Поршень двигателя

В кривошипно-шатунном механизме поршень выполняет несколько функций, среди которых восприятие давления газов и передача усилий на шатун, герметизация камеры сгорания и отвод от нее тепла. Поршень является наиболее характерной деталью двигателя внутреннего сгорания, т.к. именно с его помощью реализуется термодинамический процесс двигателя.

Условия, в которых работает поршень, экстремальны и характеризуются высоким давлением, температурой и инерционными нагрузками. Поэтому поршни на современных двигателях изготавливаются из легкого, прочного и термостойкого материала – алюминиевого сплава, реже из стали. Поршни изготавливаются двумя способами – литьем под давлением или штамповкой, т.н. кованые поршни.

Схема поршня двигателя

Поршень цельный конструктивный элемент, который условно разделяют на головку (в некоторых источниках ее называют днище) и юбку. Форма и конструкция поршня в значительной степени определяются типом двигателя, формой камеры сгорания и процессом сгорания, протекающим в ней.

Поршень бензинового двигателя имеет плоскую или близкую к плоской поверхность головки. В ней могут быть выполнены канавки для полного открытия клапанов. Поршни двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют более сложную форму. В головке поршня дизельного двигателя выполняется камера сгорания определенной формы, которая обеспечивает хорошее завихрение и улучшает смесеобразование.

Ниже головки поршня выполняются канавки для установки поршневых колец. Юбка поршня имеет конусообразную или криволинейную (бочкообразную) форму. Такая форма юбки компенсирует температурное расширение поршня при нагреве. При достижении рабочей температуры двигателя поршень принимает цилиндрическую форму. Для снижения потерь на трение на боковую поверхность поршня наносится слой антифрикционного материала (дисульфид молибдена, графит). В юбке поршня выполнены отверстия с приливами (

бобышки) для крепления поршневого пальца.

Охлаждение поршня осуществляется со стороны внутренней поверхности различными способами:

1. масляный туман в цилиндре;
2. разбрызгивание масла через отверстие в шатуне;
3. разбрызгивание масла специальной форсункой;
4. впрыскивание масла в специальный кольцевой канал в зоне колец;
5. циркуляция масла по трубчатому змеевику в головке поршня.

Поршневые кольца образуют плотное соединение поршня со стенками цилиндра. Они изготавливаются из модифицированного чугуна. Поршневые кольца основной источник трения в двигателе внутреннего сгорания. Потери на трение в кольцах достигают до 25% всех механических потерь в двигателе.

Число и расположение колец зависит от типа и назначения двигателя. Самая распространенная схема – два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов из камеры сгорания в картер двигателя. Первое компрессионное кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. Поэтому на поршнях дизельных и ряда форсированных бензиновых двигателей в канавке кольца устанавливается стальная вставка, повышающая прочность и позволяющая реализовать максимальную степень сжатия. Компрессионные кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную, коническую форму, некоторые выполняются с порезом (вырезом).

Маслосъемное кольцо удаляет излишки масла с поверхности цилиндра и препятствует попаданию масла в камеру сгорания. Кольцо имеет множество дренажных отверстий. Некоторые конструкции колец имеют пружинный расширитель.

Соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, который имеет трубчатую форму и изготавливается из стали. Имеется несколько способ установки поршневого пальца. Самый популярный т.н.

плавающий палец, который имеет возможность проворачиваться в бобышках и поршневой головке шатуна во время работы. Для предотвращения смещения пальца он фиксируется стопорными кольцами. Значительно реже применяется жесткое закрепление концов пальца в поршне или жесткое закрепление пальца в поршневой головке шатуна.

Поршень, поршневые кольца и поршневой палец носят устоявшееся название поршневая группа.

 

 

Рабочий ход поршня и холостой ход двигателя

Двигатель внутреннего сгорания и по сей день является самым популярным изобретением. Он предназначен для приведения в действие самые различные механизмы. Вокруг этого изобретения крутится довольно серьезная терминология, которая понятна не всем водителям. Сегодня вы узнаете, что такое рабочий ход двигателя (рабочий ход поршня) и режим холостого хода.

Рабочий ход поршня ДВС

Чтобы узнать, что это такое, необходимо понимать принцип действия двигателя внутреннего сгорания. Рабочим ходом называется такое движение поршня, при котором мотор совершает полезную, а именно – преобразует тепловую энергию во вращающий момент.

 

Для начала разберем все такты работы двигателя и дойдет до того момента, когда поршень будет совершать эту самую полезную работу. Первым делом идет такт впуска. В это время поршень движется вниз, а клапан, обеспечивающий впуск топливовоздушной смеси, открывается. Она подается в определенном соотношении и полностью заполняет камеру сгорания. Это продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки.

Как только поршень пойдет вверх, клапана будут закрыты, в этот момент смесь сжимается и давление внутри камеры повышается. Как только поршень достигнет верхней мертвой точки, наступает момент рабочего хода поршня. На электродах свечи зажигания появится искра, которая воспламенит смесь и станет причиной небольшого взрыва, который заставит поршень пойти вниз. Пока поршень направляется в самую нижнюю точку цилиндра – этот отрезок будет считаться его рабочим ходом. Далее весь цикл повторяется за счет инерции коленчатого вала.

Стоит отметить, что именно рабочий ход является главным показателем эффективности работы двигателя, а значит, целиком определяем его коэффициент полезного действия.

В этом время, вся остальная работа, затрачиваемая на инерцию: сжатие смеси и ее подача – это все создает лишнюю нагрузку на коленвал, тем не менее, без этого работа двигателя невозможна. Многие автомастера увеличивают рабочий ход поршня и увеличивают объем цилиндра, чтобы добиться наибольшей эффктивности за счет увеличения рабочего хода и объема смеси подлежащего сгоранию.

Работа двигателя на холостом ходу

Холостым ходом любого двигателя внутреннего сгорания называют такой режим работы, при котором отсутствует передача вращающего момента на требуемый механизм. Данный режим характерен не только для ДВС, он также активно применяется и для многих других видов силовых установок, однако большее распространение получил именно в таких типах двигателей.

Данный режим обеспечивается за счет сцепления, которое может «разрывать» передачу вращающего момент от маховика к первичному валу, а также нейтральное положение рукоятки коробки передач, при котором отсутвует передача момента на приводной или карданный вал.

Работа двигателя на холостом ходу позволяет поддерживать его обороты на требуемом уровне без остановки. Дело в том, что при наличии нагрузки на коленчатом валу, ДВС всегда стремится остановиться, так кислород в этом случае потребляется в малом количестве. Такой режим также позволяет выполнить прогрев мотора, а на инжекторных двигателях создает работу, при которой содержание вредных веществ в выхлопном дыме сводится к минимуму.

 

Вокруг холостого режима ходит большое количество «легенд». Так, например, многие водители считают режим работы на холостом ходу самым экономичным. Однако это не так, скорее наоборот, холостой ход становится причиной самого максимального потребления топлива. Дело в том, что при полностью закрытой дроссельной заслонке, чтобы двигатель не остановился, система подачи топлива обеспечивает увеличение содержание бензина в камере сгорания, а при открытии дросселя, уровень бензина в смеси снижается, так как потребление кислорода увеличивается. В этом режиме двигатель скорее работает за счет вознкающей инерции после полезного хода поршня. Принято считать, что самым экономичным режимом работы ДВС является тот момент, когда обороты находятся на отметке в 3000 об/мин. В этот момент дроссельная заслонка открывается полностью, а уровень топлива в камере сгорания составляет минимум.

Устойчивость оборотов холостого хода поддерживает система подачи топлива. Именно от нее зависит то, как мотор будет работать себя, когда нагрузка на валу отсутствует, а дроссельная заслонка, при этом, закрыта.

Вот и все, что нужно знать о самых запутанных терминах теории двигателя внутреннего сгорания. Все это относится не только в автомобильным двигателям, ведь такой мотор устанавливается и на мотоциклы, бензопилы, лодки и даже самолеты. 

Что такое поршень и как он работает?

• двигатель

Обновлено 9 окт. 2019 г.

Одна из самых узнаваемых деталей по названию — это поршень.

Хотя вы слышали о его важности, вы, вероятно, не можете объяснить, что он делает, верно?

Давайте рассмотрим роль поршня в двигателе автомобиля и что может с ним случиться.

Что такое поршень?

Поршень — это металлический компонент, который перемещается внутри цилиндра наподобие тарана.

Край поршня оснащен кольцами, которые плотно прилегают к стенке цилиндра.

Изготовленный из литого алюминия или чугуна, поршень крепится к коленчатому валу с помощью шатуна и поворачивается на шатуне с помощью поршневого пальца.

На каждый цилиндр двигателя приходится один поршень.

Когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, шатун заставляет коленчатый вал вращаться.

Эта постоянная двухтактная сила преобразуется в мощность для всех функций вашего автомобиля, от вращения генератора и насоса гидроусилителя руля до передачи крутящего момента на ведущие колеса.

Что делает поршень?

В любом двигателе внутреннего сгорания (кстати, таковы все автомобильные двигатели) поршень выполняет четыре роли в каждом цикле.

• Во-первых, когда поршень опускается, он всасывает воздух и топливо в цилиндр или камеру сгорания.
• Во-вторых, при подъеме он сжимает воздух и топливо в цилиндре, так что при воспламенении он взрывается.
• В-третьих, свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, и сила отбрасывает поршень обратно вниз.
• В-четвертых, поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, вытесняя сгоревшие газы (выхлоп) из цилиндра.
• Затем цикл повторяется снова и снова, сотни или тысячи раз в минуту.

Что может пойти не так?

Как вы понимаете, поршень должен быть чрезвычайно прочным, чтобы выдерживать всю эту энергию.

Тем не менее, могут возникнуть проблемы, которые могут быть незначительными и раздражающими или серьезными и катастрофическими.

Удар поршня

Когда поршень изношен и может раскачиваться из стороны в сторону, а не двигаться вертикально, нижний край поршня или юбка касается стенки цилиндра.

Это признак износа поршня.

Горящее масло

Это серьезная проблема для старых автомобилей.

Двигатель, который сжигает масло, является очевидным признаком того, что поршневые кольца плохо герметизируют цилиндр и масло попадает в камеру сгорания.

Сломанный соединительный стержень

В результате дефекта, неправильного обращения или отсутствия смазки шатун может оторваться от поршня или коленчатого вала.

Обычно это заканчивается тем, что снимается и остальная часть двигателя.

Ослабленный поршневой палец

Стук в двигателе может означать, что поршневой или поршневой палец имеет чрезмерный люфт в месте соединения с поршнем.

Сгоревший поршень

Неподходящая топливно-воздушная смесь может быть крайне вредной для здоровья внутри двигателя, даже приводя к расплавлению верхней части поршня из-за высоких температур!

Можно ли заменить поршень?

Хорошей новостью является то, что поршень можно заменить в большинстве автомобилей, если не поврежден сам блок цилиндров.

И почти в каждом случае требуется не только замена одного поршня, но и полная переборка двигателя.

Для многих марок и моделей замена двигателя так же рентабельна, как ремонт двигателя при проблемах с поршнем.

Вы можете ожидать, что ремонт будет стоить от 3100 до 7400 долларов США для среднего двигателя и легко вдвое больше, если это дизельный двигатель.

Если вы подозреваете, что у вас проблемы с поршнем, обязательно проверьте двигатель у квалифицированного механика.

Вы можете легко сделать это, найдя и забронировав высококвалифицированного местного механика на AutoGuru!

Автор:

Джейсон Унрау

Джейсон — канадский автор автомобильных статей, работавший в сфере автосервиса, но с детства увлеченный автомобилями и механикой.

Одной из его первых машин была Mazda RX-7 80-го года выпуска, которой очень не хватает до сих пор. Ford Torino GT 68-го года, универсал Ford Country Squire Woodie 1966 года и 9-й6 Suzuki GSX-R 750 провел много времени в своем парке автомобилей, мотоциклов и грузовиков за последние два десятилетия.

Гордость и радость Джейсона находится в стадии сборки — кабриолет Mazda RX-7 88 года выпуска с турбонаддувом. Также в его резюме есть официальная сертификация CASCAR.

Как работает поршневой двигатель

Двигатели могут казаться волшебством, а если это так, то это вообще не проблема. К концу этой ТЕМЫ вы сможете полностью объяснить и понять, как они работают и из каких компонентов они состоят!

Мы расскажем обо всех основных компонентах вашего двигателя, начиная с магазинов!

Магнето

Что это такое…. Магнето — это магнит, который вращается вокруг катушки с проволокой. Это генерирует электричество и через ряд обмоток повышает напряжение, так что он производит относительно небольшую силу тока (мощность или «поток»), но создает очень высокое напряжение. Электричество высокого напряжения ищет путь наименьшего сопротивления и вынуждено прыгать через зазор свечи зажигания, чтобы затем течь через «землю» и блок двигателя (мы более подробно рассмотрим электричество в другой ТЕМЕ). Искра от свечи зажигания внутри цилиндра двигателя — это то, что воспламеняет топливо и воздух и обеспечивает «сгорание» или мощность для двигателя.

Каждый авиационный двигатель имеет двойную систему зажигания (это причудливый способ сказать два магнето). Целью наличия двух магнето является резервирование, а также лучшее сгорание топливно-воздушной смеси, помогающее двигателю развивать большую мощность. Вы можете контролировать, работаете ли вы с левым или правым магнето, или с обоими, с помощью замка зажигания. Выключатель зажигания просто определяет, должны ли искры (или на самом деле электричество), создаваемые магнето, течь через свечи зажигания и прыгать через зазор на свече зажигания (таким образом воспламеняя топливо и воздух в цилиндре) или вместо этого электричество производится магнето, просто обходя свечу зажигания и течет по более легкому пути обратно на «землю» через блок двигателя и планер.

Что за щелканье?

Когда механик проворачивает пропеллер вручную, вы обычно слышите один или два щелчка каждые пол-оборота или около того. Щелчки, которые вы слышите, — это ИМПУЛЬСНАЯ МУФТА. Работа импульсной муфты состоит в том, чтобы помочь генерировать искру для запуска двигателя, когда он вращается электростартером (очевидно, на низких оборотах, поскольку у стартера нет мощности, чтобы раскрутить его на высоких оборотах). Импульсная муфта взаимодействует между вспомогательными шестернями двигателя и магнето, чтобы «аккумулировать» энергию в пружинах, когда пропеллер вращается на низких оборотах. Как только воздушный винт достигает заданной точки (где по крайней мере один из поршней в двигателе находится прямо в верхней части цилиндра, сжимая воздух и топливо и готовясь выстрелить), импульсная муфта «срабатывает» и высвобождает накопленную энергию из пружины и помогает на мгновение вращать магнето немного быстрее, чтобы создать более сильную искру. Щелчок, который вы слышите, — это стук металла, когда пружины высвобождают накопленную энергию. Импульсная муфта делает это только при низких оборотах и ​​отключается примерно на 300-500 об/мин благодаря центробежной силе от набора грузов, которые выбрасываются наружу, когда двигатель раскручивает магнето на более высоких оборотах после его запуска.

P-lead

Нет, не следуй примеру Пола.

P-провод — это небольшой провод, идущий от магнето обратно к замку зажигания. Когда переключатель находится в положении «выключено», вы фактически подключаете P-провода от обоих магнето непосредственно к раме самолета. Это «заземляет» магнето, и любое произведенное электричество будет течь через корпус самолета обратно к аккумулятору, а не идти по пути с большим сопротивлением и прыгать через зазор свечи зажигания в цилиндре. Когда эти P-провода заземлены, не должно быть искры, которая могла бы идти на свечи зажигания и поддерживать работу двигателя. Когда вы выбираете «Левый», «Правый» или «Оба», это фактически отсоединяет провода (P-выводы) и размыкает цепь. Затем искра перескакивает через открытый зазор на свече зажигания, потому что она имеет меньшее сопротивление, чем искра, пытающаяся перепрыгнуть разомкнутую цепь выключателя зажигания и течь обратно через корпус самолета.

Четыре удара

Разные удары для разных людей! Однако в нашем мире все двигатели имеют одинаковые четыре такта (или одинаковые два такта в мире мотоциклов для бездорожья и лодок). Четыре такта:

• Впуск
• Сжатие
• Сгорание (рабочий такт)
• Выпуск

Система впуска

Это отстой с. Нет, это не так, но ваша индукционная система работает! Здесь воздух извне всасывается и начинает свое путешествие через наш двигатель (он оставит наш двигатель в очень горячем и грязном беспорядке!)

• Первой частью системы впуска является воздушный фильтр, который хорошо виден спереди самолета.
• После воздушного фильтра всасываемый воздух поступает в «воздушную камеру», где он либо подается в карбюратор, либо выбрасывается за борт, если вы включили «карбюраторный нагрев» и вместо этого используете горячий и нефильтрованный воздух, поступающий через выхлоп многообразие.
• После воздушной камеры воздух поступает в карбюратор, где он проходит через трубку ВЕНТУРИ, которая ускоряет воздушный поток и, увеличивая его скорость, также снижает его давление и температуру. Этот воздух с более низким давлением, проходящий через карбюратор, всасывает топливо из карбюратора и смешивается, образуя хороший топливно-воздушный заряд, который сжигается в цилиндрах двигателя.
• Топливно-воздушный заряд затем проходит через впускные «трубы» или коллектор и мимо впускного клапана (когда он открывается) в цилиндр, где он сжимается поршнем, а затем воспламеняется свечой зажигания.
• Как только свеча зажигания искрит, топливно-воздушный заряд начинает гореть и создает большое количество тепла и давления, толкая поршень обратно вниз во время рабочего такта
• После завершения рабочего такта открывается выпускной клапан и сгоревший воздух и топливо выталкиваются из цилиндра, когда поршень возвращается на такте выпуска.
• Затем он вытекает через выпускной коллектор (трубы) в глушитель (делает его немного тише и фактически помогает «растекаться» выхлопным газам, помогая двигателю увеличить мощность), а затем, наконец, выходит из нижней части капота через то, что мы называют «выхлопной трубой» или трубой.

Карбюратор

Французская часть двигателя. Теперь карбюратор пахнет сырым бензином, а не свежеиспеченными круассанами, но все же по-французски.

Основная идея карбюратора состоит в том, чтобы создать область воздуха с низким давлением, ускоряя его через трубку ВЕНТУРИ (узкую «шею» или трубку) и используя ее для смешивания топлива и воздуха. Вот видео об этом в действии:

Смесь

Найти правильную смесь сложно в жизни, а иногда и в полете. Регулятор MIXTURE обычно представляет собой большую красную ручку в кабине рядом с дроссельной заслонкой. Эта ручка предназначена для регулирования соотношения (или смеси) топлива и воздуха, поступающих в двигатель. Обычно мы стремимся примерно к 15 частям воздуха на одну часть топлива.