Содержание
конструктивные элементы, признаки и причины их износа
Поршень двигателя внутреннего сгорания представляет собой деталь цилиндрической формы, которая двигается внутри цилиндра и отвечает за преобразование энергии газов в энергию поступательного движения.
Стандартный поршень ДВС состоит из 3 основных элементов: днища, уплотняющей и направляющей частей.
Днище (или головка) служит для восприятия тепловой нагрузки и газовых сил, образующихся вследствие сгорания топливно-воздушной смеси.
Уплотняющая часть, состоящая из нескольких поршневых колец, отводит тепло от поршня к цилиндру и препятствует прорыву газов.
Направляющая часть (юбка) поддерживает положение поршня и передает боковое усилие на стенки цилиндра.
Далее каждая из этих частей будет рассмотрена более подробно.
Днище поршня
Днище поршня может иметь разную форму, что зависит от типа двигателя, особенностей смесеобразования и газообмена в цилиндре, расположения форсунок, свечей и клапанов.
Детали с выпуклым днищем обладают повышенной прочностью, однако они работают в камере сгорания линзовидной формы, что увеличивает теплоотдачу и механические потери.
Поршни с вогнутым днищем используются в дизельных моторах и бензиновых двигателях с высокой степенью сжатия. Они образуют компактную форму камеры сгорания, однако более склонны к образованию нагара.
Наиболее простыми и распространенными являются поршни с плоскими днищами. Ими оснащаются многие бензиновые двигатели, а также дизельные ДВС вихрекамерного и предкамерного типа.
Днище поршня принимает на себя основную термическую нагрузку, поэтому толщина поршня в этой части больше, чем в других. Чем днище толще, тем больше масса детали, но меньше ее нагрев.
Стандартная толщина днища поршня в обычных двигателях – 7-9 мм, в турбомоторах – 11 мм, в дизельных ДВС – 10-16 мм.
В целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания некоторые виды поршней в области днища и канавки первого компрессионного кольца подвергаются твердому анодированию.
В ходе этой операции верхний тонкий слой алюминия преобразуется в керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.
Уплотняющая часть
Уплотняющую часть поршня составляют поршневые кольца: в современных двигателях используется, как правило, три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.
Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер двигателя. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды таких колец имеют вырез. Наибольшие нагрузки воспринимает первое компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали, ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.
Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла и предупреждения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца. Через них масло, удаленное со стенок цилиндра, поступает внутрь поршня, а затем попадает в поддон картера двигателя.
Некоторые виды маслосъемных колец оснащены пружинным расширителем.
Диаметр уплотняющей части поршня меньше, чем направляющей. Это связано с повышенным нагревом детали в районе колец. Жаровый пояс имеет еще меньший диаметр, что позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках после термического расширения поршня.
Для уплотнения поршня наибольшее значение имеет материал и качество колец. Чугунные маслосъемные кольца намного надежнее и проще в установке, чем составные. При перегреве их упругость не снижается, поэтому не возникает таких проблем как выброс масла, пропуск газов в картер и пр.
Направляющая часть
Направляющую (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки (приливы), в которых располагается отверстие под поршневой палец. Для фиксации пальца предусмотрены специальные канавки.
Нижняя кромка юбки снабжена буртиком для последующей механической обработки и подгонки поршня.
Буртик растачивается с внутренней стороны в том случае, если поршень слишком тяжелый. В местах расположения отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления. Эти зоны не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».
Чтобы поршень свободно перемещался в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор, величина которого зависит от линейного расширения металла пары «поршень-цилиндр» при нормальной работе ДВС.
Перегрев грозит чрезмерным расширением поршня, образованием на нем задиров и заклиниванием. Однако решать проблему выставлением большого зазора не рекомендуется – это не только снижает уплотняющие свойства поршня, но и грозит выходом двигателя из строя.
Поверхности юбки воспринимают силы бокового давления, в процессе движения поршня испытывают повышенное трение и нагрев. Именно поэтому многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки антифрикционное покрытие (АФП), что позволяет не только защитить детали от усиленного износа, но и облегчить приработку на новом двигателе.
Существуют АФП, которые можно наносить не только в заводских условиях, но и в обычных мастерских, гаражах и прочих помещениях, не оборудованных специальными приспособлениями.
Одним из таких материалов является антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Аэрозольная упаковка делает процесс нанесения этого состава простым и удобным. Полимеризация АФП возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве.
Опыт использования покрытия показал, что оно эффективно снижает трение, предотвращает скачкообразное движение и задиры, сохраняет работоспособность двигателя даже в режиме масляного голодания.
Материал устойчив к длительному воздействию моторного масла и при правильной предварительной подготовке поверхностей не теряет своих свойств на протяжении долгого времени.
MODENGY Для деталей ДВС доступно в наборе со Специальным очистителем-активатором MODENGY, который не только очищает и обезжиривает, но и гарантирует отличную адгезию покрытия.
Поршень, как и любой другой рабочий элемент двигателя, подвержен механическим повреждениям и износу.
Ежедневная эксплуатация автомобиля способствует выработке ресурса деталей, на что указывает:
- Повышенный расход масла
- Синий дым из выхлопной трубы
- Нагар на свечах зажигания
- Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
- Увеличение расхода топлива в 2 и более раз
- Снижение мощности двигателя и т.д.
Все это свидетельствует о некорректной работе двигателя, в частности, поршневой группы. Далее отметим, какие проблемы для нее наиболее актуальны.
Задиры и нагар на днище поршня
Появляются вследствие перегрева поршня из-за нарушения процесса сгорания, деформации и/или засорения масляной форсунки, несоответствия размера детали рекомендованным, неисправности системы охлаждения, уменьшения зазора в верхней части рабочей поверхности.
Следы от ударов на днище поршня
Свидетельствуют о слишком большом выступе поршня, неверной посадке клапана, слишком малом зазоре в клапанном приводе, отложениях масляного нагара на днище поршня, неподходящем уплотнении ГБЦ, некорректно выставленным фазам газораспределения.
Наплавления и расплавление металла на поверхностях
Указывают на неравномерный впрыск топлива, позднее зажигание, недостаточное сжатие смеси, неверный момент начала впрыска и его количество, неисправность впрыскивающих форсунок.
Трещины на днище поршня и в полости камеры сгорания
Говорят о недостаточной компрессии в цилиндрах, плохом охлаждении поршня, некорректном впрыске смеси. Трещины могут появиться при установке поршней в неподходящей к ним по форме полости камеры сгорания.
Повреждения поршневые колец
Возникают вследствие неправильной установки поршней, избытке топлива в камере сгорания, вибрации самих поршневых колец, сильном осевом износе кольцевой канавки.
Радиальный износ поршня
Наблюдается из-за избыточного количества топлива в камере сгорания. Такая проблема является следствием сбоев в процессе приготовления смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давлении сжатия. Осевой износ возникает в результате загрязнения поршня во время приработки ДВС.
Износ юбки поршня
Повреждения на юбке могут возникать по нескольким причинам. Ассиметричное пятно контакта на боковой поверхности тронка обычно вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, неправильно просверленными отверстиями цилиндра, большим люфтом шатунного подшипника, наклонно просверленными отверстиями в головках шатунов.
Задиры образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом запуске двигателя.
Поверхности трения юбки поршней истираются также из-за попадания топлива в масло, неисправного пускового устройства холодного двигателя, недостаточного сжатия, перебоев в зажигании и работе ДВС на переобогащенной воздушно-топливной смеси.
Кавитация гильз
Кавитация – основная причина выхода гильз из строя. Это явление вызвано недостатком охлаждения, слишком низкой или высокой температурой, применением неподходящей охлаждающей жидкости, неправильной и/или неточной посадки гильз цилиндров, использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.
Масляный нагар на днище цилиндра
Такие отложения возникают вследствие избыточного содержания масла в камере сгорания. Это вызвано, в свою очередь, неисправностью деталей, прорывом газов с проникновением масла во всасывающий тракт, недостаточным отделением масляного тумана от картерных газов.
Возврат к списку
Поршень двигателя
Поршень двигателя служит для преобразования энергии сжатой воздушно-топливной смеси в энергию поступательного движения. Далее эта энергия при помощи шатунов и коленчатого вала преобразуется в крутящий момент.
Поршни современных двигателей работают в очень тяжелых условиях: высокие газовые и инерционные нагрузки, носящие близкий к ударному характер.
Высокие температурные нагрузки, большие переменные скорости движения при наличии несовершенной смазки, и как следствие всего этого, большие силы трения и значительный износ поршня и цилиндра. Производители поршней постоянно совершенствуют надежность и долговечность своей продукции – добавляя новые конструкционные элементы и экспериментируя с материалами. В связи с этим конструкция поршней современных двигателей имеете очень сложную форму для того что бы, эта важнейшая деталь выполняла свои функции максимально надежно.
В настоящее время поршни автомобильных двигателей изготавливают из высокотехнологичных алюминиевых сплавов, в редких случаях их чугуна и еще реже из сплавов на магниевой основе и из стали.
Конструкция поршня и термины:
1) диаметр камеры сгорания в поршне
2) днище поршня
3) камера сгорания (полость камеры сгорания)
4) кромка днища
5) жаровой пояс
6) канавка компрессионного поршневого кольца
7) перемычка между кольцами
8) дно канавки поршневого кольца
9) смещенная перемычка между кольцами
10) торцы канавки
11) канавка маслосъемного поршневого кольца
12) отверстие для обратного стока масла
13) бобышка поршня
14) предохранительное расстояние между канавками
15) канавка для стопорного кольца
16) расстояние между внутренними торцами бобышек поршня
17) посадочный поясок
18) нижняя кромка юбки поршня
19) диаметр поршня, измеренный под углом 90° к оси отверстия для поршневого пальца
20) отверстие для поршневого пальца
21) глубина полости камеры сгорания
22) направляющий пояс
23) пояс поршневых колец
24) высота головки поршня
25) полная высота поршня
26) канал масляного охлаждения
27) упрочняющая вставка для кольца
28) втулка поршневого пальца
29) место для измерения диаметра поршня
30) выступ днища поршня
Типы поршней:
Поршень для дизельного двигателя с масляным каналом для охлаждения днища поршня и упрочняющей вставкой для поршневого кольца
Составной поршень-кованная стальная верхняя часть и алюминиевая юбка поршня
Поршень для бензинового двигателя с упрочняющей вставкой для поршневого кольца
Поршни со специальным напылением на юбку:
-Специальное покрытие Lofri®, Nanofri® или графитовое покрытие.
Благодаря графитовому покрытию сокращается трение между юбкой поршня и гильзой. Покрытие Lofri® применяются также для снижения уровня шума. Покрытие Nanofri® является усовершенствованным видом покрытия Lofri® и отличается содержанием наночастиц, за счет которых повышаются износостойкость и срок службы покрытия.
-Специальное покрытие юбки поршня из железа Ferrocoat® обеспечивает надежную работу поршня на алюминиево-кремниевых поверхностях цилиндров Alusil®
Карта показывает «пояс экстремальной жары» в США выше 125 градусов по Фаренгейту в 2053 году — отчет
- «Пояс экстремальной жары» может образоваться в США к 2053 году, предсказывает анализ First Street Foundation.
- В отчете использовались спутниковые данные для моделирования теплового риска на уровне собственности на следующие 30 лет.
- Прогностические карты показывают, что 107 миллионов американцев могут видеть температуру выше 125 градусов по Фаренгейту.
LoadingЧто-то загружается.
Спасибо за регистрацию!
Получайте доступ к своим любимым темам в персонализированной ленте, пока вы в пути.
Волны жары, обрушившиеся на США этим летом, могут быть лишь началом формирования пояса экстремальной жары по всей стране.
«Если люди думают, что было жарко, то это будет одно из лучших лет в их жизни», — сказал Мэтью Эби, генеральный директор некоммерческой организации First Street Foundation, занимающейся исследованиями климатических рисков.
Фонд опубликовал отчет «Опасная жара» в понедельник, используя рецензируемую модель для оценки спутниковых данных правительства США за шесть лет и прогнозирования будущего риска экстремальной жары для собственности.
Его выводы согласуются с предупреждениями ученых о том, что в ближайшие десятилетия экстремальная жара станет более распространенной, более экстремальной и продолжительной.
В следующем году в отчете прогнозируется, что 8 миллионов американцев столкнутся с перспективой изнурительной жары при температуре не менее 125 градусов по Фаренгейту хотя бы один день. Согласно отчету, к 2053 году это число вырастет до 107 миллионов американцев — в 13 раз больше всего за 30 лет.
Это примерно одна треть нынешнего населения, покрывающая четверть территории США, как показано на карте ниже.
Округа, где ожидается, что хотя бы один день превысит 125 градусов по Фаренгейту в 2023 году (слева) и 2053 году (справа).
Фонд Первой улицы
900:10 Большая часть этой экстремальной жары ожидается в центре страны, от побережья Мексиканского залива Техаса и Луизианы до Чикаго — области, которую фонд First Street Foundation называет «поясом экстремальной жары».
Согласно отчету, на значительных участках юго-запада и юго-востока в 2053 году также может быть более одного дня температура выше 125 градусов по Фаренгейту.
Гейб Дебэй, сотрудник медицинской службы береговой пожарной охраны, проверяет кровяное давление бездомного в палаточном городке в самое жаркое время дня 26 июля 2022 года в Шорлайне, штат Вашингтон.
Дэвид Райдер / Getty Images
При таких высоких температурах Национальная метеорологическая служба предупреждает, что высок риск теплового удара. Инфраструктура часто выходит из строя и при таких высоких температурах. Дороги деформируются, железнодорожные пути искривляются и могут сойти с рельсов, а взлетно-посадочная полоса в аэропорту может расплавиться и помешать взлету.
Иногда даже отключается электричество.
Дни, которые превышают 125 градусов по Фаренгейту, не единственные, о которых стоит беспокоиться. Даже температура выше 100 градусов может быть опасной. На другой карте, приведенной ниже, отчет показывает, что в южной части страны больше дней превышает 100 градусов.
Круги обозначают дни с температурой выше 100 градусов по Фаренгейту в 2023 году (слева) и 2053 году (справа). Более темные цвета указывают на большее количество дней, а размеры кружков представляют количество затронутых свойств.
Фонд Первой улицы
Экстремальная жара лета 2020 года совпадает со многими местами, где First Street Foundation ожидает наибольшей жары в ближайшие годы, сказал Эби.
Например, как показано на карте ниже, в отчете прогнозируется увеличение волн тепла по всей стране со значительно повышенным риском в северных районах, включая Тихоокеанский Северо-Запад, и в других регионах, которые исторически не привыкли к экстремальной жаре.
Вероятность аномальной жары в каждом округе — три дня подряд выше 98-й процентиль для локального района — в 2023 г. (слева) и 2053 г. (справа).
Фонд Первой улицы
Прогнозы в этом отчете консервативны, поскольку в нем предполагается будущий сценарий, при котором люди резко сократят выбросы парниковых газов, которые вызывают изменение климата и повышение глобальной температуры.
Если мир не сократит выбросы в ближайшее время — особенно за счет быстрого перехода от ископаемого топлива к чистой энергии — будущее экстремальной жары может выглядеть еще хуже, чем карты в этом отчете.
«Во всяком случае, наши недочеты или недостаточное представление этих тепловых воздействий будут замечены через 30 лет», — сказал Эби.
Даже если люди перестанут завтра выбрасывать парниковые газы, некоторое количество тепла будет заблокировано газами, которые мы уже добавили в атмосферу. По словам Эби, чтобы защитить жизнь, инфраструктуру и имущество, отдельные лица, компании и правительства должны быть готовы к более экстремальной жаре в будущем.
«Мы надеемся, что эти данные могут информировать всех, от отдельных лиц до коммерческих пользователей, государственных, местных и федеральных органов власти, которые все являются пользователями наших данных», — сказал он.
Их данные общедоступны на сайте Riskfactor.com, где вы можете проверить прошлые данные, а также текущие и будущие риски для отдельных объектов.
В США может появиться новый «пояс экстремальной жары» к 2053 году
Кризис климата
В новом отчете используются гиперлокальные данные и климатические прогнозы, чтобы показать, что в таких северных городах, как Чикаго, может быть гораздо больше дней экстремальной жары в году. .
Дениз Чоу и Найджел Чивайя стране и затронет более 107 миллионов человек в течение следующих 30 лет, согласно новым данным о тепловых рисках страны.
В отчете, опубликованном в понедельник некоммерческой исследовательской группой First Street Foundation, говорится, что в центральной части Америки, простирающейся от Техаса и Луизианы на север до Великих озер, к 2053 году жители могут испытать температуру выше 125 градусов по Фаренгейту — условия, которые чаще встречаются в Долине Смерти в Калифорнии или в некоторых частях Ближнего Востока.
Прогнозы являются частью новой рецензируемой модели экстремальной жары Фонда First Street Foundation, которая показывает, что в большей части страны в следующие 30 лет будет наблюдаться рост числа дней с индексом жары выше 100 градусов в течение следующих 30 лет.
результат изменения климата.
Тепловой индекс показывает, как температура ощущается человеческим телом при сочетании влажности и температуры воздуха. Ее обычно называют температурой «на ощупь».
«Все страдают от повышения температуры, будь то абсолютное увеличение в опасные дни или просто местный жаркий день», — сказал главный научный сотрудник First Street Foundation Джереми Портер, профессор и директор количественных методов в социальных науках в Городской университет Нью-Йорка.
Лето уже выдалось знойным для большей части США и Европы. В последнем ежемесячном климатическом отчете Национального управления океанографии и атмосферы, опубликованном 8 августа, говорится, что прошлый месяц стал третьим самым жарким июлем в стране с момента начала ведения учета почти 130 лет назад.
Поскольку люди продолжают выбрасывать в атмосферу удерживающие тепло парниковые газы, температура во всем мире растет, что увеличивает как частоту экстремальных тепловых явлений, так и их серьезность.
Исследователи из First Street использовали свою модель для создания онлайн-инструмента под названием Risk Factor, чтобы предоставить людям гиперлокальные снимки того, как экстремальные температуры влияют на их собственность и что может измениться в течение следующих трех десятилетий. Организация ранее создала аналогичные ресурсы для оценки рисков конкретных адресов от лесных пожаров и наводнений.
Новая модель использует измерения температуры поверхности земли с высоким разрешением и учитывает влияние растительного покрова, близости к воде и других факторов, определяющих локальную изменчивость температуры. Затем рассчитывается будущий тепловой риск с использованием различных прогнозных сценариев выбросов парниковых газов на ближайшие десятилетия.
Исследователи изучили семь самых жарких дней, ожидаемых для любой собственности в этом году, и подсчитали, каким эквивалентом может быть через 30 лет. По всей стране они обнаружили, что в среднем семь самых жарких дней в сообществе, по прогнозам, станут 18 самыми жаркими днями в этом месте к 2053 году.
дней при температуре индекса тепла 103 градуса по прогнозам увеличится до 34 дней при такой температуре через 30 лет.
Но в дополнение к широко распространенному увеличению воздействия тепла модель First Street также определила то, что Портер и его коллеги называют «поясом экстремальной жары», который охватывает около четверти территории страны.
Около 8,1 миллиона жителей США в 50 округах рискуют столкнуться с температурным индексом выше 125 градусов. Но к 2053 году прогноз расширится до более чем 1000 округов на территории, где проживает более 107 миллионов человек, согласно модели First Street.
Географические границы зоны и ее огромные размеры были неожиданными, сказал Портер.
«Как далеко на север он простирался — я думаю, что многие люди просто слышат, что южный Висконсин, Чикаго и другие районы являются частью пояса экстремальной жары, это удивительно», — добавил он.
Воздействие на сельское хозяйство такого обширного теплового пояса в центре страны вызывает особую тревогу, сказал Нобору Накамура, профессор геофизических наук Чикагского университета, не участвовавший в исследованиях First Street.
«Если в этих местах будут горячие точки и периоды засухи, фермерам придется изменить свои приоритеты и типы культур, которые они будут сажать, и все это будет иметь много долгосрочных последствий», — сказал Накамура.
Также он добавил, что тепловое воздействие вызывает огромные проблемы со здоровьем и безопасностью населения. По данным Национальной метеорологической службы, по всей стране жара ежегодно вызывает больше смертей, чем любое другое погодное явление.
Резкое увеличение экстремальной жары, вероятно, повлияет на жизнь людей и средства к существованию в определенных местах, сказал Накамура, и они могут даже повлиять на то, где люди предпочитают называть домом.
«Если определенная доля дней в году превышает 100 градусов, то, если у вас нет ресурсов и инфраструктуры, чтобы сохранять прохладу, в некоторых местах будет очень трудно выжить», — сказал Накамура. «Я, конечно, могу представить, что это изменит решения людей о том, где жить».
Дениз Чоу
Дениз Чоу — репортер NBC News Science, специализирующийся на общей науке и изменении климата.