Вопрос холодного пуска и прогрева двигателя сегодня является предметом оживленных споров. Если на карбюраторных моторах необходимость греть двигатель для достижения устойчивой работы была очевидной, то для современных бензиновых и дизельных ДВС с электронным впрыском не все так однозначно.
Читайте в этой статье
В руководствах по эксплуатации повсеместно встречаются утверждение о том, что машину нужно прогревать не на холостых оборотах, а в движении. Также бытует мнение, что качественные моторные масла эффективно защищают трущиеся детали практически в любых условиях и при любой температуре.
Необходимо отметить, что подобные рекомендации нацелены больше на заботу об экологии, чему в развитых странах уделяется огромное внимание. Получается, автопроизводители вынуждены жертвовать моторесурсом ради экологичности.
С технической точки зрения предварительный прогрев мотора на холостом ходу перед поездкой является необходимым. В прогреве нуждается и КПП независимо от типа трансмиссии, а также другие узлы транспортного средства. Что касается прогрева двигателя зимой, ниже отмечены основные причины:
С учетом вышесказанного ответим на вопрос, до какой температуры нужно греть мотор зимой на холостых оборотах перед поездкой в зависимости от видов ДВС и потребляемого топлива: карбюраторный и инжекторный бензиновый агрегат, дизельный мотор, а также машины с установленным газобаллонным оборудованием.
Читайте также
Если говорить о теплом времени года, тогда инжекторному автомобилю или дизелю будет достаточно пары минут работы на холостых. Карбюраторные двигатели нужно греть 7-8 минут. Затем можно начинать движение на пониженных передачах и низких оборотах (около 2000 для бензинового авто и 1200 для дизельного ТС). Зимой ситуация меняется.
Если ваш мотор с карбюратором, тогда его нужно греть минимум 15 минут. При сильном морозе это время может быть увеличено. Основной задачей является прогрев до того момента, когда двигатель будет работать устойчиво при нажатии на педаль газа и увеличении топливоподачи. Карбюраторные двигатели до начала движения нужно греть до 40 градусов и более, ориентируясь по специальной отметке на шкале температуры.
Минимальным временем прогрева инжекторного бензинового двигателя можно считать отрезок около 5 минут. Во время прогрева нужно следить за тахометром, так как после пуска холодного ДВС обороты холостого хода обычно завышены ЭБУ. С ростом температуры стрелка тахометра опустится до 750-900 об/мин, после чего можно начинать движение.
Необходимо добавить, что в сильные морозы ориентироваться только по частоте вращения коленчатого вала недостаточно. Оптимально дождаться того момента, когда стрелка указателя температуры начнет подниматься на 1-2мм от нижней отметки. Это означает, что температура ОЖ, которая движется по рубашке охлаждения, достигла среднего показателя около 40-45 градусов по Цельсию.
Наличие газобаллонного оборудования до 4-го поколения, где выбор вида топлива осуществляется вручную, обязывает водителей придерживаться определенных правил. Запуск мотора и его последующий прогрев рекомендуется производить строго на бензине.
Зимой использовать бензин желательно до полного выхода ДВС на рабочие температуры, после чего происходит переключение на газ. Если нет сильных морозов, тогда минимальной температурой прогрева двигателя перед переключением на газ является показатель около 50 градусов по Цельсию. Игнорирование данных правил может быстро вывести из строя редуктор ГБО, а также работа холодного мотора на газу негативно сказывается на ресурсе силовой установки.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое ГБО. Из этой статьи вы узнаете о видах и поколениях газобалонного оборудования, а также об особенностях работы и конструктивных отличиях различных решений. 
Зимний прогрев дизеля на холостом ходу от 5-10 минут также необходим, хотя температура моторов данного типа повышается медленнее сравнительно с бензиновыми аналогами.
Отметим, что не нужно ожидать начала подъема стрелки указателя температуры до начала поездки. После прогрева на холостых дизельную машину обычно догревают в движении.
Дополнительно нужно учесть, что зимой существует риск замерзания солярки в топливной системе. Распространенной ситуацией является нормальный запуск мотора, который затем глохнет в движении через несколько десятков или сотен метров.Дизель заводится в этом случае на остатках дизтоплива, при этом свежее горючее не поступает по причине закупорки топливного фильтра парафином и т.п. С учетом данной особенности правильным решением зимой будет прогреть дизельный двигатель около 10 минут, что позволит убедиться в нормальной текучести и стабильной подаче солярки к мотору без риска заглохнуть на оживленном перекрестке.
Читайте также
Почему глохнет двигатель на горячую
Основные причины, по кторым двигатель начинает глохнуть после прогрева. Частые проблемы карбюраторных и инжекторных моторов, диагностика неисправностей.krutimotor.ru
Система охлаждения двигателя является решением, которое позволяет удерживать температуру силового агрегата в строго заданных рамках. Такая температура называется рабочей температурой двигателя. Необходимость поддерживать мотор в ограниченном температурном диапазоне обусловлена тем, что перегрев может привести к деформации ГБЦ, поломке агрегата, его заклиниванию и т.д. Параллельно с этим активная езда на холодном двигателе также не предполагается.
Дело в том, что во время проектирования мотора инженеры учитывают множество важнейших параметров, например, тепловые зазоры между сопряженными деталями, эффективность распыла и сгорания топливно-воздушной смеси в условиях определенного нагрева камеры сгорания и т.п. Получается, для нормальной работы двигателя, сохранения его ресурса, топливной экономичности и соответствия нормам токсичности мотору необходимо сначала выйти на расчетную рабочую температуру, после чего эту температуру нельзя превышать или опускать. В этой статье мы поговорим о том, по каким причинам температура двигателя падает во время движения, почему на холостых падает температура силового агрегата или же стрелка температуры мотора начинает опускаться вниз после включения печки.
Читайте в этой статье
Начнем с того, что рабочая жидкость (ОЖ) в системе охлаждения циркулирует по малому и большому кругу. Малый круг предполагает движение антифриза только по рубашке охлаждения, то есть без попадания жидкости в радиатор охлаждения. Большой круг означает, что жидкость поступает в радиатор, там охлаждается и снова подается в рубашку охлаждения. За пропускание ОЖ для движения по большому кругу отвечает клапан, более знакомый автолюбителям под названием термостат.
Термостат устроен так, что открывается только в случае нагрева антифриза, тосола или воды (рабочей жидкости) в системе охлаждения до определенной температуры. Теперь о различных неисправностях. Чаще всего проблема с термостатом проявляется таким образом, что двигатель перегревается. Причина-термостат не открывается при нагреве ОЖ, то есть не позволяет жидкости пойти по большому кругу и охладиться. Параллельно с этим неполадка может быть и такой, когда двигатель очень долго прогревается, мотор нагревается нормально, но после прогрева на ходу падает температура двигателя и т.п.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое термостат. Из этой статьи вы узнаете о конструкции данного элемента в системе охлаждения двигателя. Читайте также
Отметим, что снижение температуры ДВС во время движения может также возникать естественным путем, а не являться следствием какой-либо неисправности. Обычно это проявляется в холодное время года, то есть во время морозов. На многих авто при движении на трассе падает температура двигателя, так как радиатор и передняя часть моторного отсека открыты для обдува встречным воздухом.
Теперь давайте представим, что автомобиль движется в мороз на низких оборотах ДВС (около 2000 об/мин.) со средней скоростью (например, 80-100 км/ч. на 5-й передаче). Такой режим можно считать самым экономичным, то есть в цилиндрах сгорает минимальное количество топлива.
Для простоты понимания, чем ниже обороты и меньшее количество топлива сгорает в цилиндрах, тем меньший нагрев имеет двигатель. Если добавить к этому интенсивный обдув встречным холодным потоком воздуха на скорости и дополнительно учесть встречный или боковой ветер за бортом, тогда можно сказать, что тепло буквально «выдувается» из подкапотного пространства при езде.
Не стоит забывать и про то, что зимой водитель постоянно пользуется печкой в салоне, которая дополнительно отнимает тепло. Данное явление характерно для машин начального и среднего класса, которые зачастую оборудованы малообъемными ДВС и не имеют дополнительного утеплителя капота. Также стоит отметить, что многие дизельные двигатели плохо греются на холостых и способны заметно остывать в движении. Так происходит по причине более высокого КПД и других индивидуальных особенностей указанных силовых установок.
Как мы уже говорили выше, включение отопителя салона может влиять на температуру двигателя. Если коротко, на многих авто имеется так называемый радиатор печки. Указанный радиатор включен в общий контур системы охлаждения двигателя, то есть разогретая от двигателя ОЖ проходит через радиатор, отдавая тепло. Полученное тепло далее поступает в салон автомобиля через дефлекторы обдува. Интенсивность отбора тепла от радиатора регулируется скоростью вентилятора печки и положением регулятора температуры подаваемого в салон воздуха.
Вполне очевидно, что во время снижения температуры наружного воздуха водители предпочитают включать печку на «максимум» для быстрого прогрева внутрисалонного пространства и дальнейшего поддержания комфортных условий. Параллельно с этим в зимнее время двигатель часто работает на холостых оборотах, эксплуатируется на низких оборотах при езде и т.п. Получается, агрегат сжигает минимум топлива и не испытывает особых нагрузок. В подобной ситуации (с учетом работающей печки и «минуса» за бортом) выделяемого мотором тепла бывает попросту недостаточно для полноценного прогрева ОЖ и выхода двигателя на рабочую температуру.
Для лучшего нагрева салона и ДВС, а также полноценного прогрева КПП достаточно проехать на машине несколько километров в режиме средних оборотов (около 3-3.5 тыс. об/мин) на пониженной передаче. Также многие водители используют способ дополнительного утепления подкапотного пространства при помощи войлока, установки картонной или пластиковой заслонки на радиатор и т.п.
Такое решение утеплить двигатель на зиму вполне оправдано в тех случаях, когда автомобиль значительную часть времени эксплуатируется в условиях интенсивных холодов. С дополнительным утеплением капота и самого мотора двигатель не так быстро остывает после остановки, быстрее прогревается на холостых и в движении. Следовательно, лучше работает и печка в салоне.
Напоследок добавим, что качественная работа всей системы охлаждения зависит от тосола/антифриза и его количества в системе. По этой причине необходимо контролировать состояние ОЖ, регулярно проверять уровень жидкости в расширительном бачке. Также следует следить за герметичностью, избегать образования воздушных пробок, своевременно менять антифриз и промывать систему охлаждения двигателя при замене рабочей жидкости.
Читайте также
krutimotor.ru
Перед выездом изначально требуется визуально осмотреть транспортное средство на предмет течей и неисправностей. При передвижении на авто нужно следить за всеми показателями приборов. Немаловажными данными являются показания датчика температуры двигателя. Проблемы с системой охлаждения могут подстерегать в любое время года. Жаркая погода сулит возможный перегрев, холодная зимняя стужа может привести к чрезмерному охлаждению двигателя.
Любая техника не застрахована от выхода из строя некоторых узлов и агрегатов. Нужно уделять внимание состоянию машины и ее систем. Неприятная ситуация, когда падает температура двигателя при движении, происходит по вине неисправностей элементов системы охлаждения. Для понимания сути проблемы необходимо иметь общее представление о том, как происходит охлаждение силовой установки. 
Необходимо контролировать уровень охлаждающей жидкости и состояние соединительных патрубков и самого радиатора. Система имеет малый и большой контуры охлаждения. Разница заключается в том, что полный контур циркуляции гоняет жидкость через радиатор. Механизм, переключающий контуры, называется термостатом. Ситуации, когда не поднимается температура двигателя, часто имеют место в зимнее время. Редко на панели приборов неисправен указатель состояния рабочей жидкости. Возможно использование некоторых материалов для утепления силовой установки.
Если в движении стрелка датчика падает и перестает реагировать на протяжении некоторого времени, тогда проблема в неисправности самого датчика, и его будет нужно заменить.
Передвижение осуществляется на средней скорости (70 км/час), при этом сохраняется низкая температура двигателя. В большинстве случаев проблема заключается в заклинивании термостата. При нагревании теплоотводящей жидкости устройство переключает ход на большой круг циркуляции и выполняет функцию регулятора. В зимний период жидкость практически все время ходит по малому контуру без участия радиатора. 
Естественного обдува вполне достаточно, чтобы поддерживалась рабочая температура работающего двигателя. Но при заклинивании термостата в открытом положении теплоотвод не сможет происходить полноценно. Силовая установка просто не сможет вырабатывать столько тепла, чтобы нагреть теплоотводящий носитель в режиме большого контура циркуляции. Здесь потребуется замена термостата.
Проверка работы регулятора температуры может быть проведена без движения авто. На месте потребуется завести и прогреть машину в течение 20-30 минут. После этих действий открыть капот автомобиля и попробовать нагрев патрубков вверху и внизу радиатора. Одна трубка должна быть теплой, другая – холодной. Если патрубки обладают равной температурой, тогда термостат вышел из строя.
Если автомобильный мотор долго прогревается и не поднимается температура двигателя, тому причина - неисправность клапана устройства.
Зимнее время года никогда не проходит беззаботно для автолюбителей-владельцев ранних марок «Жигулей». Температура двигателя (ВАЗ-«шестерка» не исключение) часто разочаровывает по причине достаточного количества изъянов в конструкции термостата и трубопроводов системы охлаждения. Существует вероятность в холодное время года, что мотор не сможет набрать рабочую температуру по причине природного обдува блока. Поэтому автомобилисты пользуются функцией закрывания жалюзи, размещенных возле радиатора. При их отсутствии возможно применение других приспособлений. 
Многие автовладельцы используют утеплитель двигателя (кладется одеяло либо специальная ткань, сохраняющая тепло). Существует метод для сохранения тепла системы при передвижении - производить демонтаж крыльчатки вентилятора для избегания дополнительного обдува.
При работе мотора номинальные показатели его нагрева колеблются в пределах 80-90 градусов. Низкие значения будут означать проблемы. Если не будет поддерживаться нужный теплообмен – повысится расход топлива и будет происходить потеря мощности. Перед началом движения мотор нуждается в прогреве до 40-50 градусов.
Самым простейшим способом является замена неисправного устройства. Но на ранних марках техники отечественного производства даже новые термостаты не всегда справляются со своей функцией, когда систематически падает температура двигателя при движении. 
Причиной неприятности является несовершенность его конструкции. Есть способ установки более усовершенствованных регуляторов. Они установлены на десятой модели ВАЗ. Такой термостат оборудован шестью отверстиями, способен сделать так, чтобы температура двигателя зимой эффективно поддерживалась, и является разборным. В последующем времени не потребуется менять полностью узел, только лишь неисправные элементы. Причем в летнюю пору года работа термостатов не отличается.
В прошлом применяли разные материалы с целью создать утеплитель двигателя. Это разные войлочные ткани, имеющиеся в обращении. Но такие решения ненадолго сохраняли тепло. Сейчас применяются современные теплоизоляционные автомобильные одеяла. 
Их состав не позволяет допустить воспламенения, что положительно сказывается на безопасности эксплуатации транспортного средства. Также не потребуются многочисленные прогревы мотора. Это позволит экономить время и топливо. Когда наблюдаются слишком суровые погодные условия, то такие приемы смогут сохранять тепло в короткий промежуток времени. Есть возможность использования специальных чехлов для радиатора. Нижняя его часть вместе с патрубком должна быть теплоизолированной, чтобы удерживалась стабильная температура работающего двигателя.
Зимний период эксплуатации является сложным для всех владельцев автотранспорта. Быть во всеоружии поможет проведение подготовительных работ. Нужно проверить работоспособность защитных жалюзи, ремень привода вентилятора и помпы, залить жидкость для работы в условиях низких температур (тосол, антифриз), проверить состояние термостата.
Количество антифриза, которое нужно заправлять в систему, должно быть на 5-6 % меньше, нежели простой жидкости, - при нагреве имеет свойство расширяться. При переходе на зимний режим работы нужно прогнать через систему охлаждения химический реагент с целью удаления накипи и ржавчины. Когда падает температура двигателя при движении, то понятен алгоритм действий.
Применение воды для охлаждения силовой установки в зимний период не рекомендуется, но допускается. Наполнять систему нужно уже нагретой водой, чтобы исключить тяжелый запуск двигателя с повышенным износом деталей. Радиатор и мотор необходимо утеплить. Прогретую воду требуется заливать с открытыми спускными кранами несколько раз. Потом закрыть краны, наполнить систему и приступить к запуску. 
После окончания поездки жидкость необходимо слить, когда произойдет остывание до 45-50 градусов. Если опорожнить систему сразу по приезде, могут появиться трещины и другие дефекты. Оставить систему с водой в морозных условиях недопустимо. При замерзании жидкость будет расширяться и приведет мотор, радиатор и остальные узлы в негодность.
Когда необоснованно падает температура двигателя при движении, потребуется демонтировать данный элемент, подготовить тару с жидкостью, поместить туда устройство и выяснить, при какой температуре произойдет открытие клапана. Если такового не происходит, налицо его неисправность.
Для проведения работ по съему любых механизмов нужно иметь понятие об их строении. Иначе возможно появление других незапланированных проблем. Если представления об устройстве механизмов нет, тогда стоит обратиться к специалистам, выполняющим качественно данные работы. Они дополнительно дадут несколько полезных советов и ответят на интересующие вопросы.
fb.ru
Специалистами настоятельно рекомендуется проведение осмотра автомобиля перед началом движения. Такая визуальная диагностика помогает выявить различные отклонения в его работе, позволяя оперативно устранить их.
Особенное внимание необходимо уделять показателям основных систем, одним из которых является рабочая температура мотора машины. Она отображается на приборной панели в виде небольшого стрелочного табло. В основном, автолюбители сталкиваются с перегревом силового агрегата. Нередко случается и обратные отклонения, когда водитель замечает, что падает температура двигателя при движении.
Ни одно транспортное средство не застраховано от поломок. Узлы и агрегаты авто состоят из множества небольших компонентов, функциональный ресурс которых имеет значительные ограничения. Если владелец автомобиля замечает, что на ходу падает температура ДВС, ему необходимо уделить пристальное вниманию целостности элементов системы охлаждения. Именно в ней кроются причины проблем.
Суть работы охлаждающей системы заключается в движении специальной жидкости — антифриза по двум технологическим кругам. Один из них — малый, не предусматривает прохождение ОЖ через охлаждающий радиатор, расположенный в передней части моторного отсека. Она ограничивается циркулированием лишь по «рубашке».
Прохождение большого контура начинает происходить при езде на средние и дальние расстояния. За переключение кругов отвечает специальный термостатический клапан, открывающий охлаждающей жидкости путь в радиатор, когда она излишне нагрелась. Там антифриз остывает и возвращается в систему уже холодным.
Отдельно отмечается, что в охлаждающий контур может быть залит не только антифриз, но и тосол, и даже обыкновенная вода.
Наиболее распространены неполадки, при которых температурные показатели агрегата неконтролируемо растут, достигая критических значений. Причина перегрева — заклинивший термостат, не позволяющий охлаждающей жидкости перейти на режим прохождения через радиатор. Нагревающийся антифриз продолжает циркулировать по малому кругу до тех пор, пока не закипит.
Часто встречаются и обратные ситуации, когда при езде стрелка температуры двигателя падает. Почему? Дело, опять-таки, в качестве работы упомянутого клапана. Если термостат не может закрыться до конца, позволяя жидкости беспрерывно описывать большой круг, мотор не разогреется до своей рабочей температуры.
Иногда заклинивание термостата происходит уже после прогрева ДВС. Когда это произошло, водитель может заметить, что падает температура двигателя во время движения, хотя она должна поддерживаться на стабильно ровном, рабочем уровне.
Порой температурный режим изменяется скачкообразно, то растет, то резко снижается. Это означает, что клапан периодически подклинивает, при этом водитель заметит ситуацию, когда периодически падает стрелка температуры.
Существуют и другие технические причины, влияющие на недогрев силового агрегата авто:
Да, такой вариант профильными специалистами также допускается. Даже если в работе систем транспортного средства не наблюдается никаких сбоев, при езде стрелка указателя все равно может упасть.
Подобные ситуации происходят зимой, когда температура воздуха опускается до низких значений. Например, совершая поездку в сильный мороз по загородным трассам, водитель может обратить внимание на значительное охлаждение мотора.
Дело в том, что поток ледяного воздуха, поступающий в моторный отсек, может превосходить интенсивность нагрева движка. При средней скорости 90-100 км/ч, являющейся оптимальной для большинства моделей авто, внутри цилиндров прогорает минимальное количество горючего.
Взаимосвязь этих факторов прямая: чем меньше топлива воспламеняется в камерах сгорания, тем медленнее будет прогреваться ДВС. Если же к этому добавить и принудительное охлаждение, возникающее от встречного воздушного потока, двигатель может не просто не нагреться, а даже значительно снизить свою температуру, в случае предварительного прогрева.
Включение и постоянное функционирование салонного отопителя оказывает не менее сильное влияние, чем сбои в работе или морозы. Оно особенно заметно на малолитражных авто и моделях, оснащенных моторами среднего объема. Ситуация характерна и для дизелей, не только плохо прогревающихся в режиме холостых оборотов, но и быстро остывающих при недостаточно интенсивном движении.
Печка автомашин имеет специальный радиатор, который включен в общий рабочий контур системы охлаждения. Когда водитель включает обогрева салона, антифриз проходит сквозь него, отдавая часть тепла. Количество, которое будет отдано, зависит от выставленной температуры отопителя и режима его работы. Чем эти показатели выше, тем больше внутреннее пространство машины нагреется.
Если же мотор работает на невысоких оборотах, а также используется в зимнее время, тепла для полноценного прогрева охлаждающей жидкости может попросту не хватить. В подобной ситуации двигатель не выйдет в режим своей рабочей температуры.
Чтобы автомобиль эксплуатировался в оптимальном режиме работы силового агрегата, нужно соблюдать несколько правил:
avtodvigateli.com
В процессе эксплуатации автомобиля его владельцу приходится сталкиваться с разными неисправностями. Как правило, особое беспокойство вызывают поломки, так или иначе связанные с работой силового агрегата.
Даже для новичков не является новостью, что двигатель машины обязательно должен прогреваться до своей нормальной рабочей температуры, которая составляет 90 градусов. Именно такой температурный режим является оптимальным.
Информационное табло
Следить за показаниями температуры силового агрегата можно непосредственно из салона машины. На приборной панели всех современных автомобилей предусмотрено небольшое информационное поле, обычно круглой или полукруглой формы, демонстрирующее водителю показания температуры охлаждающей жидкости. Это и есть тот прибор, дающий представление о том, в каком температурном режиме работает двигатель в данный момент времени.
Если стрелка температуры при продолжительной поездке так и не достигла 90 градусов, стоит всерьез задуматься о поиске причины возникшего отклонения от нормальной работы силового агрегата. Откладывать его диагностику не рекомендуется, потому что продолжительное функционирование мотора в таком режиме приведет к износу его внутренних компонентов.
Последствия работы
Дело в том, что электронный блок управления, который в народе называется «мозгами» автомобиля, распознает двигатель, не достигший номинального температурного режима, как холодный, в связи с этим топливная система производит впрыск переобогащенной смеси.
Работа в таком режиме приводит к сильному нагару на свечах зажигания и, соответственно, на внутренних элементах мотора, что в перспективе приведет к необходимости осуществления капитального ремонта двигателя.
Если вы стали замечать, что во время поездки силовой агрегат не нагревается до нужной температуры, следует проверить работоспособность элементов системы охлаждения мотора и узнать, почему не поднимается температура двигателя. Наиболее часто ДВС не достигает положенного температурного режима по нескольким причинам.
Плохо затянуты патрубки
Недостаточно сильно затянуты патрубки, в результате происходит подсос воздуха. При этом могут быть заметны незначительные подтеки охлаждающей жидкости. Для устранения всех этих огрехов нужно проверить плотность прилегания соединительных трубок и то, насколько крепко на них затянуты хомуты, которые при необходимости следует затянуть потуже.
Вышел из строя термостат
Вышел из строя термостат – этот элемент направляет потоки охлаждающей жидкости, циркулирующие по системе: сначала при прогревании мотора он закрыт и пускает антифриз или тосол только по малому кругу; когда же рабочая температура двигателя приближается к отметке 80-90 градусов, термостат начинает открываться, запуская ОЖ в большой круг. Когда термостат выходит из строя, это означает, что он заклинил в определенном положении, не позволяющем силовому агрегату достигать нормального температурного режима. Избавиться от данной неисправности поможет замена термостата.
Датчики температуры
Некорректно работает датчик температуры охлаждающей жидкости (сокращенно называемый ДТОЖ) – это достаточно сложный термоэлемент, благодаря которому показания температуры ОЖ выводятся на информационный блок на панели приборов автомобиля. Так, из-за некорректности передаваемых датчиком показаний на приборную панель может сложиться мнение, что мотор не нагревается до нужной температуры, однако по факту он функционирует в правильном температурном режиме.
Схема датчика температуры охлаждающей жидкости
Чтобы передаваемая датчиком информация соответствовала действительности, стоит заменить его на новый.
auto-wiki.ru
Температура газов в цилиндрах двигателя в момент воспламенения рабочей смеси достигает 2000—2200°С. Из общего количества выделяемого тепла только 25-30% превращается в полезную работу, 10-15% теряется на преодоление трения и привода механизмов, до 40% тепла уносится вместе с отработавшими газами, а остальное тепло должно быть отведено системой охлаждения. Чрезмерный отвод тепла вредно сказывается на работе двигателя – снижается мощность двигателя, увеличивается износ его деталей и увеличивается расход топлива. Не лучше влияет на работу двигателя недостаточный отвод тепла, что ведет к перегреву двигателя. С перегревом двигателя связано снижение мощности, увеличение износа деталей, расход топлива и появление преждевременной вспышки.
Таким образом, нормальная работа двигателя возможна только при условии обеспечения системой охлаждения наивыгоднейшего теплового режима, то есть такого режима, при котором температура охлаждающей жидкости колеблется в пределах 85-90°С (независимо от нагрузки и окружающей температуры).
Система охлаждения автомобильного двигателя может быть жидкостной или воздушной. На двигателях отечественных автомобилей (кроме «Запорожца») применяют замкнутую систему охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Замкнутой ее называют потому, что она непосредственно с атмосферой не сообщается. Этим достигается повышение температуры кипения воды до 120°С, что значительно снижает расход жидкости на испарение. Принудительной же считают ее потому, что циркуляция жидкости осуществляется водяным насосом центробежного типа под давлением. На рисунке 1 показана схема системы охлаждения современного двигателя. Водяной насос 5, приводимый в действие коленчатым валом через клиновидный ремень, засасывает воду (антифриз) из нижнего бачка радиатора 1 через шланг 4 в водяную рубашку 6. Вода охлаждает цилиндры, затем она через водораспределительную трубку 7 поступает в водяную рубашку камер сгорания, отводя от них излишнее тепло, и далее через патрубок термостата 10 и шланг 11 поступает в верхний бачок радиатора, откуда по множеству трубок протекает в нижний бачок, охлаждаясь потоком воздуха, создаваемого вентилятором 2. Такой путь воды называется «циркуляцией по большому кругу».
Рис.1. Схема системы охлаждения:1 – радиатор, 2 – вентилятор, 3 – сливной кран, 4, 11 – шланги, 5 – водяной насос, 6 – рубашка охлаждения цилиндров, 7 – водораспределительная трубка, 8 – цилиндр, 9 – термостат, 10 – патрубок термостата.
В верхнем патрубке 10 установлен термостат 9, который перекрывает путь охлаждающей жидкости в радиатор, направляет ее обратно в водяную рубашку (ускоряя подогрев) до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет 70°С. Эта циркуляция – «по малому кругу».
Радиатор (рис.2) служит для охлаждения воды. Он состоит из двух бачков 1, 5, соединенных между собой несколькими рядами тонких трубок (сердцевина) 4. В верхнем бачке находится наливное отверстие, которое закрывается пробкой 3. Пароотводная трубка 2, впаянная в верхний бачок 1, служит для выпуска пара из радиатора при избыточном давлении и впуска воздуха, когда в системе создается разряжение.
Рис.2. Радиатор:1 – верхний бачок с патрубком, 2 – пароотводная трубка, 3 – пробка радиатора, 4 – сердцевина, 5 – нижний бачок.
Пробка радиатора (рис.3) создает герметичность, в системе охлаждения. Она снабжена двумя клапанами – выпускным (паровой) 2, открывающимся при достижении давления пара в радиаторе 1,3-1,5 кГ/см2 и впускным (воздушный) 9, открывающимся при падении давления в радиаторе до 0,85-0,90 кГ/см2.
Рис.3. Пробка радиатора:1 – пароотводная трубка радиатора, 2 – выпускной клапан, 3 – пружина выпускного клапана, 4 – корпус пробки, 5 – запорная пружина, 6 – наливная горловина радиатора, 7, 8 – прокладки, 9 – впускной клапан, 10 – пружина впускного клапана, 11 – седло впускного клапана.
Водяной насос (рис.4) центробежного типа, обеспечивает в системе принудительную циркуляцию воды. В корпусе насоса на валике установлена крыльчатка. Для предотвращения утечки воды между корпусом насоса и валиком устанавливается сальник. К валику насоса при помощи ступицы крепится вентилятор, создающий тягу воздуха через радиатор. Число лопастей вентилятора зависит от размеров и емкости радиатора. Иногда вентилятор изолирован кожухом (диффузором), прикрепленным к радиатору. Такое устройство обеспечивает направленный поток воздуха через радиатор.
Рис.4. Водяной насос двигателя «Москвич-412»:1 – корпус, 2 – корпус сальника, 3 – манжета сальника, 4 – корпус шайбы, 5 – крыльчатка, 6 – подшипник, 7 – гайка, 8 – стопорный винт, 9 – дистанционная втулка, 10 – валик насоса
Термостат – автоматический регулятор, предназначенный для быстрого подогрева холодного двигателя и дальнейшего поддержания температуры воды в нужных пределах (85-90°С). Термостаты бывают жидкостные и с твердым наполнителем. На современных двигателях устанавливаются в основном термостаты с твердым наполнителем. Они более надежны в работе, проще и дешевле при изготовлении. Их работа основана на эффекте расширения активной массы при достижении определенной температуры (70°С). При этом клапан открывается, пропуская через радиатор воду. При охлаждении воды активная масса затвердевает и детали клапана термостата возвращаются в исходное положение, прикрывая доступ воды в радиатор.
Перед радиатором крепятся жалюзи (набор отдельных пластин, шарнирно укрепленных на прямоугольном каркасе). Изменяя величину воздушного потока через радиатор, жалюзями можно регулировать тепловой режим двигателя. Управление жалюзями осуществляется рукояткой, установленной в кронштейне на панели.
В системе охлаждения двигателя автомобиля «Жигули» жалюзи отсутствуют. Вместо них применяется специальный съемный утеплитель.
В систему охлаждения двигателя современных автомобилей включен расширительный бачок, предназначенный для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости в ней при работе двигателя.
Расширительный бачок установлен в моторном отсеке. Изготовляется он из полупрозрачной пластмассы и имеет контрольную отметку с надписью «мин». В нижней части бачка выполнен штуцер, предназначенный для соединения бачка при помощи гибкой трубки с отводящим патрубком наливной горловины радиатора.
Для конденсации пара, поступающего из радиатора, в бачке установлена парораспределительная трубка с отверстиями. Наливная горловина бачка закрывается пробкой с отверстиями, через которые бачок сообщается с атмосферой.
При воздушном охлаждении двигатель охлаждается воздушным потоком, непосредственно омывающим наружную поверхность цилиндров и их головок. Для лучшего охлаждения двигателя его цилиндры и головки снабжаются большим числом ребер, которые расположены по направлению воздушного потока.
Двигатели с воздушным охлаждением обладают рядом преимуществ. Они более компактны, имеют меньшую массу на единицу мощности, просты и удобны в эксплуатации, особеннов зимнее время года и в безводных местностях.Двигатели с воздушным охлаждением обладают рядом преимуществ. Они более компактны, имеют меньшую массу на единицу мощности, просты и удобны в эксплуатации, особеннов зимнее время года и в безводных местностях.
Смотрите также:
бачок, вода, двигатель, клапан, насос, охлаждение, радиатор, система, термостат
avtomobil-1.ru
Детали шатунно-поршневой группы
Детали цилиндро-поршневой группы
3.1. Верхнее плоское кольцо
3.2. Расширитель
3.3. Нижнее плоское кольцо
На этом рисунке показаны детали типичной шатунно-поршневой группы. Далее более подробно насмотрим все детали, их предназначение и некоторые, наиболее распространённые конструкции.
Общая информация
Несомненно, поршень является наиболее нагруженной деталью двигателя. Во время работы двигателя на поршень оказываются комбинированные механические и тепловые нагрузки. Разделить их невозможно, поскольку любой материал с повышением температуры меняет свои свойства. Поршень, легко выдерживающий существующие нагрузки при рабочей температуре двигателя, будет разрушен под воздействием не изменившихся механических нагрузок в случае перегрева двигателя.
Механические нагрузки на поршень
Во время работы двигателя на поршень оказываются значительные механические нагрузки, постоянно изменяющиеся как по направлению, так и по величине. Даже во время спокойного, равномерного движения автомобиля по обычной загородной дороге коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 3000 об/мин, следовательно, в течение одной минуты поршень должен разогнаться до высокой скорости, остановиться и опять разогнаться в противоположном направлении 6000 раз в минуту, или 100 раз в секунду. Если принять, что средний ход поршня современного короткоходного двигателя равен 80 мм, за одну минуту поршень пройдёт 480 метров, то есть средняя скорость движения поршня в цилиндре равна 28,8 км/час. Ещё выше эти нагрузки у высокофорсированных двигателей спортивных автомобилей. Если принять, что скорость вращения двигателя спортивного автомобиля 6000 об/мин (на самом деле может быть значительно выше), в этом случае поршень изменит направление своего движения 200 раз в секунду, линейное расстояние, которое поршень пройдёт за час, будет равно 57,8 км, при этом максимальная скорость движения поршня будет равна 120 км/час. То есть в течение одной секунды, поршню необходимо 200 раз на расстоянии всего 40 мм разогнаться до 120 км/час и на таком же расстоянии снизить скорость с 120 км/час до 0.
Двигатели многих спортивных автомобилей имеют максимальную скорость вращения коленчатого вала до 12000 об/мин, а двигатели болидов Формулы 1 раскручиваются до 19000 об/мин.
Можно представить какие большие инерционные нагрузки действуют на поршень, даже если просто предположить что коленчатый вал двигателя вращается от постороннего источника энергии. Но на поршень также оказывается воздействие усилия сжимаемых газов на такте сжатия и особенно полезное воздействие расширяющихся газов на такте рабочего хода. Максимальное давление в камере сгорания высокофорсированного двигателя достигает 80 – 100 атмосфер, давление в камере сгорания обычного автомобиля 55 – 60 атмосфер. И если принять, что диаметр поршня среднего автомобиля равен 92 мм, в момент максимального давления поршень испытывает усилие от 5,3 до 6,6 тонн. Так что можно сказать, что поршень автомобиля, как и другие детали кривошипно-шатунного механизма, испытывает огромные механические нагрузки. Но беда не приходит одна, кроме значительных механических нагрузок, поршень также подвергается воздействию очень высоких температур.
Температурные нагрузки на поршень
Откуда появляется тепло, оказывающее воздействие на поршень? Первый, но не основной, источник этот трение. Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью, при этом он постоянно трётся о стенки цилиндров. Геометрия кривошипного механизма такова, что часть силы, прикладываемой к поршню, расходуется на прижатие поршня к стенкам цилиндра. И не смотря на качественную обработку поверхностей, как цилиндра, так и поршня, даже при наличии смазки, возникает достаточно большая сила трения. Как известно из школьного курса физики, при этом выделяется большое количество тепла.
Но в основном тепло, воздействующее на поршень, появляется при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Температура сгоревших в цилиндре газов может достигать 2000? - 2500?С. Под воздействием таких высоких температур разрушаются все конструкционные материалы, из которых изготавливаются детали современных двигателей внутреннего сгорания. Поэтому необходимо отводить тепло от наиболее нагруженных в тепловом режиме деталей двигателя и, разумеется, от поршней. Общее количество тепла, выделенное во время работы двигателя, зависит от количества сгоревшего в цилиндрах двигателя топлива за единицу времени. А этот показатель, в свою очередь зависит от объёма цилиндров и от скорости вращения двигателя. Двигатель превращает в полезную механическую работу только небольшую часть энергии сгоревшего топлива. Некоторая часть тепла выводится из двигателя с горячими отработавшими газами остальноё тепло необходимо рассеять в окружающем пространств.
Опять вспоминая школьный курс физики можно сказать, что если два тела имеют разную температуру, но тепло от более нагретого тела перемещается к менее нагретому телу, пока температура обоих тел не сравняется.
В автомобиле самым холодным телом, способным абсорбировать большое количество тепла, является окружающий воздух, следовательно, необходимо найти способ отвода тепла от нагретых деталей двигателя к окружающему воздуху. Поскольку весь земной шар всё равно не согреешь, можно считать, что окружающая среда способна абсорбировать любое количество тепла.
Самая горячая часть поршня это его днище, поскольку оно непосредственно соприкасается с горячими рабочими газами. Далее тепло распространяется от днища поршня в направлении юбки.
Распределение температуры поршня
Тепло от поршня отводится тремя способами:
1. Отвод тепла чрез поршневые кольца и юбку поршня.
Ясно, что подвести охлаждающую жидкость, циркулирующую в системе охлаждения к поршню невозможно, поскольку поршень во время работы двигателя перемещается с большой скоростью. Но система охлаждения двигателя интенсивно охлаждает стенки цилиндров двигателя. Поэтому необходимо сконструировать поршень и поршневые кольца так, чтобы он излишнее тепло чрез поршневые кольца и юбку передавал стенкам цилиндра двигателя. Далее исправная система охлаждения двигателя выведет тепло их двигателя и передаст его окружающему автомобиль воздуху.
Если это не сделать, то температура поршня превысит максимально допустимую, после чего начнётся разрушение поршня под воздействием механических нагрузок и даже его оплавление под воздействием высокой температуры. Без необходимого отвода тепла поршень, сделанный из алюминиевого сплава расплавится всего через несколько минут работы двигателя.
Отвод тепла от поршня
Отвод тепла от поршня
Из общего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 50% - 60% отводится поршневыми кольцами, это накладывает очень высокие требования к конструкции и точности изготовления поршневых колец. Некоторая часть тепла отводится во внутренне пространство поршня и рассеивается во внутреннем пространстве картера или через поршневой палец передаётся на шатун и тоже рассеивается во внутреннем пространстве картера двигателя.
Отвод тепла от поршня через поршневые кольца
Отвод тепла поршневыми кольцами
Поскольку самой горячей частью поршня является его днище, являющейся одной из стенок камеры сгорания, тепло перемещается от верхней части поршня к нижней. При этом из всего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 45% отводится первым компрессионным кольцом, по причине того, что это кольцо всего ближе расположено к самой горячей части поршня, 20% отводится вторым компрессионным кольцом и только 5% отводится маслосъёмным кольцом.
Тепло, переданное поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра, отводится системой охлаждения двигателя. Поэтому исправность системы охлаждения оказывает больное воздействие на тепловой режим поршня. Увеличение температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения на 5? - 6?С, увеличивает температуру поршня на 10?С. При неисправности системы охлаждения первое что разрушается в двигателе это поршень. У поршня или прогорает днище или поршень заклинивается в цилиндре.
2. Отвод тепла при помощи масла системы смазки двигателя
Поскольку многие внутренние детали картера двигателя смазываются распылением масла, масляный туман постоянно присутствует в картере двигателя. Соприкасаясь с горячими частями поршня или стенок цилиндра, масло забирает от них тепло и, осаждаясь в масляный поддон, переносит туда тепло. Обычно в таких системах при помощи масла от поршня отводилось не более 5% - 10% тепла. Но в последнее время в высоконагруженных двигателях, особенно в дизельных, масло системы смазки стало широко использоваться для охлаждения деталей, имеющих наибольшую тепловую нагрузку. Масло для охлаждения поршня может подаваться к поршню двумя способами.
Первый способ – через специальный масляный канал, просверленный в стержне шатуна. В этом случае в шатуне имеется специальное отверстие, через которое масло разбрызгивается на внутреннюю стенку днища поршня.
Второй способ – в нижней части картера устанавливаются масляные форсунки, которые под давлением распыляют масло во внутренней полости поршня, или впрыскивают его в специальный кольцевой охлаждающий канал, расположенный в головке поршня. Для отбора от поршня большего количества тепла масляный канал имеет волнообразную форму.
В этом случае при помощи масла может от поршня отводиться от 30 до 50% тепла. В результате при разбрызгивании масла на внутреннюю стенку днища поршня удаётся снизит температуру днища поршня на 15 – 20?С, а при организованной циркуляции масла в поршне, температуру днища поршня можно снизить на 25 – 35?С.
Масло, охлаждающие поршни и другие детали сильно нагревается. При нагреве масло разжижается и теряет свои смазывающие свойства. По этой причине возникает угроза заклинивания коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.
В таком случае система смазки двигателя имеет специальный охладитель масла, теплообменник которого передаёт тепло от масла жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя. Далее это тепло при помощи радиатора системы охлаждения рассеивается в окружающем автомобиль воздухе.
Охлаждение поршня маслом
Охлаждение поршня маслом
Масляная форсунка, установленная в нижней части гильзы цилиндра, разбрызгивает мало из системы смазки двигателя на внутреннюю сторону днища поршня. Масло отбирает тепло от днища поршня и стекает в масляный поддон двигателя, где происходит его охлаждение.
Масляные форсунки - двигатель V8
Масляные форсунки, предназначенные для охлаждения днища поршня разбрызгиванием, двигателя V8.
Поршень - охлаждение маслом
Поршень с масляным каналом
На этих рисунках показан поршень современного дизельного двигателя 2.0 TDI мощностью 103 кВт концерна VOLKSWAGEN. Масляная форсунка впрыскивает масло в охлаждающий канал поршня. По охлаждающему каналу масло проходит через головку поршня, охлаждая его, выходит из охлаждающего канала поршня с другой стороны и стекает в масляный поддон двигателя.
3. Охлаждение поршня холодной топливовоздушной смесью.
Вообще поршень любого двигателя частично охлаждается топливовоздушной смесью. Причем чем богаче смесь, там больше она может забрать энергии от поршня. Но по причинам топливной экономичности и экологии современные двигатели часто работают на обеднённой смеси. Современные электронные системы управления двигателя для избежания детонационного сгорания на некоторых режимах работы двигателя немного переобогащают смесь, за счёт чего несколько снижается температура поршня.
Конструкция поршня
Вид наиболее распространённого поршня
Типичный поршень
Вид поршня современного форсированного двигателя
Поршеньфорсированного двигателя
На первый взгляд в конструкции поршня нет ничего сложного, поршень очень похож просто на перевёрнутый стакан. Но, учитывая, что к поршню предъявляются очень высокие и часто противоречивые требования, поршень является одной из наиболее трудных в конструировании и изготовлении деталей двигателя.
В зависимости от конструкции двигателя, формы его камеры сгорания, расположения клапанов днище, и другие части поршня, могут иметь различную форму.
Форма днища поршня
Некоторые примеры различных типов поршней
Поршень с вытеснителем и выемками клапанов
Поршень с вытеснителем и выемками клапанов
Поршень с плоским днищем
Поршень с плоским днищем
Поршень с плоским днищем и выемками для клапанов
Поршень с плоским днищем и с выемками клапанов. Этот двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.
Поршень с углублённым днищем
Поршень с углублённым днищем и с выемками под четыре клапана. Для уменьшения сил трения на поверхность юбки поршня нанесено антифрикционное покрытие.
Поршень бензинового двигателя
Поршень современного бензинового двигателя с графитовым антифрикционным покрытием на юбке.
Поршень дизельного двигателя
Поршень современного дизельного двигателя
Камера сгорания находится непосредственно в днище поршня.
Поршень - канавки аккумуляции газов и лабиринтные канавки
1 – Канавка аккумуляции газов на второй перегородке
2 – Лабиринтные канавки на верхней перегородке
Юбка современного поршня
Направляющая часть поршня (юбка) современного двигателя сохранила только упорные поверхности.
Некоторые современные двигатели имеют поршни с очень необычной формой днища. Например, поршни бензиновых двигателей с непосредственным впрыском. Во время работы двигателя при послойном смесеобразовании, за счёт специально подобранной формы днища поршень двигаясь вверх на такте сжатия поршень, направляет богатую часть топливовоздушной смеси на свечу зажигания. При этом в остальной части камеры сгорания может находиться очень бедная смесь.
Поршень двигателя с непосредственным впрыском топлива автомобиля VOLKSWAGEN с системой управления двигателя FSI
Поршень системы FSI
FSI - Направление потока смеси
Очень своеобразную форму имеют поршни двигателей автомобиля VOLKSWAGEN с расположением цилиндров VR и W. У этих двигателей днище поршня в одной плоскости не перпендикулярно оси поршня. Но все остальные детали поршня ось поршневого пальца и канавки поршневых колец строго перпендикулярны оси поршня.
Порщень RV-образного двигателя
Ранее отмечалось, во время работы двигателя поршень совершает возвратно поступательные движения с большой средней скоростью и с очень высокими знакопеременными ускорениями, следовательно, для уменьшения сил инерции конструктор должен стремиться сделать поршень, как и все остальные детали, совершающие возвратно-поступательное движение, как можно легче. Способов это сделать всего два, это применение материалов и низким удельным весом, и уменьшения общего количества материала, то есть удаление излишнего материала. Но удаление излишнего материала снижает прочность конструкции, чем деталь массивней, тем легче обеспечить её жесткость и теплоёмкость. Крайне не желательно деформация формы поршня под воздействием механических и температурных нагрузок.
Во время работы двигателя поршень контактирует с другими деталями, стенками цилиндра, поршневыми кольцами и поршневым пальцем. Для обеспечения эффективной работы двигателя необходимо обеспечит точные зазоры между всеми этими деталями. Но все эти детали изготавливаются из различных материалов и, соответственно, имеют различные коэффициенты температурного расширения. Поршень конструируется так, что после прогрева двигателя до нормальной рабочей температуры все зазоры между движущимися деталями были минимальными и соответствовали расчётным.
Вообще наружная форма и размеры поршня должны соответствовать форме цилиндра. При изготовлении стремятся придать отверстию цилиндра строгие геометрические формы. Но, например, неправильная затяжка болтов крепления головки блока цилиндров, может сильно исказить первоначальную форму отверстия цилиндра. Поэтому, при ремонте двигателя всегда строго соблюдайте рекомендованные моменты затяжки всех резьбовых соединений.
Наружная форма поршня конструируется так, чтобы после прогрева двигателя поршень приобрёл форму строго цилиндра, поэтому при изготовлении поршня в его форму умышленно вносятся некоторые искажения, которые устраняются по мере прогрева двигателя. На холодном двигателе зазор между поршнем и стенками цилиндра увеличен. При прогреве двигателя до нормальной рабочей температуры тепловые зазоры между стенками цилиндра и поршнем уменьшаются и начинают соответствовать норме. Вот почему так важно поддерживать необходимую рабочую температуру двигателя.
Структура поршня
Поршень состоит из трёх основных частей:
Днище поршня предназначено для восприятия усилия давления газов. Головка поршня обеспечивает герметизацию подвижного соединения поршня и стенок цилиндров за счёт установленных на головку поршня поршневых колец.
Для установки поршневых колец в головке поршня делаются специальные канавки. В верхние канавки современных поршней вставляются компрессионные кольца, а нижняя канавка предназначена для установки маслосъёмного кольца. В канавке маслосъёмного кольца делаются сквозные отверстия, через которые излишнее масло отводится во внутреннюю полость поршня.
Часть поршня, расположенная ниже нижнего кольца называется юбкой поршня. Юбка поршня, иногда её называют тронковая или направляющая часть поршня, предназначена для удержания поршня в правильном направлении и восприятия боковых нагрузок. То есть юбка является направляющим элементом поршня.
Очень важным параметром поршня является высота головки поршня относительно оси поршневого пальца (4). Иногда различные модификации двигателя имеют различную степень сжатия. В производстве легче всего изменить степень сжатия изменением высоты головки поршня.
При конструировании двигателя, для уменьшения сил инерции, конструкторы стремятся сделать поршень как можно легче. Но сделать все стенки поршня одинаковой толщины не удастся. Днище поршня, для восприятия больших нагрузок, всегда делается толще, чем стенки юбки. Но и юбка в различных местах имеет различную толщину. В местах бобышек под поршневой палец юбка имеет значительное утолщение, а, учитывая то, что различные части поршня имеют различную температуру, можно предположить, что при нагреве в разных местах поршень расширяется не одинаково. Поскольку во время рабаты двигателя головка поршня имеет более высокую температуру, следовательно, расширяется больше юбки поршня, головка поршня имеет несколько меньший диаметр по сравнению с юбкой поршня.
Поршень - диаметр головки
Под воздействием тепловых деформаций поршня, сложенных с боковыми усилиями, действующими на поршень в перпендикулярно оси поршневого пальца, цилиндрический поршень может приобрети овальную форму. Для устранения этого явления поршень изначально делается овальным, но в противоположном направлении, по мере прогрева двигателя поршень, под воздействием боковых сил, приобретает круглую форму. Малая ось овала совпадает с направлением оси поршневого вала, а большая ось овала совпадает с направлением действующих на поршень боковых сил.
Овальность поршня
Овальность поршня
Но кроме овальности наружная поверхность поршня имеет некоторую конусность. Поршни современного двигателя, кроме овальности, по высоте имеют бочкообразную форму. Поэтому, поршень, кажущийся на первый взгляд простым цилиндром, имеет довольно сложную форму.
Сложная форма поршня
На этом рисунке даны отклонения диаметра поршня от номинального размера. Зелёная линия показывает отклонения от номинального диаметра на различной высоте поршня со стороны торцов поршневого пальца, а розовая линия показывает отклонение номинального размера со стороны упорных поверхностей поршня. Ширина жёлтой зоны показывает овальность поршня на различной высоте.
Подбор точной наружной формы поршня очень трудная инженерная задача. В самом начале развития двигателестроения форма поршня подбиралась только опытным способом. Установив опытный поршнь в двигатель, двигатель нагружали различными нагрузками. После проведения необходимых испытаний поршень снимался и в местах, подвергшихся наибольшему износу, удалялась некоторая часть металла, и после этого проводился следующий цикл испытаний. Ели в результате излишне снятого металла поршень разрушался, толщину стенок или форму поршня изменяли и заново производили полный цикл испытаний. В результате продолжительных испытаний добивались наилучшей формы поршня для данного двигателя. По мере накопления опыта точная форма поршня стала определяться расчётным способом. Но даже сейчас, когда специальная компьютерная программа, может прочитать оптимальную форму поршня быстро, с высокой степью точности и с учётом всех, воздействующих на поршень температурных и механических факторов, проводится обязательное испытание поршней под различной нагрузкой.
Другим способом терморегулирования поршня, то есть направленное изменение формы поршня под воздействием температуры является вплавление в алюминиевое тело стальных термостабилизирующих пластин. Термостбилизирующие пластины, при полном прогреве поршня, позволяют снизить радиальное расширение поршня приблизительно в два раза по сравнению с поршнем, полностью изготовленным из алюминиевого сплава.
Термостабилизирующие пластины
Термостбилизирующие пластины или кольца являются очень эффективным средством управления расширения поршня в необходимом направлении. Правда эти элементы имеют большое ограничение они могут быть вставлены только в литые поршни, но нет возможности установки этих элементов в современные кованные поршни.
Как преднамеренные изменения формы поршня, так и вставка в поршень термостабилизирующих стальных пластин предназначены для обеспечения стабильного минимального теплового зазора между поршнем (юбкой поршня) и стеками цилиндра. Обычно тепловой зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра автомобильного двигателя лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм.
Боковые силы, приложенные к поршню
Боковые силы, действующие на поршень
Во время работы двигателя шатун постоянно, кроме положения поршня в ВМТ и НМТ находится под некоторым углом к оси цилиндра, причем этот угол постоянно изменяется. Поэтому сила, приложенная к поршневому пальцу, раскладывается на две. Одна сила действует в направлении шатуна, а вторая сила действует в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к стенке цилиндра.
При движении поршня вверх на такте сжатия сжимаемый воздух оказывает сопротивление перемещению поршня. Часть это силы прижимает поршень к правой стенке цилиндра, если смотреть со стороны передней части двигателя.
Во время рабочего хода расширяющиеся газы с большой силой давят на поршень. Часть этой силы расходуется на прижатие поршня к левой стенке цилиндра. Не стоит думать, что эти силы незначительны. Боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра приблизительно равна 10% - 12% процентов, от силы, действующей в направлении оси цилиндра. Ранее упоминалось, что во время работы двигателя на днище поршня среднего легкового автомобиля действует сила в несколько тонн, следовательно, сила, прижимающая поршень к боковой стенке может быть равна нескольким сотням килограмм. Поскольку сила, действующая на поршень во время рабочего хода в направлении оси цилиндра значительно выше, силы, действующей на поршень во время такта сжатия, поверхность, к которой прижимается поршень, во время такта рабочего хода, называется основной упорной поверхностью.
Из всего сказанного вытекает, что при прохождении поршнем ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода происходит перемещение поршня от вспомогательной упорной поверхности к основной. Поскольку на поршень действуют большие силы, а все процессы в двигателе происходят очень быстро, перемещение поршня происходи в форме удара. Для уменьшения силы удара при перекладке поршня ось поршневого пальца (вернее ось отверстия в бобышках поршня под поршневой палец) смещена в сторону основной упорной поверхности.
Перекладывание поршня
При движении поршня вверх на такте сжатия, давление сжимаемого воздуха оказываемого на днище поршня преобразуется в силу, направленную перпендикулярно днищу поршня. Поскольку шатун находится под некоторым углом к оси поршня, возникает нормальная сила, прижимающая поршень к вспомогательной упорной поверхности (2).
Сила, возникающая в результате воздействия давления, равна произведению давления, умноженного на площадь, на которую действует давление. Поскольку ось поршневого пальца смещена в сторону основной упорной поверхности (1), площадь правой половины поршня стала несколько больше площади левой половины. В результате чего сила, действующая на правую половину поршня, будет больше силы, действующей на левую половину поршня. Поэтому, когда поршень остановится в ВМТ, в результате разности этих сил, нижняя часть поршня переместится к основной упорной поверхности. А как только давление в камере сгорания начнёт увеличиваться, произойдёт полная перекладка поршня к основной упорной поверхности. Это позволяет произвести перекладку поршня без ударных нагрузок. При движении поршня в низ, при изменении угла шатуна к оси цилиндра и возрастания давления в цилиндре поршень оказывает давление на основную упорную поверхность (1).
Обычно смещение оси поршневого пальцы относительно оси поршня в автомобильных двигателях лежит в диапазоне 1,0 – 2,5 мм.
Учитывая имеющиеся смещения оси поршневого пальца, поршень допускается устанавливать только в одном направлении. Неправильна установка поршня приведёт к появлению ударных звуков во время работы двигателя. Обычно на днище поршня имеется метка, указывающая правильное направление установки поршня. Перед ремонтом двигателя тщательно изучите руководство по ремонту.
Е.Н. Жарцов
autopribor.ru
