Что такое поршень двигателя внутреннего сгорания автомобиля?

устройство поршня

Устройство детали включает в себя три составляющие:

  1. Днище.
  2. Уплотняющая часть.
  3. Юбка.

Указанные составляющие имеются как в цельнолитых поршнях (самый распространенный вариант), так и в составных деталях.

Днище

Днище — основная рабочая поверхность, поскольку она, стенки гильзы и головка блока формируют камеру сгорания, в которой и происходит сжигание топливной смеси.

Главный параметр днища — форма, которая зависит от типа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его конструктивных особенностей.

В двухтактных двигателях применяются поршни, у которых днище сферической формы – выступ днища, это повышает эффективность наполнения камеры сгорания смесью и отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых моторах днище плоское или вогнутое. Дополнительно на поверхности  проделываются технические углубления – выемки под клапанные тарелки (устраняют вероятность столкновения поршня с клапаном), углубления для улучшения смесеобразования.

В дизельных моторах углубления в днище наиболее габаритны и имеют разную форму. Такие выемки называются поршневой камерой сгорания и предназначены они для создания завихрений при подаче воздуха и топлива в цилиндр, чтобы обеспечить лучшее смешивание.

Уплотняющая часть предназначена для установки специальных колец (компрессионных и маслосъемных), задача которых — устранять зазор между поршнем и стенкой гильзы, препятствуя прорыву рабочих газов в подпоршневое пространство и смазки – в камеру сгорания (эти факторы снижают КПД мотора). Это обеспечивает отвод тепла от поршня к гильзе.

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть включает в себя проточки в цилиндрической поверхности поршня — канавки, расположенные за днищем, и перемычки между канавками. В двухтактных двигателях в проточки дополнительно помещены специальные вставки, в которые упираются замки колец. Эти вставки необходимы для исключения вероятности проворачивания колец и попадания их замков во впускные и выпускные окна, что может стать  причиной их разрушения.
поршень, палец и поршневые кольца
Перемычка от кромки днища и до первого кольца именуется жаровым поясом. Этот пояс воспринимает на себя наибольшее температурное воздействие, поэтому высота его подбирается, исходя из рабочих условий, создаваемых внутри камеры сгорания, и материала изготовления поршня.

Число канавок, проделанных на уплотняющей части, соответствует количеству поршневых колец (а их может использоваться 2 — 6). Наиболее же распространена конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным.

В канавке под маслосъемное кольцо проделываются отверстия для стека масла, которое снимается кольцом со стенки гильзы.

Вместе с днищем уплотнительная часть формирует головку поршня.

Вас также заинтересует:

  • Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания
  • Что такое компрессия и степень сжатия двигателя
  • Датчик положения распределительного вала: признаки неисправности

Юбка

Юбка выполняет роль направляющей для поршня, не давая ему изменить положение относительно цилиндра и обеспечивая только возвратно-поступательное движение детали. Благодаря этой составляющей осуществляется подвижное соединение поршня с шатуном.

Для соединения в юбке проделаны отверстия для установки поршневого пальца. Чтобы повысить прочность в месте контакта пальца, с внутренней стороны юбки изготовлены специальные массивные наплывы, именуемые бобышками.

Для фиксации пальца в поршне в установочных отверстиях под него предусмотрены проточки для стопорных колец.

Масло в цилиндре двигателя: причины неисправности

Как известно, двигатель внутреннего сгорания состоит из большого количества нагруженных деталей и узлов. При этом для нормальной работы сопряженных поверхностей (пар трения) необходимо подавать на такие поверхности смазку. Моторное масло в двигателе служит для защиты, смазывания, охлаждения, а также для удаления продуктов износа.

Неполадки приводят к тому, что масло начинает усиленно расходоваться, нарушается работа системы зажигания (свечи зажигания в масле), камера сгорания загрязняется маслом, двигатель коксуется и т.д. Далее мы поговорим о том, почему смазка оказывается в цилиндре двигателя и свечи заливает маслом, а также какой может быть причина подобной неисправности.

Читайте в этой статье

Что еще учесть при проведении тюнинга

Не нужно останавливаться на достигнутом. Так как вы увеличили мощность и крутящий момент, нужно предусмотреть и более эффективную смазку. Без модернизации масляного насоса никуда не деться. Систему смазки лучше всего дополнить канавками с внутренней стороны вкладышей. Занятие не из легких, так как эти элементы с трудом подвергаются какой-либо обработке. Но выполнить все можно, хоть и затратите время. Также позаботьтесь о системе охлаждения. Режим работы мотора существенно изменился, поэтому со стандартным теплообменником он может перегреваться.

Применение сцепления усиленного типа обязательно, так как крутящий момент вышел в плюс. Стандартные диски могут просто не выдержать возросших нагрузок. Выжимной подшипник также подбирается, исходя из новых характеристик. Но самое главное – это модернизация тормозов. Увеличение площади соприкосновения колодки с диском – это эффективное решение для обеспечения торможения. На колесах сзади следует отказаться от применения барабанных механизмов, отдавайте предпочтение дисковым. Любой легковой автомобиль можно переоборудовать таким образом. И если изменяются размеры поршневой группы, проводится облегчение, то в обязательном порядке требуется усовершенствование всех агрегатов автомобиля.

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.км.

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

Читайте также:  Установка внешнего магистрального фильтра АКПП и его функции

  • Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать 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

Коленчатый вал двигателя

Коленвал – это цельнометаллическая конструкция, имеющая своеобразную форму. С его помощью осуществляется сглаженная работа всех цилиндров. Например, при положении одного в верхней мертвой точке другой находится в нижней, а третий с четвертым – на подходе к ВМТ и НМТ соответственно. Между поршнем и коленчатым валом установлен шатун. Он подвижно закреплен с обоих краев. Когда проводится ремонт поршневой группы, обязательно заменяются вкладыши на месте соединения шатуна с коленчатым валом.

Скольжение шатуна на коленчатом валу обеспечивают вкладыши с канавками. По ним поступает масло, которое смазывает поверхности и уменьшает трение. Коленвал с одной стороны имеет маховик – тяжелый сбалансированный металлический диск, который позволяет избавиться от незначительных вибраций, возникающих при работе. С другой стороны устанавливаются шкивы для привода газораспределительного механизма и дополнительного оборудования (ГУР, компрессор кондиционера, электрический генератор, и пр.).



Способ снижения износа цилиндропоршневой группы двигателя

Изобретение может быть использовано для снижения износа цилиндро-поршневой группы двигателя. Сущность изобретения: при работе двигателя мелкодисперсная присадка всасывается работающим двигателем вместе с потоком поступающего в двигатель воздуха из емкости, помещенной непосредственно в потоке всасываемого в двигатель воздуха, т.е. непосредственно во впускном тракте двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам снижения износа цилиндро-поршневой группы (ЦАГ) двигателя.

Известен способ фрикционного латунирования, при котором поверхность деталей покрывают тонким слоем латуни (меди, бронзы) под действием сил трения, используя токарный станок, а также специальные оправки, в которых соответствующие прутки (например, латунный Л-62) прижимают к обрабатываемой поверхности.Недостатком способа является необходимость разборки двигателя, что связано с увеличением трудоемкости и временных затрат.Известен способ с введением присадки в топливо.Недостатком его является возможность засорения карбюратора и других элементов двигателя.Известен способ с применением присадки ОМП-2 на основе глицерата меди в маслах (15 по объему). Трущиеся поверхности при этом покрываются налетом меди. Однако возможно засорение тракта и выпадение присадки в осадок.Известен способ с применением поверхностно активных (ПАВ) и химически активных (ХАВ) веществ, добавляемых в качестве присадки к маслам Недостатки этого способа те же, что и у способов Известен способ снижения ЦПГ двигателя путем введения присадки, снижающий износ вышеупомянутой группы во впускной тракт двигателя (в виде эмульсии) При этом необходимо сложное устройство для смешивания присадки с жидкостью, ее перекачки, дозирования и впрыска, что затрудняет реализацию способа.Задача изобретения упрощение технологии введения присадки, снижение cтоимости реализации, обеспечение постоянства введения присадки в работающий двигатель, повышение надежности введения присадки.Задача решается тем, что в способе снижения износа ЦПГ двигателя путем введения присадки, снижающей износ вышеупомянутой группы по впускной тракт двигателя, емкость с мелкодисперсной присадкой помещают непосредственно в потоке всасывающего работающим двигателем воздуха.Пример. Предлагаемый способ реализован следующим способом. На тракте всасываемого воздуха в ДВС с рабочим объемом цилиндров 1500 см3 (ВАЗ 2103) сразу за фильтром устанавливают рабочую емкость (пакетик из тканого материала), в которой находится смесь нафталина и мелкого порошка бронзы (пудра) в весовом процентном соотношении 70:30. Общий вес смеси в емкости 20 г.Во время работы двигателя смесь засасывалась в цилиндры, образуя равномерный антифрикционный налет на трущихся деталях ЦПГ.Замену рабочей емкости со смесью производят через каждые 10000 км пробега.Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества: Cущественно упрощается технология проведения работ. Установка рабочей емкости занимает 2 3 мин, что по сравнению с известными способами более чем на порядок или два меньше.Существенно повышается надежность и КПД двигателя, так как исключается возможность засорения топливного или масляного трактов, а также устраняется возможность выпадения присадки в осадок.В несколько раз снижается стоимость присадки, поскольку применяются дешевые и достаточно распространенные вещества и материалы, например бронзовая пудра и нафталин, в количестве несколько десятков граммов.Использование предлагаемого способа на машинах ВАЗ с рабочим объемом цилиндра 1500 см3 позволило увеличить ресурс до первого капремонта на 50 70% При этом затраты на обучение и освоение способа также существенно меньше.Источники информации 1. Гаркунов Д.Н. Крагельский И.В. Поляков А.А. Избирательный перенос в узлах трения. М. Транспорт, 1969.2. Суранов Г.И. Уменьшение износа автотракторных двигателей при пуске. М. Колос, 1982, с. 68-69.3. Теркунов А.Г. Мороз В.Е. Черновол М.И. Ускоренная приработка двигателей. Техника в сельском хозяйстве, 1979, N 20.4. Суранов Г.И. Уменьшение износа автотракторных двигателей при пуске. М. Колос, 1982, с. 64-65.5. Патент США N 3145694, кл. F 02 B 77/04, опубл. 1964.

Читайте также:  Повышенные обороты холостого хода на прогретом двигателе. Двигатель держит высокие обороты на холостом ходу

Формула изобретения Способ снижения износа цилиндропоршневой группы двигателя путем введения присадки, снижающей износ вышеупомянутой группы, во впускной тракт двигателя, отличающийся тем, что емкость с мелкодисперсной присадкой помещают непосредственно в потоке всасываемого работающим двигателем воздуха.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Поршень выполняет ряд важных функций:

  • обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
  • отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
  • обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Из чего изготавливают цилиндры и поршни?

Материалы, используемые при производстве деталей ЦПГ, должны обладать высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, малой плотностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.


Цилиндры изготавливают из чугуна или стали с различными присадками. Это нужно для того, чтобы детали могли выдержать высокие нагрузки. Сегодня блоки цилиндров чаще всего производят из алюминия, а внутренние части цилиндров – из стали, благодаря чему вес конструкции снижается.

Поршни внутри цилиндра двигаются с высокой скоростью и подвержены воздействию высоких давлений и температур. Изначально для производства этих деталей использовался чугун, но с развитием технологий основным материалом для поршней стал алюминий. Это позволило обеспечить меньшую нагрузку на поршни, лучшую теплоотдачу и рост мощности ДВС.

На современных автомобилях, особенно с дизельными двигателями, используются сборные стальные поршни. Они весят меньше алюминиевых, а за счет меньшей компрессионной высоты позволяют использовать шатуны большей длины, тем самым снижая боковые нагрузки в паре «цилиндр-поршень».

Для производства поршневых колец используется высокопрочный серый чугун с добавлением хрома, молибдена, никеля или вольфрама. Эти материалы улучшают приработку элементов и обеспечивают их высокую износо- и термостойкость.

Для деталей ДВС
Некоторые производители автокомпонентов для снижения потерь на трение покрывают боковую поверхность поршней специальными материалами на основе графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается и ему требуется восстановление.

Одним из самых эффективных средств для восстановления антифрикционного слоя или нанесения материала на новые поршни является покрытие поршней MODENGY для деталей ДВС. Состав на основе высокоочищенного дисульфида молибдена и графита имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимальными параметрами распыления.

Материал равномерно наносится на юбки поршней, не требует высоких температур для полимеризации и создает на поверхности сухую смазочную пленку, которая в течение длительного времени снижает износ и препятствует образованию задиров.


Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия рекомендуется провести их обработку Специальным очистителем-активатором MODENGY. Он убирает все загрязнения с деталей и обеспечивает прочное сцепление покрытия с основанием.



Особенности подборки и замены ЦПГ

Если появилась необходимость в приобретении новой цилиндропоршневой группы, то, учитывая немалую стоимость деталей, следует тщательно проверить изделия перед покупкой. Прежде всего, следует убедиться в том, что запчасть подходит к конкретной модели двигателя. Затем рекомендуется вскрыть упаковку и тщательно осмотреть детали ЦПГ. На изделиях не должно быть царапин, сколов и других механических повреждений. Следы ржавчины на гильзах цилиндра указывают на наличие ненадлежащих условий хранения, поэтому от такой покупки следует отказаться.

Желательно вооружиться точными весами и замерить массу поршней. Разница между изделиями не должна превышать 5 грамм. В противном случае, повышенный уровень вибрации будет обеспечен во время работы двигателя.

Если внешне осмотреть детали ЦПГ и взвесить поршни можно без особого труда, то определить некачественный металл обычному водителю очень непросто. По этой причине покупать цилиндропоршневую группу следует только в торговых организациях заслуживающих доверие.

Когда нужна замена цилиндро-поршневой группы ЦПГ

Стандартная ситуация замены цилиндропоршневой группы – это износ основных рабочих деталей. Сопровождаться данное явление будет следующими признаками:

  • Снижением мощности.
  • Повышенным расходом топлива и моторного масла.
  • Преждевременным выходом из строя свечей зажигания и/или форсунок.
  • Черным дымом из выхлопной трубы.

При наличии подобных технических неприятностей эксплуатация машина возможна, но эффективность работы двигателя внутреннего сгорания будет оставлять желать лучшего. Встречаются также ситуации, когда требуется экстренно заменить ЦПГ. Например, двигатель может заклинить в результате разрушения поршневых колец или стачивания пальцем стенки цилиндра в результате выхода стопора этой детали из канавки.

Если есть желание форсировать двигатель, то также можно приобрести и установить ЦПГ соответствующего типа. Монтаж больших по размеру цилиндров позволит без замены мотора существенно повысить мощность силового агрегата.

Цилиндро поршневая группа – определение износа, выбор, снятие и установка (видео)

Нестабильная работа двигателя внутреннего сгорания может быть вызвана неисправностью топливной системы, неправильной установкой момента зажигания и регулировкой газораспределительного механизма. Чтобы не потратить значительное количество времени на напрасный труд, следует убедиться в том, что ЦПГ на самом деле нуждается в замене.

Наиболее правильным способом определения износа цилиндропоршневой группы является измерение компрессии. Для выполнения этой работы достаточно выкрутить из цилиндра свечу зажигания и установить в отверстие трубку манометра. Затем следует прокрутить коленвал и зафиксировать максимальное значение давления. Если этот показатель существенно отличается от номинальных значений, то ЦПГ необходимо заменить.

Читайте также:  Устройство и виды рулевого управления автомобиля. Устройство автомобиля. Принцип работы рулевого механизма

Заметно увеличился расход моторного масла

Если масло приходится очень часто добавлять в двигатель, а видимых подтеков смазки под автомобилем не наблюдается, то для того чтобы убедить в том, что смазка расходуется по причине сгорания внутри цилиндра следует выкрутить свечу зажигания или форсунку и осмотреть деталь. При наличии значительно нагара на поверхности этих деталей, а также других признаков износа ЦПГ (снижение мощности, черный дым, расход топлива), потребуется разобрать двигатель и заменить изношенные поршни и цилиндры.

Тюнинг ЦПГ или стандарт

Если появляется необходимость в замене ЦПГ, то многие владельцы авто задумывают о том, чтобы вместо стандартных поршней и цилиндров установить детали большего объема. Увеличение литража двигателя повлечет за собой значительный прирост мощности, но у подобного подхода есть и существенные недостатки. Среди основных минусов установки тюнингованной ЦПГ следует отметить:

  • Цена модернизированных деталей выше.
  • Повышение рабочего объема двигателя приведет к увеличению расхода топлива.
  • Потребуется настройка карбюратора или системы прямого впрыска топлива.

Несмотря на наличие недостатков, тюнинг ЦПГ имеют один существенный плюс – значительный прирост мощности. Поршень в сборе

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень автомобиля эксплуатируется в условиях большого давления и высоких температур. Чтобы предупредить разрушение этой детали ее изготавливают из прочных, но легких металлических сплав.

Палец, служащий для соединения поршня с шатуном, также делают из стали с последующей цементацией и закалкой.

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 повреждения
  • 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.

Износ деталей цилиндро-поршневой группы

Цилиндро — поршневая группа

Цикл исследований интенсивности износа деталей цилиндро-поршневой группы двигателей ЯМЗ включал изучение влияния температуры охлаждающей жидкости на интенсивность износа, а также дисперсного состава пыли, ее физических свойств и концентрации в воздушном заряде на закономерности износа цилиндров.

В результате методических опытов первой группы было установлено, что работа дизелей ЯМЗ при низкой температуре охлаждающей жидкости не приводит к значительному повышению темпа износа.

В то же время опыты второй группы выявили, что износ цилиндров в значительной мере зависит от количества абразивных частиц.

В процессе отработки методики было оценено влияние на износ качества вводимой в дизель пыли.

При подборе пыли для форсированных испытаний двигателей ЯМЗ пыль различного дисперсного состава была разбита по размерам частиц, составляющих 90 % общей массы пыли, на три группы: -до 25 мкм, -до 10 мкм, — до 3 мкм.

Методические опыты выявили рассеивание износа цилиндров испытываемого дизеля при средней подаче пыли в цилиндр 1 г/ч и необходимость в общем случае применения статистических методов оценки износа.

В результате этих опытов установлено, что наибольший темп износа гильз цилиндров и поршневых колеи наблюдается при использовании пыли группы /, приготовленной из кварцевого песка с удельной поверхностью 5600 см2/г (ГОСТ 8002-62). Обычно эта пыль применяется для испытаний воздухоочистителей.

Диагностика цилиндро поршневой группы двигателя параметры цилиндропоршневой группы двигателя
Диагностика цилиндропоршневой группы двигателя автомобиля
Ремонт поршневой группы двигателя, особенности работ, к кому лучше обратиться
Пневмотестер для проверки цилиндро-поршневой группы бензиновых двигателей smc-111
Замена цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя. - auto-garazh.com - медиаплатформа миртесен
Диагностирование цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания диагностирование автомоби
Презентация на тему:
Принцип работы цпг двигателя
Диагностирование двигателя в целом. технологический процесс общего диагностирования контрольным осмотром, прослушиванием
Влияние теплового состояния двигателя на износ деталей цпг

В следующем цикле методических опытов был сопоставлен характер и интенсивность износа при подаче пыли непосредственно в цилиндры и через воздухоочиститель. В первом случае ввод пыли во впускной патрубок каждого цилиндра осуществлялся через трубки пыледозатором НАТИ (Научно – исследовательского тракторного института), во втором пыледозатор подавал пыль в воздух, поступающий в воздухоочиститель.

Непосредственно во впускные патрубки вводили 0,08 г/ч пыли, что в условиях продолжительности цикла испытаний 100-150 ч обеспечивает малую относительную погрешность оценки износостойкости исследуемых вариантов деталей. К недостаткам данного метода испытаний следует отнести несоответствие эпюр износа цилиндров, полученных во время форсированных испытаний, эпюрам износа, построенным по результатам обычной длительной эксплуатации. Однако ввиду однородности распределения пыли по цилиндрам, а также возможности интенсификации износа в заданных пределах описываемый метод был применен для проведения сравнительных испытаний различных вариантов деталей цилиндропоршневой группы. Чтобы еще более ускорить отборочные испытания при подаче пыли во впускной патрубок, каждый испытываемый двигатель комплектовали несколькими деталями сравниваемых вариантов.

Испытания с вводом пыли в воздух перед воздухоочистителем проводились при двух дозировках ее: 1 и 0,5 г (м8). В обоих случаях дизель оборудовался серийными инерционно-масляными воздухоочистителями. Предельно допустимый износ гильз цилиндров достигался после испытаний продолжительностью 30-40 мото-часов. Однако и при данных испытаниях характер износа гильз цилиндров значительно отличается от такового при обычной эксплуатации дизелей. Уменьшение дозировки пыли до 0,5 г/(м3) привело к снижению темпа износа в 3-4 раза но сравнению с темпом износа при дозировке 1 г/(м3). Форма эпюры износа при этом приблизилась к эпюре износа, получаемой при эксплуатации дизеля.

Таким образом, форсированные стендовые испытания на износ деталей цилиндропоршневой группы с подачей 0,5 г/(м3) пыли перед воздухоочистителем позволили в течение 150 ч имитировать износ гильз цилиндров, близкий как но величине, так и по форме эпюры к износу при пробеге автомобилем 120-150 тыс. км. Недостатком данного метода является неравномерность распределения пыли, прошедшей через воздухоочиститель, по цилиндрам двигателя, вследствие чего нельзя одновременно испытывать детали нескольких вариантов. Кроме того, показатели воздухоочистителей не являются достаточно стабильными для обеспечения воспроизводимости результатов опытов при разных системах воздухоподачи. Эти недостатки метода компенсируются возможностью осреднения износа по большому числу цилиндров.

Ввиду этого данный метод был применен в исследованиях по повышению моторесурса дизелей ЯМЗ в основном для прогнозирования изменения ресурса деталей цилиндропоршневой группы в результате конструктивных и технологических мероприятий.

Принцип работы

Поршень двигается вниз и вверх внутри гильзы, передавая шейке коленчатого вала это движение через шатун. Шатун вращает коленвал, таким образом поступательное движение всех поршней переходит во вращательное. Коленчатый вал вращается, за счет работы ЦПГ.

Поршневые кольца (компрессионные) перекрывают зазор между поршнем и цилиндром (гильзой), препятствуя прорыву в картер газов и горючей смеси из камеры сгорания. Маслосъемные кольца, убирают со стенок гильзы излишки масла, чтобы оно не попадало в камеру сгорания и не горело там, вызывая появление сажи.

Обычно, каждый поршень имеет 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное, но это количество может меняться, в зависимости от конструкции мотора.

Читайте также:  Куда может уходить антифриз: что нужно знать. Почему выбрасывает антифриз из расширительного бачка: причины, что делать

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Обычно, в шатуне палец запрессован, а поршень на нем качается. Но существуют моторы, где наоборот, палец в поршне стационарно сидит, а качается в шатуне.

Современные моторы могут иметь от одного цилиндра (двухтактные агрегаты мотоциклов, мопедов и т.д.) и до 16 – танковые моторы и моторы огромных тягачей (четырехтактные). Количество тактов – количество движений, за которые происходит полный цикл работы цилиндра.

Работа в 4 такта

ЦПГ четырехтактного мотора работает так:


  1. Такт впуска. Поршень из ВМТ опускается в гильзе вниз, при этом открыт впускной клапан, происходит наполнение цилиндра воздухом и впрыск топлива;
  2. Такт сжатия. Поршень достиг НМТ и начинается сжатие топливно-воздушной смеси, клапаны закрытые;
  3. Такт расширения. Поршень максимально сжал смесь и достиг ВМТ, происходит поджог смеси, искрой от свечи. Взрыв топливной смеси толкает поршень вниз, клапаны по-прежнему закрытые;
  4. Такт выброса. Поршень достиг НМТ, смесь уже выгорела, открывается выпускной клапан, отработанные газы выбрасываются в выпускной коллектор, движением поршня вверх. Как только поршень снова достигает ВМТ, начинается новый такт впуска.

Работа в 2 такта

В двухтактном моторе все это происходит за два цикла движения поршня.


  1. Такт сжатия. Поршень идет вверх от НМТ к ВМТ. Горючее поступает через отверстия для продувки, затем поршнем они перекрываются. Дальнейшее продвижение вверх перекрывает выпускные каналы, через которые происходит выхлоп отработавших газов. Поршень подходит к ВМТ, создав давление смеси в пространстве над ним, называемом камерой сгорания.
  2. Такт расширения. Происходит воспламенение смеси, энергия взрыва толкает поршень, заставляя его двигаться вниз. При этом, сначала открываются отверстия для сброса отработавших газов, затем продувка и наполнение камеры новой порцией топлива. После чего, цикл повторяется.

Материалы изготовления

В качестве материала изготовления для цельнолитых поршней используются алюминиевые сплавы. Детали из таких сплавов характеризуются малым весом и хорошей теплопроводностью. Но при этом алюминий не является высокопрочным и жаростойким материалом, что ограничивает использование поршней из него.

Литые поршни изготавливаются и из чугуна. Этот материал прочный и устойчивый к высоким температурам. Недостатком их является значительная масса и слабая теплопроводность, что приводит к сильному нагреву поршней в процессе работы двигателя. Из-за этого их не используют на бензиновых моторах, поскольку высокая температура становится причиной возникновения калильного зажигания (топливовоздушная смесь воспламеняется от контакта с разогретыми поверхностями, а не от искры свечи зажигания).

Конструкция составных поршней позволяет комбинировать между собой указанные материалы. В таких элементах юбка изготавливается из алюминиевых сплавов, что обеспечивает хорошую теплопроводность, а головка – из жаропрочной стали или чугуна.

Но и у элементов составного типа есть недостатки, среди которых:

  • возможность использования только в дизельных двигателях;
  • больший вес по сравнению с литыми алюминиевыми;
  • необходимость использования поршневых колец из жаростойких материалов;
  • более высокая цена;

Из-за этих особенностей сфера использования составных поршней ограничена, их применяют только на крупноразмерных дизельных двигателях.

Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя 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.

Поршневая группа: комплектация и устройство

Поршневая группа – это поршень и группа уплотняющих колец. Так же в неё входит поршневой палец и детали крепления. Стоит рассмотреть назначение данного механизма.


За счет него воспринимается давление газа и передается через шатун на коленвал. Так же благодаря такому механизму, как поршневая группа, уплотняется надпоршневая полость цилиндра. Таким образом он будет защищен от излишнего попадания в картер смазочного масла и газов. Данная функция имеет огромное значение для хорошей работы двигателя. О том, в каком техническом состоянии он находится, судят по уплотняющей способности. К примеру, в машинных двигателях не допускается, чтобы расход масла составлял больше, чем три процента от расхода горючего.

Поршневая группа свою работу осуществляет еще и в тяжелых климатических условиях. Именно поэтому детали данного механизма обладают высокой тепловой напряженностью, а это учитывается, когда для них выбирается материал и конструкция. Их элементы обычно производители разрабатывают, учитывая тип двигателей и назначение (транспортные, стационарные, дизельные, формированные и т.д.). Однако общее устройство все равно остается прежним. Итак, следует рассмотреть, из чего же комплектуется поршневая группа.


Тронковая часть (направляющая) еще называется поршневой юбкой. Она изнутри имеет приливы, в них просверлены отверстия для поршневого пальца. Нижняя кромка юбки используется часто как технологическая база при обработке поршня. Она для этого снабжена растачиваемым буртиком. Кроме того, стенки юбки еще воспринимают силы бокового давления, а это увеличивает их трение о цилиндровые стенки и повышает нагрев цилиндра и поршня.

Поршневая головка несет поршневые кольца и имеет днище. Нижняя канавка имеет дренажные отверстия, через них отходит смазочное масло, чтобы оно не попало случайно в камеру сгорания. Её днище – это одна из камерных стенок. Она воспринимает значительное давление газов. Само днище может быть плоским, вогнутым, выпуклым или фигурным. Опять-таки, его форма выбирается при учете типа двигателя, а также камеры сгорания.

Нельзя не упомянуть про такой механизм, как цилиндро-поршневая группа. Главные дефекты блоков цилиндра – это трещины, сколы и износ. Эти неисправности устанавливаются после тщательного осмотра, опрессовки и обмера цилиндра. При этом процессе на блок нужно установить головку или же чугунную плиту (обязательна резиновая прокладка). Вообще, данная группа отличается жаростойкой сталью и масляным охлаждением, которое осуществляется за счет циркуляционной общей системы смазки главного дизеля. Если обеспечить хороший уход механизму и качественное масло, то можно легко увеличить срок работы поршней и цилиндров.


И еще один механизм – шатунно-поршневая группа. Поршень – литой и алюминиевый. Наружная поверхность обладает весьма сложной формой. Поршневой палец – полый и стальной, он свободно вращается во втулке шатуна и поршневых бобышках. А кольца поршня выполнены из чугуна. И, конечно же, шатун – кованый и стальной. В его верхней головке имеется втулка из смеси стали и бронзы, что положительно отражается на работе всей группы.

Система смазки цилиндров

Если цилиндр не смазан изнутри, поршень будет заклинивать, что рано или поздно приведет к разрушению двигателя. Именно поэтому качественное смазывание стенок – вторая по значимости проблема после отвода тепла.

Для удержания стабильной масляной пленки на внутренние поверхности цилиндров наносят микросетку. Это процесс называется хонингованием. Благодаря наличию такой сетки на стенках всегда присутствует слой масла, что не только снижает трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению излишков тепла внутри ЦПГ.