Поршень двигателя: устройство и внешний вид¶

Поршень — подвижный элемент кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания, преобразующий давление газов в цилиндре в возвратно-поступательное движение. Визуально поршень представляет собой полый цилиндр (юбку) с массивной головкой, изготовленный, как правило, из алюминиевого сплава. От шатуна через палец поршень receives энергию расширяющихся газов и передаёт её на коленчатый вал.

¶Общий вид и конструкция

Внешне поршень напоминает перевёрнутый стакан или укороченный цилиндр диаметром от 50 до 120 мм у автомобильных двигателей. Устройство включает три основные части:

• Днище (головка) — верхняя закрытая часть, воспринимающая давление газов. Может быть плоской, выпуклой, вогнутой (для форкамерных двигателей) или с выемками под клапаны.
• Канавки под поршневые кольца — три (реже две или четыре) проточки на цилиндрической поверхности головки. Верхние — компрессионные, нижняя — маслосъёмная.
• Юбка — нижняя цилиндрическая часть с отверстием под поршневой палец. В юбке обычно предусмотрены приливы (бобышки) для крепления пальца.

Поверхность поршня имеет характерный металлический серебристый или тёмно-серый оттенок (после работы — с нагаром). На днище и юбке со временем образуются следы отложений масла и продуктов сгорания.

¶Размеры и масса

Типичные параметры автомобильных бензиновых поршней:

Диаметр поршня, как правило, на 0,1–0,3 мм меньше диаметра цилиндра — это компенсируется тепловым расширением при работе двигателя.

¶Поршневые кольца

Кольца — тонкие стальные или чугунные кольца с разрезом (замком), устанавливаемые в канавки. Внешне они выглядят как пружинящие обручи шириной 1–3 мм. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и стенкой цилиндра, маслосъёмное — снимает излишки масла со стенок. Замки колец при сборке разводят на 120° друг относительно друга.

¶Поршневой палец

Палец — полая стальная трубка диаметром 15–30 мм, соединяющая поршень с шатуном. Бывает трёх типов:

• плавающий (самый распространённый) — свободно перемещается в отверстиях поршня и верхней головке шатуна, фиксируется стопорными кольцами;
• закреплённый в поршне — с натягом;
• закреплённый в шатуне.

Поверхность пальца — тщательно отшлифованная, зеркальная.

¶Материалы и изготовление

Основной материал — алюминиевые сплавы (АК12, АК9ч, силумины). Для дизельных двигателей и форсированных моторов применяют кованые поршни из сплавов на основе алюминия с кремнием (12–18 % Si), а также стальные и даже керамические поршни. Литьё под давлением — основной способ массового производства; ковка используется для спортивных и тяжёлых дизельных поршней.

¶Виды поршней по конструкции днища

• Плоское — стандартное для большинства бензиновых моторов.
• Выпуклое — увеличивает прочность, применяется в дизелях.
• Вогнутое (с выемкой) — для компрессионных камер сгорания в дизельных двигателях.
• С выемками под клапаны — для двигателей с высокой степенью сжатия и фазами газораспределения, увеличенными по времени.

¶Признаки износа

Визуальная диагностика поршня включает осмотр:

• нагар на днище (норма для бензинового мотора, но чрезмерный — признак переобогащения смеси);
• задиры на юбке — следы контакта с цилиндром при перегреве или недостатке смазки;
• износ канавок под кольца;
• следы коробления днища при перегреве.

¶Интересные факты

• В двигателе внутреннего сгорания поршень совершает два такта за один оборот коленвала (четырёхтактный цикл) или один такт (двухтактный).
• Скорость поршня в верхней мёртвой точке у высокооборотных моторов достигает 20–25 м/с.
• В роторно-поршневом двигателе Ванкеля роль поршня выполняет ротор треугольной формы.
• В России производством поршней занимаются предприятия «ТВМ» (Тольятти), «Федоровский поршневой завод» и др.

Источники:

• Данные производителей поршней (Mahle, Federal-Mogul, ТВМ)
• Учебная литература по устройству автомобильных двигателей (Боровиков, Водолеев)
• Технические каталоги запасных частей