В цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) происходит один из основных процессов, благодаря которому работает двигатель внутреннего сгорания: выделение энергии в результате сгорания топливовоздушной смеси, которая впоследствии преобразуется в действие – вращение коленчатого вала. Основным рабочим элементом ЦПГ является поршень. Благодаря ему создаются необходимые условия для горения смеси. Поршень – это первый компонент, участвующий в преобразовании полученной энергии.

Поршень двигателя цилиндрический. Он расположен в цилиндре цилиндра двигателя, является подвижным элементом: во время работы он чередуется и выполняет две функции.

1. При движении вперед поршень уменьшает объем камеры сгорания, сжимая топливную смесь, что необходимо для процесса сгорания (в дизельных двигателях смесь воспламеняется за счет ее сильного сжатия).
2. После воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания давление резко повышается. В попытке увеличить объем он толкает поршень назад и совершает возвратное движение, которое передается через шатун на коленчатый вал.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания используются поршни двух типов, различающиеся конструкцией: неразъемные и составные.

Твердые детали изготавливаются методом литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается зазор, которому придается общая форма детали. Кроме того, на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, вырезаются канавки под кольца, выполняются технологические отверстия и проточки.

В компонентах головка блока цилиндров и корпус разделены и собраны в единую конструкцию во время установки на двигатель. Также неразъемная сборка выполняется, когда поршень соединяется с шатуном. Для этого, помимо отверстий для пальцев в юбке, на голове есть специальные петельки.

Преимущество композитных поршней – это возможность комбинировать производственные материалы, что увеличивает производительность детали.

Предназначение и виды поршней

В двигателе поршень двигателя выполняет ряд функций, в частности это:

1. преобразование давления газа в силу, передаваемую на шатун;
2. гарантировать герметичность камеры сгорания;
3. радиатор.

Поршень работает в экстремальных условиях с постоянно высокими механическими нагрузками. Поэтому для современных двигателей они изготавливаются из специальных алюминиевых сплавов, которые отличаются легкостью, прочностью и достаточной термостойкостью. Несколько реже встречаются стальные поршни. Раньше они были в основном из чугуна. Знаки поршня, которые должны присутствовать на каждом продукте, подскажут, из чего оно сделано. Эти детали изготавливаются двумя способами: литьем и штамповкой. Распространенные в тюнинге кованые поршни изготавливаются именно штамповкой, а не ковкой вручную.

Материалы изготовления

Алюминиевые сплавы используются в качестве материала для изготовления твердых поршней. Детали из таких сплавов отличаются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но в то же время алюминий не является высокопрочным и жаропрочным материалом, что ограничивает использование поршней из него.

Чугунные поршни также изготавливаются из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Их недостаток – значительная масса и плохая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней при работе двигателя. По этой причине они не используются в бензиновых двигателях, так как высокая температура вызывает воспламенение (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с горячими поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

Конструкция композитных поршней позволяет комбинировать указанные материалы друг с другом. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

Но у композитных элементов есть и недостатки, среди которых:

• необходимость использования резинки из термостойких материалов;
• возможность использования только в дизельных двигателях;
• более высокая цена;
• тяжелее литого алюминия;

Из-за этих характеристик сфера применения составных поршней ограничена, они используются только на больших дизельных двигателях.

Устройство поршня

Поршень стандартного автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: головки поршня, поршневых колец и направляющей (юбки).

Давайте подробнее рассмотрим каждый компонент.

Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, характеристик камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое дно.

Детали с плоским дном изготовить проще всего; они используются как в бензиновых, так и в дизельных двигателях вихревого и форкамерного типа.

Вогнутые поршни распространены в дизельных двигателях. Они обеспечивают более эффективную работу камеры сгорания, но способствуют увеличению образования отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает работу поршня, но в то же время снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Нижняя часть поршня принимает на себя основную тепловую нагрузку и поэтому имеет наибольшую толщину по сравнению с другими деталями: 7-9 мм в обычных бензиновых двигателях, 11 мм в турбодвигателях, 10-16 мм в дизельных двигателях.

Также есть автомобили, в которых установлены поршни с меньшей, чем стандартная, толщиной днища – например, в некоторых моделях Honda она составляет всего 5,5-6 мм.

Низ некоторых поршней жестко анодирован для повышения прочности, снижения вероятности перегрева и возгорания: на верхний слой алюминия наносится керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

В уплотнительную часть поршня входят поршневые кольца, установленные в специальных пазах. В большинстве современных двигателей используются три кольца: скребок и два компрессионных кольца.

Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения его попадания в камеру сгорания. Для этих целей по периметру кольца расположены сквозные отверстия.

Через них масло попадает в поршень и затем сбрасывается в поддон двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание выхлопных газов камеры сгорания в картер. Они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец снабжены пружинным расширителем.

Первое (верхнее) компрессионное кольцо принимает на себя наибольшие нагрузки, поэтому для увеличения ресурса этой детали его паз усилен стальной вставкой.

Диаметр уплотнительной части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неравномерным нагревом этих зон: в кольцевой области он выше. Меньший диаметр головки позволяет избежать задиров и заедания колец в канавках.

Качество колец имеет первостепенное значение для поршневого уплотнения. В этом плане скребковые кольца из чугуна намного надежнее композитных, так как при их установке меньше ошибок.

Направляющая часть

Ведущая часть (ствол) поршня называется юбкой. Внутри у него есть шпильки, в которых есть отверстие для штифта.

Нижний край юбки предназначен для сверления и установки поршня. Имеет специальный воротник, с внутренней стороны которого при обработке удаляется часть металла.

В местах отверстий для штифта с внешней стороны юбки вырезаются специальные углубления, чтобы стенки этих участков не взаимодействовали со стенками цилиндра, образуя так называемые «охладители».

Стенки юбки предназначены для поглощения бокового давления. Естественно, что в этом случае увеличивается трение поршня о стенки цилиндра и увеличивается нагрев обеих частей.

Для обеспечения свободного движения поршня в цилиндре между юбкой и стенками футеровки предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. Если зазор слишком мал, происходит перегрев, который угрожает заедать за поверхности и заедать поршень в цилиндре. Большой зазор также не рекомендуется, так как поршень не соответствует своим герметизирующим свойствам.

Многие автопроизводители наносят специальные антифрикционные покрытия на боковые юбки на этапе производства поршней. Это защищает их поверхности от преждевременного износа и облегчает взлом.

В последнее время антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY для деталей ДВС стало очень популярным не только в промышленности, но и в частном использовании. Он предназначен не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулки шарнирных соединений, распределительных валов, дроссельной заслонки.

Это покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает резкое движение сопрягаемых поверхностей, появление на них задиров и заклинивания поршня в цилиндре.

Продукт устойчив к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме дефицита масла.

Полимеризация покрытия MODENGY для деталей двигателей внутреннего сгорания возможна как при комнатной температуре (за 12 часов), так и при нагреве до +200 ° C (за 20 минут).

Удобная упаковка аэрозоля с тщательно откалиброванными настройками распыления упрощает процесс нанесения.

Перед нанесением покрытия производитель рекомендует предварительную подготовку деталей специальным очистителем-активатором MODENGY. Это обеспечивает отличную адгезию материала и долговременную работу.

MODENGY For ICE Parts и MODENGY Special Cleaner-Activator доступны в одном наборе. Постепенное использование этих инструментов не требует специальных навыков и дополнительного оборудования.

Основные функции поршня

Основная функция поршня – управлять коленчатым валом, толкая шатун. Это действие происходит при воспламенении смеси топлива и воздуха. Нижняя плоская поверхность принимает на себя все механические нагрузки.

Источник