Role válce a pístu v motoru automobilu

Válec a píst jsou některé z hlavních součástí každého spalovacího motoru. Spodní rovina hlavy válce, dno pístu a stěna válce tvoří uzavřenou dutinu, kde dochází ke spalování směsi paliva a vzduchu. Píst, který je umístěn ve válci, přeměňuje energii vzniklých plynů na translační pohyb, čímž uvádí do pohybu klikový hřídel.

Válec a píst jsou zaběhnuty během provozu vozidla, což zajišťuje účinnost a nejlepší provozní podmínky motoru.

V tomto článku se podrobně podíváme na dvojici válec-píst: konstrukci, funkce, provozní podmínky a také problémy, které mohou nastat při provozu CPG.

Co je to válec a píst?

Moderní motory mohou mít od 2 do 16 válců, které jsou spojeny do bloku válců. Výkon spalovacího motoru závisí na počtu válců.

Vnitřní část válce je jeho pracovní povrch a nazývá se objímka a vnější část, která je integrální s tělem bloku, se nazývá plášť. Chladicí kapalina cirkuluje kanály pláště.

Uvnitř válce vykonává píst vratný pohyb. Přenáší energii tlaku plynu na ojnici klikového hřídele, utěsňuje spalovací prostor a odvádí z něj teplo. Píst se skládá ze dna (hlavy), těsnících kroužků a vodící části (pláště).

Písty pro benzínové motory mají ploché dno. Během provozu produkují méně tepla a snadněji se vyrábějí. Mohou mít speciální drážky, které pomáhají ventilům plně otevřít. U vznětových motorů mají písty ve spodní části speciální vybrání daného tvaru. Slouží k tomu, aby se vzduch vstupující do válce lépe mísil s palivem.

Těsné spojení mezi pístem a válcem zajišťují pístní kroužky. Jejich umístění a množství závisí na typu a účelu motoru. Nejběžnějším provedením je jeden stírací kroužek oleje a dva kompresní kroužky.

Kompresní kroužky zabraňují vstupu plynů ze spalovacího prostoru do klikové skříně motoru a přenášejí teplo z hlavy pístu na stěny válců. Ve tvaru mohou být kónické, soudkovité nebo lichoběžníkové.

Horní kompresní kroužek se opotřebovává rychleji než ostatní, takže jeho vnější povrch je vystaven nástřiku molybdenem nebo poréznímu chromování. Díky této přípravě se první kroužek stává odolnějším proti opotřebení a lépe zadržuje motorový olej. Ostatní těsnicí kroužky jsou pocínovány, aby se zlepšilo uchycení k válcům.

Olejový stírací kroužek slouží k odstranění přebytečného oleje ze stěn válce, čímž zabraňuje jeho vniknutí do spalovací komory. Prostřednictvím speciálních otvorů ve stěnách pístu vstupuje olej do pístu a poté je nasměrován do klikové skříně.

Vodicí část (pláště) pístu může být kuželového nebo soudkovitého tvaru. Tato konstrukce umožňuje kompenzaci expanze při vystavení vysokým teplotám. Na plášti je otvor se dvěma nálitky, kde je připevněn trubkový pístní čep spojující píst s ojnicí.

Pístní čep lze nainstalovat následovně:

• Volná vůle u nálitků pístu a hlavy ojnice (plovoucí čepy)
• Rotace v nálitcích pístu a fixace v hlavě ojnice
• Rotace v hlavě ojnice a fixace v nálitcích pístu

Ojnice spojuje píst s klikovým hřídelem. Jeho horní hlava se pohybuje vratně a spodní se otáčí spolu s ojničním čepem klikového hřídele a vykonává složitý kmitavý pohyb. Během provozu je ojnice vystavena natahování, ohýbání a stlačení, takže je pevná a odolná a pro snížení setrvačných sil lehká.

Z čeho jsou vyrobeny válce a písty?

Materiály používané při výrobě dílů CPG musí mít vysokou mechanickou pevnost, dobrou tepelnou vodivost, nízkou hustotu, nízký koeficient lineární roztažnosti, kluzné a antikorozní vlastnosti.

Válce jsou vyrobeny z litiny nebo oceli s různými přísadami. To je nezbytné, aby díly vydržely vysoké zatížení. Bloky válců se dnes vyrábí nejčastěji z hliníku a vnitřní části válců jsou ocelové, což snižuje hmotnost konstrukce.

Písty uvnitř válce se pohybují vysokou rychlostí a jsou vystaveny vysokým tlakům a teplotám. Zpočátku se k výrobě těchto dílů používala litina, ale s rozvojem technologie se hlavním materiálem pro písty stal hliník. To umožnilo menší zatížení pístů, lepší přenos tepla a zvýšení výkonu motoru.

Moderní vozidla, zvláště ta s dieselovými motory, používají písty z kompozitní oceli. Váží méně než hliníkové a díky nižší kompresní výšce umožňují použití delších ojnic, čímž snižují boční zatížení dvojice válec-píst.

K výrobě pístních kroužků se používá vysokopevnostní šedá litina s přídavkem chrómu, molybdenu, niklu nebo wolframu. Tyto materiály zlepšují záběh prvků a zajišťují jejich vysokou odolnost proti opotřebení a žáru.

Někteří výrobci automobilových komponentů potahují boční plochy pístů speciálními materiály na bázi grafitu nebo sirníku molybdeničitého, aby se snížily ztráty třením. Postupem času se však tovární nátěr zhoršuje a vyžaduje obnovu.

Jedním z nejúčinnějších prostředků pro obnovu antifrikční vrstvy nebo nanášení materiálu na nové písty je povlak pístů MODENGY pro díly spalovacích motorů. Složení na bázi vysoce čištěného sirníku molybdeničitého a grafitu má praktické aerosolové balení s optimálními parametry rozprašování.

Materiál se nanáší rovnoměrně na pláště pístů, nevyžaduje vysoké teploty pro polymeraci a na povrchu vytváří suchý mazací film, který snižuje opotřebení a zabraňuje odírání po dlouhou dobu.

Pro přípravu povrchů před aplikací nátěru se doporučuje ošetřit je speciálním čističem-aktivátorem MODENGY. Odstraňuje veškeré nečistoty z dílů a zajišťuje silnou přilnavost nátěru k podkladu.

Chlazení skupiny válec-píst

Když motor běží, vzniká obrovské množství tepla. Například teplota spalin může dosáhnout +2000 °C. To je důvod, proč skupina válec-píst vyžaduje účinné chlazení.

V moderních motorech může být chladicí systém kapalinový nebo vzduchový. V prvním případě jsou válce spalovacího motoru z vnější strany pokryty velkým množstvím speciálních žeber, které jsou chlazeny uměle vytvořeným nebo protiproudým prouděním vzduchu.

Kapalinové chlazení zahrnuje chlazení válců pomocí chladicí kapaliny, která cirkuluje uvnitř bloku vně válců. Zahřátá tělesa odevzdávají část tepla chladicí kapalině, která pak vstupuje do chladiče, ochlazuje se a vrací se do válců.

Systém mazání válců

Pokud uvnitř válce není žádné mazivo, píst se zadře, což nakonec povede k poruše motoru. Pro udržení motorového oleje na vnitřních plochách válců se na ně pomocí honování nanáší mikrosíťka.

Díky tomu je na stěnách vždy určité množství oleje, které snižuje tření mezi pístem a válcem a také pomáhá odvádět přebytečné teplo uvnitř CPG.

Poruchy během provozu

I když bylo vozidlo provozováno správně a všechny kapaliny byly vyměněny včas, mohou se časem objevit problémy se skupinou válec-píst. Jejich hlavním důvodem jsou obtížné provozní podmínky CPG.

Vysoké zatížení a teploty vedou k:

• Deformace dosedacích ploch pro rukáv
• Destrukce, depozice, koksování prstenců
• Poškrábání na pláštích pístu v důsledku zúžení vůle mezi pístem a válcem
• Vzhled děr, prasklin, třísek na pracovních plochách válců
• Tavení nebo vyhoření dna pístu
• Různé deformace na těle pístu

K těmto a dalším poruchám CPG nevyhnutelně dochází při přehřátí spalovacího motoru, které může být způsobeno poruchou termostatu, čerpadla, nebo odtlakováním chladicí soustavy, poruchami chodu ventilátoru chlazení chladiče, samotného chladiče nebo jeho čidla.

Problémy při provozu skupiny válec-píst lze identifikovat zvýšením spotřeby oleje, zhoršením startování motoru, snížením výkonu, výskytem klepání a hluku během provozu motoru. Takové momenty by neměly být ignorovány, protože poruchy v CPG nevyhnutelně povedou k drahým opravám.

Demontáž CPG, stejně jako kontrola jiných systémů vozidla, jako je vzduchový filtr, umožňuje přesně určit stav pístů a válců. Navíc se při diagnostice měří komprese ve válcích, odebírají se vzorky oleje z klikové skříně atd.

Zdroj CPG závisí na typu motoru, jeho provozním režimu, servisní údržbě a dalších parametrech. V průměru pro domácí automobily je to asi 200 tisíc km, pro zahraniční vozy – až 500 tisíc km. Existují takzvané „motory na milion mil“, jejichž životnost může přesáhnout 1 milion kilometrů.

Oprava skupiny válec-píst motoru zahrnuje výměnu kompresních a olejových stíracích kroužků, renovaci a vyvrtání válců, montáž nových ojnic a pístů.

Opotřebení válců se zjišťuje pomocí speciálního zařízení – měřiče vrtání. Třísky a praskliny na stěnách jsou svařeny nebo utěsněny epoxidovými pastami.

Nové písty jsou sladěny s vložkami válců hmotností a průměrem a pístní čepy jsou sladěny s pouzdry horní hlavy ojnice a písty. Ojnice jsou předem zkontrolovány na poškození a v případě potřeby obnoveny nebo vyměněny.