Принцип работы поршня: Принцип работы поршня в ДВС

Что такое поршень двигателя. Особенности, принцип работы и предназначение

Cегодня мы узнаем, что называется автомобильным поршнем двигателя, каково его основное предназначение и принцип работы, а также, из каких материалов изготавливаются эти ключевые компоненты

ЧТО ТАКОЕ ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ. ОСОБЕННОСТИ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ


Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильным поршнем двигателя, каково его основное предназначение и принцип работы, а также, из каких материалов изготавливаются эти ключевые компоненты любой силовой установки. Кроме того, расскажем про то, какие требования на современном этапе предъявляются к поршням двигателя и какими конструкторскими особенностями обладают данные детали силовой установки. В заключении поговорим о том, в совокупности с какими узлами двигателя функционируют поршни и каковы их технические характеристики, а также, какую роль играют эти незаменимые элементы мотора транспортного средства.


Итак, что же такое автомобильный поршень двигателя и какую роль он играет в силовой установке? Поршнем двигателя называется специальная деталь цилиндрической формы, которая осуществляет возвратно-поступательные движения внутри рабочей области цилиндра и служит для преобразования топливно-воздушной смеси с целью изменения давления (газа, пара, жидкости) и превращение его в механическую работу. Другими словами, поршень силовой установки совершает возвратно-поступательные движения для изменения показателя давления в цилиндре. Таким образом, можно уверенно утверждать, что поршень занимает центральное место в процессе преобразования топлива в механическую энергию. Чтобы понимать, каков принцип работы поршня двигателя, необходимо знать его назначение и задачи, которые он выполняет в процессе функционирования силовой установки. Этот вопрос мы подробно разберем в нашей статье, чтобы получить исчерпывающее понятие о поршне и его роли в системе двигателя автомобиля.

 

ЧТО ТАКОЕ ТУРБОНАДДУВ. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ  

Справочно заметим, что еще совсем недавно производители автомобильных деталей изготавливали (отливали) поршни силовых установок из чугуна. Как все мы знаем технологии не стоят на месте и замена тяжелому, а также довольно хрупкому чугуну нашлась, им стал алюминий. Поршни из алюминия обладают рядом достоинств по сравнению с чугуном, например при использовании этого материала, автопроизводители добились роста оборотов с мощностью двигателя, а также снизили нагрузку на детали мотора, повысилась теплоотдача и как следствие увеличился ресурс силовой установки. С того момента, как производители начали использовать в деталях двигателя алюминий, мощность моторов начала расти, причем стремительно, температура и давление в цилиндрах на большинстве современных силовых установках, на примере дизельных стала предельной для прочности алюминия. Поэтому производители стали снова искать альтернативу алюминию. И нашли, ею оказалась сталь.


На сегодняшний день большинство современных двигателей оснащаются стальными поршнями, которые надежно и уверенно выдерживают постоянно возрастающие нагрузки. Стальные поршни в сравнении с алюминиевыми и чугунными обладают меньшим весом, благодаря более тонким стенкам, а также меньшей компрессионной высотой, то есть расстоянием от днища детали до оси алюминиевого пальца. Кроме того, поршни из стали идут не литыми по конструкции, а сборные.

Также отметим, что благодаря уменьшению вертикальных габаритов стального поршня при неизменном блоке цилиндров это дает возможность производителю удлинять шатуны. Это позволяет в свою очередь снизить нагрузку на рабочую пару, то есть на цилиндр и поршень, что довольно положительно сказывается на оптимизации расхода топлива, а также на ресурсе силовой установки. Кроме того, при замене шатунов и коленчатого вала, можно довольно просто укоротить блок цилиндров, что даст возможность облегчить по массе двигатель. 

1. Требования предъявляемые к поршням двигателя

На сегодняшний день существует 4 основных требования, которые предъявляются к поршням двигателя транспортного средства и все они так или иначе сводятся к единственному, а также самому ключевому параметру — сроку службы детали. Справочно заметим, что требования, которые мы сейчас перечислим, предъявляются современными условиями эксплуатации автомобилей.

Требования предъявляемые к современным поршням силовой установки:


— Первое требование относится к сопротивляемости поршня высокой температуре, давлению газов и надежной герметизации канала цилиндра. Происходит это благодаря перемещению поршня в цилиндре, что позволяет расширять сжатые газы и продукты горения топлива, что обеспечивает высвобождение механической энергии.

— Второе требование заключается в том, что цилиндр с поршнем и кольцами (поршневыми) обеспечивает оптимальное скольжение линейного подшипника, который минимизирует механические потери во время трения деталей в цилиндре, что как следствие выливается в более долгий срок службы узлов. 

— Третье требование заключается в том, что поршень двигателя постоянно испытывает высокие нагрузки со стороны камеры сгорания топливно-воздушной смеси и удары от шатуна, поэтому деталь должна выдерживать любые механические воздействия на нее.

— Четвертое требование заключается в том, что поршень двигателя совершая возвратно-поступательные движения на высокой скорости, не должен создавать нагрузку на кривошипно-шатунный узел своими инерционными воздействиями.

На самом деле требований к поршням двигателя, да и к другим ключевым деталям силовой установки насчитывается более десятка, однако по мнению большинства специалистов по ремонту транспортных средств, данная группировка является одной из самых точных. Вышеописанные требования наиболее четко описывают и показывают, какую важную роль в функционировании двигателя играют поршни.

2. Основное назначение и принцип работы поршней двигателя

Справочно заметим, что в процессе функционирования двигателя, топливо сгорает в камере над поршнем и выделяет при этом большое количество тепла, причем происходит это при каждом цикле работы силовой установки. Температура сгоревших газов порой составляет около 2 тысяч градусов по Цельсию, причем только часть энергии передается движущимся узлам мотора, а остальная реакция остается в двигателе сильно его нагревая. Определенные остатки тепла также выходят в выхлопную трубу с отработанными газами. Таким образом, если поршень не будет подвергаться охлаждению, то он через какое то время просто расплавиться, из какого материала он не был бы изготовлен. Выше описанная процедура является очень важным нюансом, который раскрывает всю сложность условий работы поршневой группы.


Все мы прекрасно знаем, что образовавшийся тепловой поток всегда направлен от более нагретых элементов к деталям с меньшей температурой. Данный физический процесс позволяет увидеть распределение температур по поршню во время его активной рабочей фазы. Кроме того, это позволит определить конструктивные особенности и нюансы, которые влияют на его температурный режим, то есть понять благодаря, каким факторам он охлаждается.

Что касается наиболее нагреваемых участков во время функционирования двигателя, то наивысшая температура образуется в камере сгорания у топливно-воздушной смеси. Исходя из ранее сказанного, тепло будет передаваться самой холодной поверхности или воздуху. Если тепло передается окружающему воздуху в моторе, то он омывая радиатор, а также корпус силовой установки, остудит в жидкость охлаждающего типа, блок цилиндров и корпус головки. Однако мы забыли про поршень, как же он остывает? А для него необходим специальный, так называемый тоннель, по которому будет передаваться тепло детали на блок цилиндров, а затем направляться в охлаждающую жидкость. Процедура по охлаждению поршня происходит благодаря дополнительным элементам и жидкостям, которые помогают эффективно осуществить этот процесс.

Первый элемент, который обеспечивает охлаждение поршню — это поршневые кольца. Главная функция в этом процессе отведена первому кольцу, которое расположено ближе к днищу поршня, так как это место на детали является наиболее коротким путем к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Справочно заметим, что компрессионное и маслосъемное кольцаодновременно прижаты к специальным канавкам, а также к стенке цилиндра. Таким образом, кольца обеспечивают примерно 40-50 процентов теплового потока.  

Следующим элементом обеспечивающим охлаждение поршней является моторное масло. Благодаря тому, что масло имеет прямой контакт с наиболее нагретыми участками двигателя, образующийся в процессе работы масляный туман забирает с собой в поддон картера значительную часть тепла от наиболее горячих областей. Если силовая установка оборудована масляными форсунками, которые направляют струю технической жидкости на внутреннюю поверхность днища поршня, доля моторного масла в процессе теплообмена порой достигает 35 процентов от общего показателя охлаждения детали. Следовательно нагружая масло дополнительной функцией по охлаждению поршней, необходимо понимать, что оно также нуждается в понижении своей температуры, потому что перегретая жидкость будет мгновенно терять свои полезные свойства. Кроме того, чем выше рабочая температура масла, тем следовательно меньше тепла возьмет на себя эта жидкость.

Кроме поршневых колец и моторного масла, охлаждение поршней осуществляется также при помощи специальных бобышек расположенных в пальце, которые затем вставляются в шатуны, а оттуда уже в моторное масло. Этот способ охлаждения является чуть менее эффективным ранее описанных, однако в совокупности они образуют оптимальный температурный режим деталей двигателя, в том числе и поршней. Справочно заметим, что по пути охлаждения встречаются серьезные тепловые сопротивления, на примере различных зазоров, стальных деталей, которые обладают существенной длиной и низким коэффициентом теплопроводности.

Заключительный способ охлаждения поршней заключается в том, что часть тепла забирается топливно-воздушной смесью на свой нагрев, которая поступает в камеру сгорания. Доля тепла, которую заберет образованная смесь, напрямую зависит от режима функционирования и степени открытия дроссельной заслонки. Как правило, тепло образованное при сгорании, прямо пропорционально заряду. Таким образом, охлаждающий путь носит импульсный характер. Как правило, данное охлаждение отличается от других, ранее описанных своей скоротечностью и высокой эффективностью. Это происходит благодаря тому, что тепло отбирается с того участка, где поршень больше нагревается.

 

3. Что влияет на оптимальную работу поршней двигателя

На оптимальную, надежную и долговечную работу поршней двигателя влияет в первую очередь их быстрое охлаждение. Из всех способов, которые мы перечислили ранее, большую значимость следует уделять передаче тепла через кольца поршня. Если представить, что мы снимем кольца с поршня и запустим силовую установку, то навряд ли двигатель сможет пережить различные форсированные режимы. В итоге произойдет сильный нагрев деталей установки, а затем материал поршня просто начнет разрушаться.

Кроме того, в случае отсутствия колец или их неплотного прилегания друг другу образуется еще одна проблема, которая называется компрессией. Например одно из колец поршняне прилегает по своей длине к стенке цилиндра, тогда образовавшиеся сгоревшие газы в камере будут прорываться в появившуюся щель. Этот процесс создаст определенный барьер, который начнет препятствовать передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это примерно тоже самое, если бы мы взяли и закрыли участок радиатора, тем самым лишили бы его способности охлаждаться поступающим воздухом.

Наиболее страшная ситуация для поршня, если кольцо не обладает плотным контактом с канавкой. Дело в том, что в тех местах, где появляется возможность газам протекать мимо колец через канавку, у определенной области поршня просто пропадает возможность охлаждаться. Таким образом, появляется известное в народе понятие, как «тепловой мешок«. Результатом такого процесса становится всем известный прогар, а также выкрашивание стенок огневым поясом, который прилегает к участку утечки газов. Вот поэтому большинством специалистов по ремонту и обслуживанию транспортных средств особое внимание уделяется геометрии цилиндра, кольцам, а также износу канавок.


В заключении отметим, что отвечая на распространенный вопрос автолюбителей: «Сколько колец должно быть у нового поршня?», скажем так, что с точки зрения устройства двигателей по теории механики, чем меньше колец у поршня, тем лучше. Справочно заметим, что если кольца узкие, то будут меньше потерь в цилиндро-поршневой группе. Однако при сокращении количества колец с их высотой, мы однозначно ухудшим оптимальное условие охлаждения поршня, которое выглядит, как: днище детали, затем кольцо и стенка цилиндра. Таким образом, выбор оптимальной конструкции той или иной детали двигателя — это всегда своего рода компромисс.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ. 
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя.

В двигателе с внешним смесеобразованием в замкнутое пространство, образованное стенками цилиндра, его головкой и днищем поршня, через впускной клапан при перемещении поршня вниз всасывается горючая смесь, состоящая из жидкого топлива или горючего газа, смешанного в Определенной пропорции с воздухом. При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника тепла. При сгорании смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего газы, получившиеся при сгорании, нагреваются и давление их сильно возрастает. Под действием давления газов поршень перемещается в цилиндре вниз и посредством шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан.

Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе с нижней головкой шатуна описывает окружность (рис. 1). Верхняя головка шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз (возвратно-поступательно). При одном обороте колена (кривошипа) вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках.

Верхней мертвой точкой (в. м. т.) называют самое верхнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, а).

Нижней мертвой точкой (н. м. т.) называют самое нижнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, б).

При положении поршня в мертвых точках давление газов на поршень не может вызвать поворота коленчатого вала, так как шатун и кривошип коленчатого вала располагаются в одну линию.

Ходом поршня называется расстояние между крайними положениями поршня (от в. м. т. до н. м. т.). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа.

Двигатели, у которых длина хода поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными. Такие двигатели получают все большее распространение, так как при больших числах оборотов коленчатого вала скорость поршня получается невысокой, что обеспечивает большую износостойкость двигателя.

При повороте кривошипа от мертвых точек на одинаковые углы поршень проходит различные расстояния. Это означает, что при равномерном вращении коленчатого вала поршень в цилиндре двигается неравномерно с ускорениями и замедлениями, вследствие чего в работающем двигателе появляются силы инерции.

Тактом называют процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой.

Рис. 1. Основные положения кривопшпно-шатунного механизма

При перемещении поршня вниз от в. м. т. до п. м. т. (рис. 16, б) объем внутренней полости цилиндра над поршнем изменяется от минимального значения (объем камеры сгорания) до максимального (полный объем цилиндра).

Камерой сгорания называется пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в. м. т.

Рабочим объемом цилиндра называется объем цилиндра, заключенный между верхней и нижней мертвыми точками.

Рабочим объемом, или литражом двигателя, называется рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах.

Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания.

Степенью сжатия двигателя называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь (заряд) при перемещении поршня из н.

м. т. в в. м. т. Чем выше степень сжатия двигателя, тем большую экономичность по расходу топлива имеет двигатель.

Поршневой двигатель

: классификация, компоненты и принципы работы

Facebook-f Твиттер Инстаграм YouTube Линкедин Телеграмма Пинтерест

Поршневой двигатель – Вы когда-нибудь задумывались, глядя на автомобиль, мотоцикл или даже самолет, откуда они получают энергию для движения? Давайте вместе изучим один из основных компонентов всех транспортных средств, то есть двигатель!

Что такое двигатель?

Основной компонент каждого транспортного средства преобразует одну форму энергии в другую. Большинство двигателей преобразуют химическую энергию в механическую работу, и такие типы двигателей известны как тепловые двигатели.

Классификация тепловых двигателей приведена ниже:

Знакомство с телескопами | garudauniverse.com

Двигатели бывают двух типов: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и двигатель внешнего сгорания. Наше внимание будет сосредоточено на поршневых двигателях, также известных как поршневые двигатели, которые относятся к категории двигателей внутреннего сгорания. Поршневой двигатель использует один или несколько поршней для преобразования химической энергии в работу. Далее они делятся на двигатели с искровым зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия.

Основными компонентами поршневого двигателя являются: —

  • Блок цилиндров — это основная несущая конструкция для различных компонентов. Головка блока цилиндров установлена ​​на блоке цилиндров и снабжена водяными рубашками и ребрами охлаждения в случае водяного и воздушного охлаждения соответственно.
  • Цилиндр. Цилиндр представляет собой тип сосуда, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение.
  • Поршень. Это основной компонент поршневого двигателя, установленный внутри цилиндра, образующего границу двигателя.
  • Камера сгорания – область, заключенная в верхней части цилиндра, где в этой части цилиндра образуется давление от сгорания топлива и выделения тепловой энергии.
Компоненты поршневого двигателя | garudauniverse.com
  • Впускной и выпускной коллектор. Труба, по которой воздух или топливовоздушная смесь всасывается в цилиндр, называется впускным коллектором и соединяет впускную систему с впускным клапаном. Выпускной коллектор соединяет выхлопную систему с выпускным клапаном, через который продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.
  • Впускной и выпускной клапаны. Они предусмотрены на головке блока цилиндров для регулирования заряда, поступающего в цилиндр, и выпуска продуктов сгорания из цилиндра.
  • Шатун- Соединяет поршень с коленчатым валом.
  • Коленчатый вал — преобразует возвратно-поступательное движение поршня в полезное вращательное движение выходного вала.
  • Распределительный вал — Распределительный вал и связанные с ним детали, т. е. кулачки, контролирующие открытие и закрытие клапанов.
  • Маховик. Для достижения равномерного крутящего момента к валу прикреплена инерционная масса в форме колеса, известная как маховик.
  • Свеча зажигания — это компонент, запускающий процесс сгорания и присутствующий на головке блока цилиндров двигателя SI.

Принцип работы поршневых двигателей

Для правильного функционирования двигатель должен выполнять цикл операций в определенной последовательности. Двигатели также классифицируются на основе цикла работы, т. Е. Четырехтактные и двухтактные двигатели. В четырехтактном двигателе цикл завершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, тогда как в двухтактном двигателе цикл завершается за один оборот и два такта, всасывание и выпуск. Отличаются они только способом заполнения свежего заряда и отвода отработанных газов из цилиндра.

Работа двигателей SI и CI одинакова, отличается только некоторыми параметрами-

  • Степень сжатия двигателя SI составляет от 6 до 10, тогда как у двигателя CI от 16 до 20.
  • В двигателе CI только воздух вводится во время такта всасывания, а в двигателе SI всасывается воздушно-топливная смесь.
  • В двигателе SI необходимы как карбюратор, так и система зажигания, тогда как в двигателе CI происходит самовоспламенение.
Иллюстрация четырехтактного двигателя | Кредиты — Shutterstock | garudauniverse.com

Идеальная последовательность работы четырехтактного двигателя:

  • Всасывание или впуск — В цилиндр всасывается заряд, состоящий из воздуха или воздушно-топливной смеси.
  • Компрессионный ход — полученный заряд теперь сжимается обратным ходом поршня.
  • Расширение или рабочий ход — мощность вырабатывается во время этого хода. И температура, и давление уменьшаются.
  • Такт выхлопа. В этом такте давление падает до атмосферного уровня и из выпускного клапана выходят отработанные газы.

Принцип работы двухтактного двигателя:

  • Всасывание-Во время этого такта воздух или топливовоздушная смесь поступает в цилиндр, когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке ( БДК).
  • Выхлоп — Воздушно-топливная смесь сжимается поршнем при движении от НМТ к ВМТ, и свеча зажигания воспламеняет смесь. Высокое давление на поршень оказывают нагретые газы и выхлопные газы, выбрасываемые из двигателя.
Иллюстрация двухтактного двигателя | Кредиты — Shutterstock | garudauniverse.com

Оба этих процесса происходят одновременно, отработанные газы выбрасываются с одной стороны, а свежая смесь поступает в цилиндр с другой стороны.

Поршневые самолеты летают на высоте менее 15000 футов (4,57 км) и имеют один или несколько поршневых двигателей, соединенных с воздушными винтами, которые обеспечивают тягу для движения самолета по земле и по воздуху. Производители самолетов с поршневыми двигателями: Cessna, Cirrus, Diamond и др.

* Информация, представленная здесь, насколько нам известно, предназначена только для ознакомительных целей. Если у вас есть новости или исправления, сообщите нам об этом по адресу [email protected]

.

Подробнее