Поршень двигателя

Поршень двигателя — одна из базовых деталей, используемая в бензиновом или дизельном ДВС. Представляет собой цилиндрическую или коническую конструкцию, которая перемещается внутри цилиндра мотора под действием газовой силы.

Ниже рассмотрим, для чего предназначен такой узел, из каких элементов он состоит, в чем отличие деталей в разных типах силовых агрегатов. Отдельно рассмотрим, как правильно выбрать поршень для замены, по какой причине деталь может износиться.

Назначение поршня в двигателе автомобиля, принцип работы

Поршень двигателя служит для преобразования энергии, полученной от сгорания топлива, в механическую силу. Соединен с шатуном через палец и передает полученную вращение к коленвалу двигателя. В процессе работы происходит движение вверх и вниз внутри цилиндра с созданием смещения для сжатия и расширения горючей смеси во время такта.

Назначение:

• Сжатие смеси. Поршень поднимается вверх и сжимает горючий состав внутри цилиндра. Это создает высокое давление и температуру, необходимые для последующего сгорания топлива.
• Расширение газов. После зажигания смеси поршень начинает движение вниз во время такта расширения. Формируется сила, которая передается через шатун к коленвалу и преобразуется в механическую энергию.
• Уплотнение камеры сгорания. Поршень обеспечивает герметичность полости, разделяя ее от смазочной системы и охлаждающей системы двигателя. Кольца помогают предотвратить проникновение газов или масла в камеру сгорания.

Принцип работы поршня основан на взаимодействии с другими компонентами двигателя:

• Цилиндр.Поршень движется вверх и вниз. Взаимодействие обеспечивает герметичность и позволяет преобразовывать энергию сгорания в механическую.
• Шатун. Поршень связан с шатуном через шатунный палец. Когда рассматриваемая деталь движется вверх и вниз, происходит преобразование линейногово вращательное движение коленвала.
• Коленвал. Позволяет передавать механическую энергию от поршня к приводу (например, к колесам автомобиля).

В результате совместной работы поршня, цилиндра, шатуна и коленвала ДВС происходит преобразование химической энергиигорючего в механическую, которая может использоваться для привода автомобиля или выполнения других задач.

Конструкция и детали поршня

Конструктивно выделяется три основные детали поршня — днище, уплотняющая и направляющая части. Каждая из них требует отдельного рассмотрения. 

Днище

Это нижняя часть поршня, которая находится внизу и обращена к цилиндру ДВС. Имеет форму выпуклой поверхности, которая обеспечивает оптимальное смещение воздуха и газов в камере сгорания при движении. Может иметь различные геометрические особенности, такие как выпуклости, впадины или выступы, которые влияют на эффективность сгорания и движение газов в камере.

Важно

Элемент конструкции поршня оборудован системой охлаждения, например, каналами или отверстиями, чтобы уменьшить нагрев и перегрев в процессе работы двигателя. В качестве материала применяются легированные металлы, таких как алюминий или сталь. Они обеспечивают прочность и теплопроводность, чтобы выдерживать высокую температуру и давление, возникающие внутри цилиндра.

Днище содержит пазы, в которые устанавливаются поршневые кольца. Последние служат для обеспечения герметичности с цилиндром, а также для управления расходом масла и смазки поршневого пальца.Здесь же находится отверстие для установки поршневого пальца, который связывает поршень с шатуном. Позволяет передавать движение на коленчатый вал.

Уплотняющая часть

Эти элементы играют важную роль в обеспечении герметичности между поршнем и цилиндром двигателя. Включает следующие детали:

1. Кольца поршня двигателя.Устанавливаются в пазы на днище. Прижимаются к стенкам цилиндра и предотвращают проникновение газов вниз или масла вверх. Также служат для распределения смазочного масла по поверхности цилиндра. Собирают небольшое количество масла и распределяют его равномерно по стенкам цилиндра для смазки поршневого пальца и уменьшения трения. Дополнительно обеспечивают отвод избыточного масла обратно в картер двигателя.
2. Стопорные кольца. Располагаются над и под поршневыми «собратьями». Служат для удержания поршневых колец в пазах на днище и предотвращают смещение при работе двигателя.
3. Уплотнительные кольца. Располагаются в верхней части поршня непосредственно под поршневыми элементами. Улучшают герметичность и предотвращают проникновение газов в зону горения.

Упомянутые детали работают совместно для обеспечения герметичности между поршнем и цилиндром, контроля расхода масла и гарантии эффективности ДВС.

Направляющая часть

Обеспечивает стабильный и точный ход поршня двигателя внутри цилиндра. Включает следующие детали:

1. Поршневые втулки.Устанавливаются в отверстия на днище и служат для уменьшения трения между поршневыми пальцами и нижней частью. Могут обеспечивать дополнительную стабильность и поддержку поршневых пальцев.
2. Втулки направляющих поршневых колец.Обеспечивают точное движение и уменьшают боковой зазор, что помогает обеспечить герметичность между поршнем и цилиндром.
3. Поршневой палец. Проходит через отверстия в днище и головке, связывает поршень с шатуном двигателя. Служит осью вращения для поршня, позволяя ему двигаться вверх и вниз по цилиндру.

Из каких материалов делают поршни

При изготовлении поршней подбираются материалы, обеспечивающие требуемую прочность, легкость, теплопроводность и износостойкость. К основным стоит отнести следующие варианты:

1. Алюминиевые. Широко используются в большинстве современных двигателей. Алюминий обладает низкой плотностью, что делает детали более легким. Такие детали имеют хорошую теплопроводность, что помогает в отводе тепла от горячей зоны. Также они выделяются высокой степенью сжатия и хорошей устойчивостью к износу.
2. Чугунные. Используются в некоторых двигателях, особенно в тяжелых или высокофорсированных приложениях. Чугун обладает высокой прочностью и стойкостью к износу, что делает его подходящим для экстремальных условий работы.
3. Стальные. Устанавливаются в спортивных и форсированных двигателях. Сталь обеспечивает высокую прочность и износостойкость, что позволяет справляться с высокими температурами и давлениями в камере сгорания.
4. Керамические.Обладает высокой термостойкостью и химической инертностью, что позволяет работать в экстремальных условиях.

Каждый из материалов имеет преимущества и ограничения, поэтому выбор зависит от требований к двигателю, типа, условий эксплуатации и бюджета.

Поршни дизельных и бензиновых двигателей

Поршни для дизельных и бензиновых двигателей могут иметь некоторые различия в конструкции и материалах из-за индивидуальных особенностей сгорания и работы.
Особенности для дизельных моторов:

1. Прочность. Дизельные двигатели работают с более высокими давлениями сжатия, чем бензиновые. По этой причине поршни должны обладать повышенной прочностью, чтобы выдерживать высокие нагрузки и давление.
2. Материал. Детали должны изготавливаться из более прочных материалов, таких как чугун или сталь, чтобы обеспечить высокую износостойкость.
3. Форма. Деталь имеет более высокий купол, чтобы выдерживать высокое давление сжатия и эффективно сдавливать воздух в камере сгорания.

Особенности для бензиновых моторов:

• Легкость. Бензиновые ДВС обычно работают с более низкими давлениями сжатия по сравнению с дизельными. Детали могут быть выполнены из легких материалов, таких как алюминий, чтобы уменьшить инерцию и повысить отклик.
• Теплопроводность.В моторах на бензине применяются системы охлаждения, поэтому поршни для таких двигателей должны обеспечивать хороший отвод тепла от горячей зоны.
• Форма.В вопросе размера поршни двигателя имеют менее высокий купол в сравнении с дизельными версиями. Это связано с тем, что давление сжатия в бензиновых двигателях обычно ниже. Форма может быть оптимизирована для улучшения сгорания смеси воздуха и топлива.

В чем причины износа поршней

Износ поршней может быть вызван различными факторами, и некоторые из наиболее распространенных причин включают:

• Трение между поршнем и цилиндром, которое со временем приводит к истиранию поверхностей и потере геометрических размеров.
• Внутри камеры сгорания поршень подвергается высоким температурам и тепловому циклу. Это приводит к термическому растяжению поршня и, если оно не контролируется, появляется деформация, и возрастает риск повреждения.
• Недостаточная смазка или использование некачественного смазочного материала.
• Низкое качество топлива, содержащего примеси или загрязнения, может вызывать коррозию, абразивный износ поршневых колец и поверхности.
• Неправильная настройка ДВС, включая систему подачи топлива, зажигания или впрыск топлива, может привести к неравномерному сгоранию и появлению нагара на поршнях двигателя.
Перегрев ДВС, вызванный неправильной системой охлаждения, низким уровнем антифриза или неисправностью охлаждения.
• Использование поршней, которые не соответствуют требованиям для конкретного мотора или несовместимость с другими компонентами.

Как правильно выбрать поршень на замену

Правильный выбор поршня для замены зависит от нескольких факторов:

• Поршень должен быть совместим с конкретным двигателем автомобиля по марке, модели и году выпуска автомобиля, а также типу ДВС.
• У поршней есть определенные размеры, такие как диаметр колец, пальца и головки. Убедитесь, что выбранный поршень имеет соответствующие габариты и геометрию.
• Рассмотрите рекомендации производителя автомобиля или консультируйтесь с экспертом, чтобы определить подходящий материал. Учтите условия эксплуатации и требования к производительности.
• Уделяйте внимание качеству и репутации завода-изготовителя. Используйте оригинальные запчасти или признанные бренды, чтобы быть уверенным в надежности и долговечности.
• Если у вас есть сомнения или вопросы, обратитесь к автомеханику или специалисту в области двигателей, чтобы получить профессиональную консультацию и помощь.

Заключение

Поршень мотора — одна из ключевых деталей, выполняющая несколько функций: сжатие смеси, расширение газов и обеспечение герметичности камеры сгорания. От качества работы многом зависит эффективность и экономичность ДВС, что требует ответственного внимания со стороны автовладельца.