Поршень в машине: Поршень — Википедия – что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

Содержание

что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

В статье подробно рассмотрены ключевые детали автомобильного двигателя – поршень и цилиндр. Уделено внимание их конструкции, функциям, условиям работы, возможным проблемам при эксплуатации и путям их решения.

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого ДВС. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.

Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее ДВС.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Конструкция поршня

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных ДВС отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

Поршни и поршневые кольца

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.

Шатун


Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными ДВС, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр» существенно снижаются.

Из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем) производятся сегодня поршневые кольца – части ЦПГ, которые наиболее подвержены износу и деформациям.

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС

.

Набор из антифрикционного покрытия MODENGY Для деталей ДВС и Специального очистителя-активатора MODENGY


Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя при температуре, достигающей +2000 °С, сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.

Хонингование цилиндра

Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

  • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
  • Посадочные места под гильзу деформируются
  • Днища поршней оплавляются и прогорают
  • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
  • На теле поршней возникают различные деформации
  • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
  • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

Измерение компрессии в двигателе

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. – все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.

Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывала свой ресурс полностью, рекомендуется:

  • Использовать моторное масло, рекомендованное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допуская его перегрева и холодного запуска
  • Регулярно проводить диагностику автомобиля
  • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

В процессе работы поршни испытывают экстремально высокие давления, нагрузки и температуры. Выдержать такие условия им помогают особопрочные конструкционные материалы и специальные антифрикционные покрытия.

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Двигаясь внутри цилиндра возвратно-поступательно, он воспринимает давление активно расширяющихся и сильно разогретых газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, и передает ее на шатун.

Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:

  • Высокой механической прочностью
  • Хорошей теплопроводностью
  • Малой плотностью
  • Незначительным коэффициентом линейного расширения
  • Антифрикционными свойствами
  • Коррозионной устойчивостью

Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производят путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.

Устройство поршня ДВС

Стандартный поршень автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: днища, поршневых колец и направляющей (юбки).

Конструкция поршня

Рассмотрим каждый компонент подробнее.


Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.

Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных ДВС, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.

Существуют также автомобили, в которых установлены поршни с толщиной днища меньше стандартной – например, в некоторых моделях Honda она составляет 5,5-6 мм.

Днища некоторых поршней в целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания подвергаются твердому анодированию: на верхний слой алюминия накладывается керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Поршневые кольцаМаслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.

Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.

Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Диаметр уплотняющей части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неодинаковым нагревом этих зон – в районе колец он больше. Минимальный диаметр жарового пояса позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках.

Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.


Направляющая часть

Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.

Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.

В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые холодильники.

Юбка поршня

Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе ДВС. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.

Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.

В последнее время большую популярность не только в промышленности, но в частном использовании приобрело антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС. Оно предназначено не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулок пальцев, распредвалов, дроссельной заслонки.

MODENGY Для деталей ДВСДанное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.

Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве.

Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.

Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.

MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.

Причины износа поршней

При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы ДВС, подвержены износу и возникновению неисправностей.

О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:

  • Повышенный расход моторного масла и топлива
  • Выделение из выхлопной трубы синего дыма
  • Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
  • Снижение мощности двигателя и т.д.
  • Нагар на свечах зажигания

При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.

Трещина и нагар на днище поршняТак, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.

Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.

К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.

Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.

Радиальный износ поршня возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступа поршня.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршня продуктами износа, образующимися во время приработки ДВС.

Задиры на юбке поршняПовреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т.д.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением неподходящей ОЖ, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.

Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.


Костромской завод автокомпонентов

Срок службы автомобильного мотора во многом зависит от совокупности зазоров в подшипниках скольжения – между вкладышами и коленвалом, между опорными втулками и распредвалом, а также – от состояния цилиндро-поршневой группы. Хорошая компрессия обеспечивает двигателю хорошую мощность, высокую экономичность, легкий запуск. Именно хорошая ЦПГ надолго сохраняет в хорошо сконструированном двигателе хорошую компрессию, но при условии эксплуатации автомобиля на хороших маслах и с хорошим воздушным фильтром. В двигателе должно быть как можно больше хорошего.
Какой производитель не делал бы поршневую группу, она все равно состоит из основных деталей комплекта «поршень–гильза–кольца». А вот разница в качестве ЦПГ и, соответственно, в ресурсе двигателя складывается из мельчайших технологических нюансов. Не каждому заводу по силам такое внимание к мелочам.

Поршни

У компании «Мотордеталь» есть свой небольшой научно-технический центр, занимающийся адаптацией технологий, предоставленных партнером – германской компанией Kolbenschmidt, а также разработкой своих оригинальных сплавов для поршней и гильз, покрытий для них, «привязкой» разработок к конкретным двигателям. Часть сплавов для поршней являются лицензионными, но есть и разработанные специалистами завода «Мотордеталь». Чем больше кремния содержит алюминиевый сплав, тем меньше его коэффициент термического расширения, тем выше и износостойкость отлитой детали. К примеру, для поршней некоторых двигателей в Костроме применяют не эвтектический сплав АК 12, а заэвтектические сплавы АК18 и АК21. Причем применяя современные сплавы для поршней, нет необходимости заливать в них для «лучшей формы» терморегулирующие вставки, как это делалось, например, для «вазовских» или двигателей Ульяновского моторного завода. Поршень без стальной вставки получается легче, более однородной структуры. Оборотная сторона применения высококремнистых сплавов – сложность механической обработки. Не всякий резец пригоден для таких сплавов, времени и электроэнергии на каждую операцию уходит больше, но это уже проблема изготовителя поршневой группы. Поэтому для изготовления современной, высококачественной ЦПГ нужны хорошие станки, хороший режущий инструмент и неизбежна модернизация производства. Фактически на протяжении последних пятнадцати лет, из года в год, «Мотордеталь» обновляет оборудование и переводит производство на современные технологии. Литье поршней для бензиновых моторов диаметром от 76 до 105 мм идет на автоматической линии с импортным оборудованием – его поставили итальянские компании Ergo и Costaka. Между тем осваивать производство новой номенклатуры поршней для двигателей иномарок – сложно и недешево. Дорогостоящая специализированная оснастка нужна именно для отливки заготовки в металлическую форму – кокиль. Кроме того, и для обработки поршня оборудование получается сложнее и дороже, чем для гильзы.
Одна из самых изнашиваемых зон на поршне – канавка под верхнее поршневое кольцо. Обычно для увеличения ресурса на поршнях высокофорсированных дизелей (КАМАЗ, ЯМЗ, ММЗ и двигатели иномарок) в форму для отливки устанавливается износостойкая нирезистовая вставка (из жаропрочного чугуна), в которой после обработки и формируется более стойкая к износу канавка. Тем самым обеспечивается стабильность торцевого зазора сопряжения кольцо–канавка поршня, при хороших кольцах сокращается расход масла на угар. Нирезистовая вставка применяется для двигателей КАМАЗ всех поколений, для семейства V-образных двигателей ЯМЗ, для высокофорсированных версий минских моторов ММЗ Д-260 и ММЗ Д-245. Для низкофорсированных дизелей нирезистовую вставку не используют: в основном это тракторные «атмосферные» ММЗ Д-240, Д-65 и некоторые другие моторы. Такая поршневая идет в том числе и на вторичный рынок – для ремонта двигателей. В 2010 году на «Мотордетали» запустили японскую линию Takisawa по производству нирезистовых вставок. Их делают в Костроме из так называемой маслоты центробежного литья – получается этакая чугунная труба, которую потом разрезают на кольца, обрабатывают в требуемые размеры.
В отлитых заготовках поршней важно четко отслеживать микро- и макроструктуру сплава, его химсостав, твердость и отсутствие пористости. Для этого у нескольких отливок из партии вырезают «пробники» сплава (их называют темплетами) и затем отправляют в лабораторию. У поршней с нирезистовой вставкой проверяют, и насколько качественно залито это чугунное кольцо.
После литейки поршни поступают в шахтные газовые печи на термообработку, для снятия напряжений, кроме того, после этой операции увеличивается твердость алюминиевого сплава. Печи – немаленькие, высотой 5 метров, в каждую вертикально загружают пять стальных «корзин», доверху заполненных поршнями.
Самые современные обрабатывающие линии в Костроме – для поршней бензиновых двигателей-иномарок, сборку которых организовали в России. Это моторное производство Renault и Nissan в Тольятти, Volkswagen в Калуге и Ford – в Елабуге. Здесь «Мотордеталь» стала первой компанией в России, которая реализовала локализацию деталей двигателей для иномарок – выиграли сложный тендер. Сегодня эти поршни уже поставляются на конвейеры моторных заводов. Теперь «Мотордеталь» занимается совершенствованием производства деталей для дизельных двигателей, доводит технологии до жестких европейских стандартов. Геометрию обработанного поршня контролируют по нескольким десяткам точек, затем опять идет контроль пористости металла. Несколько раз в смену с каждого обрабатывающего центра один из готовых поршней подвергают микрометрированию – теперь уже анализируют получившийся размер. Это позволяет отследить изменения настройки оборудования, своевременно подрегулировать его.
Интересно, что не на все модели и марки двигателей поршни изготавливают вплоть до последней операции – укладки в упаковочную коробку. К примеру, для Ульяновского моторного завода на двигатели ­УМЗ-421 поставляют заготовки: с формированием базовых поверхностей под дальнейшую обработку – с «черновой» расточкой юбки и днища. Все остальное делают уже в Ульяновске.
Среди обрабатывающих линий есть и «роботы» известной компании Kuka. Часто оборудование Kuka используется как сварочные «роботы» при производстве автомобильных кузовов и кабин. В Костроме им доверены монотонные операции по обрезке литников, а также загрузка и выгрузка.
Компания «Мотордеталь» была одной из первых в России, кто начал наносить антифрикционное полимерно-графитное покрытие на юбку поршня. Не знаю кому как, но мне костромские поршни с черненой юбкой впервые попались на глаза где-то в начале 2000-х годов. Уже и не припомнить, то ли это были поршни для ВАЗ, то ли для ЗМЗ. Кстати и тогда (что было объяснимо), и сейчас (что уже удивляет) находятся продавцы в магазинах запчастей или специалисты сервисных центров, которые называют это покрытие «тефлоном». Видимо, по аналогии с той сковородой, на которой жена жарит яичницу и котлеты… На самом деле дюпоновский тефлон это наш Фторопласт-4, и они не имеют никакого отношения к патентованным покрытиям для поршней. А если судить по названиям Molykote и Molydag, то там должен быть антифрикционный материал – дисульфид молибдена. Однако это графитное покрытие. Сейчас у «Мотордетали» все поршни – и для бензиновых двигателей, и для дизелей – идут с черненой юбкой. Наносится покрытие на специальном автомате методом трафаретной печати, обеспечивающей заданную толщину покрытия до микронной точности.
Причем теперь в Костроме вышли на более высокий технологический уровень: в России покрытия Molykote и Molydag на поршни теперь не наносит только ленивый, а новое – NanofriKS, разработанное компанией Kolbenschmidt (обратите внимание на буквы KS в обозначении покрытия), есть только у «Мотордетали». Как говорят на заводе, этот инновационный состав сокращает коэффициент сухого трения более чем на 50% по сравнению с ранее используемыми покрытиями и, следовательно – износ в пятне контакта. Тем самым повышается механический КПД двигателя, улучшается экономичность, исключается вероятность повреждения поршня при запуске мотора в морозы и «прихватывания» при кратковременном перегреве, улучшается приработка поверхностей.
Новая финишная технология для поршня – создание на поверхностях трения пористой структуры, в которой удерживается масло. Для этого поршень с полным погружением фосфатируют в особых ваннах, обтравливая его фосфатами железа, марганца, цинка и кадмия. Образуются два слоя: первый – эластичный, при этом прочно связанный с основным металлом поршня, и второй – кристаллический, но твердый. В результате на 30% снижается трение, в 10 раз повышается коррозионная стойкость, которая важна для жарового пояса и днища поршня, а маслоемкость увеличивается в 3-4 раза. Из-за того что алюминий при фосфатировании становится темно-серым, костромским поршням, изготовленным по этой уникальной для России технологии, дали название Black Edition. Кроме того, есть еще одно передовое технологическое решение – анодирование канавки верхнего компрессионного кольца. Если для поршней дизелей в канавке верхнего поршневого кольца используется износостойкая нирезистовая вставка, то для менее форсированных двигателей и для бензиновых моторов в этой части поршня применяют анодирование. Это электрохимическое покрытие серого цвета, которое тоже очень прочно держится на алюминии. Известно, что оксид алюминия обладает почти в 3 раза более высокой твердостью по сравнению с поверхностью, не подверженной анодному оксидированию. Благодаря этому износостойкость канавки под верхнее компрессионное кольцо увеличивается в 1,5-2 раза.

Поршневая машина — это… Что такое Поршневая машина?


Поршневая машина
        устройство, в котором основные функции по преобразованию энергии рабочего тела (См. Рабочее тело) выполняет Поршень. При его движении вместе с изменением объёма камеры, которую он образует с цилиндром П. м., изменяются параметры (давление, температура и др.) рабочего тела. При работе П. м. энергия рабочего тела может понижаться (Двигатель) или повышаться (Насос, Компрессор и т.п.). Впуск и выпуск рабочего тела в цилиндр П. м. регулируются распределительным устройством (см. Газораспределение, Парораспределение) с помощью клапанов, золотников или самого поршня (см. Двухтактный двигатель).          Для П. м. характерна цикличность и прерывистость рабочего процесса (см. Цикл двигателя). В большинстве П. м. поршень связан с коленчатым валом кривошипным механизмом (См. Кривошипный механизм), с помощью которого возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала (или наоборот). Из-за цикличности рабочего процесса и наличия кривошипного механизма П. м. не так быстроходны, как лопаточные машины (См. Лопаточная машина), они имеют большую удельную массу и большие потери на трение. Находят применение бесшатунные П. м., в которых преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется силовым бесшатунным механизмом, а также роторно-поршневые П. м. с вращательным движением поршня (см. Ванкеля двигатель). В некоторых случаях возвратно-поступательное движение поршня П. м.-двигателя непосредственно используется для приведения в действие поршня П. м.-исполнителя (см. Паровой насос) или же двигатель и исполнитель компонуются в одной многоцилиндровой П. м. (см. Мотокомпрессор). Использование в П. м. в качестве поршня Плунжера позволяет осуществить работу насосов при повышенных давлениях. П. м. просты в управлении, экономичны, надёжны и долговечны. Сведения по истории развития и технические характеристики П. м. см. в статьях об отдельных видах П. м. (например, Автомобиль, Паровая машина, Дизель и др.).

         Ц. Ф. Кайдаш.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Поршнев Борис Федорович
  • Поршневое кольцо

Смотреть что такое «Поршневая машина» в других словарях:

  • ПОРШНЕВАЯ МАШИНА — (Reciprocating engine) см. Паровая машина. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • ПОРШНЕВАЯ МАШИНА — устройство, в котором преобразование энергии рабочего тела (газа, пара или жидкости) осуществляется с помощью поршня, перемещающегося в цилиндре, причем энергия рабочего тела может понижаться (двигатель) или повышаться (компрессор, насос и т. д.) …   Большой Энциклопедический словарь

  • поршневая машина — Устр во, в к ром осн. ф ции по преобразованию энергии рабочего тела выполняет поршень. При его движении вместе с изменением объема камеры, к рую он образует с цилиндром п. м., изменяются параметры (давление, темп pa и др.) рабочего тела. При… …   Справочник технического переводчика

  • поршневая машина — устройство, в котором преобразование энергии рабочего тела (газа, пара или жидкости) осуществляется с помощью поршня, перемещающегося в цилиндре, причём энергия рабочего тела может понижаться (двигатель) или повышаться (компрессор, насос и т. д.) …   Энциклопедический словарь

  • поршневая машина — stūmoklinė mašina statusas T sritis Energetika apibrėžtis Mašina, kurios cilindre judančiu stūmokliu verčiama darbinės medžiagos (dujų, garo arba skysčio) potencinė energija: ji mažėja, virsdama mechaniniu darbu (garo mašina, vidaus degimo… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • поршневая машина — [piston machine] устройство, в котором основные функции по преобразованию энергии рабочего тела выполняет поршень. При его движении вместе с изменением объема камеры, которую он образует с цилиндром поршневой машины, изменяются параметры… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • ПОРШНЕВАЯ МАШИНА — устройство для преобразования энергии рабочего тела (газа, пара или жидкости) с помощью поршня, совершающего возвратно поступат. движение в цилиндре. При движении поршня объём, занимаемый рабочим телом, периодически меняется вместе с др.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ПАРОВАЯ МАШИНА, ПОРШНЕВАЯ МАШИНА — (Steam engine, reciprocating engine) машина, у которой прямолинейно возвратное движение поршня в паровом цилиндре преобразуется во вращение коленчатого вала с помощью механизма, состоящего из шатуна и мотыля. Работа, развиваемая на валу,… …   Морской словарь

  • машина для литья под давлением — [pressure die casting machine] литейная машина, которая обеспечивает подачу расплава в металлическую форму под определенным давлением с последующей выдержкой до затвердевания. По типу привода машины подразделяют на гидравлические, поршневые и… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • Поршневая отсадочная машина — 66. Поршневая отсадочная машина Отсадочная машина, в которой колебание жидкости создается возвратно поступательным движением поршня Источник: ГОСТ 25006 81: Оборудование обогатительное. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?

Средняя скорость, и какой она бывает

Для понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.

Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.

От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.

Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.

От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.

Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы

Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.

Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.

При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.

Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.

На фото: двигатель Nissan Qashqai

Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.

Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.

Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.

Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.

Длинноходный прогресс

90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.

А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.

Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.

В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.

На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI

Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.

В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.

Дизели

Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.

На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI

В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.

Оборотная сторона

Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.

Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.

А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.

Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.

На фото: двигатель Renault Latitude

Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.

Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.

Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.

Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.

Mercedes-AMG CLA 45 Shooting Brake (X 117) 2014На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC

Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.

Конец спорам

Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.

Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.

Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».

Из каких металлов изготовлены поршни двигателя

Все современные поршни двигателя выполнены из алюминиевого сплава. Сплав ведет себя несколько иначе при использовании в соответствии с тем, как производится поршень, поэтому важно понимать процесс изготовления. До 1970-х годов тема броска по сравнению с коваными поршнями часто обсуждалась; с тех пор достижения в области технологий сделали дискуссию все, кроме излишней, повседневной.

Эволюция материала поршня

В оригинальных двигателях внутреннего сгорания сталь использовалась для изготовления поршней. Алюминиевый сплав занял очень рано. Самые ранние алюминиевые поршни были подвергнуты значительному расширению и сокращению из-за рабочего тепла, и конструкция была развита так, что стальные кольца, называемые стойками, были сформованы в стенах, чтобы уменьшить проблему. Этот тип поршня был распространен до 1960-х годов, когда введение кремния в сплав сделало излишним износ. Большинство современных поршней изготовлены из примерно 25% силикона. Ранний алюминиево-силиконовый сплав был известен своей хрупкостью; случайное падение одного из высоты скамейки обычно приводило к трещине, которая была в лучшем случае дорогой и в худшем случае невозможна для ремонта. Добавление никеля в сплав уменьшает хрупкость, но увеличивает отношение веса к массе.

Конструкция поршня

Поршни имеют девять частей и секций. Верхняя часть поршня правильно называется короной; ниже это кольцевые канавки, в которые установлены поршневые кольца. Приподнятые области между кольцевыми канавками называются землями. Ниже кольцевого узла находится отверстие поршня. Поршневой штифт, называемый «штырем запястья» в отрасли, говорит — проходит через это отверстие и проходит через шатун. Вокруг поршневого пальца расположены штыревые выступы, которые поддерживают его концы. Нижняя часть поршня называется юбкой.

Литые поршни

Литой поршень отформован из расплавленного алюминиевого сплава, который вытягивается вакуумом в стальные штампы; для завершения получаемого поршня необходима минимальная механическая обработка. Процесс называется «литье под действием силы тяжести». Форма и толщина стенки полностью контролируются, но процесс дорог.

Кованые поршни

Кованый поршень изготавливают первым, помещая слиток нагретого алюминиевого сплава в женскую форму; после этого в пресс-форму выталкивают баранку для штамповки металла в затвор поршня. Затем заготовка проходит множество операций механической обработки; единая ковка, как правило, создает заготовку, которая может быть обработана многочисленными размерами поршня для самых разных транспортных средств.

Сравнения

Литье было оригинальным методом производства поршней; ковка появилась позже в качестве альтернативы. Процесс ковки сжимает молекулы сплава на короне, делая металл более плотным и, следовательно, лучше выдерживает экстремальные температуры. Это является существенным преимуществом, поскольку коронка подвергается воздействию большего количества тепла, чем любая другая часть двигателя, кроме свечи зажигания.

Практическое применение

Литые поршни выполнены в замысловатых штампах, которые определяют их формы как внутри, так и снаружи; это позволяет обеспечить равномерную и постоянную толщину стенки, которая сдерживает массу поршня до минимума. Процесс установки штампов является дорогостоящим, поэтому литые поршни обычно изготавливаются только для нескольких применений и для удовлетворения крупных производственных требований. Кованые поршни имеют относительно грубую внутреннюю форму после штамповки, определяемую только тем, что баран вбивается в слиток, а затем убирается. Это обычно означает значительную поворачиваемость и ручную отделку. С помощью этого метода достигаются более жесткие допуски. По этим причинам рабочие поршни почти всегда подделываются, в то время как поршни OEM-spec отливаются. Купить инструмент для ремонта двигателя

Перевод itstillruns

Цилиндр (двигатель) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 января 2019; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 января 2019; проверки требуют 2 правки. Цилиндр и головка цилиндра двигателя воздушного охлаждения (мотоцикл «Москва» М1А). Гильза цилиндра

Цили́ндр поршневого двигателя внутреннего сгорания представляет собой рабочую камеру объемного вытеснения.

Работа двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр в сборе с головкой и шатунно-поршневой группой.

Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются отдельно:

  • внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра
  • наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

В подавляющем большинстве случаев рубашки цилиндров выполняются в виде одной отливки для всего ряда цилиндров и называются блоком цилиндров. Рубашки и корпус блока цилиндров изготавливают обычно из того же материала, что и станина двигателя.[1] Блоки цилиндров в большинстве случаев не имеют вставных гильз, отливаются целиком.[2]

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра является рабочей и называется зеркало цилиндра. Она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование)[3] с высокой точностью и имеет очень высокую чистоту. Иногда на зеркало цилиндра наносят специальный микрорельеф, высота которого составляет доли микрометров. Такая поверхность хорошо удерживает масло и способствует снижению трения боковой поверхности поршня и колец о зеркало цилиндра[4]. В современных конструкциях поверхность часто подвергают отбеливающему переплаву лазером с образованием слоя белого чугуна высокой твёрдости. Высокий ресурс[5] таких цилиндров не требует ремонтных размеров.[6]

Гильзы отливают[7] из чугуна высокой прочности или специальных сталей. Существует варианты гальванического покрытия хромом или никосилом алюминиевого цилиндра (объединённого конструктивно с головкой) на двигателях небольшой размерности.[8][9]

Цилиндры двухтактных двигателей отличаются по конструкции от цилиндров 4-х тактных двигателей наличием выпускных и продувочных окон[10]. Кроме того, у цилиндров двухтактных двигателей двойного действия имеется в наличии нижняя крышка для образования рабочей полости под поршнем[11].

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о