блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун

Рассмотрим устройство двигателя автомобиля и его базовые части: блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения. 

Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок 

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.
Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр 

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке.  То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся: 

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал 

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Конструкция коленчатого вала состоит из несколько шеек (коренных и шатунных). Они соединены щеками, соединенных между собой щеками. Место перехода от шейки к щеке всегда является самым нагруженным у коленвала.

На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.
Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.
Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.

Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.

На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии. Источник: Ford.

Автомобильные двигатели

Большинство двигателей автомобилей многоцилиндровые. Это значит при работе используется два или несколько цилиндров и два или несколько поршней.  

Автопром выпускает машины с 2-; 3-; 4-; 5-; 6; 8-; 10- и 12-цилиндровыми двигателями. 
Чем больше цилиндров у мотора, тем больше возможностей для увеличения мощности двигателя. Если нужен двигатель, предназначенный для езды по бездорожью либо машина, развивающая сверхвысокие скорости, актуально именно устройство двигателя автомобиля, ориентированное на большое количество цилиндров. Устройство двигателя с большим количеством цилиндров обеспечивает отличную равномерность вращения коленчатого вала, ведь угол поворота коленчатого вала при 10, 12 цилиндрах – очень небольшой.

Но у 2-х цилиндровых двигателей есть другое преимущество: самые лучшие показатели топливной эффективности.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом.
Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания.

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания). Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода. Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.

4. Такт выпуска отработавших газов. Поршень движется снизу вверх. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Устройство двигателя автомобиля устроено так, что четыре такта повторяются циклично. Посредством маховика механическая энергия превращается во вращательное движение коленвала.

Обратите внимание на нашу программу для специалистов автосервиса Диагностика, обслуживание и ремонт автомобилей. Она актуальна для обучения мастеров по ремонту и обслуживанию автомобилей, а также специалистов, которые будут заниматься техническим обслуживанием и ремонтом двигателей, систем и агрегатов.

Являясь интегратором LMS Sensys, оперативно решим проблемы не просто с запуском отдельной программы, но и внедрением учебного портала. Обратите внимание, что мы ценим время каждого нашего клиента, и поэтому понимаем, насколько важна ценность и возможность использования LMS cразу в качестве учебного портала.

Как работает бензиновый двигатель

Бензиновые двигатели используют в автомобилях, маленьких летательных аппаратах, мопедах, мотоциклах, скутерах, катерах и лодках. Такое широкое распространение объясняется их дешевизной, простотой обслуживания, надёжностью и доступностью. 

Мощность бензинового двигателя составляет от 1 лошадиной силы для газонокосилок до 1 500 лошадиных сил для спортивных самолётов. Дальнейшее увеличение максимального числа нецелесообразно: возрастают изнашивание двигателя, его детонационные свойства и расход бензина. Особо мощные двигатели на бензине существуют, однако они имеют очень сложную в изготовлении и использовании структуру из цилиндров со звёздообразной компоновкой.

Рассмотрим работу четырехтактного бензинового двигателя. Каждый цилиндр оснащён впускным и выпускным клапанами, а внутри него с небольшим зазором движется поршень. Для перекрытия зазора в верхней части поршня устанавливаются компрессионные кольца, прижатые к поверхности цилиндра за счёт своей упругости.

Такт 1. Впуск

Первый такт работы двигателя называется впуск. Впускной клапан открывается, поршень движется вниз и создаёт в цилиндре пониженное давление, которое впускает воздух. Специальный инжектор впрыскивает расчётное количество топлива: это количество регулирует водитель через положение педали акселератора. Чем больше в цилиндр подаётся топлива, тем быстрее движется автомобиль: газы сгорания с повышенными скоростью и мощностью толкают поршень, возрастает мощность двигателя и скорость вращения коленчатого вала (обороты). После того, как поршень достигает нижней точки вращения, начинается второй такт – сжатие.

Такт 2. Сжатие

При сжатии выпускной клапан закрывается, и поршень сжимает топливно-воздушную смесь, двигаясь вверх. От сжатия смесь нагревается и бензин испаряется. Когда поршень достигает верхней точки движения (верхней метровой точки), в камере сгорания, между электродами свечи зажигания, создаётся высокое напряжение и мощная искра. Топливно-воздушная смесь воспламеняется, начиная третий такт работы бензинового двигателя – рабочий ход.

Такт 3. Рабочий ход

При такте рабочего хода нарастающая температура увеличивает давление над поршнем, двигая его вниз и передавая крутящий момент через шатун на коленчатый вал двигателя. Когда поршень достигает нижней метровой точки, начинается заключительный такт – выпуск.

Такт 4. Выпуск

В такте выпуска открывается выпускной клапан, поршень движется вверх, выдавливая отработавшие газы сгорания в выпускной коллектор. Достигая верхней точки вращения, поршень возвращается к первому такту работы двигателя – впуску – и цикл повторяется.

Бензиновые двигатели – классический вид тепловых двигателей. Их КПД определяется зависимостью давления от объёма (цикла Карно). Желание увеличить КПД ведёт к увеличению степени сжатия топливно-воздушной смеси, что приводит к ужесточению требований к детонационной стойкости бензинов.

Для увеличения КПД двигателей изобретены четырёхклапанные системы впуска и выпуска газов, маловязкие энергосберегающие масла, поршни из композитных материалов с малым коэффицентом теплового расширения. Главные достижения – это компьютеризированные системы управления впрыском топлива в цилиндры. Именно развитие таких систем и рост качества бензинов позволяет ужесточать требования к экологическим характеристикам бензиновых двигателей.

Подписаться на рассылку

Чтобы не пропускать свежие новости из мира нефтегазовой отрасли, подпишитесь на рассылку от информационного портала «НефтьРегион»

Подписаться на рассылку

Простое руководство по поршням двигателя —

Получите скидку 10 долларов на первое техническое обслуживание, подробности ниже.

Двигатель внутреннего сгорания внутри вашего автомобиля может показаться очень сложным и состоять из множества различных компонентов, обеспечивающих работу двигателя и процесса сгорания. Одним из таких компонентов является поршень двигателя. Двигатель вашего автомобиля будет иметь от четырех до двенадцати поршней, каждый из которых расположен внутри соответствующего цилиндра двигателя. Движение поршней является важной частью работы двигателя, и обеспечение их правильной работы является частью технического обслуживания двигателя вашего автомобиля. Давайте рассмотрим, что такое поршень двигателя и что он делает, а также общие проблемы, которые могут возникнуть с поршнями, и как их избежать и решить.

Что такое поршень и как он работает?

Поршень — это кусок металла, расположенный внутри каждого цилиндра вашего двигателя, который перемещается вверх и вниз, позволяя двигателю работать. Когда топливовоздушная смесь, питающая двигатель, поступает через систему впрыска топлива, движение поршня вниз сжимает его и вызывает реакцию внутреннего сгорания в двигателе. В результате реакции сгорания поршни возвращаются вверх, и вся эта сила передается от поршней к коленчатому валу через шатун. Сила сгорания вращает коленчатый вал, что позволяет передавать мощность двигателя трансмиссии, которая распределяет ее между колесами автомобиля.

По сути, поршни запускают процесс сгорания топлива и находятся в начале цепи передачи мощности двигателя, которая начинается с поршней и заканчивается на колесах. Без поршней не было бы ничего, собирающего мощность двигателя от реакции сгорания, и мощность вашего двигателя никогда не достигла бы колес.

Распространенные проблемы с поршнями

Несмотря на то, что поршни вашего двигателя долговечны и не требуют регулярного обслуживания, могут возникнуть проблемы, которые могут повлиять на общую производительность вашего двигателя, особенно в старых двигателях. Ниже приведены наиболее распространенные проблемы, которые могут возникнуть с поршнями вашего двигателя.

«Стук поршня»

«Стук поршня» — это название, данное шуму, который издают поршни, когда они изнашиваются. По мере износа поршней зазор между поршнем и цилиндром, в который он заключен, увеличивается. Когда этот зазор становится слишком большим, дополнительное пространство приводит к тому, что поршень начинает шуметь, создавая звук удара поршня. Это сигнал к замене поршней двигателя.

Изношенные поршневые кольца

Поршневые кольца наматываются вокруг поршня снаружи и необходимы для отвода тепла от поршня и рассеивания его вдоль охлаждающей стенки цилиндра. Они также создают герметичное уплотнение, которое предотвращает протекание моторного масла мимо поршня в камеру сгорания двигателя. Поршневые кольца со временем изнашиваются, и обычно вы можете заметить, что уплотнение прорвано, когда замечаете падение уровня моторного масла или белый дым, выходящий из выхлопной трубы.

Прогоревший поршень

Если в настройке автомобиля и компонентов двигателя будут допущены ошибки, в результате верхние части поршней могут подгореть. В тяжелых случаях в ваших поршнях также могут быть созданы отверстия. Обычно это происходит из-за грязной топливной форсунки или неправильного типа свечи зажигания, установленной в вашем автомобиле. Прогоревшие поршни значительно уменьшат выходную мощность вашего двигателя.

Треснувший поршень

Постоянное использование низкокачественного бензина приведет к растрескиванию поршней, что может повлиять на способность автомобиля работать вообще. Трещины на поршнях также могут быть признаком более серьезных проблем с автомобилем, таких как отказ системы рециркуляции отработавших газов (EGR).

Техническое обслуживание и ремонт поршней

Ремонт поршней является трудоемким и дорогостоящим, поскольку требует разборки и повторной сборки двигателя после завершения ремонта или замены. Лучший способ избежать проблем с вашим поршнем — профилактическое обслуживание остальной части вашего автомобиля, особенно двигателя.

Возможно, самая важная часть технического обслуживания двигателя — это регулярно менять моторное масло и фильтры. Для большинства автомобилей замена масла должна производиться каждые 5000–7500 миль, но дважды сверьтесь с рекомендациями производителя в руководстве пользователя, чтобы узнать точный интервал замены моторного масла и фильтра двигателя. Это предотвратит перегрев двигателя, что также предотвратит большую часть возможных проблем с поршнем.

В соответствии с теми же принципами предотвращения перегрева ваш антифриз всегда должен быть на надлежащем уровне. Возьмите за привычку регулярно проверять уровень охлаждающей жидкости и доливайте ее, когда уровень становится слишком низким. Возьмите свой автомобиль, чтобы промыть охлаждающую жидкость, когда вы заметите, что охлаждающая жидкость стала коричневой и грязной.

Наконец, техническое обслуживание свечей зажигания поможет предотвратить растрескивание поршней. Интервал замены свечей зажигания составляет примерно каждые 60 000 миль. Убедитесь, что вы установили правильный тип свечей зажигания для своего автомобиля — специалист по обслуживанию автомобилей сможет вам в этом помочь.

Закажите обслуживание и ремонт поршней через CarAdvise

Поскольку поршни являются такой важной частью двигателя, вы хотите, чтобы их обслуживание и ремонт выполнялись профессионалами, которым вы можете доверять. CarAdvise упрощает уход за автомобилем и гарантирует, что вы сэкономите деньги, когда записываетесь на техническое обслуживание через наше приложение. Пользователи CarAdvise экономят в среднем 25% на каждой встрече, и вы можете заказать услуги для своего автомобиля за считанные минуты!

Загрузите мобильное приложение CarAdvise и зарегистрируйтесь уже сегодня!

Поршни двигателя: как они работают?

Поршни являются основной частью поршневого двигателя внутреннего сгорания. Поршни двигателя обеспечивают передачу энергии между камерой сгорания и движущимся механизмом, соединенным с поршнями.

В этой статье рассказывается о функциях поршней, их конструкции, материалах и силах, которые они должны выдерживать.

Содержание

• Назначение поршней двигателя
• Конструкция поршней двигателя
• Типы поршней
• Разница Высота поршней
• Материал поршней двигателя

Поршни двигателя Назначение

3D-модель работающего двигателя V8. Поршни и другие механические части находятся в движении. / stock.adobe.com

Поршни двигателя внутреннего сгорания являются одним из самых нагруженных компонентов двигателя. Им приходится выдерживать большие нагрузки, вызванные очень высокими температурами (примерно 2000°C или 3600°F ) и высоким давлением, которое в дизельных двигателях даже выше, чем в бензиновых. Таким образом, поршни нагружаются главным образом давлением и температурой.

Статья по теме — Коленчатый вал: для чего он нужен и какие силы он должен выдерживать?

Кроме того, поршни двигателя внутреннего сгорания должны вращать коленчатый вал с помощью шатунов и захватывать своей поверхностью давление расширения газов. Другая задача поршней — отделить камеру сгорания от камеры коленчатого вала.

Поршни должны хорошо герметизироваться, но не слишком сильно, чтобы оставался зазор между юбкой поршня и стенкой цилиндра. Поршни должны быть меньше цилиндра (сотни миллиметров) — иначе они могут заклинить или треснуть. Это связано с тепловым расширением материалов.

Анимация работы поршня / R. Castelnuovo

Посмотрите внимательно на анимацию движения поршня вверху и обратите внимание на крошечный зазор между юбкой поршня и стенкой цилиндра. Два ряда на поршне представляют собой поршневые кольца, расположенные ближе к стенке, чем сам поршень.

Поршни двигателя Конструкция

Поршень двигателя / pixabay.com, лицензия: Pixabay лицензия

Поршень двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких частей:

1. Головка/головка поршня

2. Юбка поршня

3. Поршневой палец или поршневой палец

4. Поршневые кольца

1. Головка поршня

Головка поршня, известная как головка поршня, это поверхность над поршнем. Он должен выдерживать очень высокие температуры и давление в камере сгорания.

2. Юбка поршня

Юбка поршня представляет собой цилиндрическую стенку поршня и должна оставаться смазанной во время работы двигателя, т. е. при движении поршня вверх и вниз. Для удержания смазки поверхность юбки поршня слегка шероховатая.

3. Поршневой палец

Поперечный разрез поршня Энди Дингли (сканер)

Поршневой палец известен как поршневой палец или поршневой палец. Это короткий полый стержень, обычно изготавливаемый из высокопрочного и твердого стального сплава. Этот штифт соединяет поршень с шатуном, а также обеспечивает подшипник для шатуна.

Статья по теме — Шатун: какова его функция?

Конструкция поршневого пальца имеет решающее значение для работы двигателя, особенно в небольших высокооборотных автомобильных двигателях. В этих двигателях поршневой палец должен выдерживать высокие нагрузки и напряжения при работе на высоких оборотах.

4. Кольца поршневые

Кольца поршневые / Jaeyoungchoi77, лицензия: Creative Commons CC BY-SA 3.

Поршень оснащен кольцами для герметизации цилиндра и предотвращения потери компрессии и утечки масла. Поршневые кольца размещены в поршневых канавках с определенным зазором для обеспечения надлежащей смазки юбки поршня и стенок цилиндра.

Статья по теме — Поршневые кольца: каковы их функции и типы?

Обычно на один поршень устанавливаются от двух до трех поршневых колец. Есть два типа поршневых колец:

• Компрессионное кольцо — Два верхних кольца (только одно, если поршень имеет только два кольца) уплотняют камеру сгорания, прижимаясь к стенке цилиндра.

• Маслосъемное кольцо Нижнее кольцо, известное как маслосъемное кольцо, выполняет три функции: регулирует подачу моторного масла в цилиндр, смазывает юбку поршня и предотвращает попадание избыточного масла в камеру сгорания.

Поршень: A — Полость охлаждения; B — Канал подачи масла / Abouttools

Типы поршней

Существует три типа поршней, каждый из которых имеет различную форму и функцию: плоский, куполообразный и тарельчатый.

Поршни с плоским верхом

Поршни с плоским верхом имеют плоскую верхнюю поверхность, что позволяет им создавать максимальное усилие и обеспечивать эффективное сгорание. Однако они могут создавать слишком большую компрессию для небольших камер сгорания.

Купольные поршни

Купольные поршни, с другой стороны, имеют пузыри в середине, как верх стадиона, что увеличивает площадь поверхности, доступную на верхней части поршня. Эта конструкция увеличивает степень сжатия, хотя конструкция купольного поршня может варьироваться. Некоторые купольные поршни страдают медленным горением.

Поршни чаши

Поршни чаши противоположны купольным поршням и, как следует из названия, имеют форму чаши или тарелки со слегка загнутыми внешними краями. Такая конструкция помогает избежать детонации, так как снижает степень сжатия за счет увеличения объема камеры сгорания. Эти поршни обычно используются в двигателях с турбонаддувом или наддувом.

Разница Высота поршней

Поршень с нагаром и шатун / stock. adobe.com

Помимо прочего, высота поршня приводит к различным свойствам. Высокий поршень тяжелее низкого. В высокооборотных двигателях используются гораздо более короткие поршни, чем в обычных двигателях именно из-за их меньшего веса.

Бензиновые двигатели обычно имеют поршни с более коротким ходом, чем дизельные двигатели. Следовательно, поршень бензинового двигателя обычно завершает свой ход за более короткое время, чем поршень дизельного двигателя. Однако бензиновые двигатели имеют более низкий КПД, чем дизельные двигатели, из-за более низкой степени сжатия.

Недостатком очень коротких поршней является повышенный расход моторного масла, поскольку такой поршень не может полностью герметизировать камеру сгорания.

Связанная статья — Объяснение классификации моторных масел

Материал поршней двигателя

Поршни часто изготавливаются из сплава алюминия, кремния, меди, никеля и магния, но могут использоваться и другие материалы. Поршни, используемые в гонках, намного прочнее, чем поршни двигателей легковых автомобилей, а их вес намного меньше, что позволяет достигать высоких оборотов двигателя.