Поршень двигателя: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

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.

Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.

Метод изготовления

В. И. Даль так описывает метод их изготовления: поршни вообще не шьются, а гнутся из одного лоскута сырой кожи или шкуры (с шерстью), на вздёржке, очкуре, ременной оборе; обычно поршни из конины, лучшие из свиной шкуры, есть и тюленьи и прочие: их более. носят летом, налегке, или на покосе, где трава резуча, а рыбаки обувают их и сверх бахил. Зовут поршнями и обувь из опорков сапожных, или берестяники, шелюжники (лапти), даже кенги, плетения из суконных покромок.

По результатам археологических исследований в Новгороде, С. А. Изюмовой было выделено 3 типа поршней: простые, ажурные и составные. Простые шились из прямоугольного куска кожи толщиной 2—2,5 мм, края которого загибались кверху и сшивались. С боков в верхней части делались прорези для кожаного ремешка, с помощью которого поршень и крепился к ноге. Длина этого ремешка достигала 1 метра. Ажурные поршни отличались тем, что на их верхней передней части было несколько рядов прорезей, в которые заплетался ремешок. Составные поршни изготовлялись из более толстой кожи, к основе пришивался ещё треугольный кусок кожи.

Ранние археологические находки поршней в Новгороде датируются концом X — началом XI века. Аналогичная обувь имела хождение и в Европе — в частности, известны находки, датируемые X веком, происходящие из гробницы близ Оберфлахта в Швабии.

Поршни делались не только из дублёной, но нередко — из сыромятной кожи. По Пермской летописи Шишонко известен указ архиепископа Вологодского и Пермского: «Чтобы священникам сырых (сыромятных) коровьих поршней не носити… Они ходят в таких скверных обущах во святилище и бескровную жертву приносят; того ради Бог гневаетца, казнить пожары, и погуби бывают».

Эта обувь использовалась в России вплоть до начала XX века. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона сообщает следующее:

Поршни — обувь в виде лаптя, делаемая из одного куска кожи, сшиваемого сыромятным ремнём. К поршням, употребляемым охотниками, пришиваются иногда нетолстая подошва и самые низкие каблуки; такие поршни надеваются, обыкновенно, на длинные шерстяные чулки.

Маркировка поршней ВАЗ

По статистике, маркировкой ремонтных поршней чаще всего интересуются владельцы или мастера по ремонту двигателей автомобилей ВАЗ. Далее приведем информацию по различным поршням.

ВАЗ 2110

Для примера возьмем двигатель автомобиля ВАЗ-2110. Чаще всего в данной модели используются поршни с маркировкой 1004015. Изделие производится непосредственно на ОАО «АвтоВАЗ». Краткая техническая информация:

• номинальный диаметр поршня — 82,0 мм;
• диаметр поршня после первого ремонта — 82,4 мм;
• диаметр поршня после второго ремонта — 82,8 мм;
• высота поршня — 65,9;
• компрессионная высота — 37,9 мм;
• рекомендованный зазор в цилиндре — 0,025…0,045 мм.

Непосредственно на корпусе поршня может быть нанесена дополнительная информация. Например:

• «21» и «10» в районе отверстия под палец — обозначение модели изделия (другие варианты — «213» обозначает двигатель ВАЗ 21213, а к примеру, «23» — ВАЗ 2123);
• «ВАЗ» на юбке с внутренней стороны — обозначение производителя;
• буквы и цифры на юбке с внутренней стороны — специфическое обозначение литейного оборудования (расшифровать его можно с помощью документации производителя, но в большинстве случаев эта информация бесполезна);
• «АЛ34» на юбке с внутренней стороны — обозначение литейного сплава.

Основные маркировочные символы, наносимые на днище поршня:

• Стрелка — это маркер ориентации, указывающий направление в сторону привода распределительного вала. На так называемых «классических» моделях ВАЗ иногда вместо стрелки можно встретить букву «П», что означает «перед». Аналогично, тот край, где изображена буква, нужно направлять в сторону движения машины.
• Один из следующих символов — A, B, C, D, E. Это маркеры класса диаметра, показывающие отклонение в значении по наружному диаметру. Далее приведена таблица с конкретными значениями.
• Маркеры группы массы поршня. «Г» — нормальная масса, «+» — увеличенная на 5 грамм масса, «-» — уменьшенная на 5 грамм масса.
• Одна из цифр — 1, 2, 3. Это маркер класса отверстия поршневого пальца, определяет отклонение по диаметру отверстия под поршневой палец. В дополнение к этому имеется цветовое обозначение данного параметра. Так, краска наносится на внутреннюю сторону днища. Синий цвет — 1 класс, зеленый цвет — 2 класс, красный цвет — 3 класс. Далее приведена дополнительная информация.

Для ремонтных поршней ВАЗ также существуют два отдельных обозначения:

• треугольник — первый ремонт (диаметр увеличен на 0,4 мм от номинального размера);
• квадрат — второй ремонт (диаметр увеличен на 0,8 мм от номинального размера).

Для машин других марок ремонтные поршни обычно увеличены на 0,2 мм, 0,4 мм и 0,6 мм, но без разбивки по классам.

Обратите внимание, что для различных марок машин (в том числе для разных двигателей) значение отличия ремонтных поршней нужно смотреть в справочной информации

ВАЗ 21083

Другим популярным «ВАЗовским» поршнем является 21083-1004015. Он также производится на ОАО АвтоВАЗ. Его технические размеры и параметры:

• номинальный диаметр — 82 мм;
• диаметр после первого ремонта — 82,4 мм;
• диаметр после второго ремонта — 82,8 мм;
• диаметр поршневого пальца — 22 мм.

Он имеет аналогичные обозначения, что и ВАЗ 2110-1004015. Остановимся немного подробнее на классе поршня по наружному диаметру и классе отверстия под поршневой палец. Соответствующая информация сведена в таблицы.

Наружный диаметр:

Интересно, что модели поршней ВАЗ 11194 и ВАЗ 21126 выпускаются только в трех классах — A, B и C. При этом размер шага соответствует 0,01 мм.

Таблица соответствия моделей поршня и моделей двигателя (марки) автомобилей ВАЗ.

Отверстия под поршневой палец:

История[править | править код]

Поломки поршня и сопутствующих деталей

В процессе интенсивной или просто продолжительной эксплуатации поршень может выйти из строя
по причине присутствия в цилиндре постороннего тела, на которое поршень постоянно наталкивается
во время движения. Таким предметом может стать частица шатуна, коленвала или чего-то другого,
отлетевшего от детали. Поверхности такого излома имеют серый цвет, они не характеризуются истиранием,
трещинами и прочими визуальными признаками. Поршень распадается быстро и внезапно.

Излом, вызванный усталостью металла, характеризуется образованием в проблемном месте растровых линий.
Это позволяет заблаговременно определить наличие поломки и заменить поршень.
Помимо старения причиной такого излома может стать детонационное воспламенение,
усиленные сотрясения поршня из-за сталкивания его головки с головкой цилиндра или чрезмерного зазора юбки.
В любом случае на детали образуются трещины, свидетельствующие о ее скором выходе из строя.

После износа колец, повреждения головки поршня наиболее часто встречаемы.

Помимо износа и старения металла, связанные с поршнями поломки могут случаться
по целому ряду разнообразных причин, среди которых:

• нарушение режима сгорания, например из-за задержки зажигания;
• неправильная организация пуска холодного двигателя;
• заполнение цилиндра маслом или водой при выключенном моторе, что называется гидравлическим ударом;
• необоснованное повышение мощности в результате перенастройки электроники;
• использование неподходящих деталей;
• другие причины.

Чаще всего ремонт осуществляется методом замены – поршня, колец или всей поршневой группы.

Связанные термины

• Головка блока цилиндров
• Коленвал

Поршень

Поршни двигателя находятся в составе кривошипно-шатунного механизма двигателя и участвуют в обеспечении вращения коленчатого вала за счет своего поступательного движения внутри цилиндров двигателя.

Для чего нужны поршни двигателя?

Поршни двигателя являются простой на вид, но в действительности — достаточно сложной по своей форме деталью, производимой путем литья или ковки. В качестве материала для поршня, в основном применяются алюминиевые сплавы. Поршень двигателя, подвергаясь воздействию давления, создаваемого при возгорании в цилиндре топливо-воздушной смеси двигается и, через шатун, вращает коленчатый вал двигателя.

Конструкция поршня предусматривает установку дополнительных деталей – например, на поршне есть канавки для крепления компрессионных и маслосъемных колец, которые обеспечивают герметичность камеры сгорания. В нижней части поршня так же есть отверстия, через которые проходит поршневой палец, который обеспечивает подвижное соединение поршня и шатуна. Только в сборе с вышеуказанными деталями, поршень представляет собой работоспособный узел.

Когда нужно менять поршни двигателя?

В целом конструкция поршней двигателя со временем остается традиционной – и эта конструкция не изменится до тех пор, пока двигатель работает за счет перемещения кривошипно-шатунного механизма. Однако если не брать в целом, то конструкция поршня постоянно подвергается различным усовершенствованиям с целью повышения эффективности работы и увеличения надежности и долговечности.

Поршни работают в очень тяжелых условиях (нагрев, высокое давление, инерционные нагрузки, постоянное трение о поверхность цилиндра). Поэтому, к поршням, а также к их установке предъявляются очень серьезные требования. Теоретически долговечность поршней сравнима со сроком службы двигателя, т.е. более 200 тыс. км.

Необходимость замены поршней возникает в случае работы на режимах, которые не являются штатными. Например, если по причине недостаточной смазки поршень перегревается, то на нем могут появиться задиры, поршень может заклинить или на его поверхности появятся трещины, места оплавления металла. Возможны повреждения мест посадки поршневых колец и самих колец из за наличия повышенных ударных нагрузок, причиной чего могут быть неправильные настройки двигателя или нарушение работы систем зажигания.

Необходимость замены поршней возникает также в случае поломки в системе ГРМ, когда поршень ударяется о клапан. Износ колец поршня может быть вызван отсутствием масляной пленки на стенках цилиндра. Таким образом, на исправность поршней влияет в основном корректная работа других систем двигателя.

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.

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.

Интересные факты[править | править код]

• Несмотря на то, что поршень делается из булыжника, древесины и железа, его можно быстро сломать и даже добыть рукой.
• Когда блоки выталкиваются поршнем, они на время становятся нетвёрдыми, и ряд сущностей может провалиться через него. Этот эффект дольше длится в случае с блоком слизи.
• Если поршень, направленный верх, будет переключаться часто, а над ним будет блок, реагирующий на гравитацию (например, песок или гравий), то этот блок будет добыт и доступен для сбора. Но из гравия никогда не выпадет кремень — его можно получить, лишь вручную добыв блок.
• Мобы могут спауниться внутри головки поршня.
• Над «расширением поршня» можно установить ковёр.
• Изначально вместо липкого поршня планировались выдвигающиеся шипы. Сейчас можно сделать такие «шипы» из шести липких поршней, одного блока магмы, одного блока пола, двух повторителей и четверти стака редстоуна: пока нить не активирована магма не видна, на её месте стоит блок пола (например булыжника), а при задевании нити блок пола за пол секунды заменяется блоком магмы. Если с нити сойти — то блок пола вернется на место. Более подробно читайте и смотрите здесь.

Диагностика поршней и пути устранения неисправностей

Стук при работе двигателя, частый перегрев, потеря мощности, повышенное дымление, увеличение расхода топлива, резкое падение уровня масла и другие подобные явления – повод для тщательного техосмотра мотоцикла, в частности, диагностики его цилиндро-поршневой группы.

Замерить мощность двигателя в бытовых условиях практически невозможно, поэтому многие отмечают падение этого показателя по косвенным признакам: снижению максимальной скорости мотоцикла или уменьшению компрессии в цилиндре. Второй способ оценки мощности предпочтительнее, потому что снижение скорости может быть вызвано закоксовыванием выпускной системы или нарушением регулировки зажигания.

Если падение мощности действительно произошло, необходимости в срочной замене поршней или расточке цилиндров нет. Если проблемы с цилиндро-поршневой группой возникли впервые (обычно это происходит через 6-7 тыс.км пробега), опытные владельцы мотоциклов меняют только поршневые кольца. При повторных неисправностях, если замена колец уже не помогает, устанавливаются новые поршни. Как правило, до этого момента мотоцикл успевает проехать до 40 тыс. км.

Оценить степень износа ЦПГ можно только разобрав ее. Эта операция требует аккуратности. Особенно нужно следить за сохранностью стопорного кольца – чтобы не уронить его в кривошипную камеру, закройте ее тряпкой. При выемке поршневой группы не рекомендуется выбивать палец молотком, так как есть риск загнуть шатун. Лучше пользоваться специальным съемником.

Помимо визуального осмотра поршня, нужно замерить величину зазора между ним и цилиндром. Она не должна превышать 0,3-0,4 мм, в противном случае поршень требует замены.

Оценивая состояние поршня, обязательно обратите внимание на кольца и канавки. Если в них много нагара, кольца могут терять подвижность

Чтобы избежать так называемого «залегания», загрязнения необходимо удалить с помощью подходящего в меру острого предмета (например, шабера). Не стоит использовать для очистки колец и канавок надфили, ножовочные полотна и подобные инструменты, так как они могут повредить поршень, а это, в свою очередь, приведет к утечке газов и падению компрессии двигателя.

Двухтактные двигатели мотоциклов имеют цилиндры с тремя окнами: впускным, выпускным и продувочным. Стопорные штифты фиксируют кольца в канавках и ориентируют их на участок гильзы без окон.

Если штифт выпадает, кольцо при движении поршня начинает вращаться и в какой-то момент оказывается в зоне впускного или выпускного окна цилиндра. Так как кольцо незамкнуто, оно стремится разжаться, его концы распрямляются и при попадании в окно срезаются. Обломки при этом оказываются в глушителе, что крайне нежелательно.

В качестве следующего шага диагностики рассмотрите отверстие под поршневой палец. В его канавках с каждой стороны поршня установлены стопорные кольца. В зависимости от типа мотоциклов они могут иметь разную конструкцию (с «усиками» или без), однако в любом случае должны утопать в канавках не менее чем на половину диаметра.

Баг с поршнями в 1.2.5[править код]

Наткнулся на странный баг, когда пытался построить описанную выше дверь на 6 поршнях (точнее, я пытался сделать двустворчатую, на 12). Как проявляется: ставим два поршня друг на друга, затем не верхний кладем куб материала, от которого отводим небольшую дорожку для выкладки красной пыли. Насыпаем саму пыль. Получается примерно так:

Теперь активируем красную пыль, поставив в начале красный факел. Верхний поршень, как ему и положено, выдвигается. А теперь положим что-нибудь рядом с нижним поршнем — он тоже выдвинется, как если бы верхний стал проводить сигнал. Выключается нижний поршень только деактивированием красной пыли, удаление добавочного блока влияния не оказывает. Если блок окажется там до активации пыли, то бага не будет.

С липкими та же ситуация…