Поршень двигателя

Ресурс поршня

Две основные проблемы, решаемые в поршневых ДВС: износ и прогар поршня.

Для устранения первой организуют принудительное (обычно масляное) охлаждение поршня, повышают твёрдость увеличением доли кремния, используют надёжные воздухоочистители для уменьшения абразивного износа, изменяют параметры цикла двигателя для снижения температуры поршня в центре и районе верхнего кольца (напр., увеличивают коэффициент избытка воздуха или увеличивают перекрытие клапанов в наддувных дизелях), применяют вставки под верхнее кольцо, качественные поршневые кольца для хорошего прилегания сразу после обкатки, ускоряют заводскую обкатку применением специальных масел, повышают качество моторных масел для устранения закоксовывания колец и надёжной отдачи тепла от днища, иногда — используют покрытия для поршня или композитные материалы. В японской практике были варианты пластмассовых поршней с покрытием керамикой. Для продления ресурса применяют антифрикционное покрытие направляющей и даже жаровой поверхности поршня. Ускоренный или аварийный износ контрафактных поршней вызывается нарушением размеров и/или качества поковки/отливки, её материала. Погиб шатуна, перекос гильзы или её посадочного гнезда ведёт к быстрому задиру поршня. В двухтактных ДВС причиной заклинивания может быть нехватка масла в топливе.

Прогар поршня может вызываться конструктивными или эксплуатационными причинами. В первом случае превышена расчётная допустимая температура днища, и все двигатели этой модели будут быстро выходить из строя (возможна другая причина — контрафактные поршни: они не могут выдержать нагрузок). Для устранения опасности прогара в этих случаях применяют снижение механических напряжений и температуры поршня (увеличение оребрения, охлаждение, снижение теплоотдачи в поршень изменением параметров цикла). Для снижения температуры сгорания может применяться даже подача воды в цилиндр.

Эксплуатационными причинами прогара могут быть: нарушение угла опережения впрыска/зажигания, отказ (заклинивание) форсунки, детонация (бензиновые), чрезмерная форсировка, общий перегрев из-за отказа термостата, потери тосола, зажатых клапанов, бензина с низким октановым числом, вызывающим детонацию, длительное калильное зажигание. Это приводит к превышению температуры днища и возможному его прогару. При детонационном сгорании, кроме того, может возникать выкрашивание поверхности, ведущее к дальнейшему её развитию, прогару поршня или вылому перегородок между кольцами, поломке колец. Следовательно, необходимо соблюдать инструкцию — применять нужное топливо, правильно выставлять угол опережения зажигания/впрыска, немедленно прекращать работу неисправного дизеля со стучащей форсункой, или перегретого мотора. Высококачественные форсунки и другие дозирующие элементы топливной аппаратуры продлевают ресурс поршней.

Кованые поршни. Облегченные поршни.

При форсировании двигателя как известно увеличивается его мощность, а с увеличением мощности растет нагрузка на его рабочие части и риск перегрева. Стандартные запчасти не всегда способны выдержать увеличение нагрузок при установке турбонаддува, спортивной системы зажигания и подачи топлива или чип тюнинга. Благодаря этому, с ростом в потребности усовершенствования двигателей, мы имеем сегодня множество заменяемых деталей двигателя с характеристиками, подходящими спортивным моторам. На сегодняшний день можно подобрать или подогнать тюнинговые запчасти практически к любому двигателю.

  Можно без проблем найти спецов, которые установят на ваш двигатель доработанный коленвал с увеличенным радиусом кривошипа, спортивные Н-образные шатуны, турбонаддув, доработанную ГБЦ и конечно кованые поршни, о них и пойдет речь далее.

  Все мы наверное не раз слышали упоминания о кованых поршнях, но чем они лучше, на какой двигатель их стоит ставить, а на какой нет, и какой эффект даст установка кованных поршней на стандартный двигатель. Для начала узнаем по какой технологии и из каких материалов изготавливаются кованые поршни. Кованные поршни изготавливаются методом холодной ковки из сплава алюминия с небольшим содержанием кремния (примерно около 15%, у каждого производителя по своему). Кремний позволяет увеличить прочность кованых поршней и значительно снижает степень расширения детали при нагреве до рабочей температуры. Болванку из кремнистого алюминия помещают в специальную форму, матрицу, где заготовка разогревается до состояния напоминающего пластилин и зажимается в матрицу. В результате разогретый металл без особых усилий приобретает форму будущей детали. После этого поршень проходит еще множество процедур шлифовки, расточки и т.д., прежде чем станет тем, что нам продают в магазинах, но дальнейшая технология обработки это уже секрет каждого производителя.   В связи с тем, что кованые поршни имеют свойство при нагреве расширяться и становиться не круглыми а овальными, параллельно оси поршневого пальца, продвинутые производители кованых поршней делают их овальными перпендикулярно оси поршневого пальца изначально, чтобы при нагреве поршень стал круглым. Такая технология производства позволяет максимально ограничить попадание газов из камеры сгорания в картер, и распределить нагрузку по всей окружности поршня, а не сосредотачивать ее в области бобышек поршня. Еще один плюс кованых поршней кроме большей прочности тепло и износо-стойкости, это их вес

Комплект кованых поршней, например для четырех цилиндрового ВАЗовского двигателя будет весить примерно на 400-600 грамм меньше, нежели комплект стандартных литых поршней. Такое снижение веса поршней имеет далеко немаловажное значение в условиях 

повышенных нагрузок при работе форсированного мотора, и позволяет снизить максимальные инерционные нагрузки на другие рабочие детали кривошипного механизма, такие как шатуны, коленвал и вкладыши, что в свою очередь позволяет увеличить рабочий ресурс этих деталей. Таким снижением веса, кованые поршни обязаны своей форме — большинство кованых поршней имеют Т-образный профиль, в котором отлично сочетаются все выше перечисленные достоинства.

   Единственный недостаток кованных поршней, это их дороговизна

Так же обратите внимание при выборе кованых поршней на толщину кольцевых перегородок, поскольку именно поршневые кольца являются уплотнителем камеры сгорания, и от надежности кольцевых перегородок зависит многое. Чем они толще, тем лучше

  Если же вы установили на свой двигатель турбонаддув и хотите установить кованые поршни, то потрудитесь для полного эффекта доработать коленвал и шатуны, или купите специальные шатуны, которые используются при тюнинге двигателей, так называемые Н-образные шатуны. Эти шатуны имеют отличные характеристики и уменьшенный вес, что в свою очередь в сочетании с облегченными коваными поршнями позволит снизить инерционные нагрузки в двигателе, а значит увеличить рабочий ресурс и оптимально поднять мощность двигателя. Благодаря всем своим качествам, кованые поршни широко применяются на оппозитных двигателях, в качестве одного из способов поднятия мощности двигателя.   Еще одна важная необходимость при установке кованых поршней, это обеспечение охлаждения днища и юбки поршня. Этого можно достичь путем установки маслоразбрызгивающих форсунок. На некоторых двигателях они предусмотрены, на некоторых придется химичить.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

Volkswagen AG

  1. Головка поршня ДВС
  2. Поршневой палец
  3. Кольцо стопорное
  4. Бобышка
  5. Шатун
  6. Юбка
  7. Стальная вставка
  8. Компрессионное кольцо первое
  9. Компрессионное кольцо второе
  10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Поршневые кольца

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения.  Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца –  предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Юбка

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

  • разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
  • движением масла по змеевику в поршневой головке;
  • подачей масла в область колец через кольцевой канал;
  • масляным туманом

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Поршень выполняет ряд важных функций

  • обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
  • отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
  • обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы

Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий
Adblock
detector