Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Содержание

Современные двигатели внутреннего сгорания имеют сложную конструкцию по сравнению с аналогами, изготавливаемыми на заре автомобилестроения. Это обусловлено тем, что для обеспечения стабильности, экономичности и эффективности производители устанавливают на силовой агрегат дополнительные электронные системы.

Несмотря на тонкость электросистем, устройство ДВС практически не изменилось. Основными элементами агрегата являются:

  • Кривошипно-шатунный механизм;
  • Цилиндропоршневая группа;
  • Впускной и выпускной коллектор;
  • Газораспределительный механизм;
  • Система смазки мотора.

Такие механизмы, как кривошипно-шатунный и газораспределительный должны быть синхронизированы. Это достигается благодаря приводу. Он может быть ременным или цепным.

Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Каждый узел двигателя выполняет важную функцию, без которой невозможна стабильная работа (или вообще работоспособность) силового агрегата. Рассмотрим, какую функцию выполняет поршень в моторе, а также его устройство.

Что такое поршень двигателя?

Эта деталь устанавливается во всех двигателях внутреннего сгорания. Без него невозможно обеспечить вращение коленчатого вала. Независимо от модификации агрегата (двух- или четырехтактный), работа поршня неизменна.

Эта цилиндрическая деталь крепится к шатуну, который, в свою очередь, зафиксирован на кривошипе коленвала. Она позволяет преобразовать энергию, высвободившуюся в результате сгорания.

Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Пространство над поршнем называется рабочей камерой. В ней происходят все такты двигателя автомобиля (пример четырехтактной модификации):

  • Впускной клапан открывается и происходит всасывание воздуха, смешанного с топливом (в атмосферных карбюраторных моделях) или самого воздуха (например, в дизельном моторе всасывается воздух, а топливо подается после сжатия объема до нужной степени);
  • Когда поршень движется вверх, все клапаны закрыты, смеси некуда деваться, она сжимается;
  • В самой верхней точке (еще она называется мертвой) в сжатую воздушно-топливную смесь подается искра. В полости образуется резкое высвобождение энергии (смесь воспламеняется), из-за чего происходит расширение, которое перемещает поршень вниз;
  • Как только он достигнет крайней нижней точки, открывается выпускной клапан и отработанные газы удаляются через выпускной коллектор.
Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Идентичные циклы выполняются всеми элементами поршневой группы двигателя, только с определенным смещением, благодаря чему обеспечивается плавное вращение коленчатого вала.

Благодаря герметичности между стенками цилиндра и уплотнительными кольцами поршня создается давление, из-за которого данный элемент движется к нижней мертвой точке. Так как поршень соседнего цилиндра продолжает вращать коленчатый вал, первый перемещается в цилиндре к верхней мертвой точке. Так возникает возвратно-поступательное движение.

Конструкция поршня

Некоторые под поршнем подразумевают совокупность деталей, которые закреплены на коленвалу. На самом деле это элемент с цилиндрической формой, который воспринимает на себя механическую нагрузку при микровзрыве смеси топлива и воздуха в конце такта сжатия.

В устройство поршня входит:

  • днище;
  • канавки для уплотнительных колец;
  • юбка.
Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

К шатуну поршень крепится при помощи стального пальца. У каждого элемента есть своя функция.

Днище

Эта часть детали воспринимает на себя механическую и тепловую нагрузку. Она является нижней границей рабочей камеры, в которой происходят все перечисленные выше такты. Днище не всегда ровное. Его форма зависит от модели мотора, в котором устанавливается.

Уплотняющая часть

В этой части установлены маслосъемные и компрессионные кольца. Они обеспечивают максимальную герметичность между цилиндром блока цилиндров, благодаря чему со временем изнашиваются не основные элементы мотора, а именно сменные кольца.

Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Самая распространенная модификация – на три уплотнительных кольца: два компрессионных и одно маслосъемное. Последнее регулирует смазку стенок цилиндра. Совокупность днища и уплотняющей части нередко автомеханиками называется головкой поршня.

Юбка

Эта часть детали обеспечивает стабильно вертикальное положение. Стенки юбки направляют поршень и не дают ему переворачиваться, из-за чего механическая нагрузка не распределялась бы равномерно по стенкам цилиндра.

Основные функции поршня

Основной функцией поршня является приведение в движение коленвала при помощи толкания шатуна. Это действие возникает при воспламенении смеси топлива и воздуха. Плоская поверхность днища принимает на себя всю механическую нагрузку.

Помимо этой функции данная деталь обладает еще некоторыми свойствами:

  • Уплотняет рабочую камеру в цилиндре, благодаря чему КПД от взрыва имеет максимальный процент (этот параметр зависит от степени сжатия и величины компрессии). Если уплотнительные кольца изношены, герметичность страдает, а вместе с тем падает производительность силового агрегата;Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен
  • Охлаждает рабочую камеру. Эта функция заслуживает отдельной статьи, но если коротко, то при воспламенении внутри цилиндра температура резко повышается до 2 тыс. градусов. Чтобы деталь не расплавилась от нее крайне важно отвести тепло. Эту функцию выполняют кольца уплотнения, поршневой палец вместе с шатуном. Но основными теплоотводящими элементами являются масло и свежая порция воздушно-топливной смеси.

Типы поршней

На сегодняшний день производителями разработано большое количество разных модификаций поршней. Основная задача при этом – достичь «золотой середины» между уменьшением износа деталей, производительностью агрегата и достаточным охлаждением контактных элементов.

Чтобы поршень лучше охлаждался, требуется большее количество широких колец. Но с этим снижается эффективность мотора, так как часть энергии будет уходить на преодоление большей силы трения.

По конструкции все поршни делятся на две модификации:

  • Для двухтактных двигателей. Днище в них имеет сферическую форму, благодаря чему улучшается удаление продуктов сгорания и наполнение рабочей камеры.Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен
  • Для четырехтактных двигателей. В таких модификациях днище будет вогнутым или плоским. Первая категория более безопасна при смещении фаз газораспределении – даже при открытом клапане поршень не столкнется с ним, так как в нем есть соответствующие углубления. Также эти элементы обеспечивают лучшее смешивание смеси в рабочей камере.

Поршни для дизельных моторов – отдельная категория деталей. Во-первых, они намного прочнее, чем аналоги для бензиновых ДВС. Это необходимо, потому что внутри цилиндра должно создаваться давление, превышающее 20 атмосфер. Из-за высоких температур и огромного давления обычный поршень легко разрушится.

Во-вторых, такие поршни часто имеют специальные углубления, которые называются поршневыми камерами сгорания. На такте впуска они создают завихрения, обеспечивая улучшенное охлаждение раскаленного днища, а также более эффективное смешивание топлива с воздухом.

Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Существует также еще одна классификация этих элементов:

  • Литые. Изготавливаются путем литья в сплошную болванку, которая потом обрабатывается на токарных станках. Такие модели используются в легковом транспорте;
  • Сборные. Эти детали собираются из разных частей, что дает возможность комбинировать материалы для отдельных элементов поршня (например, юбка может быть из алюминиевого сплава, а днище – из чугуна или стали). Из-за дороговизны и сложности конструкции такие поршни не устанавливаются в обычных моторах. Основное применение такой модификации – крупные ДВС, работающие на дизельном топливе.

Требования к поршням двигателя

Чтобы поршень справлялся со своей задачей, при его изготовлении должны быть соблюдены следующие требования:

  1. Должен выдерживать высокие температурные нагрузки, при этом не деформироваться при механической нагрузке, а чтобы эффективность мотора не падала с изменением температурного режима, материал не должен иметь высокий коэффициент расширения;
  2. Материал, из которого изготавливается деталь не дожжен быстро изнашиваться в результате выполнения функции подшипника скольжения;
  3. Поршень должен быть легким, потому что с увеличением массы в результате инерции нагрузка на шатун и кривошип увеличивается в несколько раз.

При выборе нового поршня крайне важно учитывать рекомендации производителя, в противном случае двигатель будет испытывать дополнительные нагрузки или вообще потеряет стабильность.

Вопросы и ответы:

Что делают поршни в двигателе? В цилиндрах они выполняют возвратно-поступательные движения за счет сжигания воздушно-топливной смеси и воздействия на кривошип от соседних поршней, перемещающихся вниз.

Какие поршни бывают? С симметричной и асимметричной юбкой с разной толщиной днища. Бывают поршни управляемого расширения, авто термические, autotermatic, duoterm, с перегородками, со скошенной юбкой, Evotec, кованные алюминиевые.

Какие существуют особенности конструкции поршня? Поршни отличаются не только формой, но и количеством прорезей для установки уплотнительных колец. Юбка поршня может быть конусной или бочкообразной.

Главная » Статьи » Устройство автомобиля » Поршень двигателя — что это такое и для чего нужен

Добавить комментарий