Что такое поршень двигателя

Основной элемент в конструкции цилиндра двигателя внутреннего сгорания - поршень. На него ложится вся основная нагрузка: перемещаясь от одного крайнего положения к другому, он обеспечивает протекание всех необходимых процессов - впуска смеси, ее сжатия, рабочего хода и выпуска отработанных газов. Деталь позволяет простейшим способом преобразовывать энергию сгорания горючей смеси в механическую, которая затем будет выполнять полезную работу.

Конструкция, особенности и принцип работы

Поршень - одна из самых простых деталей в двигателе. Он отличается характерной цилиндрической формой, выполняется из износостойких сплавов металлов с высокой механической прочностью и стойкостью к сильному нагреву.

Деталь состоит из трех основных компонентов:

• днище - контактная площадка, которая взаимодействует с газами и берет на себя основную тепловую нагрузку. В бензиновых двигателях она имеет гладкий профиль, в дизельных - специальную выемку, глубина которой зависит от типа смесеобразования;
• поршневые кольца, препятствующие проникновению смеси внутрь детали - уплотняющая часть;
• направляющая часть или юбка, задающая положение детали в пространстве и равномерно распределяет нагрузку на стенки.

Несмотря на то, что большинство бензиновых моторов имеет поршни с гладким днищем, во многих моделях предусматриваются лунки на его поверхности под клапаны. Это позволяет исключить их столкновение с поршневым днищем при обрыве ремня ГРМ.

Совершая возвратно-поступательные движения в каждом из тактов, поршень обеспечивает протекание всех необходимых процессов в цикле работы ДВС. Головка блока со стенками формируют камеру сгорания. Эта рабочая поверхность непосредственно контактирует с горючей смесью в рабочей камере, температура которой колеблется в пределах 2000 градусов. Поэтому периодически весь компонент нуждается в охлаждении, иначе может расплавиться.

Охлаждение осуществляется несколькими путями:

• С помощью теплопередачи - избыток тепла отводится благодаря контакту поршневых колец со стенками цилиндра, а через них - к охлаждающей жидкости. Кольца должны плотно прилегать к стенке, иначе газы будут прорываться внутрь щелей и создавать препятствия, что приведет к разрушению металла. Чем меньше будет их контактная поверхность, тем хуже протекает охлаждение, поэтому количество уплотнений является достаточно компромиссным решением для конструкторов. У каждого производителя данных запчастей есть свое решение этой проблемы;
• Разбрызгиванием масла форсункой - масляный туман в таком случае выполняет роль теплоносителя, однако такой способ требует контура для охлаждения этой жидкости, иначе она быстро потеряет свои свойства;
• Нагревание новой топливовоздушной смеси.

Главные требования к материалам, из которых изготавливаются поршни - хорошая теплопроводность, коррозионная устойчивость или стойкость к серосодержащим составам, а также небольшой коэффициент теплового расширения. При этом металл должен обеспечивать максимальное уплотнение в канале цилиндра и минимальное трение при движении, чтобы снизить механические потери.

Зачастую оптимально подходят под эти требования алюминиевые сплавы, жаропрочная сталь, реже - чугун. Алюминий и сталь отличаются высокой теплоотдачей, легче и компактнее чугунных изделий, поэтому предпочтение в автомобилестроении отдают именно этим металлам. Использование легких материалов позволяет сделать мотор меньше, при этом не теряя его мощности - уменьшение высоты поршня способствует снижению боковых нагрузок и расхода топлива, увеличивая ресурс двигателя.