Поршни

Поршни автомобильных двигателей работают в тяжелых температурно-нагрузочных условиях; они сильно нагреваются и передают большие усилия, двигаясь с высокими скоростями и ускорениями при шарнирном соединении с верхней головкой шатуна. Вследствие больших давлений газов на поршень, а также больших ускорений и замедлений, вызывающих появление сил инерции, поршни должны быть достаточно прочными и легкими (для снижения сил инерции). Ускорения поршня возникают при выходе его из мертвых точек, замедления — при подходе к мертвым точкам.

Детали поршневой группы изображены на рис. 10. Поршень имеет днище 3 с усиливающими ребрами 4, которые отводят тепло к стенкам 2. В поршне имеются выточки, где расположены пружинящие кольца /, 10 и //, плотно прилегающие к стенкам цилиндра и тем самым препятствующие проходу газов между поршнем и цилиндром; для размещения колец соответствующая часть поршня утолщается. В средней части поршня имеются бобышки 6 с отверстиями для поршневого пальца 5, удерживаемого стопорными кольцами 8; нижняя часть поршня 7, называемая юбкой, служит для направления движения поршня и передачи боковых усилий на стенки цилиндра.

В большинстве случаев днище поршня выполняется плоским. В дизелях с целью получения завихрения и улучшения образования смеси днище 9 поршня делается фасонным, вогнутым (см. рис. 10); такое

днище является частью камеры сгорания. Периферийный кольцевой выступ днища частично закрывает относительно холодные стенки цилиндра и не позволяет впрыскиваемому топливу попадать на них и осаждаться.

Из-за повышенного давления в цилиндрах дизелей необходимо утолщать его днище и среднюю часть, а также увеличивать длину поршней для поддержания боковых удельных давлений поршня на стенку цилиндра в допустимых пределах.

Так как движущийся поршень непосредственно охлаждаться не может, то он нагревается значительно сильнее, чем охлаждаемый цилиндр, в связи с чем и расширяется больше. Чтобы предупредить заклинивание поршня в цилиндре, необходимо иметь между ними определенный зазор, когда они находятся в холодном состоянии, который уменьшается при прогреве двигателя.

Поршни большинства двигателей для уменьшения веса к улучшения теплоотвода выполняют из алюминиевых и высококремнистых алюминиевых сплавов (для двигателей ЯМЗ), однако эти сплавы обладают повышенным расширением при нагревании, а это требует установления больших зазоров между холодными цилиндром и поршнем во избежание заклинивания поршня в прогретом состоянии.

При средней температуре газов в камере сгорания (около 1000° С) центральная часть днища алюминиевого поршня нагревается до 200 - 250° С. В поршнях из легких сплавов заметно снижается износостойкость и прочность при повышении температуры. Так, при изменении температуры от 150 до 350° С снижается прочность алюминиевых сплавов на 65— 70%.

Наличие большого зазора между поршнем и цилиндром в холодном двигателе вызывает стуки. Для уменьшения зазора в алюминиевых поршнях и предупреждения заклинивания их в горячем состоянии в юбках этих поршней делают продольные прорези, обеспечивающие хорошее прилегание поршней к цилиндрам при различных тепловых состояниях, в поперечном же сечении юбки поршней имеют эллиптическую форму. Поршень тепловым разрезом устанавливается против стенки цилиндра, воспринимающей наименьшие боковые усилия при рабочем ходе. В двигателях с большим числом оборотов коленчатого вала силы инерции могут вызывать большие боковые давления, поэтому поршни с тепловыми разрезами устанавливаются в положение, обратное общепринятому.