¬рем€
работы
ѕн-ѕт: 08:00 Ц 17:00
—б, ¬с: ¬ыходные

ѕоршень ƒ¬—: конструкци€, принцип работы

ƒеталь кривошипно-шатунного механизма, воспринимающую давление сжатой воздушно-топливной смеси с последующей передачей усили€ на шатун, называют поршнем. Ёто один из важнейших элементов реализации термодинамического процесса в двигателе с поэтапным преобразованием энергии сжатого газа в энергию поступательного движени€ и затем с помощью шатунов и коленвала в крут€щий момент.

 онструкци€ детали

ƒнище (головка)

ѕредназначена дл€ воспри€ти€ энергии сжатого газа и тепловой нагрузки. ¬ыбор формы днища определ€етс€ различными факторами, в том числе типом двигател€ и смесеобразовани€. ¬ажно учитывать расположение форсунок, клапанов и свечей, принимать во внимание метод организации газообмена в цилиндре. ƒеталь может иметь 3 варианта исполнени€:

  • ¬ыпуклое Ц имеет повышенную прочность, но теплоотдача увеличиваетс€. ¬ ƒ¬— искрового типа этот фактор позвол€ет повысить допустимую степень сжати€: что позвол€ет компенсировать часть механических потерь. ѕри таком варианте камера сгорани€ имеет линзовидную форму.

  • ¬огнутое Ц позвол€ет образовать камеру сгорани€ компактной формы, используемую в дизельных и бензиновых двигател€х с высокой степенью сжати€ и топливной экономичностью. ¬ таких моторах нагар образуетс€ чаще.

  • ѕлоское Ц примен€етс€ в двигател€х дизелей вихрекамерного и предкамерного типа. ѕроизводство таких поршней проще и дешевле.

ƒнище воспринимает основную тепловую нагрузку, поэтому оно имеет значительную толщину, котора€ ведет к увеличению массы поршн€, однако уменьшает нагрев. “олщина днища:

  • в стандартно варианте Ц 7-9 мм;
  • в турбированных двигател€х Ц 11 мм;
  • в дизел€х Ц от 10 до 16 мм.

–азработана технологи€ твердого анодировани€, позвол€юща€ снизить веро€тность перегрева и прогорани€, а также увеличивающа€ прочность днища. ƒл€ этого верхний тонкий слой алюмини€ днища и первой канавки преобразуетс€ в керамическое покрытие. “олщина такого керамопокрыти€ колеблетс€ в диапазоне от 8 до 12 мкм.

”плотн€юща€ часть

ќна преп€тствует прорыву газов и передает большую часть тепла от поршн€ к цилиндру. ќна состоит из трех колец: маслосъемного и двух компрессионных.

Ќазначением маслосъемного кольца €вл€етс€ удаление излишков масла из цилиндра. ѕо периметру детали предусмотрены сквозные отверсти€, через которые внутрь поршн€ поступает удаленное с поверхности цилиндра масло и не допускаетс€ попадание смазки в камеру сгорани€. ƒруга€ функци€ детали состоит в удалении излишков масла из цилиндра. ¬ конструкции некоторых маслосъемных колец предусмотрена установка пружинного расширител€. Ќекоторые детали имеют выполненный из стойкого к коррозии чугуна ободок со специальной канавкой дл€ верхнего компрессионного кольца.

ќдна из функций компрессионного кольца состоит в недопущении попадани€ отработавших газов из камеры сгорани€ в картер двигател€. ќни могут быть изготовлены в трапециевидной, конической и бочкообразной форме. Ќекоторые производ€тс€ с вырезом. ѕервое компрессионное кольцо принимает наибольшие нагрузки. –есурс детали увеличивают с помощью укреплени€ канавки кольца стальной вставкой.

ƒиаметр юбки больше диаметра уплотн€ющей части. “акое решение обусловлено более высоким нагревом в этой части поршн€. ƒл€ избежани€ задиров на кольцах, заклинивани€ колец на канавках диаметр жарового по€са предусмотрен еще меньше. ќтличие от юбки заключаетс€ в форме сечени€ (у юбки овальна€, у кольца кругла€), чтобы уменьшить высоту по€са.

 ачество колец имеет главное значение дл€ уплотнени€ поршн€. ќсобой надежностью отличаютс€ чугунные маслосъемные кольца, особенно в сравнении с составными. ќшибок при установке таких колец также значительно меньше.

«адиры возникают в случае неплотного прилегани€ колец, потому что потери приход€тс€ на юбку. »менно с эти св€зано ограничение мощности двигател€ во врем€ обкатки, что позвол€ет минимизировать процесс. ”пругость неприработанных колец при перегреве снижаетс€, что вызывает целый р€д проблем, включа€ выброс масла, пропуск газов в картер и других. ѕри перегреве может произойти смыкание стыков, привод€щих к поломке колец. Ќе исключен в некоторых случа€х обрыв поршн€.

Ќаправл€юща€ часть

ёбкой поршн€ называетс€ направл€юща€ (тронкова€) часть, она передает боковую силу на стенку цилиндра и удерживает поршень в положении. ќтверстие под поршневой палец находитс€ в бобышках, расположенных с внутренней стороны направл€ющей части. ѕалец фиксируетс€ с помощью канавок, в которых расположены используемые дл€ запирани€ пальца детали.

Ќижн€€ кромка юбки снабжена специальным буртиком дл€ последующей механической обработки поршн€. „асть металла с внутренней стороны буртика снимаетс€ в тех случа€х, когда вес поршн€ больше, чем допускает двигатель. —пециальное углубление вырезают с наружной части юбки там, где сделаны отверсти€ под поршневой палец. Ёто позвол€ет создать своеобразные «холодильники», потому что стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра.

—вободное перемещение поршн€ в цилиндре при прогретом и работающим под нагрузкой двигателе обеспечиваетс€ предусмотренным между юбкой и стенками цилиндра зазором. ¬еличина зазора определ€етс€ в зависимости от линейного расширени€ металла поршн€ и цилиндра при нормальной работе ƒ¬—. «адиры по€вл€ютс€ на поверхности поршн€ в случае перегрева при зазоре меньше необходимого размера. Ёто может вызвать заклинивание деталей в цилиндре. «азор больше требуемого размера ухудшает уплотн€ющие свойства поршн€. ¬ таких случа€х детали начинают стучать. ¬ подобных случа€х дальнейша€ эксплуатаци€ двигател€ не разрешаетс€.

ѕринцип работы

‘ункци€ поршн€ состоит в передаче полученного от сжатых газов давлени€ через поршневой палец на шатун. «атем эта энерги€ преобразуетс€ коленчатым валом с крут€щий момент двигател€. «адача невыполнима без надежного уплотнени€ поршн€, движущегос€ в цилиндре. ѕри нарушении уплотнени€ возможен прорыв газов в картер. ћоторное масло может попасть в камеру сгорани€. ѕроблему решают предусмотренные в поршне канавки с установленными в них компрессионными и маслосъемными кольцами.

Ќагрев днища поршн€ происходит при контакте с гор€чими газами. ƒл€ отвода избытка тепла к стенкам цилиндра предусмотрены поршневые кольца и примен€етс€ охлаждающа€ жидкость. ƒополнительное масл€ное охлаждение примен€ют в двигател€х, работающих под большими нагрузками. ѕодача масла выполн€етс€ через форсунки на днище и во внутреннюю кольцевую полость поршн€.

Ќадежное уплотнение поршн€ возможно только при совпадении его вертикальной оси с осью цилиндра. ѕерекос вызовет «болтание» поршн€ в цилиндре. ”плотн€ющие и теплопередающие свойства колец сниз€тс€, увеличитс€ шумность работы двигател€. ёбка поршн€ с минимальным зазором на холодном и прогретом двигателе исключает возникновение подобных проблем.

—тенки цилиндра и поршень имеют разный коэффициент расширени€ из-за разных конструкционных материалов и разнице в температуре нагрева. ƒл€ избежани€ заклинивани€ нагретого поршн€ при температурном расширении используетс€ эллиптическа€ форма юбки поршн€ в поперечном сечении или заливка стальных пластин. ¬ первом случае в поперечном сечении больша€ ось должна быть перпендикул€рна оси пальца, в продольном конуса, сужающегос€ к днищу поршн€.

ƒанна€ форма обеспечивает соответствие юбки нагретого поршн€ стенке цилиндра, что позвол€ет избежать заклинивани€. ѕри заливке стальных пластин в юбку поршн€ расширение юбки ограничивает более медленное нагревание металла пластин.

Ќеобходимость уменьшени€ веса движущихс€ деталей в современных двигател€х повли€ла на выбор алюмини€ дл€ производства поршней. ћеньший вес поршн€ позвол€ет уменьшить вес других деталей, размер и вес всего двигател€.

¬стречаютс€ поршни с другими инженерными решени€ми:

  • с расположенным в нижней части юбки обратным конусом дл€ уменьшени€ шума из-за перекладки элемента в мертвой точке;
  • использование микропрофил€ на рабочей поверхности дл€ улучшени€ смазывани€ юбки (микропрофиль представл€ет собой канавки с шагом от 0,2 до 0,5 мм);
  • применение антифрикционного покрыти€ дл€ снижени€ трени€.

¬озврат к списку