Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 0

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Предназначение и виды поршней

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

  1. трансформация давления газов в усилие, передаваемое на шатун;
  2. обеспечение герметичности камеры сгорания;
  3. теплоотвод.

Поршень работает в экстремальных условиях под стабильно высокими механическими нагрузками.
Поэтому для современных двигателей их изготавливают из специальных алюминиевых сплавов,
отличающихся легкостью и прочностью при достаточных показателях термостойкости.
Несколько менее распространены стальные поршни. Ранее они в основном производились из чугуна.
Обязательно присутствующая на каждом изделии маркировка поршней расскажет, из чего оно изготовлено.
Изготавливаются данные детали двумя методами – литьем и штамповкой. Кованые поршни, распространенные в тюнинге,
изготовлены именно методом штамповки, а не выкованы вручную.

Значения[править | править код]

Данные блокаправить | править код

Байты Значения
0x0 Направлен вниз
0x1 Направлен вверх
0x2 Направлен на север
0x3 Направлен на юг
0x4 Направлен на запад
0x5 Направлен на восток
0x6, 0x7 6-сторонний поршень
0x8 (bit flag) Если установлено 1, поршень активирован.

Состояния блоковправить | править код

Блоки (обычный поршень), (липкий поршень) и («расширение поршня») имеют следующие состояния блоков:

Название Значение Описание
 extended Если установлено , то поршень активирован.
 facing Направление передней стороны поршня.

Блок (головка поршня) имеет следующие состояния:

Название Значение Описание
 facing Направление головки поршня.
 short Если установлен в , то ручка поршня будет короче обычного на 4 пикселя.
 type Тип поршня:  — обычный,  — липкий.

Барабанные и дисковые тормоза

Барабанный тормозной механизм (рис. 4) состоит из:

  • тормозного щита,
  • тормозного цилиндра,
  • двух тормозных колодок,
  • стяжных пружин,
  • тормозного барабана.

Схема работы барабанного тормозного механизма

1 – тормозной барабан; 2 – тормозной щит; 3 – рабочий тормозной цилиндр; 4 – поршни рабочего тормозного цилиндра; 5 – стяжная пружина; 6 – фрикционные накладки; 7 – тормозные колодки

Тормозной щит жестко крепится на балке заднего моста автомобиля, а на щите, в свою очередь, закреплен рабочий тормозной цилиндр. При нажатии на педаль тормоза поршни в цилиндре расходятся и начинают давить на верхние концы тормозных колодок. Колодки в форме полуколец прижимаются своими накладками к внутренней поверхности круглого тормозного барабана, который при движении автомобиля вращается вместе с закрепленным на нем колесом. Торможение колеса происходит за счет сил трения, возникающих между накладками колодок и барабаном. Когда же воздействие на педаль тормоза прекращается, стяжные пружины оттягивают колодки на исходные позиции.

Преимущества барабанных тормозов:

  • низкая стоимость, простота производства;
  • обладают эффектом механического самоусиления. Благодаря тому, что нижние части колодок связаны друг с другом, трение о барабан передней колодки усиливает прижатие к нему задней колодки. Этот эффект способствует многократному увеличению тормозного усилия, передаваемого водителем, и быстро повышает тормозящее действие при усилении давления на педаль.

Дисковый тормозной механизм (рис.5) состоит из:

  • суппорта,
  • одного или двух тормозных цилиндров,
  • двух тормозных колодок,
  • тормозного диска.

Схема работы дискового тормозного механизма

1 – наружный рабочий цилиндр (левого) тормоза; 2 – поршень; 3 – соединительная трубка; 4 – тормозной диск переднего (левого) колеса; 5 – тормозные колодки с фрикционными накладками; 6 – поршень; 7 – внутренний рабочий цилиндр переднего (левого) тормоза

Суппорт закреплен на поворотном кулаке переднего колеса автомобиля. В нем находятся два тормозных цилиндра и две тормозные колодки. Колодки с обеих сторон «обнимают» тормозной диск, который вращается вместе с закрепленным на нем колесом. При нажатии на педаль тормоза поршни начинают выходить из цилиндров и прижимают тормозные колодки к диску. После того, как водитель отпустит педаль, колодки и поршни возвращаются в исходное положение за счет легкого «биения» диска. Дисковые тормоза очень эффективны и просты в обслуживании. Даже новичку замена тормозных колодок в этих механизмах доставляет мало хлопот.

Преимущества дисковых тормозов:

  • при повышении температуры характеристики дисковых тормозов довольно стабильны, тогда как у барабанных снижается эффективность
  • температурная стойкость дисков выше, в частности, из-за того, что они лучше охлаждаются
  • более высокая эффективность торможения позволяет уменьшить тормозной путь
  • меньшие вес и размеры
  • повышается чувствительность тормозов
  • время срабатывания уменьшается
  • изношенные колодки просто заменить, на барабанных приходится предпринимать усилия на подгонку колодок, чтобы одеть барабаны
  • около 70% кинетической энергии автомобиля гасится передними тормозами, задние дисковые тормоза позволяют снизить нагрузку на передние диски

Ресурс поршня

Две основные проблемы, решаемые в поршневых ДВС: износ и прогар поршня. Износные явления проявляются как увеличение зазора между юбкой и цилиндром, износ верхней поршневой канавки, задир юбки. Наблюдаемое также появление трещин и разрушение перегородок между кольцами имеют обычно те же причины, что и у прогара.

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.

Устройство

Плунжерный насос обладает относительно простой конструкцией. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

  1. Рабочая камера. Она представлена герметичным корпусом, который во внутренней части имеет зеркальную поверхность. За счет этого существенно упрощается ход подвижного элемента. Рабочая камера является частью цилиндра, которая определяется максимальным ходом штока. Поверхность цилиндра изготавливается при применении материала, который характеризуется высокой устойчивостью к воздействию жидкости.
  2. Для отвода и подвода жидкости предназначены напорная и всасывающая трубка. Они могут иметь различный диаметр. Кроме этого, подобный конструктивный элемент может иметь систему клапанов, которые существенно повышают эффективность механизма.
  3. Поршень создает давление в системе. Устройство поршневого насоса имеет поршень, за счет которого проводится перекачивание жидкости. Он изготавливается при применении нескольких уплотнительных материалов. За счет этого поршень может ходить по цилиндру и при этом создавать вакуум. Именно на поверхность поршня оказывается серьезное давление. Некоторые варианты исполнения разборные, за счет чего можно провести ремонт. К примеру, при длительной эксплуатации изнашиваются уплотнители, которые можно заменить при необходимости для существенного продления срока службы механизма. Однако, встречаются и неразборные варианты исполнения, ремонт которых возможен только в специальных мастерских.
  4. Поршню передается усилие через шток. При изготовлении этого элемента применяется качественная сталь с повышенной жесткостью и прочностью. Кроме этого, применяемые материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью, за счет чего существенно продлевается эксплуатационный срок конструкции. Этот элемент связан с приводом, через который передается усилие. При слишком высокой нагрузке шток может существенно деформироваться.

Устройство насоса

Возвратно-поступательное движение передается от электрического двигателя через специальный механизм, который преобразует вращение. Современные варианты исполнения компактные, они могут устанавливаться для работы под открытом небом или в помещении. Кроме этого, при изготовлении корпуса применяется металл, обладающий высокой защитой от воздействия окружающей среды.

Устройство двусторонней модели имеет довольно большое количество особенностей:

  1. Есть цилиндр и поршень, а также шток. Эти элементы немного отличаются в сравнении с теми, которые применяются при создании одностороннего механизма.
  2. В отличии от предыдущего варианта исполнения, у рассматриваемого две рабочей камеры.
  3. Две рабочие камеры имеют собственные нагнетающие и всасывающие клапана.

https://youtube.com/watch?v=xV-cwbgCyIw

Несмотря на существенное увеличение эффективности работы поршневого насоса, его конструкция довольно проста. В этом случае каждый ход предусматривает всасывание и выталкивание жидкости. Это существенно повышает значение КПД.

Материалы и вес поршней

Сплав, из которого поршень сделан, не только определяет его прочность и характеристики износостойкость, но также и особенности теплового расширения. В поршнях, предлагаемых на вторичном рынке для тюнинга, обычно используются сплавы с высоким содержанием кремния. Большинство поршней раньше делались из доэвтектических алюминиевых сплавов.

которые содержали от 8.5 до 10.5 % кремния. Сегодня мы видим больше эвтектических сплавов, у которых содержание кремния составляет 11% и заэвтектические сплавы, у которых кремния от 12.5 до более чем 16%. Кремний улучшает прочностную стойкость материала при высокой температуре и уменьшает коэффициент его расширения, таким образом, тепловые зазоры между поршнем и стенками цилиндров могут быть меньше. У заэвтектических поршней коэффициент теплового расширения приблизительно на 15 % меньше чем у стандартных поршней. Следовательно, выбирая такой поршень, нужно скорректировать указанный производителем зазор. Заэвтектические сплавы также несколько легче (приблизительно на 2%), чем материалы, применяемые в стандартных моторах. Но отливки часто делаются более тонкими, потому что сплав прочнее, что приводит в итоге к сокращению общей массы поршня до 10%.

Заэвгектические сплавы труднее отливать. потому что кремний сложно сохранить равномерно рассеянным по объему алюминия пока металл охлаждается. Размер частиц должен также тщательно контролироваться, чтобы поршень не становился ломким или с крупными твердыми включениями, мешающими механической обработке. Некоторые поршни проходят специальную термообработку, улучшающую структуру зерна для повышения прочности и износостойкости.

Информация – износ поршневой

Трение при холодных и сухих пусках способствуют повышенному износу деталей мотора. Двигатели с автономными системами смазки, оборудованные распылителями, которые могут включаться прежде пуска мотора, могли бы победить эту проблему. Но большинство современных двигателей имеют систему с мазки с маслонасосами, начинающими работу только в момент проворота коленчатого вала. Так что, поршневое покрытие не роскошь, а необходимости, Нагрев только масла перед пуском, который довольно часто используется автолюбителями в нашей стране, не гарантирует отсутствия износа, так как не устраняет увеличенные холодные зазоры при холодном блоке. Эту проблему может устранить только автономный подогрев системы охлаждения. Подобные подогреватели поднимают температуру не заведенного двигателя до 80 °С.

После такой термообработки эти показатели могут увеличиваться до 30%. Механическая обработка поршней из заэвтектическик сплавов из-за их твердости труднее, потому и стоимость их, как правило, несколько выше стандартных. Для конвейера подобный материал дороговат. Выбор веса поршней и материала, из которого они изготовлены, во многом (хотя и не полностью) обусловливается необходимой прочностью деталей для нагрузок в строящемся силовом агрегате. Ходимость — основной критерий, если, конечно, машину не планируется создавать заново перед каждой гонкой.

Вес применяемых поршней может быть уменьшен несколькими путями. Один из них — врезать в блок цилиндров масляные форсунки. Распыляемое ими масло охлаждает поршни, что позволяет сэкономить вес, используя конструкцию с более тонкими стенками днища. Другой способ — применение поршней с короткими юбками, предназначенных для высоко оборотистых моторов, также снизит вес, более легкие поршни облегчат раскрутку мотора, но при этом стоит быть крайне осторожным в выборе.

Шатун

Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и, преобразуя возвратно-поступательное движение поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала, совершает сложное движение, подвергаясь при этом действию знакопеременных ударных нагрузок. Шатун состоит из трех конструктивных элементов: стержня 2, верхней (поршневой) головки 1 и нижней (кривошипной) головки 3. Стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. В верхнюю головку для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку 6 с отверстием для подвода масла к трущимся поверхностям. Нижнюю головку шатуна для обеспечения возможности сборки с коленчатым валом выполняют разъемной. У бензиновых двигателей разъем головки обычно расположен под углом 90° к оси шатуна. У дизелей нижняя головка шатуна 7, как правило, имеет косой разъем. Крышка 4 нижней головки крепится к шатуну двумя шатунными болтами, точно подогнанными к отверстиям в шатуне и крышке для обеспечения высокой точности сборки. Чтобы крепление не ослабло, гайки болтов стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Отверстие в нижней головке растачивают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемыми.

Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом и облегчения ремонта двигателя в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, который выполнен в виде двух тонкостенных стальных вкладышей 5, залитых антифрикционным сплавом. Внутренняя поверхность вкладышей точно подогнана к шейкам коленчатого вала. Для фиксации вкладышей относительно головки они имеют отогнутые усики, входящие в соответствующие пазы головки. Подвод масла к трущимся поверхностям обеспечивают кольцевые проточки и отверстия во вкладышах.

Для обеспечения хорошей уравновешенности деталей кривошипно-шатунного механизма шатунные группы одного двигателя (как и поршневые) должны иметь одинаковую массу с соответствующим ее распределением между верхней и нижней головками шатуна.

В V-образных двигателях иногда используются сочлененные шатунные узлы, состоящие из спаренных шатунов. Основной шатун 8, имеющий обычную конструкцию, соединен с поршнем одного ряда. Вспомогательный прицепной шатун, соединенный верхней головкой с поршнем другого ряда, нижней головкой шарнирно крепится с помощью пальца к нижней головке основного шатуна.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации