Поршень двигуна - що це таке і для чого потрібний

Сучасні двигуни внутрішнього згоряння мають складну конструкцію в порівнянні з аналогами, що виготовляються на зорі автомобілебудування. Це обумовлено тим, що для забезпечення стабільності, економічності і ефективності виробники встановлюють на силовий агрегат додаткові електронні системи.

Незважаючи на тонкість електросистем, пристрій ДВС практично не змінилося. Основними елементами агрегату є:

• Кривошипно-шатунний механізм;
• Циліндропоршневая група;
• Впускний і випускний колектор;
• Газорозподільчий механізм;
• Система змащення двигуна.

Такі механізми, як кривошипно-шатунний і газорозподільний повинні бути синхронізовані. Це досягається завдяки приводу. Він може бути ремінним або ланцюговим.

Кожен вузол двигуна виконує важливу функцію, без якої неможлива стабільна робота (або взагалі працездатність) силового агрегату. Розглянемо, яку функцію виконує поршень в моторі, а також його пристрій.

Що таке поршень двигуна?

Ця деталь встановлюється у всіх двигунах внутрішнього згоряння. Без нього неможливо забезпечити обертання колінчастого вала. Незалежно від модифікації агрегату (дво- або чотиритактний), робота поршня незмінна.

Ця циліндрична деталь кріпиться до шатуна, який, в свою чергу, зафіксований на кривошипі клонували. Вона дозволяє перетворити енергію, вивільнену в результаті згоряння.

Простір над поршнем називається робочою камерою. У ній відбуваються всі такти двигуна автомобіля (приклад чотиритактної модифікації):

• Впускний клапан відкривається і відбувається всмоктування повітря, змішаного з паливом (в атмосферних карбюраторних моделях) або самого повітря (наприклад, в дизельному моторі всмоктується повітря, а паливо подається після стиснення обсягу до потрібного ступеня);
• Коли поршень рухається вгору, всі клапани закриті, суміші нікуди діватися, вона стискається;
• У найвищій точці (ще вона називається мертвою) в стислу повітряно-паливну суміш подається іскра. У порожнині утворюється різке вивільнення енергії (суміш запалюється), через що відбувається розширення, яке переміщує поршень вниз;
• Як тільки він досягне крайньої нижньої точки, відкривається випускний клапан і відпрацьовані гази видаляються через випускний колектор.

Ідентичні цикли виконуються всіма елементами поршневої групи двигуна, тільки з певним зміщенням, завдяки чому забезпечується плавне обертання колінчастого вала.

Завдяки герметичності між стінками циліндра і кільцями ущільнювачів поршня створюється тиск, через якого даний елемент рухається до нижньої мертвої точки. Так як поршень сусіднього циліндра продовжує обертати колінчастий вал, перший переміщається в циліндрі до верхньої мертвої точки. Так виникає зворотно-поступальний рух.

конструкція поршня

Деякі під поршнем на увазі сукупність деталей, які закріплені на коленвалу. Насправді це елемент з циліндричною формою, який приймає на себе механічне навантаження при мікровзривов суміші палива і повітря в кінці такту стиснення.

У пристрій поршня входить:

• днище;
• канавки для кілець ущільнювачів;
• спідниця.

До шатуну поршень кріпиться за допомогою сталевого пальця. У кожного елемента є своя функція.

днище

Ця частина деталі сприймає на себе механічну і теплову навантаження. Вона є нижньою межею робочої камери, в якій відбуваються всі перераховані вище такти. Днище не завжди рівне. Його форма залежить від моделі мотора, в якому встановлюється.

ущільнююча частина

У цій частині встановлені маслознімні і компресійні кільця. Вони забезпечують максимальну герметичність між циліндром блоку циліндрів, завдяки чому з часом зношуються не основні елементи мотора, а саме змінні кільця.

Найпоширеніша модифікація - на три ущільнювальних кільця: два компресійних і одне маслос'емних. Останнє регулює мастило стінок циліндра. Сукупність днища і ущільнюючої частини нерідко автомеханіками називається головкою поршня.

Спідниця

Ця частина деталі забезпечує стабільно вертикальне положення. Стінки спідниці направляють поршень і не дають йому перевертатися, через що механічне навантаження не розподілявся б рівномірно по стінках циліндра.

Основні функції поршня

Основною функцією поршня є приведення в рух коленвала за допомогою штовхання шатуна. Ця дія виникає при запаленні суміші палива і повітря. Плоска поверхня днища приймає на себе всю механічну навантаження.

Крім цієї функції дана деталь має ще деякі властивості:

• Ущільнює робочу камеру в циліндрі, завдяки чому ККД від вибуху має максимальний відсоток (цей параметр залежить від ступеня стиснення і величини компресії). Якщо кільця ущільнювачів зношені, герметичність страждає, а разом з тим падає продуктивність силового агрегату;
• Охолоджує робочу камеру. Ця функція заслуговує окремої статті, але якщо коротко, то під час займання всередині циліндра температура різко підвищується до 2 тис. Градусів. Щоб деталь не розплавилася від неї вкрай важливо відвести тепло. Цю функцію виконують кільця ущільнення, поршневий палець разом з шатуном. Але основними тепловідвідними елементами є масло і свіжа порція повітряно-паливної суміші.

типи поршнів

На сьогоднішній день виробниками розроблено велику кількість різних модифікацій поршнів. Основне завдання при цьому - досягти «золотої середини» між зменшенням зносу деталей, продуктивністю агрегату і достатнім охолодженням контактних елементів.

Щоб поршень краще охолоджувався, потрібна більша кількість широких кілець. Але з цим знижується ефективність мотора, так як частина енергії буде йти на подолання більшої сили тертя.

За конструкцією всі поршні діляться на дві модифікації:

• Для двотактних двигунів. Днище в них має сферичну форму, завдяки чому поліпшується видалення продуктів згоряння і наповнення робочої камери.
• Для чотиритактних двигунів. У таких модифікаціях днище буде увігнутим або плоским. Перша категорія більш безпечна при зміщенні фаз газорозподілі - навіть при відкритому клапані поршень не зіткнеться з ним, так як в ньому є відповідні поглиблення. Також ці елементи забезпечують краще змішування суміші в робочій камері.

Поршні для дизельних моторів - окрема категорія деталей. По-перше, вони набагато міцніше, ніж аналоги для бензинових ДВС. Це необхідно, тому що всередині циліндра має створюватися тиск, що перевищує 20 атмосфер. Через високі температур і величезного тиску звичайний поршень легко зруйнується.

По-друге, такі поршні часто мають спеціальні поглиблення, які називаються поршневими камерами згоряння. На такті впуску вони створюють завихрення, забезпечуючи покращене охолодження розпеченого днища, а також більш ефективне змішування палива з повітрям.

Існує також ще одна класифікація цих елементів:

• Литі. Виготовляються шляхом лиття в суцільну болванку, яка потім обробляється на токарних верстатах. Такі моделі використовуються в легковому транспорті;
• Збірні. Ці деталі збираються з різних частин, що дає можливість комбінувати матеріали для окремих елементів поршня (наприклад, спідниця може бути з алюмінієвого сплаву, а днище - з чавуну або сталі). Через дорожнечу і складність конструкції такі поршні не встановлюються в звичайних моторах. Основне застосування такої модифікації - великі ДВС, що працюють на дизельному паливі.

Вимоги до поршнів двигуна

Щоб поршень справлявся зі своїм завданням, при його виготовленні повинні бути дотримані наступні вимоги:

1. Повинен витримувати високі температурні навантаження, при цьому не деформуватися при механічному навантаженні, а щоб ефективність мотора не падала зі зміною температурного режиму, матеріал не повинен мати високий коефіцієнт розширення;
2. Матеріал, з якого виготовляється деталь не дожжен швидко зношуватися в результаті виконання функції підшипника ковзання;
3. Поршень повинен бути легким, тому що зі збільшенням маси в результаті інерції навантаження на шатун і кривошип збільшується в кілька разів.

При виборі нового поршня вкрай важливо враховувати рекомендації виробника, в іншому випадку двигун буде зазнавати додаткових навантаження або взагалі втратить стабільність.

Питання та відповіді:

Що роблять поршні у двигуні? У циліндрах вони виконують зворотно-поступальні рухи за рахунок спалювання повітряно-паливної суміші та впливу на кривошип від сусідніх поршнів, що переміщуються вниз.

Які поршні бувають? З симетричною та асиметричною спідницею з різною товщиною днища. Бувають поршні керованого розширення, авто термічні, autotermatic, duoterm, з перегородками, зі скошеною спідницею, Evotec, ковані алюмінієві.

Які існують особливості конструкції поршня? Поршні відрізняються не тільки формою, але й кількістю прорізів для встановлення кілець ущільнювачів. Спідниця поршня може бути конусною або бочкоподібною.