Устройство и работа: Поршень двигателя

Поршень является одной из самых важных деталей автомобильного двигателя, отвечающей за преобразование энергии сгорания топлива в энергию кинетическую. В сегодняшней статье мы постараемся уделить более подробное внимание назначению поршней, требованиям, предъявляемым к ним, а также особенностям их эксплуатации.

Что представляет собой поршень двигателя внутреннего сгорания?

Поршень автомобильного агрегата — это внутренний элемент, имеющий цилиндрическую форму, и совершающий возвратно-поступательное цикличное движение по специальной камере с целью превращения энергии, вырабатываемой в процессе сгорания топливной смеси, в физическую работу. Именно поршень способствует изменению внутреннего объема цилиндра, в результате чего происходит возгорание имеющейся в нем горючей смеси.

Качество выполнения своих функций поршнями прямым образом влияет на бесперебойность и эффективность деятельности мотора. Кажущаяся простота поршня — не более чем заблуждение. Это высокоточная наукоемкая деталь, за изготовление которой не берутся порой даже самые известные автоконцерны, заказывая её в специализированных компаниях, занимающихся их проектированием и непосредственным производством.

Какими должны быть поршни?

• Любой поршень должен являться термоустойчивым. Во время сгорания топливной смеси внутри камеры достигается чрезвычайно высокая температура, которую материал должен выдерживать. То же самое касается и давления рабочих газов.
• Вторым требованием является минимизация сил трения, возникающих между цилиндром, набором поршневых колец и подшипником линейного скольжения. Механическое истирание, происходящие в результате взаимодействия этих элементов, должно быть близкими к нулю, чтобы поршневая часть имела достаточный функциональный ресурс.
• Третьим пунктом требований назовем необходимость серьезного запаса прочности, способного противостоять силовой нагрузке, исходящей из камеры сгорания с одной стороны, и шатунной реакции — с другой.
• И, наконец, в-четвертых, силы инерции, возникающие во время движения поршня, должны передавать как можно меньшие нагрузки на кривошипно-шатунную механику.

Особенности эксплуатации поршней

Как мы уже говорили, сгоревшее сверху поршня топливо, является источником огромного количества тепла, возникающего при каждом рабочем цикле. Внутренняя температура камеры сгорания достигает 2 тысяч градусов Цельсия. Во время этого осуществляется передача лишь части энергии движения, остальное уходит на нагрев смежных деталей и энергию выхлопных газов. Важно понимать, что если поршень не будет охлаждаться, он через несколько минут подвергнется расплавлению.

За счет чего же происходит его охлаждение? Прежде всего, за счет наружного воздуха, который остужает охлаждающую жидкость, головку блока цилиндров и сам агрегат. Поршень посредством четырех элементов производит теплообмен с охлажденными деталями и антифризом.

1. Поршневые кольца. Это основной элемент охлаждения, особенно то кольцо, которое располагается ближе к нижней части блока. Помимо этого, именно посредством поршневых колец осуществляется взаимодействие с антифризом, находящимся за стенкой цилиндра. Общее теплоотведение, достигаемое за счет колец поршней, составляет около 50%.
2. Моторное масло. Помимо смазывающих функций, масло используется и для охлаждения. Оно забирает часть тепла от нагретых деталей, передавая его внутрь картера, в котором масляный состав остывает. Важно, чтобы масло не перегревалось, иначе оно рискует растерять свои рабочие характеристики и как следствие привести к повышению износа взаимодействующих узлов.
3. Шатунный механизм. Охлаждение через вращающуюся механическую систему является наименее эффективным. Оно присутствует, но из-за достаточно больших контактных зазоров коэффициент его теплоотведения минимален.
4. Топливная смесь следующего цикла. Не стоит забывать и о том, что часть тепла расходуется на нагрев вновь поступившей топливно-воздушной смеси. Эффективность такого охлаждения не поддается сомнению, потому что оно осуществляется именно с той стороны поршня, которая имеет максимальный нагрев после сгорания предыдущей порции топлива.

Важно понимать, что наибольшая ответственность за качество функционирования поршней лежит именно на поршневых кольцах. Если нарушится их герметичность, то разогретая газовая «прослойка» лишит поршень охлаждения, что приведет к разрушению двигателя. Подобную картину можно наблюдать во время перегрева, возникающего из-за нарушений системы охлаждения. В случае, когда продолжительность работы мотора при критических температурах оказывается достаточно продолжительной, агрегат получает настолько критичные повреждение, что отремонтировать его не представляется возможным. В таком случае потребуется осуществить полную замену блока.

Подведем итоги

В конце статьи скажем, что поршни являются основными узлами двигателя автомобиля. Важно следить за качеством их работы, производя периодические диагностические процедуры. При выявлении высокой степени выработки необходимо выполнять техническое обслуживание поршневой, включающего замену поршневых колец, пальцев или непосредственно самих поршней. Если им пренебречь, можно «нарваться» на замену блока, которая обойдется водителю в несколько раз дороже.