функции, принцип работы и конструкция

Деталь, без которой не может работать двигатель внутреннего сгорания, — это поршень. Как он устроен, и какие проблемы с ним возникают чаще всего?

Содержание

• Что такое поршень двигателя, и принцип работы
• Из какого материала производятся поршни
• Конструкция поршня
• Причины износа поршней двигателя

Большинство автолюбителей знают, как работает двигатель внутреннего сгорания. Химическая энергия, содержащаяся в топливе, питающем двигатель (дизельное топливо, бензин и т. д.), преобразуется в механическую и тепловую энергию в процессе сгорания. При этом в камере сгорания образуются газы высокой температуры и давления, которые воздействуют на головку поршня. Они заставляют его перемещаться к нижней мертвой точке (рабочий ход).

В четырехтактных двигателях описанный процесс происходит поочередно. В результате поршневая пара 1—3 находится в нижней мертвой точке, а поршневая пара 2—4 — в верхней мертвой точке (она воспламеняется, сжигает топливно-воздушную смесь и толкает ее к нижней мертвой точке).

Возвратно-поступательный поршень крепится поршневым пальцем к шатуну. Он получает механическую энергию от смеси, сгоревшей в цилиндре. Большинство поршней двигателя изготовлено из сплавов алюминия и кремния. К материалам для изготовления поршней предъявляются высокие требования:

• прочность материала при высоких рабочих температурах;
• высокое сопротивление усталости;
• определённая теплопроводность;
• низкий коэффициент теплового расширения;
• низкая удельная масса;
• устойчивость к абразивному износу;
• устойчивость к коррозии.

При производстве поршней делаются два выбора. Первый (габариты) позволяет выбрать поршень, обеспечивающий оптимальный зазор пары поршень-цилиндр. Второй, в зависимости от массы, состоит в подборе такого поршня, чтобы балансировка системы поршень-кривошип была максимально простой.

Поршень имеет головку, опору ступицы, опору поршневого пальца, кольцевую часть и опорную часть.

Днище

Форма днища зависит от требуемых характеристик камеры сгорания. Самое простое решение — плоское днище. В двигателях с искровым зажиганием, а также в двигателях с воспламенением от сжатия с раздельными камерами сгорания используются слегка выпуклые формы днища, так как они увеличивает жесткость конструкции. Поднутрение в головке поршня используется не для придания формы камере сгорания, а для защиты ее от контакта с клапанами и для направления потока газов, образующихся в процессе сгорания.

Ступица используется для установки поршневого пальца. Как правило, она находится в центре тяжести поршня. Поршневой палец соединяет шатун с поршнем и передает силу, создаваемую газообразными продуктами сгорания, к оси шатуна. Из-за высоких температур в камере сгорания, действующих сил, переменных нагрузок и необходимости смазки для поршней используются разные материалы (например, цементационная сталь 15H, 15N, сталь 38HN для улучшения нагрева или азотированная сталь 38 HMJ).

Поршневые кольца

Основные размеры поршневого пальца определяются на основании расчетов на прочность и выбираются, исходя из действующих стандартов.

Кольцевая часть поршня находится в его верхней части. Двухтактные двигатели имеют 1-4 поршневых кольца, а четырехтактные — 2-4 кольца (обычно используются три).

Количество используемых поршневых колец зависит, среди прочего, от степени сжатия.

Первое поршневое кольцо уплотняет цилиндр. Оно называется уплотнительным (компрессионным). Оно герметизирует камеру сгорания и предотвращает попадание газов в блок цилиндров. Из-за своего расположения кольцо подвержено коррозии и воздействию самых высоких рабочих температур. До 70% тепла передается к цилиндру через компрессионное кольцо. Обычно оно имеет прямоугольную или бочкообразную форму.

Бочкообразное кольцо имеет изогнутую рабочую поверхность для смазки, которая снижает вероятность исчезновения масляной пленки из-за чрезмерного давления на цилиндр.

Кольцо, расположенное в нижней части поршня, называется собирающим (масляным). Оно используется для удаления излишков масла со стенок цилиндра при движении. Масло возвращается через зазоры в кольце и поршне в блок цилиндров (в двухтактных двигателях это кольцо не используется, так как масло подается вместе с топливом и его сгорание является преднамеренным).

Собирающее кольцо имеет две рабочие поверхности, между которыми имеются овальные или круглые отверстия, через них собранный излишек масла поступает к блоку двигателя. Многие масляные кольца используют расширяющуюся пружину для увеличения давления на стенки цилиндра.

Между уплотнительным и собирающим кольцами находится также компрессионно-собирающее кольцо. Его задача — улавливать газы, прошедшие через уплотнительное кольцо, и соскребать излишки масла с поверхности цилиндра. Оно имеет особую форму рабочей поверхности.

Некоторые кольца имеют так называемый нос, то есть разрез, благодаря которому они лучше оттирают смазочное масло. Неправильная установка компрессионно-собирающего кольца приводит к увеличению расхода масла.

Поршневые кольца герметизируют камеру сгорания. Они должны иметь возможность упруго регулироваться под воздействием высокой температуры. Они имеют точно заданную форму, так как необходимо, чтобы они плотного прилегали к стенкам цилиндра для обеспечения герметичности. Соответствующая форма поршневых колец достигается за счет овализации.

Чаще всего поршневые кольца изготавливаются из серого чугуна. Этот материал используется из-за простоты подгонки к стенке цилиндра. Его можно покрыть другими материалами для увеличения прочности.

Трещины на головках поршней и на поршневых кольцах из-за термического износа являются обычной проблемой. Развитие автомобильной промышленности в последние годы привело к тому, что эффективность поршней и поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания зависит в первую очередь от долговечности используемых материалов. Условия эксплуатации привода также являются важным фактором. Вероятность отказа двигателя увеличивается с усилением тепловых нагрузок, связанных с ростом производительности (например, за счет увеличения степени сжатия, номинальной мощности, наддува или из-за использования более двух клапанов на цилиндр).

Конструкционные и эксплуатационные факторы влияют на деградацию материала, используемого в поршнях. В зависимости от перечисленных факторов можно указать следующие виды износа:

• износ из-за трения,
• износ, вызванный повреждением материала (действие переменных механических и термических нагрузок),
• процесс коррозии (изменение физико-химических свойств верхнего слоя материала),
• эрозионный (в результате динамического воздействия газообразной или жидкой среды).

Очень часто трещины вызывают зазубрины, образованные краями углублений клапана. Такие повреждения могут привести, в частности, к нарушениям в процессе горения топливно-газовой смеси или к снижению герметичности камеры.

В двигателях с форкамерным впрыском наиболее распространенным дефектом является растрескивание головки поршня.

Температура на краю поршня в зоне камеры сгорания может быть чуть более 380°C . В случае контакта с жидкостью создаются экстремальные условия, которые могут вызвать трещины или необратимую деформацию поршня. Такое повреждение днища может быть причиной, например, попадания воды или топлива в камеру сгорания.

Еще одна причина повреждения поршня — его тепловая перегрузка. Она может произойти, если масло меняют слишком редко (в автомобилях с двигателем с воспламенением от сжатия его следует менять примерно раз в год; в автомобилях с двигателем с искровым зажиганием — примерно каждые 1,5 года). Это также может привести к засорению форсунок охлаждения моторного масла.

От 40 до 50% механических потерь в двигателе внутреннего сгорания — это потери из-за трения колец и поршня о поверхность подшипника цилиндра. По этой причине размеры поверхности трения колец уменьшаются (при неизменном давлении). Это приводит к снижению эластичности поршневых колец, что может вызвать разрушение из-за тяжелых условий эксплуатации. Растрескивание поршневых колец также может быть следствием:

• трибологического износа;
• механических перегрузок, которые возникают из-за нарушения процесса сгорания, ошибок сборки или из-за больших нагрузок при запуске холодного двигателя.

Трибологический износ — это вид износа, возникающий в результате процессов трения. Процессы изнашивания изменяют массу, структуру и физические свойства поверхностных слоев контактных площадок. Интенсивность износа является следствием различных взаимодействий и сопротивления участков трения поверхностных слоев.

Еще одна причина повреждения — захват. Он появляется на юбке поршня и вокруг колец. Частые причины этого явления — частицы от процессов трибологического износа или локального перегрева. Алюминиевый сплав поршня термически расширяется вдвое больше, чем чугун в цилиндре.

Основными параметрами двигателя внутреннего сгорания являются:

• объем хода — это разность между верхним и нижним возвратным положением поршня в цилиндре;
• объем камеры сгорания — это объем над головкой поршня, когда он находится в верхнем убираемом положении;
• общий объем двигателя — это сумма объема цилиндра и объема камеры сгорания;
• степень сжатия — это общий объем, деленный на объем камеры сгорания.

Поршень является одной из важнейших частей двигателя, в случае возникновения неисправностей необходимо сразу провести диагностику. Промедление может провести к дорогому ремонту или вообще полной замене двигателя.

Почему прогорел поршень?

01:4911.10.2019

Почему прогорают поршни, если форсунки исправны

Сами по себе дефекты в механической части двигателя, как известно, не появляются. Практика показывает: всегда есть причины повреждения и выхода из строя тех или иных деталей. Разобраться в них непросто, особенно, когда повреждены составляющие поршневой группы.

Поршневая группа — традиционный источник неприятностей, подстерегающих водителя, эксплуатирующего автомобиль, и механика, его ремонтирующего. Перегрев двигателя, небрежность в ремонте, и, пожалуйста, – повышенный расход масла, сизый дым, стук.

При «вскрытии» такого мотора неминуемо обнаруживаются задиры на поршнях, кольцах и цилиндрах. Вывод неутешителен — требуется дорогостоящий ремонт. И возникает вопрос: чем провинился двигатель, что его довели до такого состояния?

Двигатель, конечно, не виноват. Просто необходимо предвидеть, к чему приводят те или иные вмешательства в его работу. Ведь поршневая группа современного двигателя — «материя тонкая» во всех смыслах. Сочетание минимальных размеров деталей с микронными допусками и громадными силами давления газов, и инерции, действующими на них, способствует появлению и развитию дефектов, приводящих в конечном счете к выходу двигателя из строя.

Во многих случаях простая замена поврежденных деталей — не лучшая технология ремонта двигателя. Причина-то появления дефекта осталась, а раз так, то его повторение неминуемо.

Чтобы этого не случилось, грамотному мотористу, как гроссмейстеру, необходимо думать на несколько ходов вперед, просчитывая возможные последствия своих действий. Но и этого недостаточно — необходимо выяснить, почему возник дефект. А здесь без знания конструкции, условий работы деталей и процессов, происходящих в двигателе, как говорится, делать нечего. Поэтому, прежде чем анализировать причины конкретных дефектов и поломок, неплохо было бы знать…

Как работает поршень?

Поршень подвижная деталь, плотно перекрывающая цилиндр в поперечном сечении и перемещающаяся вдоль его оси. Поршень предназначен для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. современного двигателя — деталь на первый взгляд простая, но крайне ответственная и одновременно сложная. В его конструкции воплощен опыт многих поколений разработчиков.

И в какой-то степени поршень формирует облик всего двигателя. В одной из прошлых публикаций мы даже высказали такую мысль, перефразировав известный афоризм: «Покажи мне поршень, и я скажу, что у тебя за двигатель».

Итак, с помощью поршня в двигателе решается несколько задач. Первая и главная — воспринять давление газов в цилиндре и передать возникшую силу давления через поршневой палец шатуну. Далее эта сила будет преобразована коленвалом в крутящий момент двигателя.

Решить задачу преобразования давления газов во вращательный момент невозможно без надежного уплотнения движущегося поршня в цилиндре. Иначе неминуем прорыв газов в картер двигателя и попадание масла из картера в камеру сгорания.

Для этого на поршне организован уплотнительный пояс с канавками, в которые установлены компрессионные и маслосъемные кольца специального профиля. Кроме того, для сброса масла в поршне выполнены особые отверстия.

Но этого мало. В процессе работы днище поршня (огневой пояс), непосредственно контактируя с горячими газами, нагревается, и это тепло надо отводить. В большинстве двигателей задача охлаждения решается с помощью тех же поршневых колец — через них тепло передается от днища стенке цилиндра и далее — охлаждающей жидкости. Однако в некоторых наиболее нагруженных конструкциях делают дополнительное масляное охлаждение поршней, подавая масло снизу на днище с помощью специальных форсунок. Иногда применяют и внутреннее охлаждение — форсунка подает масло во внутреннюю кольцевую полость поршня.

Для надежного уплотнения полостей от проникновения газов и масла поршень должен удерживаться в цилиндре так, чтобы его вертикальная ось совпадала с осью цилиндра. Разного рода перекосы и «перекладки», вызывающие «болтание» поршня в цилиндре, негативно сказываются на уплотняющих и теплопередающих свойствах колец, увеличивают шумность работы двигателя.

Удерживать поршень в таком положении призван направляющий пояс — юбка поршня. Требования к юбке весьма противоречивы, а именно: необходимо обеспечить минимальный, но гарантированный, зазор между поршнем и цилиндром как в холодном, так и в полностью прогретом двигателе.

Задача конструирования юбки усложняется тем, что температурные коэффициенты расширения материалов цилиндра и поршня различны. Мало того, что они изготовлены из различных металлов, их температуры нагрева разнятся во много раз.

Чтобы нагретый поршень не заклинило, в современных двигателях принимают меры по компенсации его температурных расширений.

Во-первых, в поперечном сечении юбке поршня придается форма эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси пальца, а в продольном — конуса, сужающегося к днищу поршня. Такая форма позволяет обеспечить соответствие юбки нагретого поршня стенке цилиндра, препятствуя заклиниванию.

Во-вторых, в ряде случаев в юбку поршня заливают стальные пластины. При нагревании они расширяются медленнее и ограничивают расширение всей юбки.

Использование легких алюминиевых сплавов для изготовления поршней — не прихоть конструкторов. На высоких частотах вращения, характерных для современных двигателей, очень важно обеспечить низкую массу движущихся деталей. В подобных условиях тяжелому поршню потребуется мощный шатун, «могучий» коленвал и слишком тяжелый блок с толстыми стенками. Поэтому альтернативы алюминию пока нет, и приходится идти на всяческие ухищрения с формой поршня.

В конструкции поршня могут быть и другие «хитрости». Одна из них — обратный конус в нижней части юбки, призванный уменьшить шум из-за «перекладки» поршня в мертвых точках. Улучшить смазку юбки помогает специальный микропрофиль на рабочей поверхности — микроканавки с шагом 0,2-0,5 мм, а уменьшить трение — специальное антифрикционное покрытие. Профиль уплотнительного и огневого поясов тоже определенный — здесь самая высокая температура, и зазор между поршнем и цилиндром в этом месте не должен быть ни большим (возрастает вероятность прорыва газов, опасность перегрева и поломки колец), ни маленьким (велика опасность заклинивания). Нередко стойкость огневого пояса повышается анодированием.

Все, что мы рассказали, — далеко не полный перечень требований к поршню. Надежность его работы зависит и от сопряженных с ним деталей: поршневых колец (размеры, форма, материал, упругость, покрытие), поршневого пальца (зазор в отверстии поршня, способ фиксации), состояния поверхности цилиндра (отклонения от цилиндричности, микропрофиль). Но уже становится ясно, что любое, даже не слишком значительное, отклонение в условиях работы поршневой группы быстро приводит к появлению дефектов, поломкам и выходу двигателя из строя. Чтобы в дальнейшем качественно отремонтировать двигатель, необходимо не только знать, как устроен и работает поршень, но и уметь по характеру повреждения деталей определить, почему, к примеру, возник задир или…

Почему прогорел поршень?

Анализ различных повреждений поршней показывает, что все причины дефектов и поломок делятся на четыре группы: нарушение охлаждения, недостаток смазки, чрезмерно высокое термосиловое воздействие со стороны газов в камере сгорания и механические проблемы.

Вместе с тем многие причины возникновения дефектов поршней взаимосвязаны, как и функции, выполняемые его различными элементами. Например, дефекты уплотняющего пояса вызывают перегрев поршня, повреждения огневого и направляющего поясов, а задир на направляющем поясе ведет к нарушению уплотнительных и теплопередающих свойств поршневых колец.

В конечном счете это может спровоцировать прогар огневого пояса.

Отметим также, что практически при всех неисправностях поршневой группы возникает повышенный расход масла. При серьезных повреждениях наблюдаются густой, сизый дым выхлопа, падение мощности и затрудненный запуск из-за низкой компрессии. В некоторых случаях прослушивается стук поврежденного поршня, особенно на непрогретом двигателе.

Иногда характер дефекта поршневой группы удается определить и без разборки двигателя по указанным выше внешним признакам. Но чаще всего такая «безразборная» диагностика неточна, поскольку разные причины нередко дают практически один и тот же результат. Поэтому возможные причины дефектов требуют детального анализа.

Нарушение охлаждения поршня — едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: «радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос») либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир — схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.

После остывания форма поршня редко приходит в норму: юбка оказывается деформированной, т.е. сжатой по большой оси эллипса. Дальнейшая работа такого поршня сопровождается стуком и повышенным расходом масла.

В некоторых случаях задир на поршне распространяется на уплотнительный пояс, завальцовывая кольца в канавки поршня. Тогда цилиндр, как правило, выключается из работы (слишком мала компрессия), а говорить о расходе масла вообще трудно, поскольку оно будет просто вылетать из выхлопной трубы.

Недостаточная смазка поршня чаще всего характерна для пусковых режимов, особенно при низких температурах. В подобных условиях топливо, поступающее в цилиндр, смывает масло со стенок цилиндра, и возникают задиры, которые располагаются, как правило, в средней части юбки, на ее нагруженной стороне.

Двухсторонний задир юбки обычно встречается при длительной работе в режиме масляного голодания, связанного с неисправностями системы смазки двигателя, когда количество масла, попадающего на стенки цилиндров, резко уменьшается.

Недостаток смазки поршневого пальца — причина его заклинивания в отверстиях бобышек поршня. Такое явление характерно только для конструкций с пальцем, запрессованным в верхнюю головку шатуна. Этому способствует малый зазор в соединении пальца с поршнем, поэтому «прихваты» пальцев чаще наблюдаются у относительно новых двигателей.

Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания — частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание — к прогарам.

У дизелей чрезмерно большой угол опережения впрыска топлива вызывает очень быстрое нарастание давления в цилиндрах («жесткость» работы), что также может вызвать поломку перемычек. Такой же результат возможен и при использовании различных жидкостей, облегчающих запуск дизеля.

Днище и огневой пояс могут повреждаться при слишком высокой температуре в камере сгорания дизеля, вызванной неисправностью распылителей форсунок. Аналогичная картина возникает и при нарушении охлаждения поршня — например, при закоксовывании форсунок, подающих масло к поршню, имеющему кольцевую полость внутреннего охлаждения. Задир, возникающий на верхней части поршня, может распространяться и на юбку, захватывая поршневые кольца.

Механические проблемы, пожалуй, дают самое большое разнообразие дефектов поршневой группы и их причин. Например, абразивный износ деталей возможен как «сверху», из-за попадания пыли через рваный воздушный фильтр, так и «снизу», при циркуляции абразивных частиц в масле. В первом случае наиболее изношенными оказываются цилиндры в верхней их части и компрессионные поршневые кольца, а во втором — маслосъемные кольца и юбка поршня. Кстати, абразивные частицы в масле могут появиться не столько от несвоевременного обслуживания двигателя, сколько в результате быстрого износа каких-либо деталей (например, распредвала, толкателей и др. ).

Редко, но встречается эрозия поршня у отверстия «плавающего» пальца при выскакивании стопорного кольца. Наиболее вероятные причины этого явления — непараллельность нижней и верхней головок шатуна, приводящая к значительным осевым нагрузкам на палец и «выбиванию» стопорного кольца из канавки, а также использование при ремонте двигателя старых (потерявших упругость) стопорных колец. Цилиндр в таких случаях оказывается поврежденным пальцем настолько, что уже не подлежит ремонту традиционными методами (расточка и хонингование).

Иногда в цилиндр могут попадать посторонние предметы. Такое чаще всего происходит при неаккуратной работе во время обслуживания или ремонта двигателя. Гайка или болт, оказавшись между поршнем и головкой блока, способны на многое, в том числе и просто «провалить» днище поршня.

Рассказ о дефектах и поломках поршней можно продолжать очень долго. Но и того, что уже сказано, достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. По крайней мере, уже можно определить. ..

Как избежать прогара?

Правила очень просты и вытекают из особенностей работы поршневой группы и причин появления дефектов. Тем не менее, многие водители и механики забывают о них, что называется, со всеми вытекающими последствиями.

Хотя это и очевидно, но при эксплуатации все-таки необходимо: содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания. А если что-то с двигателем не так, не доводить его «до ручки», когда ремонт уже не обойдется «малой кровью».

При ремонте необходимо добавить и неукоснительно выполнять еще несколько правил. Главное, на наш взгляд, — нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец. Эпидемия «болезни малых зазоров», когда-то поразившая многих механиков, все еще не прошла. Более того, практика показала, что попытки «поплотнее» установить поршень в цилиндре в надежде на уменьшение шума двигателя и увеличение его ресурса почти всегда заканчиваются обратным: задирами поршней, стуками, расходом масла и повторным ремонтом. Правило «лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше» работает всегда и для любых двигателей.

Остальные правила традиционны: качественные запасные части, правильная обработка изношенных деталей, тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

00:352.07.2011

Прогорели поршни на VOLKSWAGEN LT 28-35 2.8 TDi

В случае пропажи компрессии, виноваты поршневая группа. или клапана. Для определения в чём же проблема, необходимо открутить маслозаливную крышку , прокручивать стартером и смотреть на картерные газы..

00:3017.05.2011

Лопнул поршень на MITSUBISHI Canter

Если не перегревали двигатель, и резко увеличились пульсирующие картерные газы, то есть вероятность что лопнули перегородки поршневых колец, или, как в данном случае, поршень лопнул пополам. (были установленны поршня неизвестных производителей и автомобиль загрузили 5.5тоннами по максималке).

00:3014.06.2010

Прогар поршня, картерные газы

В следствии загрязнения катализатора, произошёл прогар поршня. На современных автомобилях стоят датчики сопротивления катализатора которые не позволяют автомобилю двигаться на максимальных скоростях ограничивая уже подачу топлива при сопротивлении противовыхлопа 0.2кг/см.

Разрушения поршней из за перегрева или Прогар поршней

Расплавленный поршень

Налёт на ГБЦ от разрушающегося поршня

Налёт в выпускном канале от разрушающегося поршня

Налёт с разлетевшегося поршня на распылителе

Налёт с разлетевшегося поршня на распылителе

Прогар поршня изза лопнутого распылителя и хозяина который пытался доехать…

Прогар поршня изза лопнутого распылителя и хозяина который пытался доехать…

Прогоревший поршень изза лопнутого распылителя

Прогар поршня вследствие забитых катализаторов

Прогар поршня вследствие неоткрывания выхлопного клапана

Прогар поршней (попадание масла через турбину Renault Kangoo)

Прогар поршней (попадание масла через турбину)

Перегрев на Ford Transit

Что такое поршень и как он работает?

• двигатель

Обновлено 9 окт. 2019 г.

Одна из самых узнаваемых деталей по названию — это поршень.

Хотя вы слышали о его важности, вы, вероятно, не можете объяснить, что он делает, верно?

Давайте рассмотрим роль поршня в двигателе автомобиля и что может с ним случиться.

Что такое поршень?

Поршень — это металлический компонент, который перемещается внутри цилиндра наподобие тарана.

Край поршня оснащен кольцами, которые плотно прилегают к стенке цилиндра.

Изготовленный из литого алюминия или чугуна, поршень крепится к коленчатому валу с помощью шатуна и поворачивается на шатуне с помощью поршневого пальца.

На каждый цилиндр двигателя приходится один поршень.

Когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, шатун заставляет коленчатый вал вращаться.

Эта постоянная двухтактная сила преобразуется в мощность для всех функций вашего автомобиля, от вращения генератора и насоса гидроусилителя руля до передачи крутящего момента на ведущие колеса.

Что делает поршень?

В любом двигателе внутреннего сгорания (кстати, таковы все автомобильные двигатели) поршень выполняет четыре роли в каждом цикле.

• Во-первых, когда поршень опускается, он всасывает воздух и топливо в цилиндр или камеру сгорания.
• Во-вторых, при подъеме он сжимает воздух и топливо в цилиндре, так что при воспламенении он взрывается.
• В-третьих, свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, и сила отбрасывает поршень обратно вниз.
• В-четвертых, поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, вытесняя сгоревшие газы (выхлоп) из цилиндра.
• Затем цикл повторяется снова и снова, сотни или тысячи раз в минуту.

Что может пойти не так?

Как вы понимаете, поршень должен быть чрезвычайно прочным, чтобы выдерживать всю эту энергию.

Тем не менее, могут возникнуть проблемы, которые могут быть незначительными и раздражающими или серьезными и катастрофическими.

Удар поршня

Когда поршень изношен и может раскачиваться из стороны в сторону, а не двигаться вертикально, нижний край поршня или юбка касается стенки цилиндра.

Это признак износа поршня.

Горящее масло

Это серьезная проблема для старых автомобилей.

Двигатель, который сжигает масло, является очевидным признаком того, что поршневые кольца плохо герметизируют цилиндр и масло попадает в камеру сгорания.

Сломанный соединительный стержень

В результате дефекта, неправильного обращения или отсутствия смазки шатун может оторваться от поршня или коленчатого вала.

Обычно это заканчивается тем, что снимается и остальная часть двигателя.

Ослабленный поршневой палец

Стук в двигателе может означать, что поршневой или поршневой палец имеет чрезмерный люфт в месте соединения с поршнем.

Сгоревший поршень

Неподходящая топливно-воздушная смесь может быть крайне вредной для здоровья внутри двигателя, даже приводя к расплавлению верхней части поршня из-за высоких температур!

Можно ли заменить поршень?

Хорошей новостью является то, что поршень можно заменить в большинстве автомобилей, если не поврежден сам блок цилиндров.

И почти в каждом случае требуется не только замена одного поршня, но и полная переборка двигателя.

Для многих марок и моделей замена двигателя так же рентабельна, как ремонт двигателя при проблемах с поршнем.

Вы можете ожидать, что ремонт будет стоить от 3100 до 7400 долларов США для среднего двигателя и легко вдвое больше, если это дизельный двигатель.

Если вы подозреваете, что у вас проблемы с поршнем, обязательно проверьте двигатель у квалифицированного механика.

Вы можете легко сделать это, найдя и забронировав высококвалифицированного местного механика на AutoGuru!

Автор:

Джейсон Унрау

Джейсон — канадский автор автомобильных статей, работавший в сфере автосервиса, но с детства увлеченный автомобилями и механикой.

Одной из его первых машин была Mazda RX-7 80-го года выпуска, которой очень не хватает до сих пор. Ford Torino GT 68-го года, универсал Ford Country Squire Woodie 1966 года и 9-й6 Suzuki GSX-R 750 провел много времени в своем парке автомобилей, мотоциклов и грузовиков за последние два десятилетия.

Гордость и радость Джейсона находится в стадии сборки — кабриолет Mazda RX-7 88 года выпуска с турбонаддувом. Также в его резюме есть официальная сертификация CASCAR.

Как работает поршневой двигатель

Двигатели могут казаться волшебством, а если это так, то это вообще не проблема. К концу этой ТЕМЫ вы сможете полностью объяснить и понять, как они работают и из каких компонентов они состоят!

Мы расскажем обо всех основных компонентах вашего двигателя, начиная с магазинов!

Магнето

Что это такое…. Магнето — это магнит, который вращается вокруг катушки с проволокой. Это генерирует электричество и через ряд обмоток повышает напряжение, так что он производит относительно небольшую силу тока (мощность или «поток»), но создает очень высокое напряжение. Электричество высокого напряжения ищет путь наименьшего сопротивления и вынуждено прыгать через зазор свечи зажигания, чтобы затем течь через «землю» и блок двигателя (мы более подробно рассмотрим электричество в другой ТЕМЕ). Искра от свечи зажигания внутри цилиндра двигателя — это то, что воспламеняет топливо и воздух и обеспечивает «сгорание» или мощность для двигателя.

Каждый авиационный двигатель имеет двойную систему зажигания (это причудливый способ сказать два магнето). Целью наличия двух магнето является резервирование, а также лучшее сгорание топливно-воздушной смеси, помогающее двигателю развивать большую мощность. Вы можете контролировать, работаете ли вы с левым или правым магнето, или с обоими, с помощью замка зажигания. Выключатель зажигания просто определяет, должны ли искры (или на самом деле электричество), создаваемые магнето, течь через свечи зажигания и прыгать через зазор на свече зажигания (таким образом воспламеняя топливо и воздух в цилиндре) или вместо этого электричество производится магнето, просто обходя свечу зажигания и течет по более легкому пути обратно на «землю» через блок двигателя и планер.

Что за щелканье?

Когда механик проворачивает пропеллер вручную, вы обычно слышите один или два щелчка каждые пол-оборота или около того. Щелчки, которые вы слышите, — это ИМПУЛЬСНАЯ МУФТА. Работа импульсной муфты состоит в том, чтобы помочь генерировать искру для запуска двигателя, когда он вращается электростартером (очевидно, на низких оборотах, поскольку у стартера нет мощности, чтобы раскрутить его на высоких оборотах). Импульсная муфта взаимодействует между вспомогательными шестернями двигателя и магнето, чтобы «аккумулировать» энергию в пружинах, когда пропеллер вращается на низких оборотах. Как только воздушный винт достигает заданной точки (где по крайней мере один из поршней в двигателе находится прямо в верхней части цилиндра, сжимая воздух и топливо и готовясь выстрелить), импульсная муфта «срабатывает» и высвобождает накопленную энергию из пружины и помогает на мгновение вращать магнето немного быстрее, чтобы создать более сильную искру. Щелчок, который вы слышите, — это стук металла, когда пружины высвобождают накопленную энергию. Импульсная муфта делает это только при низких оборотах и ​​отключается примерно на 300-500 об/мин благодаря центробежной силе от набора грузов, которые выбрасываются наружу, когда двигатель раскручивает магнето на более высоких оборотах после его запуска.

P-lead

Нет, не следуй примеру Пола.

P-провод — это небольшой провод, идущий от магнето обратно к замку зажигания. Когда переключатель находится в положении «выключено», вы фактически подключаете P-провода от обоих магнето непосредственно к раме самолета. Это «заземляет» магнето, и любое производимое электричество будет течь через корпус самолета обратно к аккумулятору, а не идти по пути с большим сопротивлением и прыгать через зазор свечи зажигания в цилиндре. Когда эти P-провода заземлены, не должно быть искры, которая могла бы идти на свечи зажигания и поддерживать работу двигателя. Когда вы выбираете «Левый», «Правый» или «Оба», это фактически отсоединяет провода (P-выводы) и размыкает цепь. Затем искра перескакивает через открытый зазор на свече зажигания, потому что она имеет меньшее сопротивление, чем искра, пытающаяся перескочить разомкнутую цепь выключателя зажигания и течь обратно через корпус самолета.

Четыре удара

Разные удары для разных людей! Однако в нашем мире все двигатели имеют одинаковые четыре такта (или одинаковые два такта в мире мотоциклов для бездорожья и лодок). Четыре такта:

• Впуск
• Сжатие
• Сгорание (рабочий такт)
• Выпуск

Система впуска

Это отстой с. Нет, это не так, но ваша индукционная система работает! Здесь воздух извне всасывается и начинает свое путешествие через наш двигатель (он оставит наш двигатель в очень горячем и грязном беспорядке!)

• Первой частью системы впуска является воздушный фильтр, который хорошо виден спереди самолета.
• После воздушного фильтра всасываемый воздух поступает в «воздушную камеру», где он либо подается в карбюратор, либо выбрасывается за борт, если вы включили «карбюраторный нагрев» и вместо этого используете горячий и нефильтрованный воздух, поступающий через выхлоп многообразие.
• После воздушной камеры воздух поступает в карбюратор, где он проходит через трубку ВЕНТУРИ, которая ускоряет воздушный поток и, увеличивая его скорость, также снижает его давление и температуру. Этот воздух с более низким давлением, проходящий через карбюратор, всасывает топливо из карбюратора и смешивается, образуя хороший топливно-воздушный заряд, который сжигается в цилиндрах двигателя.
• Топливно-воздушный заряд затем проходит через впускные «трубы» или коллектор и мимо впускного клапана (когда он открывается) в цилиндр, где он сжимается поршнем, а затем воспламеняется свечой зажигания.
• Как только свеча зажигания искрит, топливно-воздушный заряд начинает гореть и создает большое количество тепла и давления, толкая поршень обратно вниз во время рабочего такта
• После завершения рабочего такта открывается выпускной клапан и сгоревший воздух и топливо выталкиваются из цилиндра, когда поршень возвращается на такте выпуска.
• Затем он вытекает через выпускной коллектор (трубы) в глушитель (делает его немного тише и фактически помогает «растекаться» выхлопным газам, помогая двигателю увеличить мощность), а затем, наконец, выходит из нижней части капота через то, что мы называют «выхлопной трубой» или трубой.

Карбюратор

Французская часть двигателя. Теперь карбюратор пахнет сырым бензином, а не свежеиспеченными круассанами, но все же по-французски.

Вся идея карбюратора состоит в том, чтобы создать область воздуха с низким давлением, ускоряя его через трубку ВЕНТУРИ (узкую «шею» или трубку) и используя ее для смешивания топлива и воздуха. Вот видео об этом в действии:

Смесь

Найти правильную смесь сложно в жизни, а иногда и в полете. Регулятор MIXTURE обычно представляет собой большую красную ручку в кабине рядом с дроссельной заслонкой. Эта ручка предназначена для регулирования соотношения (или смеси) топлива и воздуха, поступающих в двигатель. Обычно мы стремимся примерно к 15 частям воздуха на одну часть топлива. Если вы добавите больше топлива для того же количества воздуха, изменяя рацион, мы называем это более «БОГАТЫМ», а меньшее количество топлива для того же количества воздуха будет более «БЕДНЫМ».