheinmetall

Поршень также выполняет второстепенные функции двигателя :

• способствует рассеиванию тепла , образующемуся во время сгорания утечки газа из него и проникновение масла в камеру сгорания
• направляет движение шатуна
• обеспечивает непрерывную смену газов в камере сгорания
• создает переменного объема в камере сгорания

Изображение: поршни Kolbenschmidt
Кредит: Kolbenschmidt

Форма поршня в основном зависит от типа двигателя внутреннего сгорания.Поршни бензиновых двигателей обычно легче и короче по сравнению с поршнями дизельных двигателей. Геометрия поршня имеет множество тонкостей из-за сложности рабочей среды, но основными частями поршня являются:

• поршень головка , также называемая верхняя часть или головка : верхняя часть поршня который вступает в контакт с давлением газа в камере сгорания
• кольцевой ремень : верхняя средняя часть поршня, когда поршневые кольца расположены
• выступ штифта : нижняя средняя часть поршня который содержит поршневой палец
• юбка поршня : область под кольцевым ремнем

Изображение: оси поршневого пальца и юбки

Изображение: Основные детали поршня Кредит: [3]

где:

1. верх поршня
2. верхняя площадка
3. кольцевой ремень
4. распорки
5. стопорный зажим пальца
6. выступ штифта
7. pis тонный штифт
8. поршневые кольца
9. юбка поршня

Поршень соединен с шатуном через поршневой палец (7).Штифт позволяет поршню вращаться вокруг оси штифта. Штифт удерживается в поршне с помощью фиксатора пальца (5).

После днища поршня доходит до кольцевого ремня (также называемого кольцевой зоной) (3). Большинство поршней имеют три кольцевых канавки, в которые устанавливаются поршневые кольца. Верхнее кольцо называется компрессионным кольцом , среднее на нем — скребковым кольцом , а нижнее — кольцом контроля масла . Компрессионное кольцо должно герметизировать камеру сгорания, чтобы предотвратить утечку внутренних газов в блок двигателя.Маслоуправляющее кольцо соскабливает масло со стенок цилиндра, когда поршень находится на рабочем или выпускном такте. Среднее кольцо выполняет комбинированную функцию обеспечения сжатия в цилиндре и удаления излишков масла со стенок цилиндра.

Юбка поршня (8) удерживает поршень в равновесии внутри цилиндра. Обычно он покрывается материалом с низким коэффициентом трения, чтобы уменьшить потери на трение. В отверстии для пальца или втулки (6) поршня находится поршневой палец (7), который соединяет поршень с шатуном.

Геометрические характеристики поршня

Поршни должны правильно работать в широком диапазоне температур, от -30 ° C до 300-400 ° C. В то же время он должен быть достаточно легким, чтобы иметь низкую инерцию и обеспечивать высокие обороты двигателя. Ниже представлена ​​пара геометрических характеристик поршня.

Овальность поршня

Из-за процесса сгорания температура внутри цилиндров двигателя достигает сотен градусов Цельсия.Поршень является одним из основных компонентов, который поглощает часть выделяемого тепла и отводит его в моторное масло. Поскольку ось поршневого пальца содержит больше материала, чем ось юбки, тепловое расширение вдоль оси пальца немного выше, чем тепловое расширение вдоль оси юбки. По этой причине поршень имеет овальную форму, диаметр по оси пальца на 0,3-0,8% меньше диаметра по оси юбки [6].

Изображение: Овальность поршня

Поршень конической формы

Форма поршня не идеальна для цилиндра.При низкой температуре зазор между поршнем и цилиндром двигателя больше по сравнению с высокими температурами. Кроме того, зазор не является постоянным по длине поршня, он меньше вокруг верхней части поршня по сравнению с областью юбки поршня. Это необходимо для большего теплового расширения головки поршня, поскольку она содержит больший объем металла.

Изображение: Зазор поршня (коническая форма)

Изображение: Тепловое расширение поршня (если цилиндрическая форма)

Смещение поршневого пальца

Поршень перемещается на 3 градуса внутри цилиндра свободы, 1 первичный и 2 вторичных:

• вдоль вертикальной оси цилиндра, между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ) (первичная, ось Y)
• вокруг ось пальца (вторичная, α — угол)
• вдоль оси юбки (вторичная, ось x)

Первичное движение создает крутящий момент на коленчатом валу, это желательно с механической точки зрения.Вторичные движения происходят из-за комбинации нескольких факторов: двунаправленного движения шатуна и зазора между поршнем и цилиндром. Оба вторичных движения вызывают трение о стенки цилиндра, а также шум, вибрацию (удар поршня).

Изображение: Осевое усилие поршня и смещение пальца

Когда коленчатый вал вращается по часовой стрелке, левая сторона цилиндра называется осевой стороной (TS) , а противоположная сторона — противодействующей стороной (ATS). .Удары поршня могут происходить с любой стороны цилиндра. Удар поршня возбуждает блок двигателя и проявляется в виде поверхностных вибраций, которые в конечном итоге излучаются в виде шума вблизи двигателя [9]. Еще одно неудобство заключается в том, что когда поршень движется через ВМТ и ВТС, на коленчатый вал создается повышенная нагрузка, поскольку поршень совмещен с центром вращения коленчатого вала.

Смещение поршневого пальца — это несоосность между центром отверстия поршневого пальца и центром коленчатого вала.За счет этого в конструкции улучшаются шумовые характеристики двигателя из-за ударов поршня в ВМТ. Это основная проблема NVH (шумовая вибрация и резкость) для инженеров-технологов, которые хотят устранить тревожные шумы везде, где они могут. Вторая причина — повышение мощности двигателя за счет уменьшения внутреннего трения в TS и ATS.

Смещение пальца снижает механическое напряжение, возникающее в соединительной штанге, когда она достигает ВМТ или НМТ, потому что шатун не должен толкать поршень в противоположном направлении в конце хода.Это смещение заставляет стержень перемещаться по дуге в ВМТ и НМТ.

Механические нагрузки на поршень

Поршень является элементом двигателя внутреннего сгорания (ДВС) , который должен выдерживать наибольшие механические и термические нагрузки. Из-за поршня мощность ДВС ограничена. В случае очень высокой термической или механической нагрузки поршень выходит из строя первым (по сравнению с блоком цилиндров, клапанами, головкой блока цилиндров). Это связано с тем, что поршень должен быть компромиссом между массой и устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам.

Циклическое нагружение поршня из-за [6]:

• сила газа от давления в цилиндре
• сила инерции от колебательного движения поршня и
• поперечная сила от опоры силы газа наклонным шатуном, а сила инерции колеблющегося шатуна

определяет механическую нагрузку .

Вертикальные силы, действующие на поршень, состоят из: сил давления, , создаваемых расширяющимися газами, и сил инерции, , создаваемых собственной массой поршня [10].

\ [F_ {p} = F_ {gas} + F_ {ineria} \]

Силы инерции намного меньше сил давления и имеют наибольшую интенсивность, когда поршень меняет направление, в ВМТ и НМТ.

Изображение: Напряжение поршня по Мизесу и механическая деформация Кредиты: [7]

Изображение: Вертикальные силы поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала Кредиты: [7]

Вышеуказанные силы поршня рассчитываются с использованием передовых методов анализа методом конечных элементов для алюминиевого поршня, используемого в легковых автомобилях с дизельным двигателем [7].

Процесс сгорания имеет разные характеристики для дизельного и бензинового ДВС. В дизельном двигателе пиковое давление газа при сгорании может достигать 150 — 160 бар. В бензиновом двигателе максимальное давление ниже 100 бар. Из-за более высокого давления поршни дизельного двигателя должны выдерживать более высокие механические нагрузки.

Чтобы работать без сбоев в таких суровых условиях, поршни дизельных двигателей конструируются более тяжелыми, прочными и имеют большую массу.Недостатком является более высокая инерция, более высокие динамические силы, поэтому максимальная частота вращения двигателя ниже. Одна из причин, по которой дизельные двигатели имеют более низкую максимальную скорость (около 4500 об / мин) по сравнению с бензиновыми двигателями (около 6500 об / мин), — это более тяжелые механические компоненты (поршни, шатуны, коленчатый вал и т. Д.).

Термические нагрузки на поршень

Головка поршня находится в прямом контакте с горящими газами внутри камеры сгорания, поэтому подвергается высоким термическим и механическим нагрузкам .В зависимости от типа двигателя (дизельный или бензиновый) и типа впрыска топлива (прямой или непрямой) головка поршня может быть плоской или содержать чашу .

Тепловая нагрузка от температуры газа в процессе сгорания также является циклической нагрузкой на поршень. Он действует в основном во время такта расширения на поршне со стороны камеры сгорания. В других тактах, в зависимости от принципа действия, тепловая нагрузка на поршень снижается, прерывается или даже оказывает охлаждающий эффект во время газообмена.Как правило, передача тепла от горячих дымовых газов к поршню происходит в основном за счет конвекции, и лишь небольшая часть является результатом излучения.

Изображение: Рабочие температуры поршня
Кредиты: [3]

Тепло, выделяемое во время сгорания, частично поглощается поршнем. Большая часть тепла передается через площадь кольца поршня (около 70%). Юбка поршня отводит 25% тепла, а остальное передается на поршневой палец, шатун и масло.Более высокая частота вращения двигателя означает более высокую температуру поршня . Это происходит потому, что накопленное тепло не успевает рассеяться между двумя последовательными циклами сгорания. В то же время более высокая нагрузка на двигатель означает более высокую температуру поршня, потому что при этом сгорает больше воздушно-топливной смеси, которая выделяет больше тепла.

Изображение: Распределение температуры в поршне бензинового двигателя Кредит: [6]	Изображение: Распределение температуры в поршне дизельного двигателя с каналом охлаждения Кредит: [6]
Изображение: Тепловая нагрузка поршня Кредит: [7]

Что касается хода расширения, продолжительность действия тепловой нагрузки от сгорания очень мала.Следовательно, только очень небольшая часть составляющей массы поршня, вблизи поверхности на стороне сгорания, следует за циклическими колебаниями температуры. Таким образом, почти вся масса поршня достигает квазистатической температуры, которая, однако, может иметь значительные локальные изменения.

Охлаждение поршня

По мере увеличения удельной мощности в современных двигателях внутреннего сгорания поршни подвергаются возрастающим тепловым нагрузкам. Поэтому эффективное охлаждение поршня требуется чаще, чтобы обеспечить безопасность эксплуатации.

Изображение: 2009 Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) Головка поршня и масляная форсунка
Кредит: GM

Температуру поршня можно снизить за счет циркуляции масла в средней части поршня. Это может быть достигнуто с помощью маслоструйных устройств, установленных на блоке цилиндров, которые впрыскивают моторное масло через отверстие, когда поршень находится близко к нижней мертвой точке (НМТ).

Компания Tenneco Powertrain разработала новый стальной поршень для дизельных двигателей с «герметичной на весь срок службы» охлаждающей камерой в головной части, что позволяет поршням безопасно работать при температурах в головке более чем на 100 ° C выше действующих ограничений.

Изображение: технология охлаждения поршня EnviroKool
Кредит: Tenneco

Для формирования коронки EnviroKool внутри поршня с помощью сварки трением создается встроенный охлаждающий канал, который затем заполняется высокотемпературным маслом и инертным газом. Эта камера постоянно закрыта приварной заглушкой. Согласно Tenneco Powertrain, технология EnviroKool позволяет преодолеть температурные ограничения обычных открытых галерей, в которых в качестве теплоносителя используется смазочное масло.

Типы поршней

Геометрия поршня ограничена из-за кубатуры ДВС. Поэтому основной способ повышения механического и термического сопротивления поршня — увеличение его массы. Это не рекомендуется, потому что поршень с большой массой имеет большую инерцию, которая преобразуется в высокие динамические силы, особенно при высоких оборотах двигателя. Сопротивление поршня можно улучшить за счет оптимизации геометрии, но всегда будет компромисс между массой, механическим и термическим сопротивлением.

На первый взгляд поршень кажется простым компонентом, но его геометрия довольно сложна:

Изображение: Техническое описание дизельного поршня Кредит: Kolbenschmidt

Изображение: Техническое описание бензинового поршня Кредит: Kolbenschmidt

Условные обозначения:

1. диаметр чаши
2. днище поршня
3. камера сгорания (чаша)
4. край днища поршня
5. верхняя площадка поршня
6. посадочная площадка канавки компрессионного кольца
9. земля паза компрессионного кольца
10. выемка под кольцо
11. стороны канавки
12. канавка маслосъемного кольца
13. отверстие для возврата масла
14. выступ поршневого пальца
15. удержание на расстоянии канавки
16. канавка для стопорного кольца
17. расстояние до ступицы поршня
18. ступенчатая кромка поршня
20. диаметр поршня 90 ° C относительно отверстия под поршневой палец 90 137
21. отверстие поршневого пальца
22. глубина чаши
23. юбка
24. зона кольца
25. высота сжатия поршня
26. длина поршня
27. канал масляного радиатора
28. держатель кольца
29. втулка болта
30. измерительное окно диаметра
Как видите, между дизельными и бензиновыми поршнями есть существенные различия.

Поршни дизельного двигателя должны выдерживать более высокие давления и температуры, поэтому они больше, крупнее и тяжелее. Они могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, стали или их комбинации. Поршень дизеля содержит часть камеры сгорания в головке поршня. Из-за формы поперечного сечения головки поршня поршень дизельного двигателя также называют поршнем с головкой омега.

Поршни для бензиновых двигателей легче и предназначены для более высоких оборотов двигателя.Они изготавливаются из алюминиевых сплавов и обычно имеют плоскую головку. Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (DI) имеют специальные головки, позволяющие направлять поток топлива качающимся движением.

Ниже вы можете увидеть несколько изображений дизельных и бензиновых (бензиновых) двигателей в высоком разрешении.

Изображение: LS9 6.2L V-8 SC поршень (алюминий, бензин / бензиновый двигатель с непрямым впрыском) Кредит: GM	Изображение: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) поршень (алюминиевый, бензиновый / бензиновый двигатель с прямым впрыском) Кредит: GM
Изображение: Поршень дизельного двигателя автомобиля с кольцами (алюминий, дизель) Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Поршень из моностали (сталь, дизель) ) Кредит: Tenneco

Материалы поршней

Большинство поршней для автомобильной промышленности изготавливаются из алюминиевых сплавов .Это потому, что алюминий легкий, обладает достаточной механической прочностью и хорошей теплопроводностью. Существуют тяжелые машины, коммерческие автомобили, в которых используются поршни из стали , которые более устойчивы к более высоким давлениям и температурам в камере сгорания.

Алюминиевые поршни производятся из литых или кованых жаропрочных алюминиево-кремниевых сплавов. Есть три основных типа алюминиевых поршневых сплавов. Стандартный поршневой сплав представляет собой эвтектический сплав Al-12% Si, содержащий дополнительно ок.По 1% каждого из Cu, Ni и Mg [3].

Основными алюминиевыми сплавами для поршней являются [3]:

• эвтектический сплав (AlSi12CuMgNi): литье или ковка
• заэвтектический сплав (AlSi18CuMgNi): литой или кованый
• специальный эвтектический сплав (только AlSi250137Cu4). алюминиевый сплав имеет более низкую прочность, чем чугун, поэтому необходимо использовать более толстые секции, поэтому не все преимущества легкого веса этого материала реализуются. Кроме того, из-за более высокого коэффициента теплового расширения алюминиевые поршни должны иметь больший рабочий зазор.С другой стороны, теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у железа. Это, вместе с большей толщиной используемых секций, позволяет алюминиевым поршням работать при температурах примерно на 200 ° C ниже, чем чугунные [8].

  В некоторых случаях прочность и износостойкость поршней из алюминиевого сплава недостаточны для удовлетворения требований по нагрузке, поэтому используются черные материалы (например, чугун, сталь). Существует несколько методов использования черных металлов в производстве поршней:

  • в качестве местной арматуры, вставки из черного металла (т.е.g., держатели колец)
  • в виде удлиненных частей композитных поршней (например, днища поршня, болтов)
  • поршни, полностью изготовленные из чугуна или кованой стали

  Изображение: композитный поршень для тяжелого двигателя — поперечное сечение Кредит: [8]

  Изображение: Композитный поршень для дизельных судовых двигателей Кредит: Warstila

  В поршнях и поршнях используются два типа черных металлов компоненты [6]:

  • чугун :
    • аустенитный чугун для держателей колец
    • чугун с шаровидным графитом для поршней и юбок поршней
  • сталь
    • хром-молибденовый сплав
    • хромомолибден-никелевый сплав (34CrNiMo6)
    • молибден-ванадиевый сплав (38MnVS6)

  чугун обычно имеют содержание углерода> 2%.Поршни высоконагруженных дизельных двигателей и другие высоконагруженные компоненты двигателей и конструкции машин преимущественно изготавливаются из сферолитического чугуна M-S70. Этот материал используется, например, для изготовления цельных поршней и юбок поршней в композитных поршнях [6].

  Сплавы железа, обозначенные как стали, обычно имеют содержание углерода менее 2%. При нагревании они полностью превращаются в ковкий (пригодный для ковки) аустенит. Поэтому сплавы железа отлично подходят для горячей штамповки, такой как прокатка или ковка.

  Поршневые технологии

  Существует несколько передовых поршневых технологий, каждая из которых имеет целью увеличить механическое и / или термическое сопротивление, снизить коэффициент трения или общую массу (сохраняя в то же время механические и термические свойства).

  Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых на заводе Kolbenschmidt , каждый с уникальными технологиями.

  Изображение: Поршень бензинового двигателя в облегченной конструкции LiteKS® с держателем кольца
  Кредит: Kolbenschmidt

  Изображение: Поршень дизеля с охлаждающим каналом, втулкой болта и держателем кольца Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Шарнирно-сочлененный поршень дизеля с кованой верхней стальной частью и алюминиевой юбкой Кредит: Kolbenschmidt
  Изображение: Литые держатели колец из чугуна многократно увеличивают долговечность первой кольцевой канавки дизельных поршней.Kolbenschmidt является лидером в разработке соединения Alfin с держателем кольца. Кредит: Kolbenschmidt
  Изображение: Жестко анодированные кольцевые канавки предотвращают износ и микросварку поршней для бензиновых двигателей. Кредит: Kolbenschmidt				Поршни KS Kolbenschmidt имеют специальное покрытие LofriKS®, NanofriKS® или графит на юбке поршня. Они уменьшают трение внутри двигателя и обеспечивают хорошие характеристики при аварийной работе. Покрытия LofriKS® также используются по акустическим причинам.Их использование сводит к минимуму шумы от хлопка поршня. NanofriKS® является дальнейшим развитием испытанного и испытанного покрытия LofriKS® и дополнительно содержит наночастицы оксида титана для повышения износостойкости и долговечности покрытия. Кредит: Kolbenschmidt
  Изображение: Юбки поршней с железным покрытием (Ferrocoat ®) гарантируют надежную работу при использовании в алюминиево-кремниевых поверхностях цилиндров (Alusil®). Кредит: Kolbenschmidt	Изображение: Отверстия поршневого пальца специальной формы (Hi-SpeKS®) увеличивают динамическую нагрузочную способность станины поршневого пальца, тем самым увеличивая долговечность поршня Кредит: Kolbenschmidt

  Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых компанией Tenneco Powertrain (ранее Federal Mogul) , каждый из которых отличается уникальными технологиями.

  Изображение: Поршень Elastothermic® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств) Характеристики: Поршень с охлаждающим каналом улучшает мощность и расход топлива уменьшенных бензиновых двигателей — Канал эластотермического охлаждения снижает температуру днища поршня на около 30 ° C. — снижение температуры первой кольцевой канавки примерно на 50 ° C, что приводит к уменьшению отложений нагара и износа канавок и колец для длительного срока службы; низкий расход масла и удар на ; — снижение риска неконтролируемого возгорания, например, при низкой скорости предварительного нагрева. зажигание Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Алюминиевые дизельные поршни Характеристики: — оптимизированное расположение каналов для максимального охлаждения может привести к снижению температуры обода барабана до 10% — улучшенная боковая забивка методы значительно улучшают конструктивную устойчивость (даже при тонкостенных конструкциях) — реструктуризация обода камеры сгорания и дно стакана могут обеспечить увеличение усталостной долговечности до 100%. Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)
  Изображение: Поршни для дизельных двигателей из моностали (стальные поршни для дизельных автомобилей большой грузоподъемности или промышленного применения) Поршень Monosteel® обеспечивает прочность и охлаждение, чтобы удовлетворить самые жесткие требования к двигателям на рынках тяжелых и промышленных двигателей, включая новое поколение давлений срабатывания двигателя, необходимых для дорожных правил Евро VI и выше. Прочная конструкция, состоящая из сварных с помощью инерционной сварки кованых стальных секций, образующих большие охлаждающие галереи, позволяет поршням Monosteel выдерживать возрастающие механические нагрузки. Эволюция Monosteel включает в себя последние разработки для промышленных двигателей с большим диаметром цилиндра, а также использование тонкостенных легких поковок и отливок для дизельных двигателей легковых автомобилей. Основные характеристики продукта: — большая закрытая структурная галерея с превосходным охлаждением обода чаши и кольцевой канавки, уменьшающим деформацию канавки и улучшающим контроль масла и газового уплотнения — профилированное отверстие под палец без втулки — юбка по всей длине для стабильного поршня динамика, снижение риска кавитации гильзы и улучшение кольцевого уплотнения. — процесс обеспечивает гибкость материала с возможностью выбора материала коронки для уменьшения коррозии или окисления и / или выбора материала юбки для повышения технологичности. Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Поршни с покрытием EcoTough® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких или тяжелых автомобилей) Поршень с покрытием EcoTough® обеспечивает важные преимущества, которые помогают удовлетворить потребности клиентов в более эффективные конструкции двигателей, включая пониженный расход топлива и выбросы CO 2 . Он сочетает в себе низкий износ и низкое трение в одном применении и снижает расход топлива на 0,8% по сравнению с обычными покрытиями поршней. Ключевые преимущества: — совместим с существующей и усовершенствованной отделкой внутренних отверстий цилиндров и может быть беспрепятственно введен в серийное производство двигателей в качестве эксплуатационных изменений — состав обеспечивает большую толщину, чем поршни с обычным покрытием, обеспечивая дополнительную защиту — соответствует строгим экологическим стандартам ; не содержит токсичных растворителей. — запатентованное усовершенствованное покрытие юбки поршня с твердыми смазочными материалами и армированием углеродными волокнами, специально разработанное для сложных бензиновых условий. — Снижение трения в силовом цилиндре (поршень + кольца) на 10% по сравнению сстандартные покрытия, повышение экономии топлива до 0,4% / CO 2 сокращение в европейских испытаниях ездового цикла — уменьшение износа на 40% по сравнению со стандартными бензиновыми покрытиями, повышенная надежность современных бензиновых двигателей с наддувом DI — EcoTough® — это запатентованное FM-покрытие Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)
  Изображение: Поршень DuraBowl® (алюминиевый поршень для дизельных легких или тяжелых автомобилей) Усиление поршня DuraBowl® Частичное переплавление кромки чаши : — чрезвычайное улучшение структуры алюминиевого материала, созданное локализованным переплавом с использованием технологии TIG. — до 4 раз улучшенная долговечность в двигателях с высокой удельной мощностью по сравнению с поршнями без переплавки барабана.Допускает форму камеры сгорания, подвергающуюся высоким нагрузкам. — Процесс FM DuraBowl® расширяет пределы алюминиевых поршней в самых сложных условиях за счет увеличения усталостной прочности (циклов) поршня Авторы и права: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)	Изображение: Elastoval II сверхлегкие поршни (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств) Технология бензиновых поршней Avanced Elastoval® II основана на: — глубоких карманах под короной — наклонных боковых панелях — облегченной конструкции опоры пальца — тонких стенках 2.5 мм — оптимизированная площадь юбки и гибкость — Высокоэффективный сплав FM S2N Характеристики и преимущества включают: — снижение веса на 15% по сравнению с бензиновыми поршнями предыдущего поколения — обеспечивает удельную мощность до 100 кВт / л — оптимизировано характеристики шума и трения Совместимость с опцией держателя кольца alfin для увеличения пикового давления в цилиндре и устойчивости к детонации Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

  Часто задаваемые вопросы о поршнях

  Для чего используются поршни?

  Поршни используются в двигателях внутреннего сгорания для передачи усилия на шатун и коленчатый вал, создавая крутящий момент двигателя.Поршни преобразуют давление газа из камеры сгорания в механическую силу.

  Что такое поршень и как он работает?

  Поршень — это компонент двигателя внутреннего сгорания, сделанный из алюминия или стали, используемый для преобразования давления газа из камеры сгорания в механическую силу, передаваемую на шатун и коленчатый вал.

  Из чего сделан поршень?

  Поршень может быть изготовлен из цветных металлов, алюминия (Al) или черных металлов, таких как чугун или сталь .

  Какие бывают два типа поршневых колец?

  Два типа поршневых колец: компрессионные кольца и масляные кольца.

  Какие два основных типа поршневых двигателей?

  Двумя основными типами поршневых двигателей являются: дизельный, поршневой двигатель и бензиновый (бензиновый) двигатель, поршень. Функция материала, два основных типа поршня: алюминиевый поршень и стальной поршень .

  Как долго должны служить поршни?

  Поршень должен служить в течение всего срока службы автомобиля, если условия эксплуатации являются номинальными (нормальная смазка, регулярное обслуживание двигателя, отсутствие чрезмерной нагрузки, отсутствие чрезмерной температуры). В нормальных условиях эксплуатации поршень должен прослужить не менее 300000 км до 500000 км и более.

  Что вызывает отверстия в поршнях?

  Обычно аномально высокие температуры вызывают плавление поршней, или детонация двигателя может вызвать трещины в поршнях.Неисправные форсунки могут подавать чрезмерное количество топлива в цилиндры, что может вызвать аномально высокую температуру сгорания и частичное оплавление поршней.

  Как узнать, повреждены ли поршни?

  Если поршень поврежден, наиболее вероятными симптомами являются: потеря мощности из-за потери сжатия, чрезмерный дым в выхлопе или необычный шум двигателя.

  Можно ли починить сломанный поршень?

  Сломанный поршень не подлежит ремонту, его необходимо заменить.Поршень имеет очень жесткие геометрические допуски, которые, скорее всего, не будут соблюдены после ремонта. Кроме того, их механические и термические свойства изменятся после ремонта, что приведет к дальнейшим повреждениям. Сломанный поршень может вызвать серьезные повреждения блока цилиндров, шатуна, клапанов и т. Д. И требует немедленной замены.

  Можно ли водить машину с неисправным поршнем?

  Вы можете ездить с плохим поршнем, но это не рекомендуется. Повреждение поршня может привести к значительному выходу из строя блока цилиндров, коленчатого вала, шатунов, клапанов и т. Д.Если не заменить поврежденный поршень, это может привести к полному отказу двигателя.

  Повредит ли мой двигатель удар поршня?

  Удар поршня повредит двигатель, оставьте без присмотра. Удар поршня в течение длительного времени приведет к повреждению гильзы цилиндра и самого поршня.

  Уходит ли поршень при нагревании?

  Поршень частично уходит, когда двигатель прогрет. Удар поршня вызван чрезмерным износом гильзы цилиндра или самого поршня.Когда двигатель нагревается, поршень имеет тепловое расширение, и зазор между поршнем и цилиндром уменьшается, что приводит к уменьшению ударов поршня.

  Могу ли я ехать с хлопком поршня?

  Можно ездить с хлопком поршня, но долго водить не рекомендуется. Удар поршня вызовет износ самого поршня и гильзы цилиндра. Удар поршня также может вызвать трещины в поршне, что может привести к полному отказу двигателя, если его оставить без присмотра.

  Что вызывает износ юбки поршня?

  Износ юбки поршня вызван недостаточной смазкой гильзы цилиндра маслом.В нормальном рабочем состоянии система смазки разбрызгивает масло на цилиндры, чтобы избежать прямого контакта между юбкой поршня и цилиндром. При неисправности системы смазки или недостаточном уровне масла на стенках цилиндра не будет достаточно масла, и юбка поршня будет значительно изнашиваться.

  Ссылки

  [1] Клаус Молленхауэр, Хельмут Чоеке, Справочник по дизельным двигателям, Springer, 2010 г.
  [2] Хироши Ямагата, Наука и технология материалов в автомобильных двигателях, Woodhead Publishing in Materials, Кембридж, Англия, 2005 г. .
  [3] The Aluminium Automotive Manual, European Aluminium Association, 2011.
  [4] Heisler, Heinz, Vehicle and Engine Technology, Society of Automotive Engineers, 1999.
  [5] QinZhaoju et al., Поршневая термомеханическая муфта дизельного двигателя моделирование и многопрофильная оптимизация проектирования, Примеры в теплотехнике, Том 15, ноябрь 2019 г.
  [6] Испытания поршней и двигателей, Mahle GmbH, Штутгарт, 2012 г.
  [7] Скотт Кеннингли и Роман Моргенштерн, Тепловые и механические нагрузки в Область чаши сгорания легковых дизельных поршней из AlSiCuNiMg; Пересмотрено с акцентом на расширенный анализ методом конечных элементов и инструментальные методы тестирования двигателей, Federal Mogul Corporation, SAE Paper 2012-01-1330.
  [8] T.K. Гаррет и др., The Motor Vehicle, 13-е издание, Butterworth-Heinemann, 2001.
  [9] Н. Долатабади и др., Об идентификации событий удара поршнем в двигателях внутреннего сгорания с использованием трибодинамического анализа, Механические системы и обработка сигналов, том 58 –59, июнь 2015 г., страницы 308-324, Elsevier, 2014.
  [10] Клаус Молленхауэр и Гельмут Чоеке, Справочник по дизельным двигателям, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010.

  По любым вопросам, наблюдениям и запросам по этой статье , используйте форму комментария ниже.

  Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

  Как форма поршня влияет на сгорание?

  Когда мы говорим о двигателях, мы часто говорим что-то вроде «четырехцилиндровый» или «шестицилиндровый». Но что это на самом деле означает? Для тех, кто не знаком с основами двигателя, «цилиндр» — это пространство, в котором движется поршень, а поршни являются жизненно важными частями внутри большинства двигателей, приводимых в действие за счет внутреннего сгорания.

  Обычно бензин и воздух смешиваются вместе в камере сгорания над поршнем.Когда электрическая искра воспламеняет эту смесь, она создает крошечный взрыв, который заставляет поршень подниматься и опускаться. Это движение вращает коленчатый вал, который в конечном итоге отвечает за привод трансмиссии и колес.

  Как и следовало ожидать, поршни подвергаются большему нагреву, давлению и движению, чем почти любая другая часть двигателя. Они должны быть долговечными. Поскольку двигатели постоянно развиваются, автопроизводители продолжают находить новые способы создания более совершенных поршней, включая изменение их размера и состава.

  Поршень лежит в основе движения двигателя. Добавление поршней в двигатель или их увеличение увеличивает рабочий объем двигателя, а это означает, что двигатель вырабатывает больше мощности, потому что он сжигает больше бензина.

  Однако важнее всего не только количество поршней в двигателе. Форма поршня имеет большое влияние на процесс внутреннего сгорания. В основном форма поршня имеет прямое отношение к тому, как регулируется тепло и воздушно-топливная смесь.

  Давайте сначала поговорим о различных формах поршней.Поршни эллиптической или овальной формы при нагревании становятся более круглыми. Это позволяет улучшить уплотнение, когда цилиндр встречается с камерой сгорания для большей эффективности. Некоторые поршни имеют коническую или коническую форму, что позволяет поршню двигаться более свободно независимо от количества тепла. Другие имеют «бочкообразную» форму, которая более гладкая и создает меньше шума и резкости при движении [источник: Университет Виндзора].

  Далее давайте узнаем больше о том, как верхняя часть поршня влияет на производительность, экономию топлива и срок службы двигателя.

  Как определить, годны ли ваши поршни для восстановления двигателя

  Игроки — это совсем другое дело. В какой-то момент они, кажется, понимают, что блеф зашел слишком далеко, когда пора сбросить руку и дожить до битвы в другой день. Искусство создания гоночных и высокопроизводительных двигателей часто требует доведения двигателей до предела своих возможностей. Разница в том, что хороший производитель двигателей знает, как увеличить шансы в свою пользу.

  Обновление двигателя всегда было игрой в тщательную разборку и оценку компонентов на предмет износа, за которой следовала серия критических замечаний, которые уравновешивают стоимость новых деталей с дальнейшим подталкиванием ветеранов.Оценка поршней требует опытного взгляда, но есть несколько контрольных точек, которые может использовать любой производитель двигателей, чтобы сделать правильный выбор.

  Мы поговорили с Греггом Суенагой из JE Pistons о том, что нужно искать при использовании опытных поршней. Физические повреждения, такие как контакт поршня с клапаном, могут вызвать другие проблемы, о которых вы можете не подозревать. Например, у нас была возможность осмотреть малогабаритный Chevy, у которого возникла проблема с контактом поршня с клапаном на одном поршне. Сначала казалось, что поршень пережил повреждения, в остальном не пострадал, за исключением отметки, оставленной клапаном.Но когда мы попытались удалить плавающий штифт, его пришлось выбить из поршня с помощью молотка и пробойника. Контакт на головке поршня изменил форму поршня настолько, что исказил отверстие под палец. Хотя хонингование отверстия под палец могло привести к восстановлению поршня, производитель просто решил не рисковать и просто заменил поршень.

  Если какой-либо полностью плавающий поршень отсоединяется от штока, JE также рекомендует использовать новые круглые проволочные зажимы или спиральные замки. Установить эти зажимы или замки непросто, поэтому рекомендуется использовать новые.Некоторые производители двигателей снимают фаски на концах круглых проволочных зажимов, чтобы предотвратить выдолбление отверстия под шпильку.

  Если не считать контактного повреждения, оценка нормального износа рабочего поршня должна начинаться с быстрой визуальной проверки юбки поршня с последующим измерением в направляющей точке поршня. Направляющая точка — это область на юбке, где диаметр наибольший. На поршнях JE он обычно расположен на 0,500 дюйма выше нижней части юбки, но вы должны проверить это по индивидуальному номеру детали поршня.

  Если производитель двигателя записал исходный диаметр поршня, простое сравнение выявит любые изменения. Можно увидеть поршни с частично разрушенными юбками из-за детонации или проблем с физическим контактом, которые в противном случае визуально выглядят нормально. Незначительное изменение зазора между поршнем и стенкой можно считать нормальным, но изменение зазора между поршнем и стенкой более 0,002 дюйма следует рассматривать как хороший повод для такого изменения. Имейте в виду, что поршни 4032 имеют гораздо более узкий зазор между поршнем и стенкой по сравнению с поршнями из сплава 2618, поэтому зазоры будут другими.

  Пожалуй, самое дорогое место из-за износа находится в канавке верхнего кольца. Все кольца используют давление цилиндра за верхним кольцом для увеличения уплотняющей нагрузки на кольцо. Это требует небольшого осевого или вертикального зазора между кольцевой канавкой и поршнем. Рекомендации JE по осевому зазору зависят от конкретного поршня, но общий зазор от 0,001 до 0,002 дюйма является приемлемым. Это можно измерить с помощью щупа между верхней частью кольца и канавкой.Изношенные кольцевые площадки также могут иметь больший зазор по направлению к внешнему краю канавки, создавая эффект раструба, который отрицательно влияет на кольцевое уплотнение.

  Помимо изношенных кольцевых канавок, двигатели большой мощности и особенно двигатели с наддувом или турбонаддувом имеют тенденцию нагружать верхнее кольцо гораздо большим давлением в цилиндре. Микросварка — это термин, используемый для описания переноса небольшого количества алюминия с контактной площадки кольца на поверхность кольца. Этот перенос материала имеет тенденцию к уменьшению осевого зазора и может фактически способствовать залипанию кольца в канавке.Признаки потери кольцевого уплотнения из-за зеркальной сварки включают повышенный прорыв и потерю мощности.

  Поршневые кольца спроектированы с вертикальным зазором, так что они могут свободно перемещаться внутри канавки, и перемещаются под углом, нанесенным штриховкой на стенке цилиндра. Микросварка может уменьшить перемещение поршневого кольца, что также способствует снижению эффективности уплотнения. Когда кольца снимаются с поршня, свидетельством микросварки будет точечная коррозия на нижней поверхности кольцевой канавки и нижней горизонтальной поверхности самого кольца.Это будет более распространено для поршней, в которых верхнее кольцо помещается ближе к головке поршня, поскольку это увеличивает температуру, с которой кольцо должно сталкиваться.

  Если на поршне или верхнем кольце имеются признаки микросварки, единственное решение — новый комплект поршней и колец. Чтобы избежать повторения этой проблемы, необходимо осторожно выполнить первоначальную обкатку кольца, что позволяет установить ранние модели износа, удаляющие самые высокие пики раньше, чем будет приложено максимальное давление в цилиндре.

  Как упоминалось ранее, состояние шпильки и отверстия под палец также следует тщательно проверять.Если шпилька повреждена из-за обесцвечивания или ее трудно снять со штока или поршня, это явный признак того, что шпильку следует не только заменить, но и использовать это как подсказку, указывающую на изменения, которые сведут к минимуму эту проблему в механизме. будущее. По словам Суйенаги, если отверстие под палец изношено более чем на 0,002 дюйма, JE рекомендует заменить поршень.

  Другие возможные точки отказа включают осмотр колец, чтобы убедиться, что зазоры на концах колец, особенно на верхнем кольце, не стыковались.Если вы обнаружите, что верхний или даже второй конец кольца сильно отполирован, это хороший признак того, что зазор между концом кольца был слишком узким. Это может произойти только в условиях высокой нагрузки, когда дополнительное тепло расширяет кольцо. Но этот недостаточный зазор кольца сразу же заедает в канавке, вызывая чрезмерный износ и возможность поломки кольца. Решение — либо немного увеличить зазор, либо заменить кольца новым комплектом с дополнительным зазором.

  Для двигателей, которые предполагают длительное использование на высоких оборотах двигателя, например, для износостойких или кольцевых гусениц, могут возникнуть опасения по поводу потери прочности на растяжение из-за термического отжига или смягчения термической обработки исходного материала.Единственный способ узнать наверняка — отправить поршни на испытание на твердость по Роквеллу или Бриннеллу, что может оказаться дорогостоящим.

  Suyenaga предполагает, что тщательный осмотр задней стороны днища поршня является отличным индикатором состояния поршня. Если задняя сторона головки поршня изменила цвет на черный, темно-фиолетовый, синий или какой-либо другой темный цвет, это явный предупреждающий знак того, что головка поршня перегрелась и, вероятно, стала мягкой. Это может привести к возможной поломке, поэтому замена этих поршней будет разумным решением.Это также указывает на то, что, возможно, необходимо более тщательно изучить соотношение воздух / топливо или момент зажигания. И наоборот, желтовато-коричневый или светло-коричневый цвет на задней стороне поршня допустим, обычно вызванный теплом сгорания, окисляющим часть картерного масла.

  Мы только что рассмотрели самые популярные места потенциального повреждения поршня, но если у вас есть вопросы о поршнях JE, выходящие за рамки того, что мы здесь рассмотрели, технические специалисты JE могут помочь ответить на любые вопросы. Когда дело доходит до выживания поршня, это не обязательно должна быть азартная игра, особенно когда вы можете загрузить положительную статистику на свою сторону уравнения мощности.

  Просмотреть все 5 фото

  1. Лучше всего начать с общего осмотра на предмет явных повреждений. Этот поршень JE подвергался некоторому обращению с двигателем для соревнований, но, за исключением некоторых царапин на покрытии юбки, все прошло нормально.