Основные компоненты поршня и их функции в ДВС

Детали поршня работают в сборе для превращения тепловой энергии в механическую работу и обратно. Поршень движется вверх-вниз в цилиндре, сжимая и расширяя рабочую смесь. Незаменимая деталь ДВС.

Главные части поршня и их функции

Поршневые кольца

Раздвижные кольца в канавках поршня. Обычно 3 кольца (иногда 1).

• Компрессионное (верхнее) — устанка/газовое/давленейное. Не пропускает газы сгорания в картер, отводит тепло от поршня к стенке цилиндра.
• Скребок / масляный скребок (среднее) — конусная поверхность. Дублирует функции верхнего и нижнего: уплотняет камеру и соскребает масло со стенок.
• Масляное (нижнее) — две тонкие кромки с отверстиями. Возвращает излишки масла в картер, чистит стенки цилиндра.

Поршневая юбка (Skirt)

Цилиндрическая часть поршня. Обычно чугун (износостойкость, автосмазка). Канавки для колец.

Функция: скользит по цилиндру, воспринимает боковые силы от изменения угла шатуна. Два типа:

• Полная (solid) юбка — трубчатая, на крупных моторах.
• Слиппер-юбка (slipper) — со срезами по бокам, остаются только передние/задние контакты. На мотоциклах и некоторых авто — меньше масса и площадь трения.

Износ юбки → плохая герметичность, «поршневой стук» (холодный стук, проходит после прогрева за счет терморасширения). Если не проходит — нужен ремонт (нахонка цилиндра и др.).

Поршневой палец (Pin / Wrist pin / Gudgeon pin)

Полый/сплошной вал в юбке. Штуцер шатуна на нем (в втулке). Из легированной стали (прочность на разрыв), обрабатывают под втулки. Масло поступает через отверстия в шатуне.

Функция: шарнирная опора — связывает поршень и шатун, обеспечивает их относительное движение.

Типы крепления:

• Неподвижный (fixed) — закреплен в бочках поршня винтом; шатун вращается на втулке.
• Полуплавающий (semi-floating) — закреплен в шатуне посередине; свободен в бочках поршня и втулке шатуна.
• Полностью плавающий (full floating) — не закреплен нигде; стопорные кольца в бочках поршня. Крутится и в бочках, и в шатуне.

Поршневая головка (Head / Crown / Dome)

Верхняя поверхность — контакт с газами, экстремальные температуры. Специальные сплавы (стальные) против плавления.

Функции: воспринимает давление, температуру, напряжения расширяющихся газов. Создает завихрение для равномерного сгорания, регулирует детонацию. Тепловой барьер между камерой сгорания и нижними частями поршня. Форма зависит от типа двигателя и задач.

Шатун (Connecting Rod)

Соединяет поршень с коленвалом, обеспечивает движение в цилиндре. Выдерживает механические нагрузки — прочный. Ковка/литье. Сталь для спортмоторов, алюминий — для легких.

Функция: вращает коленвал. Просверленное отверстие питает маслом стенки и палец.

Конструкции нижней головы: фрезерованный стык, ломаный стык, прямой/наклонный, параллельный/конический. Состоит из:

• Малой головы (глазок + втулка палеца) — связь с поршнем через палец.
• Большой головы — к коленвалу.
• Штуцера (двойной Т-образный профиль) — между головами, может иметь маслоканал.

Болт шатуна (Conrod bolt)

Крепит шатун к коленвалу. Шайба/вкладыш + гайка. Сталь, алюминий (легкость), никель (прочность для тяжелых).

Функция: удерживает шатун на коленвале против сил вращения. Без болта шатун разлетается — катастрофа. Обеспечивает каждый ход поршня.

Подшипники поршня (Piston bearings)

Полукруглые вкладыши в точках шарнирного вращения. В большой голове шатуна (на коленвале) — часть поршневой группы. Медь, алюминий-кремний, покрытия для твердости и нагрузки.

Каждая деталь поршня критична для надежности и мощности двигателя.