Поршень – ключевая деталь КШМ цилиндрической формы, которая предназначена для трансформации топливной энергии в механическую работу автомобильного двигателя.
Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.
Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:
© Volkswagen AG
Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.
Днище
Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.
Поршневые кольца
Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.
Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения. Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.
Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).
Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца – предотвращают попадания газов в картер.
Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.
Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.
Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.
Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.
Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.
Юбка
Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.
Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.
Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:
Уплотняющая часть
Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.
В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.
autodromo.ru
Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно- шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.
Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение - нижняя мертвая точка (НМТ).
Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называют рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.
Принцип работы
Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь. Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом.
В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 - 0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С.
Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.
Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ - происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С. Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Принцип действия двухтактного двигателя
Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:
Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.
remrai.ru
Поршень является одной из самых важных деталей автомобильного двигателя, отвечающей за преобразование энергии сгорания топлива в энергию кинетическую. В сегодняшней статье мы постараемся уделить более подробное внимание назначению поршней, требованиям, предъявляемым к ним, а также особенностям их эксплуатации.
Поршень автомобильного агрегата — это внутренний элемент, имеющий цилиндрическую форму, и совершающий возвратно-поступательное цикличное движение по специальной камере с целью превращения энергии, вырабатываемой в процессе сгорания топливной смеси, в физическую работу. Именно поршень способствует изменению внутреннего объема цилиндра, в результате чего происходит возгорание имеющейся в нем горючей смеси.
Качество выполнения своих функций поршнями прямым образом влияет на бесперебойность и эффективность деятельности мотора. Кажущаяся простота поршня — не более чем заблуждение. Это высокоточная наукоемкая деталь, за изготовление которой не берутся порой даже самые известные автоконцерны, заказывая её в специализированных компаниях, занимающихся их проектированием и непосредственным производством.
Как мы уже говорили, сгоревшее сверху поршня топливо, является источником огромного количества тепла, возникающего при каждом рабочем цикле. Внутренняя температура камеры сгорания достигает 2 тысяч градусов Цельсия. Во время этого осуществляется передача лишь части энергии движения, остальное уходит на нагрев смежных деталей и энергию выхлопных газов. Важно понимать, что если поршень не будет охлаждаться, он через несколько минут подвергнется расплавлению.
За счет чего же происходит его охлаждение? Прежде всего, за счет наружного воздуха, который остужает охлаждающую жидкость, головку блока цилиндров и сам агрегат. Поршень посредством четырех элементов производит теплообмен с охлажденными деталями и антифризом.
Важно понимать, что наибольшая ответственность за качество функционирования поршней лежит именно на поршневых кольцах. Если нарушится их герметичность, то разогретая газовая «прослойка» лишит поршень охлаждения, что приведет к разрушению двигателя. Подобную картину можно наблюдать во время перегрева, возникающего из-за нарушений системы охлаждения. В случае, когда продолжительность работы мотора при критических температурах оказывается достаточно продолжительной, агрегат получает настолько критичные повреждение, что отремонтировать его не представляется возможным. В таком случае потребуется осуществить полную замену блока.
В конце статьи скажем, что поршни являются основными узлами двигателя автомобиля. Важно следить за качеством их работы, производя периодические диагностические процедуры. При выявлении высокой степени выработки необходимо выполнять техническое обслуживание поршневой, включающего замену поршневых колец, пальцев или непосредственно самих поршней. Если им пренебречь, можно «нарваться» на замену блока, которая обойдется водителю в несколько раз дороже.
servicing-auto.ru
Поршни, поршневые кольца и поршневые пальцы
Поршни: основные части
На рис. 7.1 изображены основные части поршня. Головка поршня образует верхнюю поверхность, на которую действует давление газа, и сила, создаваемая этим давлением, равна давлению газа, умноженному на площадь поперечного сечения цилиндра. Эта сила, действующая вдоль средней линии цилиндра, передается через структуру поршня к бобышкам поршневого пальца и действует через поршневой палец на шатун.
На протяжении большей части хода, шатун действует под углом к средней линии цилиндра. Это создает боковое усилие, которым поршень воздействует на стенку цилиндра (рис. 7.2), и необходимо, чтобы опорные поверхности поршня выдерживали это боковое усилие: эти опорные поверхности формуются на юбке поршня.
Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, должен иметься некоторый зазор. Это в свою очередь будет допускать утечку газа из камеры сгорания через этот зазор. Поскольку наибольшие утечки возникают при максимальном давлении и тогда, когда газ наиболее горячий, большая часть масляной пленки, смазывающей поршень, сгорит или окислится. При сгорании газов, содержащих водяной пар, двуокись углерода и, возможно, небольшое количество двуокиси серы, которая может загрязнять смазочное масло, может иметь место коррозия деталей двигателя. Чтобы уменьшить утечки насколько это возможно, в кольцевых проточках на поршне, непосредственно на головке поршня, устанавливаются поршневые кольца.
Головка поршня непосредственно подвергается нагреву от газов во время их горения. Эти газы еще чрезвычайно горячи во время рабочего такта и такта выпуска: поршень поглощает значительную часть тепла этих горячих газов и будет разогреваться до очень высокой температуры, если только тепло не будет отводиться от поршня достаточно быстро, чтобы поддерживать температуру в допустимых пределах. Поршень может проводить тепло к стенкам цилиндра через поршневые кольца и юбку поршня, и он будет делать это лучше, если металл, из которого изготовлен поршень, будет хорошим проводником тепла.
Большинство металлов расширяются при росте температуры, и поскольку поршень нагревается во время работы двигателя сильнее, чем цилиндр (который может охлаждаться более эффективно), он будет расширяться больше и зазор между цилиндром и поршнем будет уменьшаться, когда детали двигателя будут нагреваться. Таким образом, зазор, допускаемый при сборке двигателя, должен быть достаточно большим, чтобы допустить уменьшение зазора при росте температуры, а материал, используемый для изготовления поршня, должен иметь малый коэффициент термического расширения. Большой зазор будет допускать перемещение поршня из стороны в сторону, когда он будет проходить через мертвые точки с изменением углов соединения с шатуном и это будет приводить к появлению шума, который называется стуком поршня и является нежелательным.
Прежде в двигателях применялись поршни, изготовленные из чугуна. Они имели хорошую прочность на разрыв и твердость при рабочих температурах и образовывали хорошую опорную поверхность при контакте со стенками цилиндров. Но они были относительно тяжелыми, довольно хрупкими, склонными к образованию трещин, а также недостаточно хорошо проводили тепло. Поршни из чугуна имели коэффициент термического расширения сравнимый с таким же параметром у цилиндра, что допускало использование довольно малого зазора в холодном состоянии, а это в свою очередь помогало избежать стука поршня.
В чистом виде алюминий имеет высокий коэффициент термического расширения, относительно малую твердость и прочность. Добавление приблизительно 12 процентов кремния и небольших количеств других элементов позволяет получить прочный сплав с низким коэффициентом термического расширения.
Главные преимущества использования алюминиевых сплавов для изготовления поршней следующие:
1. Улучшенная термическая проводимость, которая обеспечивает более низкую температуру головки поршня. Это в свою очередь обеспечивает меньший нагрев
свежей горючей смеси при такте впуска, благодаря чему заполняющая цилиндр смесь более холодная и густая, что обеспечивает улучшенную отдачу мощности двигателем.
2 Уменьшение массы поршня, которое достигается благодаря низкой плотности алюминия, позволяет двигателю работать на более высоких оборотах и развивать большую мощность.
3 Благодаря низкой температуре плавления алюминий можно отливать в стальные формы. Это позволяет получить большую точность отливок и уменьшает стоимость отливок, если поршни изготавливаются в большом количестве.
4 Алюминиевые сплавы обычно менее твердые, чем чугун, и их легче обрабатывать.
Основными недостатками являются следующие:
1 Более высокий коэффициент термического расширения. Это приводит к необходимости использовать большие зазоры в холодном состоянии, что ведет к стуку поршней. Этот недостаток можно минимизировать, применяя специальную конструкцию юбки поршня и путем использования сплавов, имеющих относительно низкий коэффициент термического расширения.
2 Алюминий не такой прочный, как чугун, в особенности при высоких температурах. Чтобы избежать деформации при нагрузках, приходится использовать металл большей толщины. Это уменьшает экономию массы из-за меньшей плотности, но, с другой стороны, это увеличивает способность поршня проводить тепло.
3 Алюминий является более мягким материалом, чем чугун, в особенности при высокой температуре; это ведет к ускоренному износу кольцевых канавок. В настоящее время разработаны сплавы с улучшенными характеристиками, а в некоторых случаях применяются дополнительные меры для того, чтобы преодолеть этот недостаток.
4 Алюминий более дорогой, чем чугун, хотя этот недостаток компенсируется легкостью литья и его последующей обработки.
Попытки комбинировать малый вес и хорошую теплопроводность алюминия с обеспечением малых зазоров в холодном состоянии, которое достигается при использовании чугуна или стали, привели к созданию конструкций, состоящих из двух частей, в которых головка и бобышки поршневого пальца изготавливаются из алюминия, а юбка поршня — из чугуна или стали.
argi.su
Поршневая группа – это поршень и группа уплотняющих колец. Так же в неё входит поршневой палец и детали крепления. Стоит рассмотреть назначение данного механизма.
За счет него воспринимается давление газа и передается через шатун на коленвал. Так же благодаря такому механизму, как поршневая группа, уплотняется надпоршневая полость цилиндра. Таким образом он будет защищен от излишнего попадания в картер смазочного масла и газов. Данная функция имеет огромное значение для хорошей работы двигателя. О том, в каком техническом состоянии он находится, судят по уплотняющей способности. К примеру, в машинных двигателях не допускается, чтобы расход масла составлял больше, чем три процента от расхода горючего.
Поршневая группа свою работу осуществляет еще и в тяжелых климатических условиях. Именно поэтому детали данного механизма обладают высокой тепловой напряженностью, а это учитывается, когда для них выбирается материал и конструкция. Их элементы обычно производители разрабатывают, учитывая тип двигателей и назначение (транспортные, стационарные, дизельные, формированные и т.д.). Однако общее устройство все равно остается прежним. Итак, следует рассмотреть, из чего же комплектуется поршневая группа.
Тронковая часть (направляющая) еще называется поршневой юбкой. Она изнутри имеет приливы, в них просверлены отверстия для поршневого пальца. Нижняя кромка юбки используется часто как технологическая база при обработке поршня. Она для этого снабжена растачиваемым буртиком. Кроме того, стенки юбки еще воспринимают силы бокового давления, а это увеличивает их трение о цилиндровые стенки и повышает нагрев цилиндра и поршня.
Поршневая головка несет поршневые кольца и имеет днище. Нижняя канавка имеет дренажные отверстия, через них отходит смазочное масло, чтобы оно не попало случайно в камеру сгорания. Её днище – это одна из камерных стенок. Она воспринимает значительное давление газов. Само днище может быть плоским, вогнутым, выпуклым или фигурным. Опять-таки, его форма выбирается при учете типа двигателя, а также камеры сгорания.
Нельзя не упомянуть про такой механизм, как цилиндро-поршневая группа. Главные дефекты блоков цилиндра – это трещины, сколы и износ. Эти неисправности устанавливаются после тщательного осмотра, опрессовки и обмера цилиндра. При этом процессе на блок нужно установить головку или же чугунную плиту (обязательна резиновая прокладка). Вообще, данная группа отличается жаростойкой сталью и масляным охлаждением, которое осуществляется за счет циркуляционной общей системы смазки главного дизеля. Если обеспечить хороший уход механизму и качественное масло, то можно легко увеличить срок работы поршней и цилиндров.
И еще один механизм – шатунно-поршневая группа. Поршень – литой и алюминиевый. Наружная поверхность обладает весьма сложной формой. Поршневой палец – полый и стальной, он свободно вращается во втулке шатуна и поршневых бобышках. А кольца поршня выполнены из чугуна. И, конечно же, шатун – кованый и стальной. В его верхней головке имеется втулка из смеси стали и бронзы, что положительно отражается на работе всей группы.
fb.ru
Категория:
Устройство и работа двигателя
Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгоранияВ двигателе внутреннего сгорания преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя.
В двигателе с внешним смесеобразованием в замкнутое пространство, образованное стенками цилиндра, его головкой и днищем поршня, через впускной клапан при перемещении поршня вниз всасывается горючая смесь, состоящая из жидкого топлива или горючего газа, смешанного в Определенной пропорции с воздухом. При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника тепла. При сгорании смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего газы, получившиеся при сгорании, нагреваются и давление их сильно возрастает. Под действием давления газов поршень перемещается в цилиндре вниз и посредством шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан.
Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.
При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе с нижней головкой шатуна описывает окружность (рис. 1). Верхняя головка шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз (возвратно-поступательно). При одном обороте колена (кривошипа) вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.
Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках.
Верхней мертвой точкой (в. м. т.) называют самое верхнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, а).
Нижней мертвой точкой (н. м. т.) называют самое нижнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, б).
При положении поршня в мертвых точках давление газов на поршень не может вызвать поворота коленчатого вала, так как шатун и кривошип коленчатого вала располагаются в одну линию.
Ходом поршня называется расстояние между крайними положениями поршня (от в. м. т. до н. м. т.). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа.
Двигатели, у которых длина хода поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными. Такие двигатели получают все большее распространение, так как при больших числах оборотов коленчатого вала скорость поршня получается невысокой, что обеспечивает большую износостойкость двигателя.
При повороте кривошипа от мертвых точек на одинаковые углы поршень проходит различные расстояния. Это означает, что при равномерном вращении коленчатого вала поршень в цилиндре двигается неравномерно с ускорениями и замедлениями, вследствие чего в работающем двигателе появляются силы инерции.
Тактом называют процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой.
Рис. 1. Основные положения кривопшпно-шатунного механизма
При перемещении поршня вниз от в. м. т. до п. м. т. (рис. 16, б) объем внутренней полости цилиндра над поршнем изменяется от минимального значения (объем камеры сгорания) до максимального (полный объем цилиндра).
Камерой сгорания называется пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в. м. т.
Рабочим объемом цилиндра называется объем цилиндра, заключенный между верхней и нижней мертвыми точками.
Рабочим объемом, или литражом двигателя, называется рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах.
Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания.
Степенью сжатия двигателя называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь (заряд) при перемещении поршня из н. м. т. в в. м. т. Чем выше степень сжатия двигателя, тем большую экономичность по расходу топлива имеет двигатель.
Читать далее: Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя автомобиля
Категория: - Устройство и работа двигателя
stroy-technics.ru
Поршни, поршневые кольца и поршневые пальцы
Поршни: основные части
На рис. 7.1 изображены основные части поршня. Головка поршня образует верхнюю поверхность, на которую действует давление газа, и сила, создаваемая этим давлением, равна давлению газа, умноженному на площадь поперечного сечения цилиндра. Эта сила, действующая вдоль средней линии цилиндра, передается через структуру поршня к бобышкам поршневого пальца и действует через поршневой палец на шатун.
На протяжении большей части хода, шатун действует под углом к средней линии цилиндра. Это создает боковое усилие, которым поршень воздействует на стенку цилиндра (рис. 7.2), и необходимо, чтобы опорные поверхности поршня выдерживали это боковое усилие: эти опорные поверхности формуются на юбке поршня.
Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, должен иметься некоторый зазор. Это в свою очередь будет допускать утечку газа из камеры сгорания через этот зазор. Поскольку наибольшие утечки возникают при максимальном давлении и тогда, когда газ наиболее горячий, большая часть масляной пленки, смазывающей поршень, сгорит или окислится. При сгорании газов, содержащих водяной пар, двуокись углерода и, возможно, небольшое количество двуокиси серы, которая может загрязнять смазочное масло, может иметь место коррозия деталей двигателя. Чтобы уменьшить утечки насколько это возможно, в кольцевых проточках на поршне, непосредственно на головке поршня, устанавливаются поршневые кольца.
Головка поршня непосредственно подвергается нагреву от газов во время их горения. Эти газы еще чрезвычайно горячи во время рабочего такта и такта выпуска: поршень поглощает значительную часть тепла этих горячих газов и будет разогреваться до очень высокой температуры, если только тепло не будет отводиться от поршня достаточно быстро, чтобы поддерживать температуру в допустимых пределах. Поршень может проводить тепло к стенкам цилиндра через поршневые кольца и юбку поршня, и он будет делать это лучше, если металл, из которого изготовлен поршень, будет хорошим проводником тепла.
Большинство металлов расширяются при росте температуры, и поскольку поршень нагревается во время работы двигателя сильнее, чем цилиндр (который может охлаждаться более эффективно), он будет расширяться больше и зазор между цилиндром и поршнем будет уменьшаться, когда детали двигателя будут нагреваться. Таким образом, зазор, допускаемый при сборке двигателя, должен быть достаточно большим, чтобы допустить уменьшение зазора при росте температуры, а материал, используемый для изготовления поршня, должен иметь малый коэффициент термического расширения. Большой зазор будет допускать перемещение поршня из стороны в сторону, когда он будет проходить через мертвые точки с изменением углов соединения с шатуном и это будет приводить к появлению шума, который называется стуком поршня и является нежелательным.
Прежде в двигателях применялись поршни, изготовленные из чугуна. Они имели хорошую прочность на разрыв и твердость при рабочих температурах и образовывали хорошую опорную поверхность при контакте со стенками цилиндров. Но они были относительно тяжелыми, довольно хрупкими, склонными к образованию трещин, а также недостаточно хорошо проводили тепло. Поршни из чугуна имели коэффициент термического расширения сравнимый с таким же параметром у цилиндра, что допускало использование довольно малого зазора в холодном состоянии, а это в свою очередь помогало избежать стука поршня.
В чистом виде алюминий имеет высокий коэффициент термического расширения, относительно малую твердость и прочность. Добавление приблизительно 12 процентов кремния и небольших количеств других элементов позволяет получить прочный сплав с низким коэффициентом термического расширения.
Главные преимущества использования алюминиевых сплавов для изготовления поршней следующие:
1. Улучшенная термическая проводимость, которая обеспечивает более низкую температуру головки поршня. Это в свою очередь обеспечивает меньший нагрев
свежей горючей смеси при такте впуска, благодаря чему заполняющая цилиндр смесь более холодная и густая, что обеспечивает улучшенную отдачу мощности двигателем.
2 Уменьшение массы поршня, которое достигается благодаря низкой плотности алюминия, позволяет двигателю работать на более высоких оборотах и развивать большую мощность.
3 Благодаря низкой температуре плавления алюминий можно отливать в стальные формы. Это позволяет получить большую точность отливок и уменьшает стоимость отливок, если поршни изготавливаются в большом количестве.
4 Алюминиевые сплавы обычно менее твердые, чем чугун, и их легче обрабатывать.
Основными недостатками являются следующие:
1 Более высокий коэффициент термического расширения. Это приводит к необходимости использовать большие зазоры в холодном состоянии, что ведет к стуку поршней. Этот недостаток можно минимизировать, применяя специальную конструкцию юбки поршня и путем использования сплавов, имеющих относительно низкий коэффициент термического расширения.
2 Алюминий не такой прочный, как чугун, в особенности при высоких температурах. Чтобы избежать деформации при нагрузках, приходится использовать металл большей толщины. Это уменьшает экономию массы из-за меньшей плотности, но, с другой стороны, это увеличивает способность поршня проводить тепло.
3 Алюминий является более мягким материалом, чем чугун, в особенности при высокой температуре; это ведет к ускоренному износу кольцевых канавок. В настоящее время разработаны сплавы с улучшенными характеристиками, а в некоторых случаях применяются дополнительные меры для того, чтобы преодолеть этот недостаток.
4 Алюминий более дорогой, чем чугун, хотя этот недостаток компенсируется легкостью литья и его последующей обработки.
Попытки комбинировать малый вес и хорошую теплопроводность алюминия с обеспечением малых зазоров в холодном состоянии, которое достигается при использовании чугуна или стали, привели к созданию конструкций, состоящих из двух частей, в которых головка и бобышки поршневого пальца изготавливаются из алюминия, а юбка поршня — из чугуна или стали.
svoya-pravda.ru
