Для чего выемки на поршнях

• Воспринимает давление газов и передает возникающее усилие на шатун — коленчатый вал;
• Создает герметизацию камеры сгорани я ;
• Отводит лишнее тепло от камеры сгорания.

Днище поршня (воспринимает газовые силы и тепловую нагрузку);

Уплотняющая часть поршня (поршневые кольца, которые препятствуют прорыву газов в картер и передают большую часть тепла от поршня цилиндру двигателя);

Направляющая частьпоршня (юбка) — поддерживает положение поршня и передаёт боковую силу на стенку цилиндра.

В обиходе автомобилистов часто встречается такое название, как головка поршня. Головкой поршня называют днище поршня с его уплотняющей частью.

Днище поршня

Основная рабочая поверхность детали, которая вместе со стенками гильзы цилиндров и головкой блока формирует камеру сгорания, в которой и происходит сгорание горючей смеси. Днище поршня может иметь различную конструкцию в зависимости от типа и особенностей двигателя.

Виды поршней

В двухтактных двигателях применяются поршни со сферической формой днища, что приводит к повышению эффективности наполнения камеры сгорания горючей смесью и улучшает отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых двигателях днище имеет плоскую или вогнутую форму. Углубления – выемки служат для улучшения смесеобразования и уменьшают вероятность столкновения поршня с клапаном.

В дизельных моторах углубления в днище более габаритные и имеют различные формы. Такие выемки называют поршневой камерой сгорания. В процессе работы в поршневых камерах сгорания создаются завихрения, которые способствуют улучшению качества смешивания топлива с воздухом.

Уплотняющая часть поршня

Уплотняющая часть поршня предназначена для установки компрессионных и маслосъемных колец, которые предназначены для устранения зазора между поршнем и стенкой гильзы цилиндров.

Уплотняющая часть представл яет собой проточки (канавки) в цилиндрической поверхности поршня. В двухтактных двигателях в проточки встав ляются специальные вставки, в которые упираются замки колец, благодар я которым кольца не прокручиваютс я .

Число канавок, на уплотняющей части поршн я , соответствует количеству поршневых колец. Чаще всего примен я етс я конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным. В канавке под маслосъемное кольцо имеютс я специальные отверстия для стека масла, которое снимается маслосъемным кольцом со стенки гильзы цилиндра.

Юбка поршн я

Юбка я в л я етс я направл я ющей поршня, обеспечива ет только возвратно-поступательное движение детали.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Другой уникальный конструктивный элемент, встречающийся у поршней, предназначенных для тюнинговых моторов, заключается в мини-оребрении площади жарового пояса и на перемычке первого и второго колец. Если поршень становится слишком горячим, то вершина выпуклостей такого оребрения, контактируют со стенкой цилиндра. Этот мгновенный контакт помогает охладить поршень, чтобы уменьшить опасность детонации и разрушения поршня.

Некоторые поршни, предлагаемые на вторичном рынке, делаются с пальцами, которые немного смещены вверх по сравнению со стоковыми образцами, чтобы компенсировать шлифовку привалочных плоскостей ГБЦ и блока цилиндров. Применение таких изделий лучшая альтернатива спиливанию вершины поршня, если блок привалочные плоскости подвергались обработке, поскольку уменьшенная глубина выемок под клапана увеличивает риск повреждения последних. Перемещение местоположения пальца выше на поршне также позволяет применять в моторе более длинные шатуны, что приводит к увеличению крутящего момента и делают жизнь подшипников и колец легче.

Нюансы поршневой

Постройка нескольких моторов даст опыт в определения необходимой высоты юбки, ориентируясь на максимальную мощность и потолок рабочих оборотов, а по диапазону рабочих температур, толщину прокладки ГБЦ и степени сжатия — прочность конструкции поршней. Чем ближе к вершине поршня находятся кольца, тем больше создается давление в цилиндре и тем выше крутящий момент и мощность мотора. Но при этом работа колец перемещается в зону с более высокой температурой, что вынуждает делать большие кольцевые промежутками и сами кольца толще. Выбор подобной схемы для изготовления поршня может также вызвать проблемы с возможностью организации правильного рельефа днища.

Высоты над кольцом может не хватить для выемок под клапана. Надежности обычных чугунных компрессионных колец при жаровом поясе в 7.5-8 мм хватило бы с запасом, но при уменьшении его до 2.5-3 мм такие кольца не справляются со своей задачей. Поэтому в современных моторах применяют кольца из специальных марок гибкого чугуна или из стали. Тенденция уменьшения толщины компрессионного кольца наметилось еще в 80-х годах. Типичная толщина сегодняшних компрессионных колец составляет 1.2 мм: 1,5 мм для второго кольца и 3.0 мм для маслосъемного.

Встречаются и более тонкие — компрессионные толщиной 1,0 мм и 2 миллиметровые маслосъемные. Примерно 40% от потерь на трение в двигателе приходится на работу колец, увеличение упругости их уменьшает сопротивление трения в цилиндре при ходе поршня. Поэтому более узкие и тонкие кольца стали применяться изготовителями в стандартных моторах. Это значительно повлияло на экономию топлива, температурный режим и ходимость силовых агрегатов, поскольку кроме снижения потерь на трение уменьшились и ударные нагрузки, передаваемые на поршень и стенки цилиндра. Но, с другой стороны, тонкие кольца хуже отводят тепло от поршня в стенку цилиндра из-за меньшей площади контакта с обоими. Следовательно, поршни с такими кольцами будут более горячими, чем поршни с большими кольцами. Изготовители колец дают рекомендации по этому вопросу на основании многочисленных испытаний, когда после определенного пробег а мотор разбирается и проверяется его состояние.

Назначение поршневых колец бывает двух типов:

1. Компрессионные. Устанавливаются в верхней части поршня, в большинстве моделей предусмотрено от 3 до 7 штук, на один поршень. Они предназначены для дополнительной герметизации пространства между ним и стенками цилиндра. Это обеспечивает отсутствие утечек топливовоздушной смеси в процессе функционирования мотора. Также эти изделия играют большую роль в теплообмене и способны поглощать часть паразитных вибраций, возникающих из-за боковой тяги.

2. Маслосъемные. Устанавливаются ниже компрессионных, предназначены для снятия излишков смазывающей жидкости с поверхности гильзы и улучшение смазки стенок цилиндра. Эти простые, но важные детали сводят к минимуму вероятность попадания масла в камеру сгорания, что ведет к его перерасходу и ухудшению степени сгорания топлива.

Для чего нужны поршневые кольца должен знать каждый автовладелец, так как это высоконагруженная деталь, работающая в экстремальных условиях, что приводит к тому, что они часто выходят из строя. Выполняют они такие функции:

— Сохранение герметичности между поверхностью поршня и стенкой цилиндра.

— Улучшение смазывания и предотвращение попадания масла в камеру сгорания.

Для обеспечения этих функций кольца изготавливают из материалов, отличающихся гибкостью и упругостью. Благодаря этому кольцо самостоятельно регулирует свой диаметр оставаясь в предназначенных для них пазах. При этом заметно уменьшается площадь соприкосновения между стенкой цилиндр и поверхностью поршня, что предотвращает ускоренный износ этих важных деталей и способствует повышению КПД всего мотора.

Из чего делают поршневые кольца двигателя

Производят эти детали из высококлассного чугуна двух разновидностей (ковкого либо серого) или сталей с различными легирующими добавками. Только эти материалы обеспечивают достаточные показатели упругости и других механических свойств. В современных кольцах нередко наносят на их поверхность дополнительные покрытия, придающие им повышенную устойчивость к истиранию либо другие полезные функции.

Наибольшую нагрузку испытывают верхние кольца, поэтому их производят из наиболее качественных сталей с обязательным дополнительным покрытием. Оно может быть:

Наносят покрытия также разными методами, в наиболее продвинутых кольцах применяют многослойные напыления.

Масляные кольца чаще производят из чугуна с однослойным покрытием либо вообще без него. Чугунные кольца вполне неплохо справляются с поставленными задачами, но достаточно быстро изнашиваются и требуют замены. Главное их достоинство – хорошее сочетание цена/качество.

Стальные кольца с покрытиями стоят значительно дороже, но способны дольше сохранять функциональность даже в самых агрессивных и экстремальных условиях работы, поэтому замену их выполнять нужно гораздо реже.

Зачем делают проточки на безвтыковых поршнях

Конструкция классического ДВС подразумевает открытие и закрытие клапанов в нужный момент времени, когда необходимо либо впустить смесь для взрыва в двигателе, либо выпустить уже сгоревшую из камеры. Это подразумевает точную и синхронную работу по ходу поршня (ей) и работу клапанов. Это синхронность обеспечивается за счет жесткой связи через ремень ГРМ или цепь ГРМ, это не принципиально.

Если же такая связь нарушается, как правило это обрыв ремня или цепи, то сами понимаете, что клапана и поршни начинают работать независимо, что вполне может повлечь их соприкосновение в верхней мертвой точке. И тут, если не были предусмотрены проточки, то все бывает весьма печально. Поломанные и погнутые клапана, пробитые поршни и другие повреждения, связанные с подобным ударом.
Из этого можно сделать как раз вывод о том, что проточки на безвтыковых поршнях нужны дабы избежать внутренних повреждений в ДВС.

* — порвался ремень ГРМ на «Приоре». Последствия. Сломаны клапана, повреждены поршни.

Виноват ОТК?

Только не надо думать, что подобное бывает часто. Вообще-то – редчайший случай, чтобы дефектный поршень незамеченным проскочил ОТК на заводе-изготовителе, затем его установили в двигатель, а мотор отправили в Минск. И еще – не стоит думать, что подобное бывает только на наших заводах. В нашей практике встречалось, что подобные поршни «вынимали» и из зарубежных двигателей, в частности – немецких.

На этом мы завершаем наш рассказ. Но в нашем архиве еще много интересных случаев «из жизни моторов» и о них будет рассказано в свой черед.

Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

Устройство детали включает в себя три составляющие:

Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

Днище

Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать причиной их разрушения.

Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

Типы, конструкция и принцип работы поршневых колец

На одном поршне устанавливаются кольца двух типов:

• Компрессионные (верхние);
• Маслосъемные (нижние).

Все кольца располагаются в поперечных канавках (выточках) прямоугольного профиля, выполненных ближе к днищу поршня. Кольца различных типов отличаются конструкцией и назначением.

Компрессионные кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания, на одном поршне может устанавливаться одно, два или три кольца (одно — на двухтактных ДВС мототехники, два — на большинстве современных четырехтактных моторах, три — на некоторых дизелях), они располагаются в верхней части поршня. Конструктивно компрессионные кольца очень просты: это металлическое разъемное кольцо, разрез которого выполнен в виде замка простой (прямой, косой) или сложной формы, на некоторых кольцах в замке предусмотрена выемка под стопор. В замке предусмотрен небольшой зазор (несколько микрометров), который служит для компенсации температурного расширения детали во время работы двигателя.

Кольца изготавливаются из стали или специальных марок чугуна, их наружная (рабочая) поверхность может иметь различный профиль:

• Простой плоский — в этом случае кольцо имеет прямоугольное сечение или сечение в виде неправильного четырехугольника;
• Радиусный (бочкообразный) — наружная поверхность кольца представляет собой дугу окружности большого радиуса;
• С фаской — на наружной поверхности выполнена фаска небольшой высоты;
• «Минутные» кольца — наружная поверхность имеет наклон к верхней части, угол наклона составляет несколько десятков минут дуги, за счет чего кольца и получили свое название.

Плоский профиль имеют верхние компрессионные кольца, которые вынуждены работать при высоких температурах и давлениях в условиях недостаточной смазки. Для уменьшения износа рабочая поверхность детали подвергается хромированию, фосфатированию, покрытию оловом или другой обработке. Такое кольцо во время работы полностью прилегает к зеркалу цилиндра, обеспечивая уплотнение и отвод тепла от поршня.

Нижние кольца часто имеют более сложный профиль. Бочкообразные кольца оказывают меньшее сопротивление трению при сохранении достаточной степени герметизации. «Минутные» кольца за счет наклона рабочей поверхности снижают силы трения: при движении поршня вниз (на рабочем ходе) кольцо скользит по зеркалу цилиндра своей заостренной гранью, а при движении вверх кольцо за счет образующегося масляного клина отжимается от зеркала цилиндра.

Маслосъемные кольца обеспечивают правильное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра и предотвращают попадание масла в камеру сгорания (осуществляют его съем с зеркала цилиндра). На одном поршне используется только одно кольцо, на поршнях двухтактных двигателей этих деталей нет (так как масло добавляется непосредственно в бензин). Обычно маслосъемные кольца имеют составную конструкцию, в которую входят собственно кольца и расширители.

Маслосъемные кольца бывают:

• Цельные — кольцо П-образного профиля, обращенное основанием к поршню. В основании выполнен ряд круглых или удлиненных отверстий, через которые осуществляется сток масла;
• Составные — используется два тонких (разрезных) кольца, между которыми располагается распорный элемент.

Распорные элементы бывают:

• Радиальные — обеспечивают прижим колец к стенке цилиндра;
• Осевые — используются только вместе с составными кольцами, обеспечивают разжим колец;
• Тангенциальные — комбинированные распорные элементы, обеспечивают одновременный разжим колец и их прижим к стенке цилиндра.

В качестве распорных элементов выступают пластинчатые (плоские) или витые пружины, вкладываемые между или под кольцами, в маслосъемном кольце может использоваться только одна или сразу две пружины различных типов.

Маслосъемное кольцо прижимается к стенке цилиндра и за счет своей конструкции обеспечивает съем излишков масляной пленки. Собранное масло через отверстия в кольце поступает в канавку, откуда через отверстия в стенке поршня сливается в картер двигателя. При этом часть масла остается в виде тонкой масляной пленки на стенке цилиндра, которая обеспечивает снижение трения во всей ЦПГ.

Общая информация и устройство поршня

Поршень передает произведенную сгорающим топливом энергию коленвалу. При взрывоподобном расширении горячих продуктов сгорания поверхность поршня испытывает механические и тепловые нагрузки очень высокой интенсивности. Максимальное давление в двигателе Приора может достигать при этом 65-80 бар, что эквивалентно силе в несколько тонн.

Во время работы поршень периодически ускоряется до более 100 км/час и замедляется до нуля с частотой до 200 Гц при 6000 оборотах в минуту. При сгорании топливно-воздушной смеси температура в цилиндре достигает 1800-2600°С, что в несколько раз превышает температуру плавления материала, из которого изготовлен поршень. При этом происходит снижение прочности сплава, по телу поршня возникают термонапряжения из-за перепадов температуры, к которым добавляются напряжения от давления газов и инерции при ускорении-замедлении с высокой частотой.

Для того чтобы «выжить» в таких сложных условиях, поршень должен быть легким и устойчивым к износу, а высокая теплопроводность сплава призвана обеспечить быстрое охлаждение поршня при нагреве.

Запчасти производства Автрамат

Внешние поверхности поршня должны быть сформированы так, чтобы ни при каких условиях не произошло заклинивание его в цилиндре, чтобы горячие газы не проникли при этом в картер. При разнице нагрева днища поршня и его юбки поршень имеет бочкообразную форму в холодном состоянии, что и позволяет удовлетворять этим требованиям.

Для компенсации деформаций юбки при работе поршня он изготовлен с «противоэллипсом». Его большая ось перпендикулярна оси пальцевого отверстия.

Верхняя часть поршня — головка. Она включает в себя днище и канавки для установки уплотнительных колец. Для того чтобы головка смогла выдержать выпадающие на ее долю нагрузки, на нее наносят защитное покрытие.

Канавки под кольца выполняются под небольшим углом, обеспечивая расположение наружных кромок колец выше внутренних. Это предотвращает образование наклона поперечного сечения канавки вниз при работе в условиях высоких температурных нагрузок.

Для лучшего скольжения поверхность поршня обработана различными покрытиями. Для лучшей приработки наносят покрытия, которые со временем изнашиваются при обкатке (олово, фосфатирование). Они же снижают возникновение царапин при пуске холодного двигателя. Антифрикционные покрытия (никелирование, анодирование) остаются на все время эксплуатации, предотвращают растрескивание и эрозию поверхностей.

Юбка обрабатывается резцами для создания микрорельефа, что позволяет маслу лучше удерживаться на поверхности поршня, снижая трение.

Всем этим требованиям одинаково удовлетворяют поршни «Автрамат», СТК и СТИ. Поршни СТК тяжелее остальных.