Поршни двигателя. Устройство. Поршневые кольца

В настоящее время поршни бензиновых и дизельных автомобильных двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. При производстве поршня в отливку в процессе изготовления часто заклады­вают стальные вставки, которые повышают его жесткость и препятствуют темпера­турному расширению. Иногда стальную вставку располагают в канавке под верх­нее компрессионное (наиболее нагру­женное) поршневое кольцо.

Поршни стали зна­чительно короче. Большая часть юбки обрезается с каждой стороны, и остаются только две небольшие секции для того, чтобы предотвратить перекос поршня в цилиндре. Благодаря совершенству конструкции силы, воздействующие на поршень, сбалансированы таким образом, чтобы свести к минимуму тенденцию к его повороту. Расстояние от днища порш­ня до верхней канавки под поршневое кольцо уменьшают с целью снижения возможности образования нагара в этой части. За счет уменьшения размеров сечений в конструкции поршня удалось значительно снизить его массу. Для уменьшения потерь на трение и повы­шения долговечности деталей КШМ на боковую поверхность поршня наносят слой антифрик­ционного материала, содержащего дисульфид молибдена или графит.

Для отвода тепла из зоны колец в поршне может быть предусмотрен охлаждающий каналы, по которым циркулирует масло, подаваемое через форсунку 6 при положении поршня вблизи нижней мертвой точки. В бобышках поршня устанавливаются латунные втулки 7, а в днище поршня делаются подклапанные 2 выемки, исключающие соприкосновение клапана с поршнем.

Рис. Поршень современного двигателя:
1 – подклапанные выемки; 2 – камера сгорания; 3 – высота жарового слоя; 4, 5 – охлаждающий канал; 6 – форсунка; 7 – латунная втулка; а – общий вид; б – расположение каналов

Поршни двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют особую форму, необ­ходимую для обеспечения процесса сгорания топлива.

Рис. Поршень системы непосредственного впрыска бензинового двигателя:
1 – топливная выемка; 2 – воздушная выемка

В современных дизельных двигателях, в связи с повышенным давлением сгорания по сравнению с обычными двигателями, применяются трапециевидные поршни и шатуны.

Рис. Распределение усилий на поршне и шатуне:
а – с параллельными сопрягающимися поверхностями; б – с трапециевидными
сопрягающимися поверхностями

В отличие от традиционной формы связи между поршнем и шатуном благодаря трапециевидной форме плоскостей сопряжения поршня и шатуна площадь нагруженных поверхностей отверстий в поршне и в шатуне под поршневой палец увеличивается. Вследствие такой формы поверхностей сила давления сгорания распределяется на большей площади, в результате чего удельные давления на поршневой палец и шатун уменьшаются.

Поршневые кольца изготавливаются из специально модифицированного чугуна. Один из способов получения более компактных и легких поршней – выполнение колец более узкими и мелкими с компактным размещением их в верхней части головки поршня. При этом предъявляются повышенные требования к материалу, из которого они из­готовлены, и к точности их изготовления.