Поршень автомобильного двигателя является одним из основных узлов двигателя. Он образует поршневую группу с поршневыми кольцами, поршневыми пальцами и другими деталями и вместе с головкой блока цилиндров образует камеру сгорания. Он воспринимает силу газа и передает мощность на коленчатый вал через поршневые пальцы и шатуны, завершая рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания. Из-за суровых рабочих условий с высокой скоростью, высоким давлением и высокой температурой поршня, а также с учетом плавной и долговечной работы двигателя требуется, чтобы поршень также имел достаточную прочность и жесткость, хорошую теплопроводность, высокую термостойкость, малый коэффициент расширения (небольшие изменения размеров и формы), низкую относительную плотность (легкий вес), износостойкость и коррозионную стойкость, а также низкую стоимость. Из-за высоких и многочисленных требований, некоторые из которых противоречивы, сложно найти материал поршня, который мог бы полностью удовлетворить всем требованиям. Поршни современных двигателей обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, который обладает такими выдающимися преимуществами, как низкая плотность и хорошая теплопроводность. Однако у него также есть недостатки: относительно большой коэффициент расширения и плохая -стойкость к высоким температурам. Эти недостатки могут быть устранены только за счет разумного структурного проектирования, отвечающего требованиям использования. Итак, качество автомобильного двигателя зависит не только от используемых материалов, но и от рациональности конструкции.
В автомобиле есть десятки тысяч деталей: от коленчатых валов и коробок передач до пружин, шайб, болтов и гаек. Каждый компонент имеет свою собственную функцию, например поршневые кольца, которые могут показаться простыми по форме, легкими по весу и дешевыми по цене, но их функция очень важна. Без него машина не сможет двигаться, а даже при наличии каких-то мелких неполадок машина будет ненормальной либо из-за большого расхода топлива, либо из-за недостаточной мощности. При всей координации между поршневой группой и цилиндром поршневое кольцо является тем, которое действительно контактирует со стенкой цилиндра. Он заполняет зазор между поршнем и стенкой цилиндра, герметизируя камеру сгорания, что делает ее наиболее легко изнашиваемой деталью двигателя. Поршневые кольца обычно изготавливаются из чугуна, обладают определенной степенью упругости, различной формой поперечного сечения-и поверхностными покрытиями для повышения эксплуатационных характеристик. При работе двигателя поршень расширяется под воздействием тепла, поэтому поршневые кольца имеют зазоры открытия. Для обеспечения герметичности зазоры открытия каждого поршневого кольца во время установки должны располагаться в шахматном порядке. Поршень часто имеет от трех до четырех поршневых колец, которые в зависимости от их функций делятся на две категории: газовые кольца и масляные кольца. Газовое кольцо установлено в кольцевой канавке на верхнем конце головки поршня для предотвращения утечки воздуха, передачи тепла головки поршня к стенке цилиндра и рассеивания тепла поршня. Функция масляного кольца состоит в том, чтобы предотвратить попадание смазочного масла в камеру сгорания, соскребая излишки смазочного масла со стенок цилиндра обратно в масляный поддон. Он устанавливается в нижний кольцевой паз газового кольца. Если требования к уплотняющим функциям соблюдены, иметь меньше поршневых колец лучше, чем иметь больше. Меньшее количество поршневых колец не только сохраняет минимальную площадь трения и снижает потери мощности, но также сокращает высоту поршня, что, в свою очередь, уменьшает высоту двигателя.
Неправильная установка поршневого кольца или плохая герметизация приведет к тому, что масло на стенках цилиндра поднимется в камеру сгорания и сгорит вместе со смесью, вызывая явление горения масла. Если зазор между поршневым кольцом и стенкой цилиндра слишком мал или поршневое кольцо застревает в кольцевой канавке из-за отложения нагара, оно может поцарапать стенку цилиндра во время возвратно-поступательного движения поршня. Со временем на стенке цилиндра образуются глубокие канавки, что широко известно как явление «вытягивания цилиндра». Канавки на стенке цилиндра и плохая герметизация также могут стать причиной подгорания масла. Поэтому рабочее состояние поршня следует регулярно проверять, чтобы избежать возникновения двух вышеуказанных ситуаций и обеспечить исправную работу двигателя.
