Поршень: відмінності між версіями

49 435 байтів додано ,  2 місяці тому
доповнення, джерела, зображення
[перевірена версія][неперевірена версія]
(доповнення, джерела, зображення)
[[Файл:Piston 2.jpg|мини|286x286пкс|Поршень мощного быстроходного дизеля со вставкой под верхнее кольцо]]'''По́ршень''' або '''то́лок'''<ref>{{СУМ-11|Толок}}</ref> ({{lang-ru|поршень}}; {{lang-en|piston}}; {{lang-de|Kolben m, Druckkolben m, Presskolben m}})&nbsp;— циліндрична деталь [[насос]]ів, [[компресор]]ів, [[двигун внутрішнього згоряння|двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ)]], що здійснює зворотно-поступальний рух всередині більшого [[циліндр]]а, щільно прилягаючи до його стінок і який служить для перетворення зміни [[тиск]]у газу, [[пара|пари]] або [[рідина|рідини]] в [[Механічна робота|механічну роботу]], або навпаки&nbsp;— зворотно-поступального руху у зміну тиску. Перший поршневий ДВС створений французьким інженером Ленуаром в 1861<ref>{{Cite web|url=http://headinsider.info/1xfe84.html|title=Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания|publisher=headinsider.info|accessdate=2018-02-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180228162523/http://headinsider.info/1xfe84.html|archivedate=2018-02-28|deadlink=yes}}</ref>, до цього поршні застосовувалися в парових машинах і насосах.[[Файл:Kolben-Piston.jpg|thumb|286x286px|Поршень бензинового двигателя]]
[[Файл:Piston.gif|thumb|200px|Функціонування поршня]]
 
[[Файл:Kolben-Piston.jpg|thumb|200px|right|Поршень]]
 
'''По́ршень''' або '''то́лок'''<ref>{{СУМ-11|Толок}}</ref> ({{lang-ru|поршень}}; {{lang-en|piston}}; {{lang-de|Kolben m, Druckkolben m, Presskolben m}})&nbsp;— циліндрична деталь [[насос]]ів, [[компресор]]ів, [[двигун внутрішнього згоряння|двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ)]], що здійснює зворотно-поступальний рух всередині більшого [[циліндр]]а, щільно прилягаючи до його стінок і який служить для перетворення зміни [[тиск]]у газу, [[пара|пари]] або [[рідина|рідини]] в [[Механічна робота|механічну роботу]], або навпаки&nbsp;— зворотно-поступального руху у зміну тиску.
 
== Функції поршня ==
[[Файл:Piston.gif|thumb|200px|Функціонування поршня]]
Поршень, рухома деталь [[поршнева машина|поршневої машини]], що перекриває поперечний переріз її циліндра і рухається вздовж його осі. У [[двигун]]ах, силових циліндрах, [[прес]]ах поршень передає зусилля від тиску робочого тіла (газу, пари, рідини) до рухомих деталей. У деяких типах двигунів (наприклад, двотактних [[двигун внутрішнього згорання|двигунах внутрішнього згоряння]]) поршень виконує також і газорозподільні функції. У насосах і компресорах поршень у процесі зворотно-поступального руху, здійснює засмоктування, стиск і подачу рідини чи газу. У залежності від відношення довжини поршня до діаметра і його конструкції розрізняють тронковий, дисковий і скальчатий поршень:
* ''тронковий поршень'', довжина якого трохи перевищує діаметр, має голівку з днищем і рівцями для поршневих кілець та спрямовуючу спідницю;
* ''скальчатий поршень'' ([[плунжер]]) виконують зазвичай з гладкою поверхнею, довжина його у декілька разів перевершує діаметр.
 
== Пристрій поршня ==
== Будова ==
Поршень {{Comment|тронкового двигуна|Тронковий двигун називається так, оскільки поршні в ньому мають тронк (спідницю), що сприймає бічні зусилля при роботі кривошипно-шатунного механізму}} або компресора має три частини, що виконують свої функції<ref>{{cite book
Поршень складається з трьох частин, які виконують певні функції:
|author = Анатолий Дружинин
* дно (або днище);
|заглавие = Модернизация двигателей внутреннего сгорания. Цилиндропоршневая группа нового поколения
* ущільнювальна частина, що містить кільцеві рівці для встановлення [[поршневе кільце|поршневих кілець]];
|ссылка = https://books.google.ru/books?id=7aEzDwAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=isbn:5040749597&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiC0vKHicnZAhXF2KQKHf40DOwQ6AEIJzAA#v=onepage&q&f=false
* напрямна частина (юбка).
|издательство = Litres
Дно і ущільнювальна частина утворюють головку поршня. Для передачі зусилля від поршня (або навпаки) може використовуватися шток або шатун (гонок), який з'єднується з поршнем за допомогою [[поршневий палець|поршневого пальця]]. Інші способи передачі зусилля використовуються рідше. У деяких випадках шток може грати роль напрямного пристрою.
|год = 2017-09-05
|страниц = 151
|isbn = 9785040749591
}} {{Wayback|url=https://books.google.ru/books?id=7aEzDwAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=isbn:5040749597&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiC0vKHicnZAhXF2KQKHf40DOwQ6AEIJzAA#v=onepage&q&f=false|date=20180301164306}}</ref>:
 
* днище (сприймає газові сили та теплове навантаження);
* ущільнююча частина (запобігає прориву газів, передає більшу частину тепла від поршня циліндру);
* напрямна частина (тронк)&nbsp;— передає бічну силу на стінку циліндра, підтримує положення поршня.
 
Головкою поршня називають днище разом з ущільнюючою частиною. Для передачі зусилля від поршня може використовуватися шток в крейцкопфних двигунах або шатун, що з'єднується з поршнем за допомогою пальця<ref>{{Cite web|url=http://mash-xxl.info/info/508199/|title=Шатунный и крейцкопфный механизмы — Энциклопедия по машиностроению XXL|publisher=mash-xxl.info|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20180219090135/http://mash-xxl.info/info/508199/|deadlink=no}}</ref>. Інші варіанти з'єднання (СПГГ, шайбові) використовують рідко. Крім тронка або крейцкопфа, бічні зусилля може сприймати шток.
 
У {{Comment|крейцкопфних двигунах|Крейцкопфні двигуни мають порівняно короткі по осі Поршні, що не мають тронка. Такі Поршні з'єднуються не з шатуном, а зі штоком, що йде до крейцкопфу. Плюсом є високі довговічність і ККД, оскільки крейцкопфи добре змащуються, менша витрата масла.}} можуть застосовуватись двосторонні поршні. Такий поршень має два днища, і тепловий режим його більш напружений. Але у разі використання підпоршневого простору як {{Comment|продувного насоса|Двотактні двигуни потребують продувному насосі, що подає свіжий заряд і витісняє тим самим відпрацьовані гази. Крім окремого насоса, може застосовуватися нагнітання заряду в підпоршневій порожнині, окремим випадком є кривошипно-камерна продувка}} теплова напруженість не зростає. Теплонапруженість зростає у 2-тактних двигунах, {{Comment|особливо при використанні поршня як золотника випуску|При такому пристрої двигуна, поршень відкриває шлях відпрацьованим газам, і з огляду на це відбувається додаткова тепловіддача в днище поршня. Крім важкого теплового режиму поршня, такі двигуни характеризуються підвищеною витратою масла і зменшеним ресурсом кілець і циліндрів.}}<ref>{{Cite web|url=http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/5863/1/DVS_2013_1_Alekhin_Analiz.pdf|title=Теплонапряжённость поршня|author=|website=|date=|publisher=|access-date=2018-04-09|archive-date=2018-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20180304231509/http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/5863/1/DVS_2013_1_Alekhin_Analiz.pdf|deadlink=no}}</ref>.
 
[[Поршневий палець]], за його наявності (тронкові поршні), {{Comment|завжди сталевий|Після цементації сталь забезпечує високу твердість і хорошу зносостійкість при невеликій вартості деталі}}, обмежений у переміщенні в бобишках стопорними кільцями або пластиковими упорами ([[Mercedes-Benz|Mercedes]]), або його положення визначено запресуванням у шатуні (ранні моделі [[АвтоВАЗ|ВАЗ]]). Найчастіше застосовують пустотілий {{Comment|плаваючий палець|Називається так, оскільки поршневий палець при робочій температурі (близько 120 градусів) не має щільної посадки ні в шатуні, ні в поршні, і при роботі провертається, забезпечуючи однаковий знос з усіх боків}} зі стопорними кільцями, зовнішній діаметр якого [[Цементування|цементований]] або [[Хромування|хромований]]<ref>{{cite book
|заглавие = Техническая энциклопедия
|ссылка = https://books.google.ru/books?id=myMgBwAAQBAJ&pg=PT207&dq=типы+поршневых+пальцев&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwisqJ2pyubcAhULMJoKHVvfBwsQ6AEIKzAB#v=onepage&q=типы поршневых пальцев&f=false
|издательство = Directmedia
|год = 2013-03-15
|страниц = 451
|isbn = 9785445805663
}} {{Wayback|url=https://books.google.ru/books?id=myMgBwAAQBAJ&pg=PT207&dq=%D1%82%D0%B8%D0%BF%D1%8B+%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D1%85+%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B5%D0%B2&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwisqJ2pyubcAhULMJoKHVvfBwsQ6AEIKzAB#v=onepage&q=типы|date=20180812083233}}</ref>.
 
=== Днище ===
[[Файл:Têtes de piston.svg|мини|478x478px|Форми камери згоряння в поршні дизельного двигуна (показана форсунка та розпил)]]Його форма залежить від типу двигуна, сумішоутворення, розташування свічок, форсунок, клапанів, методу організації газообміну в циліндрі<ref>{{Cite web|url=https://books.google.ru/books?isbn=5457387925|title=Основы конструкции современного автомобиля|author=|website=|date=|publisher=}}</ref>. Увігнуте днище поршня утворює {{Comment|компактну форму камери згоряння|Компактна камера згоряння забезпечує за рахунок малого діаметра швидке проходження фронту полум'я/згоряння і помірну тепловіддачу в стінки}} (дизеля, бензинові з високим ступенем стиснення та гарною паливною економічністю), проте є схильність до утворення нагару. При опуклій формі днища збільшується міцність поршня, проте камера згоряння набуває лінзовидної форми, що збільшує тепловіддачу. Однак у іскрових ДВЗ збільшення тепловіддачі може дозволити збільшити допустимий ступінь стиснення<ref>{{Cite web|url=http://studbooks.net/2433980/tehnika/opredelenie_parametrov_takta_szhatiya|title=Введение, Определение параметров такта сжатия - Определение параметров такта сжатия и механического шума двигателя автомобиля|publisher=studbooks.net|accessdate=2018-02-26}}</ref>, що частково компенсує втрати. Плоске днище&nbsp;— проміжне за формою, і найпростіше у виготовленні&nbsp;— популярне в бензинових ДВЗ і вихрекамерних/передкамерних дизелях. У застарілих двотактних ДВЗ днище мало виступ-дефлектор для відхилення горючої суміші при продувці та зменшення її викиду<ref>{{Cite web|url=https://books.google.ru/books?id=VRElAQAAMAAJ|title=Вестник машиностроения - Том 37 - Страница 524|author=|website=|date=|publisher=|access-date=2018-08-12|archive-date=2018-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20180812114630/https://books.google.ru/books?id=VRElAQAAMAAJ|deadlink=no}}</ref>. У дизелях з об'ємним сумішоутворенням форма днища забезпечує подачу палива в об'єм повітря, з плівковим&nbsp;— більша частина палива подається на стінку поршня (поширення в останні роки системи упорскування [[Common Rail|Common rail]] вирішило суперечку про сумішоутворення в автомобільних дизелях {{Comment|на користь об'ємного|Оскільки система Common rail з двостадійною подачею змогла поєднати високі пускові якості при помірному ступені стиснення (переваги об'ємного уприскування) з повнотою згоряння при невеликому надлишку повітря і меншою жорсткістю згоряння (плівкове сумішоутворення)}}).
 
Жаровим поясом називають відстань від канавки верхнього кільця до днища поршня. При збільшенні його висоти полегшуються робота верхнього кільця, але зростає маса поршня та збільшуються викиди вуглеводнів<ref>{{Cite web|url=https://books.google.ru/books?id=ibyLtwEACAAJ|title=Снижение токсичности автомобильных двигателей|author=Жегалин, Олег Иванович|website=|date=|publisher=|access-date=2018-08-12|archive-date=2018-08-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20180812083046/https://books.google.ru/books?id=ibyLtwEACAAJ|deadlink=no}}</ref>. Зменшення висоти жарового пояса нижче допустимого спричиняє прогар поршня та/або руйнування області верхнього кільця. Поршні дизелів при рівних діаметрах мають велику висоту жарового пояса, важчий і міцніший за бензиновий через великі тиски стиснення і згоряння, і тепловіддачі з днища.
 
Ущільнююча частина поршня має найважливіше значення для роботи поршневих ДВЗ, їх стан визначають по компресії та чаду олії, що залежать від стану, поршневої групи. В автомобільних ДВЗ чад олії не повинен перевищувати 1-3&nbsp;% від витрати палива. У сучасних бензинових моторах цей відсоток ще менше, у застарілих моделях дизелів&nbsp;— 5&nbsp;% і вище<ref>{{Cite web|url=http://zinref.ru/000_uchebniki/05599_voenoe_delo/020_00_00_dvigatel_bmp2_2011/000.htm|title=Двигатель УТД-20С1 БМП-2 (методическая разработка) - 2011 год|publisher=zinref.ru|accessdate=2018-02-26|archive-date=2018-02-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20180227035306/http://zinref.ru/000_uchebniki/05599_voenoe_delo/020_00_00_dvigatel_bmp2_2011/000.htm|deadlink=no}}</ref>. Розкид величини компресії по циліндрах зазвичай повинен перевищувати 0,5 кгс/см<sup>2</sup> у бензинових ДВС і 1 кгс/см<sup>2</sup> у дизельних. При перевищенні чаду масла двигун виходить за межі дозволених викидів, спостерігаються відмови свічок, осмолення форсунок, залягання кілець, і тому він повинен бути знятий з експлуатації<ref>{{cite book
|author = Райков И.Я., Рытвинский Г.Н.
|заглавие = Двигатели внутреннего сгорания
|ответственный =
|издание = 1971
|место =
|издательство =
|год =
|страницы =
|страниц =
|isbn =
|isbn2 =
}}</ref>.
 
=== Ущільнююча частина ===
Поршень має встановлені в канавках компресійні та маслознімні кільця. Типова кількість кілець на автомобільних моторах&nbsp;— 3, раніше застосовувалися конструкції з 4-6 кільцями<ref>{{cite book
|author = Дьяченко В.Г.
|заглавие = Теория двигателей внутреннего сгорания
|ответственный =
|издание =
|место =
|издательство =
|год = 1992
|страницы =
|страниц =
|isbn =
|isbn2 =
}}</ref>. На тихохідних двигунах кілець більше зменшення пропуску масла і газів, поліпшення охолодження поршня. Зменшення числа та висоти кілець знижує втрати на тертя, а збереження ущільнення досягається надійним їх приляганням та зносостійкістю. Канавки маслознімних кілець мають радіальні отвори повернення масла в піддон. У міру зносу кілець зазор їх стиках і канавках росте, збільшується чад олії. У силумінових поршнях можуть заливати вставку з жаростійкого чавуну (нірезисту) під верхнє кільце, що збільшує ресурс канавки та кільця. Така вставка є і термокомпенсуючою, зменшуючи теплове розширення<ref>{{Cite web|url=https://freedocs.xyz/docx-53364788|title=Кованые поршни|publisher=freedocs.xyz|accessdate=2018-03-08|archive-date=2018-03-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20180308232211/https://freedocs.xyz/docx-53364788|deadlink=yes}}</ref> (див. верхнє фото).
 
Діаметр ущільнюючої частини менший, ніж у районі спідниці, так як нагрівання цієї частини поршня вище. Щоб уникнути задирака з наступним заклинюванням кілець у своїх канавках, жаровий пояс має ще менший діаметр. Ущільнююча частина має у перерізі круглий діаметр, а не овальний, як спідниця. Жаровий пояс часто має неглибокі проточки, що збільшують тепловіддачу поршень до кільця. Тим самим висота пояса може бути зменшена<ref>{{Cite web|url=http://wiki.zr.ru/%D0%9F%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%8C|title=Поршень — Энциклопедия журнала "За рулем"|publisher=wiki.zr.ru|lang=ru|accessdate=2018-03-03|archive-date=2018-03-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20180309213741/http://wiki.zr.ru/%D0%9F%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%8C|deadlink=no}}</ref>.
 
Вирішальне значення для ущільнення поршня має якість кілець: хороше прилягання до дзеркала без просвітів<ref>{{Cite web|url=http://axela-mazda.ru/kolca/funktsii-i-svojstva-porshnevykh-kolets.html|title=Функции и свойства поршневых колец|publisher=axela-mazda.ru|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20180220064650/http://axela-mazda.ru/kolca/funktsii-i-svojstva-porshnevykh-kolets.html|deadlink=no}}</ref>, чистота обробки по зовнішньому діаметру та висоті, зазор у замку, та покриття кілець зносостійкими матеріалами<ref>{{Cite web|url=http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_7_7/index.shtml|title=Поршневые кольца двигателя внутреннего сгорания.|author=Goncharov Oleg Gavrilovich|publisher=k-a-t.ru|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20180219031249/http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_7_7/index.shtml|deadlink=no}}</ref>. Чавунні маслознімні кільця надійніше за складові, тому що ймовірність помилок при їх установці менша<ref>{{Книга
|author = В. Г. Александров
|заглавие = Основные вопросы развития быстроходных двигателей внутреннего сгорания
|ссылка = https://books.google.ru/books?id=EoL9AgAAQBAJ&pg=PA57&dq=поршень+двигателя+внутреннего+сгорания&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjg5e-V_MjZAhUFDuwKHc9yDKMQ6AEIUjAH#v=onepage&q=поршень двигателя внутреннего сгорания&f=false
|издательство = Рипол Классик
|год = 2013-06
|страниц = 261
|isbn = 9785458382380
}} {{Wayback|url=https://books.google.ru/books?id=EoL9AgAAQBAJ&pg=PA57&dq=%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%B5%D0%BD%D1%8C+%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F+%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%BE+%D1%81%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjg5e-V_MjZAhUFDuwKHc9yDKMQ6AEIUjAH#v=onepage&q=поршень|date=20180228223452}}</ref>. В автомобільних ДВЗ до 80&nbsp;% тепла відводиться від поршня через кільця<ref>{{Cite web|url=http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/modifikatsii-porshnej-forsirovannogo-dvigatelya/|title=Модификации поршней форсированного двигателя|author=|website=|date=|publisher=|access-date=2018-02-22|archive-date=2017-07-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20170704075226/http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/modifikatsii-porshnej-forsirovannogo-dvigatelya|deadlink=no}}</ref>, тому при поганому приляганні кілець відведення тепла йде через спідницю поршня, а при зростанні її температури неминучий задир. Через це на обкатці двигуна обмежують його потужність. Непритерті кільця перегріваються і самі і тому «сідають»&nbsp;— пружність їх зменшується, після цього швидко зростає пропуск газів у картер, викид олії, тощо. кільця. При перегріві можливо змикання стиків, що веде до поломки кілець, і навіть обриву поршня по канавці кільця<ref>{{Cite web|url=http://www.ngpedia.ru/id491532p1.html|title=Стык — поршневое кольцо — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1|publisher=www.ngpedia.ru|accessdate=2018-02-26|archive-date=2018-02-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20180227034950/http://www.ngpedia.ru/id491532p1.html|deadlink=no}}</ref>. Тепловіддача від поршня досягає розрахункової, коли зітруться сліди хона в циліндрі і притруться кільця.
 
=== Напрямна частина ===
У тронкових двигунах напрямною частиною поршня є спідниця (тронк). Бобики спідниці передають великі навантаження від газових та інерційних сил, тому з'єднані литими ребрами з днищем поршня (у штампованих поршнях замість ребер, які не можна отримати штампуванням, є масивне з'єднання з днищем). У районі бобишок формують литтям або фрезерують зовні прямокутні заглиблення, які називають умовно «холодильниками». Насправді ці так звані «холодильники» знижують масу завдяки укороченню поршневого пальця і ​​передачі газових сил ближче до осі шатуна, що розвантажує днище поршня. Щоб скоротити тепловий зазор без ризику задира, спідницю поршня в площині перпендикулярної осі симетрії виготовляють овальної (зазор в площині хитання шатуна мінімальний, а по осі поршневого пальця більше на 0,5-1,5 мм), а в площині, що проходить через вісь симетрії&nbsp;— бочкоподібної. Зазвичай кільця розташовують у голівці поршня, але останнє маслознімне кільце може бути розташоване нижче осі пальця, у спідниці<ref>{{Cite web|url=https://железный-конь.рф/krivoshipno-shatunnyj-mexanizm-dvigatelya-a-41-traktorov-dt-75-dt-75m-dt-75b-dt-75k.html|title=Устройство ЦПГ дизелей А-01, А-41|author=|website=|date=|publisher=|access-date=2022-04-06|archive-date=2016-12-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20161228042338/http://xn----itbachmidudk6msa.xn--p1ai/krivoshipno-shatunnyj-mexanizm-dvigatelya-a-41-traktorov-dt-75-dt-75m-dt-75b-dt-75k.html|deadlink=no}}</ref>. Залежно від способу фіксації поршневого пальця на поршні можуть бути виконані канавки під стопорні кільця.
 
Більшість поршнів мають зміщення осі поршневого пальця, щоб зрівняти бічні тиски на спідницю на стиску та робочому ході (коли тиск вище) поршня. Тому поршень монтується не довільно, а за міткою (зазвичай написом на холодильнику або стрілкою на днище у бік вільного кінця коленвала)<ref>{{Cite web|url=https://autopribor.ru/articles/root/porshen/|title=Поршень. Часть 1 ― Autopribor.Ru|publisher=autopribor.ru|accessdate=2018-03-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180220033610/https://autopribor.ru/articles/root/porshen/|archivedate=2018-02-20|deadlink=yes}}</ref><ref>{{Книга
|ссылка = https://books.google.com/books?id=hZXTiIQsdzEC&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA494&dq=%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BD%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F+%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0&hl=ru
|заглавие = Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание, 4-е издание
|издательство = Издательский дом Вильямс
|страниц = 660
|isbn = 978-5-8459-0954-1
}} {{Wayback|url=https://books.google.com/books?id=hZXTiIQsdzEC&newbks=0&printsec=frontcover&pg=PA494&dq=%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BD%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F+%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0&hl=ru|date=20220210085105}}</ref>.
 
== Матеріали ==
Вимоги до матеріалу поршнів:
 
* висока механічна міцність;
* мала щільність;
* теплостійкість, у тому числі термоциклічна;
* хороша теплопровідність (важливіше у іскрових ДВЗ);
* мінімальний коефіцієнт лінійного розширення (оптимально&nbsp;— збігається з таким у гільзи);
* висока корозійна стійкість (для дизелів&nbsp;— стійкість до сірковмісних газів);
* добрі антифрикційні властивості, що забезпечують ресурс;
* для поршнів у рідинних насосах&nbsp;— корозійна/хімічна стійкість;
* помірна ціна.
 
Немає матеріалу, оптимального за всіма цими вимогами. Для виготовлення автомобільних поршнів зараз застосовуються сірий чавун і алюмінієві сплави типу Al-Si. У потужних дизелях з великим ресурсом, багатопаливних (включаючи працюючі на рослинних оліях) застосовують складові поршні&nbsp;— днище та ущільнююча частина з жароміцної сталі, тронк з чавуну або силуміну. Існують автомобільні поршні з покриттям керамікою, поршні з жароміцних сплавів (двигуни Стірлінга), проводилися експерименти з пластмасовими поршнями, покритими керамікою, тощо.
 
=== Чавун ===
 
; Переваги
 
* Чавун дешевший за інші матеріали;
* Чавунні поршні міцніші, жаростійкі та зносостійкі, мають антифрикційні властивості;
* Завдяки малому температурному коефіцієнту розширення зменшується зазор спідницею.
 
; Недоліки
 
* Велика питома вага. Тому чавунні поршні застосовують у тихохідних двигунах, де газові сили значно більші за інерційні, і цей недолік нівелюється;
* Низька теплопровідність, через що нагрівання днища поршнів досягає 350—400&nbsp;°C. Це неприпустимо в бензинових двигунах, так як він може призвести до калільного запалювання. Коефіцієнт наповнення у своїй також знижується.
 
=== Алюмінієвий сплав ===
Переважна більшість сучасних автомобільних двигунів мають силумінові &nbsp;поршні<ref>{{Cite web|url=http://www.rudmet.ru/catalog/book/246/|title=Поршневые силумины|publisher=www.rudmet.ru|accessdate=2018-01-29|archive-date=2018-01-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20180130013746/http://www.rudmet.ru/catalog/book/246/|deadlink=no}}</ref> з вмістом кремнію 13&nbsp;% і більше, тобто заевтектоїдні сплави типу АК-4, АК-18, АК-6<ref>{{cite book
|author = Холмянский И.А.
|заглавие = Констрирование двигателей внутреннего сгорания
|ответственный =
|издание =
|место = Омск
|издательство =
|год = 2010
|страницы = 43
|страниц = 155
|isbn =
|isbn2 =
}}</ref>. Раніше застосовувалися сплави АЛ1, АК2, що мають менший вміст кремнію. Контрафактні поршні часто виготовлялися із звичайного алюмінію<ref>{{Cite web|url=http://transportrussia.ru/itemlist/tag/kontrafaktnye-zapchasti.html|title=Показать содержимое по тегу: контрафактные запчасти|publisher=transportrussia.ru|accessdate=2018-01-29|deadlink=yes}}</ref>. &nbsp;Ресурс поршнів з недостатньою кількістю кремнію різко знижений, причому через підвищений коефіцієнт теплового розширення відбувається задир ще на обкатці. ''Що вміст кремнію, тим більше ресурс поршня'', але пластичність металу менше<ref>{{Статья|заглавие=Тепловое расширение доэвтектических поршневых силуминов|ссылка=http://www.rusnauka.com/2_KAND_2012/Tecnic/1_99329.doc.htm|издание=Ключевые аспекты научной деятельности|год=2012-01-07|том=17|выпуск=2012|archivedate=2016-08-09|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160809122649/http://www.rusnauka.com/2_KAND_2012/Tecnic/1_99329.doc.htm}}</ref>. Силумінові поршні для полегшення приробітку зазвичай електролітично покривають оловом<ref>{{Cite web|url=https://www.zr.ru/archive/zr/1934/01/pokrytiie-porshniei-olovom|title=ПОКРЫТИЕ ПОРШНЕЙ ОЛОВОМ - Январь 1934 года - архив За рулем|publisher=www.zr.ru|accessdate=2018-02-22|archive-date=2018-02-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20180222225813/https://www.zr.ru/archive/zr/1934/01/pokrytiie-porshniei-olovom|deadlink=no}}</ref>. Поршень може бути отриманий виливком або штампуванням, обидва варіанти мають свої плюси та мінуси.
 
Литі поршні часто виготовляють з доевтектоїдних сплавів, що спрощують лиття, а теплове розширення спідниці обмежують у цьому випадку вставкою. При штампуванні поршня закладка термовставок неможлива, тому обмежити їхнє теплове розширення можна лише достатнім вмістом кремнію. Отже, штамповані (звані іноді кованими) поршні з висококремнистого заевтектоїдного сплаву повинні бути більш зносостійкими, ніж литі.
 
; Переваги силуміну
 
* мала маса (щонайменше на 30&nbsp;% менше проти чавунними);
* висока теплопровідність (у 3—4 рази вище за теплопровідність чавуну), що забезпечує нагрівання днища поршня не більше 250&nbsp;°C, що збільшує коефіцієнт наповнення і дозволяє підвищити ступінь стиснення в бензинових двигунах;
 
; Недоліки
 
* більший коефіцієнт лінійного розширення, ніж у чавуну;
* менша твердість та зносостійкість поршневих канавок;
* значне зниження міцності при нагріванні (підвищення температури до 300 ° C призводить до зниження механічної міцності алюмінію на 50-55&nbsp;% проти 10&nbsp;% у чавуну).
 
Неприпустимі для нормальної роботи двигуна зазори між стінками циліндрів та силуміновими поршнями усуваються конструктивними заходами:
 
* надання спідниці поршня в овально-бочкоподібну або овально-конусну форми;
* ізоляція тронкової (напрямної) частини поршня кільцем від найбільш нагрітої його частини (головки) у складових поршнях;
* косий розріз спідниці по всій довжині, що забезпечує пружні властивості стін (тихохідні ДВС);
* Т-і П-подібні прорізи у спідниці поршня не на повну її довжину у поєднанні з її овальністю (тихохідні ДВЗ)<ref>{{Cite web|url=https://www.ya-fermer.ru/porshni-porshnevye-kolca-i-palcy-v-dvigatele-traktora|title=Поршни, поршневые кольца и пальцы в двигателе трактора|author=gorysla|date=2012-03-02|publisher=www.ya-fermer.ru|accessdate=2018-02-26|archive-date=2018-02-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20180227153433/https://www.ya-fermer.ru/porshni-porshnevye-kolca-i-palcy-v-dvigatele-traktora|deadlink=no}}</ref>;
* компенсаційні вставки з інвару, що зменшують теплове розширення;
* підвищення вмісту кремнію в матеріалі поршня<ref>{{Статья|автор=Попова М.В., Кибко Н.В.|заглавие=Особенности изменения параметров микроструктуры и теплового расширения силуминов в зависимости от содержания в них кремния|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-izmeneniya-parametrov-mikrostruktury-i-teplovogo-rasshireniya-siluminov-v-zavisimosti-ot-soderzhaniya-v-nih-kremniya|издание=Вестник Сибирского государственного индустриального университета|год=2013|выпуск=3 (5)|issn=2304-4497|archivedate=2021-09-15|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210915112701/https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-izmeneniya-parametrov-mikrostruktury-i-teplovogo-rasshireniya-siluminov-v-zavisimosti-ot-soderzhaniya-v-nih-kremniya}}</ref>  (мінусом є різке зниження ресурсу відливних форм).
 
=== Складові поршні&nbsp;— головка з жароміцної сталі ===
Поршень може бути одностороннім або двостороннім. В останньому випадку поршень має два дна.
Застосовуються зазвичай у дизелях середнього або великого розміру, а також у всіх дизелях, що працюють на рослинних оліях як паливо. Спідниця зазвичай із сірого чавуну, або алюмінієвого металу. Переваги&nbsp;— зменшення тепловіддачі поршень, тобто підвищення індикаторного ККД, максимальний ресурс, можливість використання різних палив<ref>{{Cite web|url=https://seaspirit.ru/sudomexaniki/shipengine/konstrukciya-porshnej.html|title=Конструкция поршней - Моряк|publisher=seaspirit.ru|accessdate=2018-02-22|archive-date=2018-02-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20180222230015/https://seaspirit.ru/sudomexaniki/shipengine/konstrukciya-porshnej.html|deadlink=no}}</ref>. Недоліки&nbsp;— більш висока ціна, вага, застосування тільки в дизельному циклі, більш дорогі кільця поршневі, стійкі до особливо високих температур, великі осьові розміри поршня, необхідність збільшення противаг, подовження гільзи зі зростанням габаритів двигуна і його маси  . У великорозмірних двигунах, таких як тепловозні та головні суднові, що працюють на повній потужності з високим тиском наддуву за двотактним циклом, неможливо досягти потрібного ресурсу (30 000 годин і більше) з чисто чавунними або силуміновими поршнями. Головка з жароміцної сталі (типу 20Х3МВФ або подібної)<ref>{{cite book
|author = Холмянский И.А.
|name = Констрирование двигателей внутреннего сгорания
|ответственный =
|издание =
|место = Омск
|издательство =
|year = 2010
|страницы = 42
|страниц = 155
|isbn =
|isbn2 =
}}</ref>  забезпечує ресурс кілець та їх канавок, направляюча повинна бути виконана з антифрикційного матеріалу&nbsp;— чавуну або силуміну. Ці частини стягуються болтами, завдання з'єднання поршня полегшується тим обставиною, що з середньо- і малооборотних дизелів газові сили багаторазово перевищують інерційні, отже, переріз таких болтів може бути дуже велико (основне зусилля стиснення, а чи не розрив). Малорозмірні дизелі автомобільного та тракторного класу, що мають складовий поршень, найчастіше з'єднують алюмінієву напрямну та ущільнюючу сталеву частину поршня через поршневий палець.
 
== Ресурс поршня ==
== Конструктивні особливості поршнів ДВЗ ==
Дві основні проблеми, що вирішуються в поршневих ДВЗ: знос і прогар поршня. Зносні явища проявляються як збільшення зазору між спідницею і циліндром, зношування верхньої поршневої канавки, задир спідниці<ref>{{Книга
[[Файл:Piston_of_DAT_engine.jpg|thumb|200px|Поршні у двигуні внутрішнього згоряння (зроблено виріз у блоці циліндрів)]]
|автор = Холмянский И.А.
Форма і конструкція поршня двигуна внутрішнього згоряння у значній мірі визначаються типом двигуна, формою камери згоряння і процесом згоряння, що відбувається в ній. Поршень бензинового двигуна має плоску або близьку до плоскої поверхню головки. У ній можуть бути виконані заглибини для уникнення контакту при повному відкритті клапанів. Поршні двигунів з безпосереднім уприскуванням палива мають складнішу форму. У головці поршня дизельного двигуна виконується камера згоряння певної форми, яка забезпечує хороше завихрення і покращує умови утворення паливо-повітряної суміші.
|заглавие = Констрирование двигателей внутреннего сгорания
|ответственный =
|издание =
|место = Омск
|издательство =
|год = 2010
|страницы = 40—43
|страниц = 155
|isbn =
|isbn2 =
}}</ref>. Поява тріщин, що спостерігається, і руйнування перегородок між кільцями мають зазвичай ті ж причини, що і у прогару.
 
Для усунення першої організують примусове (звичайно масляне) охолодження поршня<ref>{{Cite web|url=https://vunivere.ru/work38829/page5|title=Применение масляного охлаждения поршня с целью снижения его температур, страница 5|publisher=vunivere.ru|accessdate=2018-02-05|archive-date=2018-02-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20180206131445/https://vunivere.ru/work38829/page5|deadlink=no}}</ref>, підвищують твердість збільшенням частки кремнію, використовують надійні очищувачі повітря для зменшення абразивного зносу<ref>{{Cite web|url=http://opelastra10.ru/defekty-porhnei/rashod-masla.html|title=Чрезмерный расход масла вследстие дефектов поршневой системы|publisher=opelastra10.ru|accessdate=2018-02-05|archive-date=2018-02-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20180203095056/http://opelastra10.ru/defekty-porhnei/rashod-masla.html|deadlink=no}}</ref>, змінюють параметри циклу двигуна для зниження температури поршня в центрі і районі верхнього (наприклад, збільшують коефіцієнт надлишку повітря або збільшують перекриття клапанів в наддувних дизелях), застосовують вставки під верхнє кільце, якісні поршневі кільця для хорошого прилягання відразу після обкатки, прискорюють заводську обкатку застосуванням спеціальних масел<ref>{{Cite web|url=http://www.ngpedia.ru/id134579p2.html|title=Обкаточное масло — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2|publisher=www.ngpedia.ru|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20180218090546/http://www.ngpedia.ru/id134579p2.html|deadlink=no}}</ref>, підвищують якість моторних масел для усунення закоксовування кіл тепла від днища<ref>{{Cite web|url=http://chem21.info/info/1765409/|title=Влияние качества масел на работу двигателя - Справочник химика 21|publisher=chem21.info|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20180218090731/http://chem21.info/info/1765409/|deadlink=no}}</ref>, іноді використовують покриття для поршня або композитні матеріали. У японській практиці були варіанти пластмасових поршнів із покриттям керамікою. Для продовження ресурсу застосовують антифрикційне покриття напрямної і навіть жарової поверхні поршня<ref>{{Cite web|url=http://www.findpatent.ru/patent/205/2056515.html|title=Двигатель внутреннего сгорания|publisher=www.findpatent.ru|accessdate=2018-02-26|archive-date=2018-02-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20180227034639/http://www.findpatent.ru/patent/205/2056515.html|deadlink=no}}</ref>. Прискорене або аварійне зношування контрафактних поршнів викликається порушенням розмірів та/або якості поковки/виливки, її матеріалу. Загинув шатуна, перекіс гільзи або її посадкового гнізда веде до швидкого задирання поршня<ref>{{Cite news|title=Расчет шатуна|url=https://injzashita.com/raschet-shatuna.html|work=Инжзащита - библиотека материалов по инженерной защите, геодезии, литогологии.|accessdate=2018-02-05|archivedate=2018-02-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180205185051/https://injzashita.com/raschet-shatuna.html}}</ref>. У двотактних ДВЗ причиною заклинювання може бути нестача олії в паливі.
Напрямна частина поршня має конусоподібну або бочкоподібну форму. Така форма дозволяє компенсувати температурне розширення поршня при нагріванні. При досягненні робочої температури двигуна поршень набуває циліндричної форми. Для зниження втрат на тертя на бічну поверхню поршня наноситься шар антифрикційного матеріалу (дисульфід молібдену, графіт).
 
Прогар поршня може викликатися конструктивними або експлуатаційними причинами. У першому випадку перевищено розрахункову допустиму температуру днища<ref>{{Cite web|url=http://enginepower.pro/blogi/45-temperatura-porshnya.html|title=Температура поршня|publisher=enginepower.pro|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20180218090629/http://enginepower.pro/blogi/45-temperatura-porshnya.html|deadlink=no}}</ref>, і всі двигуни цієї моделі будуть швидко виходити з ладу (можлива інша причина&nbsp;— контрафактні поршні<ref>{{Cite news|title=Поршни под микроскопом - журнал За рулем|url=https://www.zr.ru/content/articles/8529-porshni_pod_mikroskopom/|accessdate=2018-02-18|archivedate=2018-02-18|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180218090259/https://www.zr.ru/content/articles/8529-porshni_pod_mikroskopom/}}</ref>: вони не можуть витримати навантажень). Для усунення небезпеки прогару в цих випадках застосовують зниження механічних напруг і температури поршня<ref>{{Статья|автор=Д. М. Марьин, А. Л. Хохлов, Е. Н. Прошкин|заглавие=Способы снижения теплонапряженности поршней|ссылка=https://elibrary.ru/item.asp?id=18263359|издание=Наука В Современных Условиях: От Идеи До Внедрения|год=2012|выпуск=1|страницы=87–90}}</ref>  (збільшення ребер, охолодження, зниження тепловіддачі в поршень зміною параметрів циклу)<ref>{{Cite web|url=http://www.dslib.net/sudov-energoustanovki/snizhenie-teplonaprjazhennosti-porshnevyh-grupp-sudovyh-dizelej.html|title=Снижение теплонапряженности поршневых групп судовых дизелей|publisher=www.dslib.net|accessdate=2018-02-05|archive-date=2018-02-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20180205184544/http://www.dslib.net/sudov-energoustanovki/snizhenie-teplonaprjazhennosti-porshnevyh-grupp-sudovyh-dizelej.html|deadlink=no}}</ref>. Для зниження температури згоряння може застосовуватись навіть подача води в циліндр<ref>{{cite book
Поршні для сучасних двигунів виготовляються з легкого, міцного і термостійкого матеріалу&nbsp;— [[алюмінієві сплави|алюмінієвого сплаву]], рідше із [[сталь|сталі]]. Поршні виготовляються двома способами&nbsp;— [[лиття металів під тиском|литтям під тиском]] або обробкою тиском (ковані поршні).
|author = Мохамад Ассад, Олег Пенязьков
|заглавие = Продукты сгорания жидких и газообразных топлив
|ссылка = https://books.google.ru/books?id=JlZaBAAAQBAJ&pg=PA143&dq=подача+воды+в+дизель&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjVsdOcscrZAhUHLMAKHavKBhIQ6AEIMTAC#v=onepage&q&f=false
|издательство = Litres
|год = 2017-09-05
|страниц = 307
|isbn = 9785457634473
}} {{Wayback|url=https://books.google.ru/books?id=JlZaBAAAQBAJ&pg=PA143&dq=%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0+%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B+%D0%B2+%D0%B4%D0%B8%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D1%8C&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwjVsdOcscrZAhUHLMAKHavKBhIQ6AEIMTAC#v=onepage&q&f=false|date=20180301164453}}</ref>. На двигунах німецьких винищувачів у війну з цією метою подавалася водно-метанолова суміш.
 
Експлуатаційними причинами прогару можуть бути: порушення кута випередження упорскування/запалювання<ref>{{Cite web|url=http://www.pajero.us/repair/64.shtml|title=Топливная система дизелей (неисправности / причины)|publisher=www.pajero.us|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20180214004041/http://www.pajero.us/repair/64.shtml|deadlink=yes}}</ref>, відмова (заклинювання) форсунки, детонація (бензинові)<ref>{{Cite web|url=https://www.ms-motorservice.com/ru/tekhnipedija/post/povrezhdenija-porshnei-i-ikh-prichiny/|title=Повреждения поршней и их причины|publisher=Technipedia|accessdate=2018-02-22|archive-date=2018-02-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20180223050842/https://www.ms-motorservice.com/ru/tekhnipedija/post/povrezhdenija-porshnei-i-ikh-prichiny/|deadlink=no}}</ref>, надмірне форсування, загальний перегрів через відмову термостату, втрати тосолу, затиснутих клапанів, низьким октановим числом, що викликає детонацію<ref>{{Cite web|url=http://www.ab-engine.ru/abs/05_10_sgoranie.html|title=Моторный центр ::АБ-Инжиниринг:: Неправильное сгорание|author=Aston|publisher=www.ab-engine.ru|accessdate=2018-02-18|archive-date=2018-02-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20180219045135/http://www.ab-engine.ru/abs/05_10_sgoranie.html|deadlink=no}}</ref>, тривале калільне запалення. Це призводить до перевищення температури днища та можливого його прогару. При детонаційному згорянні, крім того, може виникати фарбування поверхні, що веде до подальшого її розвитку, прогару поршня або вилому перегородок між кільцями, поломки кілець. Отже, необхідно дотримуватися інструкції&nbsp;— застосовувати потрібне паливо, правильно виставляти кут випередження запалення / упорскування, негайно припиняти роботу несправного дизеля з форсункою, що стукає, або перегрітого мотора. Високоякісні форсунки та інші дозуючі елементи паливної апаратури продовжують ресурс поршнів.
== Вади поршнів ==
* В процесі роботи постійно змінюють напрямок і швидкість свого руху
* Потребують рясного змащення
 
== Див. також ==
 
== Примітки ==
{{reflist|2}}
 
== Література ==
93

редагування