Piston motor: caracteristici de proiectare. Tipuri de pistoane

Cel mai faimos și utilizat pe scară largă în întreaga lume dispozitive mecanice Sunt motoare combustie interna(denumită în continuare ICE). Gama lor este extinsă și diferă într-o serie de caracteristici, de exemplu, numărul de cilindri, al căror număr poate varia de la 1 la 24, utilizați de combustibil.

Funcționarea unui motor cu combustie internă alternativă

Motor cu combustie internă cu un singur cilindru poate fi considerat cel mai primitiv, dezechilibrat și cu o cursă neuniformă, în ciuda faptului că este punctul de plecare în crearea unei noi generații de motoare cu mai multe cilindri. Astăzi sunt folosite în modelarea aeronavelor, în producția de unelte agricole, de uz casnic și de grădină. Pentru industria auto sunt utilizate masiv motoare cu patru cilindriși dispozitive mai solide.

Cum funcționează și în ce constă?

Motor alternativ cu ardere internă are o structură complexă și constă din:

• Corpul, care include blocul cilindrilor, chiulasa;
• Mecanism de distribuție a gazelor;
• Mecanism manivelă (denumit în continuare KShM);
• O serie de sisteme auxiliare.

KShM este o legătură între energia eliberată în timpul arderii amestecului combustibil-aer (denumit în continuare FA) în cilindru și arborele cotit, care asigură mișcarea vehiculului. Sistemul de distribuție a gazelor este responsabil pentru schimbul de gaze în timpul funcționării unității: accesul ansamblurilor de oxigen și combustibil atmosferic la motor și îndepărtarea în timp util a gazelor formate în timpul arderii.

Dispozitivul celui mai simplu motor cu piston

Sunt prezentate sistemele auxiliare:

• Admisie, furnizarea de oxigen motorului;
• Combustibil, reprezentat de sistemul de injecție de combustibil;
• Aprindere, oferind o scânteie și aprindere a ansamblurilor de combustibil pentru motoarele care funcționează pe benzină (motoarele diesel se disting prin arderea spontană a amestecului de la temperaturi ridicate);
• Sistem de lubrifiere care reduce frecarea și uzura pieselor metalice care se potrivesc folosind ulei de mașină;
• Un sistem de răcire care previne supraîncălzirea pieselor de lucru ale motorului, asigurând circulația fluide speciale tip antigel;
• Un sistem de evacuare, care asigură eliminarea gazelor într-un mecanism adecvat, format din supape de evacuare;
• Un sistem de control care monitorizează funcționarea motorului cu ardere internă la nivel electronic.

Este luat în considerare principalul element de lucru din nodul descris pistonul motorului cu ardere internă, care în sine este o piesă prefabricată.

Dispozitiv cu piston al motorului cu ardere internă

Schema de funcționare pas cu pas

Funcționarea ICE se bazează pe energia gazelor în expansiune. Sunt rezultatul arderii ansamblurilor de combustibil din interiorul mecanismului. Acest proces fizic forțează pistonul să se miște în cilindru. Combustibilul în acest caz poate fi:

• Lichide (benzină, motorină);
• gaze;
• Monoxid de carbon ca urmare a arderii combustibililor solizi.

Funcționarea motorului este un ciclu închis continuu, constând dintr-un anumit număr de curse. Cele mai comune ICE sunt de două tipuri, diferind în ceea ce privește numărul de cicluri:

1. În doi timpi, producând compresie și cursă de lucru;
2. În patru timpi - sunt caracterizate de patru etape de aceeași durată: admisie, compresie, cursă de lucru și eliberare finală, aceasta indică o schimbare de patru ori a poziției elementului principal de lucru.

Începutul cursei este determinat de locația pistonului direct în cilindru:

• Centru mort superior (denumit în continuare TDC);
• Centrul mort inferior (în continuare BDC).

Studiind algoritmul eșantionului în patru timpi, puteți înțelege bine principiul motorului auto.

Principiul de funcționare al unui motor de mașină

Admisia se face prin trecere de sus centru mort prin întreaga cavitate a cilindrului pistonului de lucru cu retragerea simultană a ansamblului combustibil. Bazat pe caracteristici de proiectare, amestecarea gazelor de intrare poate avea loc:

• În colector sistem de admisie, acest lucru este relevant dacă motorul este pe benzină cu injecție distribuită sau centrală;
• În camera de ardere, în cazul unui motor diesel, precum și a unui motor care funcționează pe benzină, dar cu injecție directă.

Prima măsură trece cu supape deschise de admisie a mecanismului de distribuție a gazului. Numărul supapelor de admisie și evacuare, timpul în care rămân deschise, dimensiunea și starea lor de uzură sunt factori care afectează puterea motorului. Pistonul din stadiul inițial de compresie este plasat în BDC. Ulterior, începe să se miște în sus și să comprima ansamblul combustibil acumulat la dimensiunea determinată de camera de ardere. Camera de ardere este spațiul liber din cilindru care rămâne între vârf și piston în punctul mort superior.

A doua măsură presupune închiderea tuturor supapelor motorului. Etanșeitatea aderenței lor afectează în mod direct calitatea compresiei ansamblului de combustibil și arderea sa ulterioară. De asemenea, calitatea compresiei ansamblurilor combustibile este influențată de influență mare nivelul de uzură al componentelor motorului. Se exprimă în mărimea spațiului dintre piston și cilindru, în etanșeitatea supapelor. Nivelul de compresie al unui motor este principalul factor care afectează puterea motorului. Se măsoară cu un aparat special, un compresometru.

Cursa de lucru începe când procesul este conectat sistem de aprindere generând o scânteie. În acest caz, pistonul se află în poziția maximă superioară. Amestecul explodează, se eliberează gaze, creând tensiune arterială crescută iar pistonul este antrenat. Mecanismul manivelei, la rândul său, activează rotația arborelui cotit, ceea ce asigură mișcarea mașinii. Toate supapele sistemelor sunt în poziție închisă în acest moment.

Tact de absolvire este ultimul din ciclul luat în considerare. Tot supapele de evacuare sunt în poziția deschisă, permițând motorului să „expuleze” produsele de ardere. Pistonul revine la punctul de plecare și este gata să înceapă un nou ciclu. Această mișcare contribuie la eliminarea sistem de evacuare si apoi in mediu inconjurator, gaze de esapament.

Schema de funcționare a motorului cu ardere internă, după cum sa menționat mai sus, se bazează pe ciclicitate. Având în vedere în detaliu, Cum functioneazã motor cu piston , putem rezuma că eficiența unui astfel de mecanism nu este mai mare de 60%. Acest procent se datorează faptului că, la un moment dat, cursa de lucru se execută doar într-un singur cilindru.

Nu toată energia primită în acest moment este direcționată către mișcarea mașinii. O parte din aceasta este cheltuită pentru menținerea volantului în mișcare, care, prin inerție, asigură funcționarea mașinii în timpul celorlalte trei timpi.

O anumită cantitate de energie termică este cheltuită involuntar pentru încălzirea carcasei și a gazelor de eșapament. De aceea, puterea unui motor de mașină este determinată de numărul de cilindri și, în consecință, de așa-numitul volum al motorului, calculat după o anumită formulă ca volumul total al tuturor cilindrilor de lucru.

Orice motor masina moderna caracterizat printr-o complexitate ridicată a designului și un număr mare de elemente constitutive. În ciuda unei astfel de complexități ridicate, se bazează pe concepte de bază care sunt relevante pentru o mașină de orice clasă și an de fabricație. În acest articol, ne vom uita la unul dintre elemente cheie- pistonul unui motor cu ardere internă - și vă vom spune despre ce este și în ce constă.

Structura

Pistonul unui motor în 4 timpi are o structură destul de complexă și, astfel, întregul dispozitiv include mai multe părți componente... Acest lucru vă permite să oferiți mașinii optime specificații, precum și pentru a face motorul în 4 timpi mai rezistent la sarcini și, prin urmare, durabil.

Partea principală din care constă pistonul motor cu ardere internă în patru timpi, este fundul său. Fundul este puțin mai mic ca diametru decât diametrul cilindrului, ceea ce se explică prin prezența inelelor de compresie și raclete de ulei. Coroana pistonului de orice diametru poate avea formă diferită si descriere. Deci, poate avea o formă concavă, iar adâncitura în sine poate avea o configurație diferită.

Scopul principal al fundului dispozitivului pistonului în proiectare este de a interacționa cu vaporii de combustibil, care, în timpul arderii, împing pistonul și îl fac să se miște pe întreaga perioadă de funcționare. Forma fundului pistonului unui motor în 4 timpi este dictată de o cantitate mare factori. Acest lucru depinde de obicei de numărul de lumânări, puterea, diametrul pistonului în sine și multe alte nuanțe.

Pe lângă fund, în piston, indiferent de câți milimetri numără în diametru, există întotdeauna o piesă de etanșare, care include dispozitive precum inele de compresie și raclete de ulei. Inelele de compresie sunt încorporate în caneluri speciale, care sunt ușor diferite ca diametru de diametrul capului pistonului. Sarcina lor este de a nu permite amestecarea amestecului uzat și proaspăt, precum și de a menține presiunea în timpul arderii combustibilului.

Care este scopul inelelor de compresie? Motoarele cu compresie în 4 timpi sunt necesare pentru a maximiza eficiența motorului, iar toată energia combustibilului ars este direcționată spre deplasarea pistonului. Din acest motiv, se impun cerințe serioase și stricte asupra materialelor din care sunt fabricate astfel de inele într-un motor în patru timpi.

Pe lângă compresie, pistonul unui motor în 4 timpi intră obligatoriu Echipat cu structuri precum inele raclete de ulei, care au un diametru ceva mai mare decât pistonul în sine. Sunt necesare pentru ca lubrifiantul, care circulă constant în motor pentru a preveni frecarea și supraîncălzirea, să rămână pe suprafețele de frecare în cantitatea potrivităși nu s-a acumulat în camera de ardere. Datorită acestui fapt, este posibilă evitarea depunerilor de ulei, iar consumul de lubrifiant este redus drastic.

Cum functioneaza?

Cursa pistonului unui motor în patru timpi este un ciclu în care arborele cotit al motorului face o revoluție completă. În acest timp, amestecul de combustibil, care este furnizat de carburator sau injector, este complet ars și descărcat, unde trece prin toba de eșapament și este dispersat în mediul înconjurător.

Cursa pistonului se caracterizează exclusiv prin mișcare în sus și în jos. Această stare de fapt se aplică atât motoarelor în patru timpi, cât și tuturor celorlalte tipuri de motoare. După cum sa menționat deja, mișcarea de translație este determinată exclusiv de procesele de ardere care au loc atunci când temperatura ridicata.

Când pistonul se deplasează în direcția verticală, arborele cotit la care este conectat este rotit. Din acest motiv, a fost introdusă de către designeri și ingineri o manivelă, care permite antrenarea arborelui și făcută să rotească roțile atâta timp cât motorul în patru timpi funcționează.

De obicei, manivela este articulată cu capul pistonului: cursa pistonului este suficient de liberă pentru ca manivela să se deplaseze la un unghi acut față de axa de simetrie și să fie în mișcare neîncetat. Biela este o tijă metalică mică, care este echipată la ambele capete cu inserții pentru balama. Pe o parte, biela se mișcă în raport cu pistonul, care se deplasează în sus și în jos.

De la capătul opus, biela este fixată mobil de arbore cotit... Așa-numitele bucșe sunt amplasate între biela și arbore, al căror design îi permite să reziste la temperaturi ridicate și să nu se uzeze chiar și la sarcini de vârf. Când vine momentul reparării, căptușelile sunt înlocuite cu altele noi, iar astfel de cicluri de service sunt până la înlocuire arbore cotit pot fi mai multe.

Material de fabricatie

Pistonul unui motor în 4 timpi, sau mai bine zis, materialul din care este fabricat, trebuie să îndeplinească un număr mare de cerințe. De exemplu, materialul trebuie să fie rezistent la supraîncărcări grave de temperatură, deoarece arderea combustibilului provoacă o supraîncălzire severă, pentru care majoritatea materialelor existente nu sunt pregătite.

În plus, astfel de materiale ar trebui să aibă o densitate scăzută. Acest lucru este necesar pentru a ușura pistonul cât mai mult posibil pentru a reduce sarcina asupra pieselor și consumul total de combustibil.

Ce materiale îndeplinesc aceste cerințe și sunt utilizate pe scară largă motoare în patru timpi combustie interna? Cel mai frecvent astfel de material este fonta. Relativ ieftin, își face treaba bine și rezistă la temperaturi ridicate. După cum arată practica, resursa unei astfel de piese este destul de mare, iar fiabilitatea îndeplinește toate cerințele, prin urmare, un piston din fontă poate fi găsit pe majoritatea mașinilor.

Cu toate acestea, progresul nu stă pe loc, iar fonta a fost înlocuită cu aluminiu, sau mai bine zis, cu acesta varietate deosebită... Avantajul unui astfel de material este că este vizibil mai ușor, dar din punct de vedere al rezistenței nu este în niciun fel inferior față de fonta obișnuită. Din acest motiv, pe mașini sport v motoare în patru timpi au pus exact pistoane din aluminiu. Această soluție a permis creșterea puterii, prelungirea duratei de viață și reducerea consumului de combustibil. Este demn de remarcat faptul că pistoanele din aluminiu sunt de asemenea instalate adesea pe vehiculele civile obișnuite, ceea ce indică avantajele lor evidente.

rezumat

Pistonul motorului este detaliu important fără de care munca normala motorul ar fi fost imposibil. În acest sens, producătorii auto mondiali încearcă să aducă soluțiile existente mai aproape de perfecțiune. Acest lucru vă permite să realizați cele mai bune caracteristici cu mai mult resursă mare, ceea ce sugerează că progresul nu stă pe loc.

În cilindru grup de pistoane(CPG) are loc unul dintre procesele principale, datorită căruia funcționează motorul cu ardere internă: eliberarea de energie ca urmare a arderii amestecului aer-combustibil, care este ulterior transformată în actiune mecanica- rotatia arborelui cotit. Principala componentă de lucru a CPG este pistonul. Datorită lui, se creează condițiile necesare arderii amestecului. Pistonul este prima componentă implicată în conversia energiei primite.

Pistonul motorului este cilindric. Este amplasat în căptușeala cilindrului motorului, este un element în mișcare - în timpul funcționării, este reciproc, din cauza căruia pistonul îndeplinește două funcții.

1. La mișcare de translație pistonul reduce volumul camerei de ardere prin comprimare amestec de combustibil, care este necesar pentru procesul de ardere (la motoarele diesel, aprinderea amestecului are loc din comprimarea sa puternică).
2. După aprinderea amestecului aer-combustibil din camera de ardere, presiunea crește brusc. În efortul de a crește volumul, împinge pistonul înapoi și se angajează mișcare de întoarcere transmis prin biela arborelui cotit.

PROIECTA

Dispozitivul piesei include trei componente:

1. Partea de jos.
2. Piesa de etansare.
3. Fusta.

Aceste componente sunt disponibile atât în ​​pistoane dintr-o singură bucată (cea mai obișnuită opțiune), cât și în piese componente.

PARTEA DE JOS

De jos - principal suprafata de lucru, deoarece pereții căptușelii și capul blocului formează o cameră de ardere, în care este ars amestecul de combustibil.

Principalul parametru al fundului este forma sa, care depinde de tipul de motor cu ardere internă (ICE) și de caracteristicile sale de proiectare.

V motoare în doi timpi pistoanele sunt utilizate cu un fund sferic - o proeminență de fund, ceea ce crește eficiența umplerii camerei de ardere cu un amestec și a eliminării gazelor de eșapament.

În patru timpi motoare pe benzină fundul este plat sau concav. În plus, pe suprafață sunt realizate adâncituri tehnice - adâncituri pentru discuri de supapă (elimină probabilitatea ca un piston să se ciocnească de supapă), adâncituri pentru a îmbunătăți formarea amestecului.

La motoarele diesel, canelurile din partea inferioară sunt cele mai dimensionale și au o formă diferită. Aceste adâncituri se numesc cameră de ardere cu piston și sunt concepute pentru a crea turbulențe în fluxul de aer și combustibil în cilindru pentru o amestecare mai bună.

Partea de etanșare este proiectată pentru a instala inele speciale (compresie și racletă de ulei), a căror sarcină este de a elimina spațiul dintre piston și peretele căptușelii, prevenind pătrunderea gazelor de lucru în spațiul sub-piston și a lubrifianților în ardere. camera (acești factori reduc Eficiența motorului). Acest lucru asigură transferul de căldură de la piston la căptușeală.

PARTEA DE ETANSARE

Partea de etanșare include caneluri în suprafața cilindrică a pistonului - caneluri situate în spatele fundului și punți între caneluri. La motoarele în doi timpi, inserții speciale sunt plasate suplimentar în caneluri, în care inelul se fixează. Aceste inserții sunt necesare pentru a elimina posibilitatea ca inelele să se întoarcă și să-și pună încuietori în porturile de intrare și de evacuare, ceea ce le poate cauza ruperea.


Saritorul de la marginea de jos la primul inel se numeste head land. Această curea are cel mai mare efect de temperatură, astfel încât înălțimea sa este selectată pe baza condițiilor de funcționare create în interiorul camerei de ardere și a materialului pistonului.

Numărul de caneluri realizate pe partea de etanșare corespunde numărului de segmente de piston (se pot folosi 2 - 6). Cel mai comun design este cu trei inele - două inele de compresie și o racletă de ulei.

În şanţul de sub inel racletor de ulei se fac găuri pentru scurgerea uleiului, care este îndepărtat cu un inel de pe peretele manșonului.

Împreună cu partea inferioară, partea de etanșare formează capul pistonului.

FUSTA

Fusta acționează ca ghid pentru piston, împiedicându-l să își schimbe poziția față de cilindru și asigurând doar mișcarea alternativă a piesei. Datorită acestei componente, se realizează o conexiune mobilă a pistonului cu biela.

Pentru conectare, se fac găuri în fustă pentru instalarea știftului pistonului. Pentru a crește rezistența în punctul de contact al degetului, mărgele speciale masive, numite boss, sunt realizate pe interiorul fustei.

Pentru a fixa bolțul pistonului în piston, în orificiile de montare pentru acesta sunt prevăzute caneluri pentru inelele de reținere.

TIPURI DE PISTON

În motoarele cu ardere internă se folosesc două tipuri de pistoane, care diferă în aranjament constructiv- integral și compus.

Piesele solide sunt fabricate prin turnare urmată de prelucrare... În procesul de turnare, un semifabricat este creat din metal, căruia i se dă forma generală a piesei. În plus, la mașinile de prelucrare a metalelor, suprafețele de lucru sunt prelucrate în piesa de prelucrat rezultată, sunt tăiate caneluri pentru inele, se fac găuri și caneluri tehnologice.

V elemente constitutive capul și fusta sunt separate și sunt asamblate într-o singură structură în timpul instalării pe motor. Mai mult, asamblarea într-o singură bucată se realizează atunci când pistonul este conectat la biela. Pentru aceasta, pe lângă găurile pentru știfturile pistonului din fustă, există niște urechi speciale pe cap.

Demnitate pistoane compuse- capacitatea de a combina materialele de fabricație, care crește performanţă Detalii.

MATERIALE DE FABRICAȚIE

Aliajele de aluminiu sunt utilizate ca material de fabricație pentru pistoanele solide. Părțile fabricate din astfel de aliaje sunt caracterizate de o greutate redusă și o conductivitate termică bună. Dar, în același timp, aluminiul nu este un material rezistent la căldură și rezistent la căldură, ceea ce limitează utilizarea pistoanelor fabricate din acesta.

Pistoanele turnate sunt de asemenea din fontă. Acest material este durabil și rezistent la temperaturi ridicate. Dezavantajul lor este masa lor semnificativă și conductivitatea termică slabă, ceea ce duce la încălzirea puternică a pistoanelor în timpul funcționării motorului. Din acest motiv, ele nu sunt utilizate la motoarele pe benzină, deoarece temperaturile ridicate provoacă aprindere strălucitoare ( amestec aer-combustibil se aprinde din contactul cu suprafețele fierbinți, nu de la o bujie).

Proiectarea pistoanelor compuse permite combinarea materialelor specificate între ele. În astfel de elemente, fusta este realizată din aliaje de aluminiu, care asigură o bună conductivitate termică, iar capul este din oțel rezistent la căldură sau fontă.

Dar și elementele tip compozit există dezavantaje, printre care:

• posibilitatea de utilizare numai în motoarele diesel;
• greutate mai mare comparativ cu aluminiul turnat;
• necesitatea utilizării inelelor de piston din materiale rezistente la căldură;
• pret mai mare;

Datorită acestor caracteristici, domeniul de aplicare al pistoanelor compuse este limitat, ele fiind utilizate numai pe motoarele diesel de dimensiuni mari.

VIDEO: PISTON. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE A PISTONULUI MOTOR. DISPOZITIV

Pistonul ia loc centralîn procesul de conversie a energiei combustibile în termică și mecanică. Să vorbim despre pistoanele de motor, ce sunt și cum funcționează.

Ce este?

La motoarele pe benzină, pistoanele cu fundul plat sunt utilizate datorită ușurinței de fabricare și a încălzirii mai puține în timpul funcționării. Deși unii mașini moderne faceți niște adâncituri speciale pentru supape. Acest lucru este necesar pentru ca atunci când cureaua de distribuție se rupe, pistoanele și supapele să nu se întâlnească și să nu implice reparații serioase. Partea inferioară a pistonului unui motor diesel este realizată cu o adâncitură, care depinde de gradul de formare a amestecului și de locația supapelor și a duzelor. Cu această formă a fundului, aerul este mai bine amestecat cu combustibilul care intră în cilindru.

Pistonul este expus la temperaturi și presiuni ridicate. Se mișcă cu de mare vitezăîn interiorul cilindrului. Prin urmare, inițial pentru motoare auto au fost turnate din fontă. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, au început să folosească aluminiu, deoarece a oferit următoarele avantaje: viteză și putere crescute, sarcini mai mici pe piese, transfer de căldură mai bun.

Printre altele, reducerea dimensiunilor verticale ale pistonului cu un bloc cilindric constant face posibilă prelungirea bielelor. Acest lucru va reduce sarcinile laterale din perechea piston-cilindru, ceea ce va avea un efect pozitiv asupra consumului de combustibil și a resursei motorului.Sau, fără a schimba bielele și arborele cotit, puteți scurta blocul cilindrilor.Astfel vom ușura motorul. .

Care sunt cerințele?

• Pistonul, care se mișcă în cilindru, permite gazelor comprimate, produsul arderii combustibilului, să se extindă și să efectueze lucrări mecanice. Prin urmare, trebuie să fie rezistent la temperaturi ridicate, presiunea gazului și să etanșeze în mod fiabil alezajul cilindrului.
• Trebuie să îndeplinească cerințele perechii de frecare în cel mai bun mod posibil pentru a minimiza pierderile mecanice și, ca urmare, uzura.
• Atunci când se confruntă cu solicitările din camera de ardere și reacția de la biela, aceasta trebuie să reziste la solicitări mecanice.
• Când efectuați o mișcare alternativă la viteză mare, ar trebui să se încarce cât mai puțin posibil mecanism manivelă forțe inerțiale.

Scop principal

Să repetăm ​​încă o dată faptul binecunoscut că fluxul de căldură este direcționat de la corpuri mai încălzite către cele mai puțin încălzite.

Asa de, prima cale care asigură cel mai mare debit, Sunt segmente de piston. Mai mult, primul inel joacă rolul principal, deoarece este situat mai aproape de fund. Aceasta este cea mai scurtă cale către agentul de răcire prin peretele cilindrului. Inelele sunt presate simultan atât împotriva canelurilor pistonului, cât și a peretelui cilindrului. Ele asigură mai mult de 50% din fluxul de căldură.

A doua cale este mai puțin evidentă. Al doilea lichid de răcire din motor este uleiul. Având acces la cele mai fierbinți părți ale motorului, ceața de ulei duce și transferă în carter o parte semnificativă a căldurii din cele mai fierbinți puncte. În cazul utilizării duzelor de ulei care direcționează jetul către suprafața interioară a coroanei pistonului, ponderea uleiului în schimbul de căldură poate ajunge la 30 - 40%. Este clar că, atunci când încărcăm uleiul cu funcția de transportator de căldură, trebuie să avem grijă să-l răcim. În caz contrar, uleiul supraîncălzit își poate pierde proprietățile. De asemenea, cu cât temperatura uleiului este mai mare, cu atât poate transfera mai puțină căldură.

A treia cale. O parte din căldură este preluată pentru încălzire printr-un amestec de aer proaspăt-combustibil care a intrat în cilindru. Cantitatea de amestec proaspăt și cantitatea de căldură pe care o va lua depinde de modul de funcționare și de gradul de deschidere a clapetei de accelerație. De remarcat că căldura obținută în timpul arderii este, de asemenea, proporțională cu sarcina. Prin urmare, această cale de răcire este impulsivă; Este rapid și foarte eficient datorită faptului că căldura este preluată din partea din care este încălzit pistonul.

Datorită importanței sale mai mari, trebuie acordată o atenție deosebită transferului de căldură inele de piston... Este clar că dacă blocăm această cale, atunci este puțin probabil ca motorul să reziste la orice operare forțată prelungită. Temperatura va crește, materialul pistonului va „pluti” și motorul se va prăbuși.

Imaginea este mai teribilă dacă inelul nu are contact strâns cu canelura. În locurile în care gazele au capacitatea de a curge pe lângă inel prin canelură, secțiunea pistonului este lipsită de posibilitatea de a se răci. Ca rezultat - arderea și ciobirea părții adiacente scurgerii.

De câte inele ai nevoie pentru un piston? Din punct de vedere mecanic, cu cât sună mai puține, cu atât mai bine. Cu cât sunt mai înguste, cu atât sunt mai puține pierderi în grupul de piston. Odată cu scăderea numărului și înălțimii acestora, condițiile de răcire a pistonului se înrăutățesc, crescând rezistența termică a peretelui inferior - inel - cilindru. Prin urmare, alegerea designului este întotdeauna un compromis.

Pistonul este unul dintre elementele mecanismului manivelei, pe care se bazează principiul de funcționare a multor motoare cu ardere internă. Acest articol discută despre designul și caracteristicile acestor părți.

Definiție

Pistonul este o piesă care realizează mișcări alternative în cilindru și asigură conversia modificărilor de presiune a gazului în lucru mecanic.

Programare

Cu participarea acestor părți, se realizează procesul termodinamic al motorului. Deoarece pistonul este unul dintre elementele mecanismului manivelei, acesta percepe presiunea generată de gaze și transmite forța bielei. În plus, etanșează camera de ardere și îndepărtează căldura din ea.

Proiecta

Pistonul este o parte din trei piese, adică designul său include trei componente care îndeplinesc funcții diferite și două părți: capul, în care sunt combinate partea inferioară și partea de etanșare, și partea de ghidare, reprezentată de fustă.

Partea de jos

Poate lua o formă diferită în funcție de mulți factori. De exemplu, configurația coroanei pistonului unui motor cu ardere internă este determinată de locația altor elemente structurale, cum ar fi injectoare, lumânări, supape, forma camerei de ardere, caracteristicile proceselor care au loc în aceasta, design general motor etc. În orice caz, determină caracteristicile de funcționare.

Există două tipuri principale de configurații ale coroanei pistonului: convexe și concave. Primul oferă o rezistență mai mare, dar degradează configurația camerei de ardere. Cu fundul concav, camera de ardere, dimpotrivă, are o formă optimă, dar depozitele de carbon sunt depuse mai intens. Mai rar (la motoarele în doi timpi) există pistoane cu fundul reprezentat de o proeminență a reflectorului. Acest lucru este necesar în timpul purjării pentru mișcarea direcțională a produselor de ardere. Piesele motorului pe benzină au de obicei un fund plat sau aproape plat. Uneori au caneluri pentru deschiderea completă a supapelor. Pentru motoarele cu injecție directă, pistoanele se caracterizează printr-o configurație mai complexă. Avea motoare diesel se remarcă prin prezența unei camere de ardere în partea inferioară, care asigură o răsucire bună și îmbunătățește formarea amestecului.

Majoritatea pistoanelor sunt cu o singură față, deși există și versiuni cu două fețe care au două funduri.

Distanța dintre canelura primului inel de compresie și partea inferioară se numește centură de incendiu cu piston. Valoarea înălțimii sale este foarte importantă, care este diferită pentru piese de materiale diferite... În orice caz, înălțimea inelului de foc este minimă. valoare acceptabilă poate duce la arderea pistonului și la deformare scaun inel de compresie superior.

Piesa de etansare

Iată racleta de ulei și inelele de compresie. Pentru piesele de primul tip, canalele au prin găuri pentru ca uleiul scos de pe suprafața cilindrului să intre în piston, de unde intră în vasul de ulei. Unele dintre ele au o jantă din fontă rezistentă la coroziune cu o canelură pentru inelul de compresie superior.

Constând din fontă, acestea servesc pentru a crea o potrivire strânsă a pistonului pe cilindru. Prin urmare, ele sunt sursa celei mai mari frecări în motor, pierderile de la care reprezintă 25% din cantitatea totală de pierderi mecanice din motor. Numărul și dispunerea inelelor sunt determinate de tipul și scopul motorului. Cele mai utilizate sunt 2 inele de compresie și 1 inel de raclere de ulei.

Inelele de compresie au sarcina de a împiedica pătrunderea gazelor în carter din camera de ardere. Cele mai mari sarcini cad pe prima dintre ele, prin urmare, în unele motoare, canelura sa este întărită cu o inserție de oțel. Inelele de compresie pot fi trapezoidale, conice, în formă de butoi. Unele dintre ele au un decupaj.

Servește pentru îndepărtare exces de ulei din cilindru și împiedică pătrunderea acestuia în camera de ardere. Există găuri în el pentru asta. Unele variante au un expandator cu arc.

Parte de ghidare (fustă)

Are o formă de butoi (curbată) sau conică pentru a compensa Are două maree pentru știftul pistonului. În aceste zone, fusta are cea mai mare masă. În plus, cele mai mari deformații de temperatură se observă acolo în timpul încălzirii. Pentru a le reduce sunt utilizate diferite măsuri. Un inel de răzuire a uleiului poate fi amplasat în partea de jos a mantalei.

Pentru a transfera forța de la piston sau la acesta, se folosește cel mai adesea o manivela sau o tijă. Știftul pistonului este folosit pentru a conecta această parte la ele. Este realizat din otel, are forma tubulara si poate fi instalat in mai multe moduri. Cel mai adesea, se folosește un deget plutitor, care poate fi rotit în timpul funcționării. Pentru a preveni deplasarea, acesta este fixat cu inele de reținere. Fixarea rigidă este folosită mult mai rar. Tija, în unele cazuri, acționează ca ghid, înlocuind manta pistonului.

Materiale (editare)

Pistonul motorului poate consta din diverse materiale... În orice caz, ar trebui să aibă calități precum rezistență ridicată, conductivitate termică bună, rezistență la coroziune și coeficient scăzut de dilatare liniară și densitate. Pentru producerea pistoanelor se folosesc aliaje de aluminiu și fontă.

Fontă

Diferă în ceea ce privește rezistența mare, rezistența la uzură și proprietatea scăzută a ultimului, face posibilă acționarea acestor pistoane cu distanțe mici, obținând astfel o etanșare bună a cilindrului. Cu toate acestea, din cauza greutății specifice semnificative, piesele din fontă sunt utilizate numai în acele motoare în care masele alternative au forțe de inerție care nu reprezintă mai mult de o șaseme din forțele de presiune pe coroana pistonului de gaze. În plus, datorită conductivității termice scăzute, încălzirea fundului pieselor din fontă în timpul funcționării motorului ajunge la 350-450 ° C, care este mai ales nedorit pentru versiunile cu carburator, deoarece duce la aprindere strălucitoare.

Aluminiu

Acest material este folosit cel mai adesea pentru pistoane. Acest lucru se datorează greutății specifice scăzute (piesele din aluminiu sunt cu 30% mai ușoare decât fonta), conductivității termice ridicate (de 3-4 ori mai mult decât cea a fontei), care asigură încălzirea fundului la cel mult 250 ° C, care permite creșterea raportului și compresiei și asigură o umplere mai bună a cilindrilor și antifricțiune ridicată proprietăți. În același timp, aluminiul are de 2 ori mai mult decât fonta,coeficient de dilatare liniară, care ne obligă să facem mare lacune cu pereți cilindrici, adică dimensiunile pistoanelor mai puțin aluminiu decât fonta A, pentru cilindri identici. În plus, astfel de detaliiși transpirație rezistență mai mică, mai ales în stare încălzită (la 300 ° C scade cu 50-55%, în timp ce în fontă din acelea - cu 10%).

Pentru a reduce gradul de frecare, pereții pistoanelor sunt acoperiți cu grafit și disulfură de molibden.

Căldură

După cum am menționat, în procesul de lucru, se pot încălzi până la 250-450 °C. Prin urmare, este necesar să se ia măsuri care vizează atât reducerea încălzirii, cât și compensarea dilatarea termică Detalii.

Pentru răcirea pistoanelor se folosește ulei, care căi diferite serviți în interiorul lor: creați ceață de ulei în cilindru, pulverizați-o prin orificiul bielei sau cu o duză, injectați-o în canalul inelar, asigurați circulația prin bobina tubulară în partea inferioară a pistonului.

Pentru a compensa deformațiile termicepe locurile de maree fustele sunt șlefuite pe ambele părți metal adânc 0,5-1,5 mmsub formă de fante în formă de U sau T... Această măsură se îmbunătățește lubrifiere si previne aparitia din deformațiile termice ale crizelor, prin urmare, e canelurile se numesc frigidere. Al lor folosit în combinație cu o fustă conică sau în formă de butoi.O compensează liniar expansiunea datorită faptului că la încălzirefusta capătă o formă cilindrică. În plus, sunt utilizate inserții de compensare.astfel încât diametrul pistonului să fie limitat dilatarea termică în planul de balansare al bielei. De asemenea, este posibil să se izoleze partea de ghidare de cel mai fierbinte cap. În cele din urmă, pereții fustei sunt amortizați deaplicând o tăietură oblică pe toată lungimea sa.

Tehnologia de producție

Conform metodei de fabricație, pistoanele sunt împărțite în turnate și forjate (ștanțate).Piese de primul tip aplica pe majoritatea mașini, iar la tuning se folosește înlocuirea pistoanelor cu altele forjate. Opțiunile forjate se caracterizează prin rezistență și durabilitate crescute, precum și greutate mai mică. Prin urmare, instalarea acestui tip de piston crește fiabilitatea și performanța motorului.Acest lucru este deosebit de important pentru motoarele care funcționează în condiții sarcini crescute, în timp ce pentru uz zilnic suficiente piese turnate.

Aplicație

Pistonul este o piesă multifuncțională. Prin urmare, este folosit nu numai în motoare. De exemplu, există un piston al etrierului de frână,deoarece funcționează într-un mod similar... De asemenea Mecanismul manivela este utilizat pe unele modele de compresoare, pompe și alte echipamente.