Назвать основные детали поршневой группы и описать их устройство
Детали поршневой группы
Детали поршневой группы воспринимают силу давления газов и передают ее шатуну. Эта группа деталей обеспечивает уплотнение рабочей полости цилиндра. К деталям поршневой группы относится поршень с поршневыми кольцами и поршневой палец.
Условия работы поршня характеризуются большими механическими и тепловыми нагрузками. Трение поршня о стенки цилиндра вызывает механический износ поршня, а воздействие на его поверхность газов высокой температуры, содержащих агрессивные соединения, — эрозионный и коррозийный износ.
Надежная работа поршня может быть обеспечена только при выполнении определенных обязательных требований как к материалу поршня, так и к его конструкции. Материал поршня должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при высоких температурах; хорошими антифрикционными свойствами; высокой теплопроводностью; низким коэффициентом линейного расширения и антикоррозионной стойкостью.
Конструкция поршня в сочетании с элементами конструкции цилиндра должна обеспечить высокую жесткость при малой массе; надежную герметизацию рабочей полости цилиндра; долговечность; малый расход масла; минимальную тепловосприимчивость днища поршня и хороший отвод теплоты от днища поршня.
К основным элементам поршня относятся днище и боковые стенки. Днища поршней могут иметь разнообразную форму. В современных карбюраторных двигателях днище 284 поршня выполняется обычно плоским. В днище поршней дизелей часто выполняется камера сгорания. Днище поршня непосредственно воспринимает давление газа.
На боковых стенках поршня размещены основные конструктивные элементы Поршневой группы. В стенках поршня проточены канавки для поршневых колец и обработаны бобышки для установки поршневого пальца. Боковые стенки поршня должны быть жесткими и прочными при минимально возможной массе поршня.
Основные размеры поршня обусловлены конструктивными соображениями.
Поршневой палец относится к числу наиболее нагруженных деталей кривошипношатунного механизма. Он подвергается действию сил давления газов и сил инерции, а также нагревается теплотой, передающейся от поршня и выделяющейся при трении пальца во втулке шатуна и в бобышках поршня. Поршневой палец представляет собой
гладкий цилиндрический стержень.
Для снижения массы он выполняется пустотелым.
Поршневые кольца обеспечивают герметичность рабочей полости цилиндра, отвод теплоты от головки поршня и предотвращают перекачку масла из картера в камеру сгорания. Поршневые кольца современных двигателей работают в тяжелых условиях, характеризующихся воздействием высокого давления и температуры газов, сил инерции и трения.
По назначению поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Основное назначение компрессионных колец заключается в уплотнении рабочей полости цилиндра. Наиболее простую форму имеют кольца прямоугольного сечения. Кольца других форм применяются для обеспечения лучшей прирабатываемости и приспособляемости к поверхности цилиндра. Кольца трапецеидального сечения менее склонны к пригоранию. Маслосъемные кольца предназначены для снятия излишнего масла с поверхности цилиндра и предотвращения его проникновения в камеру сгорания. Для всех форм колец характерна малая опорная поверхность, что обеспечивает достаточно высокое давление кольца на стенку цилиндра, необходимое для эффективного удаления смазочного материала.
Для изготовления поршней применяют литейные и деформируемые алюминиевые сплавы типа АЛ и А К. Для изготовления чугунных поршней используют серые и ковкие чугуны.
Поршневые пальцы форсированных двигателей изготовляют из легированных, пригодных для цементации, сталей 15Х, 20 X, 20Х2Н4А, 12ХНЗА, 18Х2Н4МЛ (ГОСТ 4543-71 *). В менее нагруженных двигателях применяют углеродистую сталь 45 (ГОСТ 1050-74**) с последующей закалкой с нагревом токами высокой частоты.
Широкое распространение для изготовления поршневых колец получил серый перлитный чугун. В настоящее время для производства поршневых колец применяют смеси, получаемые методами порошковой металлургии. В состав таких смесей входит железо, медь и графит.
конструктивные элементы, признаки и причины их износа
Поршень двигателя внутреннего сгорания представляет собой деталь цилиндрической формы, которая двигается внутри цилиндра и отвечает за преобразование энергии газов в энергию поступательного движения.
Стандартный поршень ДВС состоит из 3 основных элементов: днища, уплотняющей и направляющей частей.
Днище (или головка) служит для восприятия тепловой нагрузки и газовых сил, образующихся вследствие сгорания топливно-воздушной смеси.
Уплотняющая часть, состоящая из нескольких поршневых колец, отводит тепло от поршня к цилиндру и препятствует прорыву газов.
Направляющая часть (юбка) поддерживает положение поршня и передает боковое усилие на стенки цилиндра.
Далее каждая из этих частей будет рассмотрена более подробно.
Днище поршня
Днище поршня может иметь разную форму, что зависит от типа двигателя, особенностей смесеобразования и газообмена в цилиндре, расположения форсунок, свечей и клапанов.
Детали с выпуклым днищем обладают повышенной прочностью, однако они работают в камере сгорания линзовидной формы, что увеличивает теплоотдачу и механические потери.
Поршни с вогнутым днищем используются в дизельных моторах и бензиновых двигателях с высокой степенью сжатия. Они образуют компактную форму камеры сгорания, однако более склонны к образованию нагара.
Наиболее простыми и распространенными являются поршни с плоскими днищами. Ими оснащаются многие бензиновые двигатели, а также дизельные ДВС вихрекамерного и предкамерного типа.
Днище поршня принимает на себя основную термическую нагрузку, поэтому толщина поршня в этой части больше, чем в других. Чем днище толще, тем больше масса детали, но меньше ее нагрев.
Стандартная толщина днища поршня в обычных двигателях – 7-9 мм, в турбомоторах – 11 мм, в дизельных ДВС – 10-16 мм.
В целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания некоторые виды поршней в области днища и канавки первого компрессионного кольца подвергаются твердому анодированию.
В ходе этой операции верхний тонкий слой алюминия преобразуется в керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.
Уплотняющая часть
Уплотняющую часть поршня составляют поршневые кольца: в современных двигателях используется, как правило, три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.
Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер двигателя. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды таких колец имеют вырез. Наибольшие нагрузки воспринимает первое компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали, ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.
Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла и предупреждения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца. Через них масло, удаленное со стенок цилиндра, поступает внутрь поршня, а затем попадает в поддон картера двигателя.
Некоторые виды маслосъемных колец оснащены пружинным расширителем.
Диаметр уплотняющей части поршня меньше, чем направляющей. Это связано с повышенным нагревом детали в районе колец. Жаровый пояс имеет еще меньший диаметр, что позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках после термического расширения поршня.
Для уплотнения поршня наибольшее значение имеет материал и качество колец. Чугунные маслосъемные кольца намного надежнее и проще в установке, чем составные. При перегреве их упругость не снижается, поэтому не возникает таких проблем как выброс масла, пропуск газов в картер и пр.
Направляющая часть
Направляющую (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки (приливы), в которых располагается отверстие под поршневой палец. Для фиксации пальца предусмотрены специальные канавки.
Нижняя кромка юбки снабжена буртиком для последующей механической обработки и подгонки поршня. Буртик растачивается с внутренней стороны в том случае, если поршень слишком тяжелый. В местах расположения отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления. Эти зоны не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».
Чтобы поршень свободно перемещался в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор, величина которого зависит от линейного расширения металла пары «поршень-цилиндр» при нормальной работе ДВС.
Перегрев грозит чрезмерным расширением поршня, образованием на нем задиров и заклиниванием. Однако решать проблему выставлением большого зазора не рекомендуется – это не только снижает уплотняющие свойства поршня, но и грозит выходом двигателя из строя.
Поверхности юбки воспринимают силы бокового давления, в процессе движения поршня испытывают повышенное трение и нагрев.
Именно поэтому многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки антифрикционное покрытие (АФП), что позволяет не только защитить детали от усиленного износа, но и облегчить приработку на новом двигателе.
Существуют АФП, которые можно наносить не только в заводских условиях, но и в обычных мастерских, гаражах и прочих помещениях, не оборудованных специальными приспособлениями.
Одним из таких материалов является антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Аэрозольная упаковка делает процесс нанесения этого состава простым и удобным. Полимеризация АФП возможна как при комнатной температуре, так и при нагреве.
Опыт использования покрытия показал, что оно эффективно снижает трение, предотвращает скачкообразное движение и задиры, сохраняет работоспособность двигателя даже в режиме масляного голодания.
Материал устойчив к длительному воздействию моторного масла и при правильной предварительной подготовке поверхностей не теряет своих свойств на протяжении долгого времени.
MODENGY Для деталей ДВС доступно в наборе со Специальным очистителем-активатором MODENGY, который не только очищает и обезжиривает, но и гарантирует отличную адгезию покрытия.
Поршень, как и любой другой рабочий элемент двигателя, подвержен механическим повреждениям и износу.
Ежедневная эксплуатация автомобиля способствует выработке ресурса деталей, на что указывает:
- Повышенный расход масла
- Синий дым из выхлопной трубы
- Нагар на свечах зажигания
- Нестабильная работа ДВС на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
- Увеличение расхода топлива в 2 и более раз
- Снижение мощности двигателя и т.д.
Все это свидетельствует о некорректной работе двигателя, в частности, поршневой группы.
Далее отметим, какие проблемы для нее наиболее актуальны.
Задиры и нагар на днище поршня
Появляются вследствие перегрева поршня из-за нарушения процесса сгорания, деформации и/или засорения масляной форсунки, несоответствия размера детали рекомендованным, неисправности системы охлаждения, уменьшения зазора в верхней части рабочей поверхности.
Следы от ударов на днище поршня
Свидетельствуют о слишком большом выступе поршня, неверной посадке клапана, слишком малом зазоре в клапанном приводе, отложениях масляного нагара на днище поршня, неподходящем уплотнении ГБЦ, некорректно выставленным фазам газораспределения.
Наплавления и расплавление металла на поверхностях
Указывают на неравномерный впрыск топлива, позднее зажигание, недостаточное сжатие смеси, неверный момент начала впрыска и его количество, неисправность впрыскивающих форсунок.
Трещины на днище поршня и в полости камеры сгорания
Говорят о недостаточной компрессии в цилиндрах, плохом охлаждении поршня, некорректном впрыске смеси. Трещины могут появиться при установке поршней в неподходящей к ним по форме полости камеры сгорания.
Повреждения поршневые колец
Возникают вследствие неправильной установки поршней, избытке топлива в камере сгорания, вибрации самих поршневых колец, сильном осевом износе кольцевой канавки.
Радиальный износ поршня
Наблюдается из-за избыточного количества топлива в камере сгорания. Такая проблема является следствием сбоев в процессе приготовления смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давлении сжатия. Осевой износ возникает в результате загрязнения поршня во время приработки ДВС.
Износ юбки поршня
Повреждения на юбке могут возникать по нескольким причинам.
Ассиметричное пятно контакта на боковой поверхности тронка обычно вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, неправильно просверленными отверстиями цилиндра, большим люфтом шатунного подшипника, наклонно просверленными отверстиями в головках шатунов.
Задиры образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом запуске двигателя.
Поверхности трения юбки поршней истираются также из-за попадания топлива в масло, неисправного пускового устройства холодного двигателя, недостаточного сжатия, перебоев в зажигании и работе ДВС на переобогащенной воздушно-топливной смеси.
Кавитация гильз
Кавитация – основная причина выхода гильз из строя. Это явление вызвано недостатком охлаждения, слишком низкой или высокой температурой, применением неподходящей охлаждающей жидкости, неправильной и/или неточной посадки гильз цилиндров, использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.
Масляный нагар на днище цилиндра
Такие отложения возникают вследствие избыточного содержания масла в камере сгорания. Это вызвано, в свою очередь, неисправностью деталей, прорывом газов с проникновением масла во всасывающий тракт, недостаточным отделением масляного тумана от картерных газов.
Возврат к списку
Основные части поршня и их функции
Части поршня работают вместе для преобразования тепловой энергии в механическую работу и наоборот. Он движется вверх и вниз внутри цилиндра, расширяя и сжимая топливовоздушную смесь. По этой причине поршень в двигателе внутреннего сгорания неизбежен.
Читать Все, что вам нужно знать об автомобильных поршнях
Сегодня мы углубимся в основные компоненты поршней и их функции.
Содержание
Ниже приведены объяснения, 9002. на участке выемки поршня.
В двигателе обычно три поршневых кольца. Иногда кольцо может быть и одно, в зависимости от типа двигателя.
Основной функцией поршневого кольца является герметизация камеры сгорания и контроль расхода смазочного масла. Кольца также помогают отводить тепло к отверстию цилиндра.
Первое кольцо, ближайшее к камере сгорания, известно как компрессионное кольцо . Его также называют газовым или напорным кольцом. Он предотвращает утечку продуктов сгорания и передачу тепла от поршня к стенкам цилиндра.
Грязесъемное или маслосъемное кольцо - кольцо, расположенное посередине компрессионного и маслосъемного колец. Он имеет коническую поверхность и выполняет функцию первого и последнего колец. В его задачу входит герметизация камеры сгорания и вытирание масла со стенок цилиндра поршня.
Наконец, маслосъемное кольцо является нижним кольцом на поршне. Он состоит из двух тонких поверхностей с отверстиями вокруг них. Его функция состоит в том, чтобы обеспечить обратный поток масла обратно в картер и удалить излишки масла со стенок цилиндров.
Читать: Компоненты автомобильного двигателя
Юбка поршня:
Юбка поршня представляет собой цилиндрический материал, прикрепленный к круглой части поршня. Обычно он изготавливается из чугуна, чтобы противостоять износу и обладает самосмазывающимися свойствами. На юбке имеются канавки, что позволяет идеально сесть поршневым кольцам.
Юбка поршня перемещается вверх и вниз по цилиндру. Он разработан, чтобы противостоять боковым силам, возникающим при изменении угла наклона шатуна. Существует два основных типа юбок поршня, а именно; пышная юбка и юбка-тапочка.
Полная юбка поршня также известна как сплошная юбка. Он имеет трубчатую форму, обычно используемую в больших автомобильных двигателях. В то время как юбка поршня с тапочками обычно используется на мотоциклах и некоторых автомобилях. В юбке есть часть, которая вырезается, оставляя только поверхности на задней и передней стенке цилиндра. Это снижает вес и минимизирует площадь контакта между цилиндром и стенкой поршня.
Если юбка изношена, будет трудно обеспечить надлежащее уплотнение для эффективного сгорания. Поршень также будет бесконтрольно грабить цилиндр, что приведет к ударам поршня. При этом будет слышен стук поршня, особенно при холодном пуске. Шум внезапно исчезнет, как только двигатель прогреется. Это связано с тем, что возникающее расширение закрывает зазор между поршнем и цилиндром.
В ситуациях, когда шум не прекращается, может потребоваться подтяжка цилиндра и, возможно, какие-либо другие меры. В противном случае проблема может привести к большему повреждению двигателя.
Читать: Применение дизельного двигателя
Поршневой палец:
Поршневой палец — это часть поршня, также известная как поршневой палец или поршневой палец. Этот штифт представляет собой полый или сплошной вал в секции юбки. На этом пальце шарнирно закреплен поршневой шток, удерживаемый во втулке поршневого кольца.
Поршневые пальцы изготовлены из легированной стали, чтобы обеспечить хорошую прочность на растяжение. затем он подвергается механической обработке, чтобы соответствовать поршневым подшипникам. Масло подается к этому штифту через отверстия в шатуне, помогая уменьшить трение.
Функция поршневого пальца состоит в том, чтобы обеспечивать поддержку подшипника, чтобы поршень мог нормально функционировать. Это связано с тем, что поршневые пальцы образуют соединение или точку поворота поршней и шатуна. Это означает, что штифт способствует возвратно-поступательному движению поршня. Существует три типа поршневого пальца.
Подпишитесь на нашу рассылку новостей
Стационарный или фиксированный штифт относится к одному из трех типов. Он крепится к бобышкам поршня с помощью винта, который позволяет установить в него шток поршня.
Полуплавающий штифт — это другой тип штифта, который крепится к шатуну посередине. Он предназначен для свободного перемещения подшипника поршня и бобышек. Наконец,
Полностью плавающий штифт не крепится к поршневому шатуну. Тем не менее, он надежно заглушен зажимом или стопорным кольцом, прикрепленным к бобышкам поршня. Затем эта конструкция позволяет штифту колебаться на бобышках и стержне.
Прочтите: Общие сведения об автоматической трансмиссии
Головка поршня:
Эта часть поршня, также известная как головка или купол, представляет собой верхнюю поверхность. Это часть, которая контактирует с дымовыми газами, из-за чего она подвергается чрезвычайно высокой температуре.
Поршень изготовлен из специальных сплавов, таких как стальной сплав, который выдерживает температуру и предотвращает его плавление.
Функция поршня состоит в том, чтобы воспринимать давление, температуру и другие воздействия расширяющегося газа.
Головка поршня также служит для других целей, таких как создание завихрения для обеспечения равномерного сгорания и регулирования детонации.
Головка поршня действует как тепловой барьер между камерой сгорания и нижними частями поршня.
Поршни доступны в различных типах, подходящих для определенного типа двигателя. Существует множество факторов, определяющих конструкцию головки поршня, таких как тип двигателя и требуемая производительность.
Шатун:
Шатун является одной из основных частей поршня, который чаще всего укорачивается как шатун или шток. Он соединяет поршень с коленчатым валом двигателя и обеспечивает движение поршня в камере.
Компонент рассчитан на механическую нагрузку, поэтому он достаточно прочный. Детали поршня изготавливаются методом ковки, а иногда и литья.
Большинство поршней изготавливаются из стали, поскольку они подходят для высокопроизводительных двигателей. Алюминий используется, когда для более мягких двигателей требуется более легкий поршень.
Функция шатуна заключается во вращении коленчатого вала, что создает движение, позволяющее двигателю двигаться.
Этот стержень имеет просверленное отверстие, через которое смазочное масло подается на стенки цилиндра и поршневой палец.
Соединительные стержни имеют различную конструкцию, которая включает в себя фрезерное соединение, стыковое соединение, прямой и угловой разделительный стержень, а также параллельную и коническую конструкцию стержня. В шатуне есть различные детали, в том числе:
- Малый конец: это самый маленький конец шатуна, состоящий из проушины шатуна и втулки поршня. Этот маленький конец соединяется с поршнем через поршневой палец.
- Большой конец: часть, противоположная малому концу стержня. Он соединен с коленчатым валом. Наконец,
- Балка шатуна: эта часть находится между малой и большой частью шатуна. Обычно это двойная Т-образная конструкция, которая может содержать или не содержать масляный канал для подачи масла в цилиндр.
Прочтите: Понимание работы маховика
Болт шатуна:
Еще одна часть поршня, которую нельзя оставлять без внимания, это шатунный болт.
Он используется для крепления шатуна к коленчатому валу. На нижнем конце шатунных болтов есть крышки и подшипники. Затем гайка используется для фиксации компонентов вместе с болтом.
Болт изготовлен из стали, но когда требуется более легкая деталь, используется алюминий. Никель также используется, когда требуется более прочный стержень, что часто требуется в большегрузных транспортных средствах.
Болты предназначены для крепления шатуна к коленчатому валу, помогая шатуну выдерживать нагрузку, вызванную вращением коленчатого вала.
Шток сломается и повлияет на работу деталей двигателя, если исключить болт. Этот шток фиксирует каждый ход поршня и обеспечивает плавную работу двигателя.
Подшипники поршня:
Подшипники — это отличные детали поршня, которые способствуют эффективности движения. Он расположен в точках, где происходит осевое вращение. Эти подшипники обычно представляют собой полукруглые металлические детали, которые входят в отверстия этих точек.
Вкладыши в большой головке, где шатун соединяется с коленчатым валом, являются частью подшипника поршня. Компонент часто изготавливается из металлов, таких как медь, кремний, алюминий и т. д. На него дополнительно наносится покрытие для повышения твердости и придания ему способности выдерживать нагрузку поршня и соединительные движения.
Читайте: Как работает автомобильный двигатель
Вот и все для этой статьи «Основные части поршней и их функции». Я надеюсь, что знания достигнуты, если это так, любезно прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!
Поршень двигателя – x-engineer.org
Содержание
- Обзор
- Детали
- Геометрические характеристики
- Механическая нагрузка
- Тепловая нагрузка
- Охлаждение
- Типы
- Материалы
- Технологии
- Часто задаваемые вопросы
- Каталожные номера
Обзор
Поршень двигателя внутреннего сгорания является компонентом.
Основная функция поршня заключается в преобразовании давления, создаваемого горящей воздушно-топливной смесью, в силу, действующую на коленчатый вал. В легковых автомобилях используются поршни из алюминиевого сплава, в то время как в коммерческих транспортных средствах также могут быть стальные и чугунные поршни.
Поршень является частью кривошипно-шатунного привода (также называемого кривошипно-шатунным механизмом ), который состоит из следующих компонентов: Привод коленчатого вала двигателя (кривошипно-шатунный механизм) Кредит: Rheinmetall
Существуют также вторичные функции двигателя, выполняемые поршнем :
- способствует рассеиванию тепла образующийся при сгорании
- обеспечивает герметизацию камеры сгорания, предотвращение утечек газов из нее и проникновения масла в камеру сгорания
- направляет движение шатуна
- обеспечивает непрерывную смену газов в камере сгорания
- генерирует переменный объем в камере сгорания
Изображение: поршни Kolbenschmidt
Авторы и права: Kolbenschmidt
Назад
Запчасти
Форма поршня в основном зависит от типа двигателя внутреннего сгорания.
Поршни бензиновых (бензиновых) двигателей имеют тенденцию быть легче и короче по сравнению с поршнями дизельных двигателей. Геометрия поршня имеет много тонкостей из-за сложности его рабочей среды, но основными частями поршня являются:
- поршень головка , также называемая верх или головка : это верхняя часть поршня который вступает в контакт с давлением газа в камере сгорания
- кольцевой ремень : это верхняя средняя часть поршня, когда поршневые кольца расположены площадь под кольцевым ремнем
| Изображение: Оси поршневого пальца и юбки | Изображение: Детали главного поршня |
Штифт позволяет поршню вращаться вокруг оси штифта. Штифт удерживается на месте в поршне стопорным зажимом штифта (5). После того, как днище поршня достигнет 9кольцевой ремень 0003 (также называемый кольцевой зоной) (3). Большинство поршней имеют три кольцевые канавки, в которые устанавливаются поршневые кольца. Верхнее кольцо называется компрессионным кольцом , среднее -- маслосъемным кольцом , а нижнее -- маслосъемным кольцом . Компрессионное кольцо должно герметизировать камеру сгорания, чтобы предотвратить попадание внутренних газов в блок двигателя. Маслосъемное кольцо счищает масло со стенки цилиндра, когда поршень находится в такте рабочего хода или такте выпуска. Среднее кольцо выполняет комбинированную функцию обеспечения сжатия в цилиндре и удаления излишков масла со стенок цилиндра.
Юбка поршня (8) удерживает поршень в равновесии внутри цилиндра. Обычно он покрыт материалом с низким коэффициентом трения, чтобы уменьшить потери на трение.
Поршень , отверстие пальца или бобышка (6) содержит поршневой палец (7), который соединяет поршень с шатуном.
Вернуться назад
Геометрические характеристики
Поршни должны исправно работать в широком диапазоне температур от -30°C до 300-400°C. В то же время он должен быть достаточно легким, чтобы иметь низкую инерцию и обеспечивать высокие обороты двигателя. Есть несколько геометрических характеристик поршня, которые представлены ниже.
Овальность поршня
Из-за процесса сгорания температура внутри цилиндров двигателя достигает сотен градусов Цельсия. Поршень является одним из основных компонентов, который поглощает часть вырабатываемого тепла и отдает его моторному маслу. Поскольку ось поршневого пальца содержит больше материала, чем ось юбки, тепловое расширение вдоль оси пальца немного больше, чем тепловое расширение вдоль оси юбки. По этой причине поршень имеет овальную форму, диаметр по оси штифта на 0,3-0,8 % меньше диаметра по оси юбки [6].
Изображение: Овальность поршня
Коническая форма поршня
Форма поршня не является идеальным цилиндром. При низкой температуре зазор между поршнем и цилиндром двигателя больше, чем при высокой температуре. Кроме того, зазор не является постоянным по длине поршня, он меньше вокруг верхней части поршня по сравнению с областью юбки поршня. Это сделано для того, чтобы обеспечить большее тепловое расширение головки поршня, поскольку она содержит больший объем металла.
| Изображение: зазора в поршне (коническая форма) | Изображение: Термическое расширение поршня (IF Cylindrical Form свободы, 1 первичная и 2 вторичная:
Первичное движение создает крутящий момент на коленчатом валу, это желательно с механической точки зрения. Изображение: Упор поршня и смещение пальца Когда коленчатый вал вращается по часовой стрелке, левая сторона цилиндра называется упорной стороной (TS) , а противоположная сторона известна как противодействующая сторона (ATS) . Удары поршня могут происходить с любой стороны цилиндра. Стук поршня возбуждает блок двигателя и проявляется в виде поверхностных вибраций, которые со временем излучаются в виде шума вблизи двигателя [9]. Еще одним неудобством является то, что при движении поршня через ВМТ и ВТЦ на коленчатый вал создается повышенная нагрузка, поскольку поршень совмещен с центром вращения коленчатого вала. Смещение поршневого пальца — это несоосность между центром отверстия под поршневой палец и центром коленчатого вала. Смещение штифта снижает механическое напряжение, возникающее в шатуне, когда он достигает ВМТ или НМТ, поскольку шатуну не приходится толкать поршень в противоположном направлении в конце хода. Это смещение заставляет стержень двигаться по дуге в ВМТ и НМТ. Вернуться назад Механическая нагрузка Поршень – это деталь двигателя внутреннего сгорания (ДВС) , которая должна выдерживать наибольшую механическую и термическую нагрузку. Из-за поршня мощность ДВС ограничена. В случае очень высокой термической или механической нагрузки поршень выходит из строя первым компонентом (по сравнению с блоком цилиндров, клапанами, головкой блока цилиндров). Циклическое нагружение поршня за счет [6]:
определяет механическую нагрузку . Вертикальные силы, действующие на поршень, состоят из: сил давления , создаваемых расширяющимися газами, и сил инерции , создаваемых собственной массой поршня [10]. \[F_{p}=F_{газ}+F_{инерия}\] Силы инерции намного меньше, чем силы давления, и имеют наибольшую интенсивность, когда поршень меняет направление, в ВМТ и НМТ.
Приведенные выше усилия поршня рассчитаны с использованием передовых методов анализа методом конечных элементов для алюминиевого поршня, используемого в легковых автомобилях с дизельным двигателем [7]. Процесс сгорания имеет разные характеристики для дизельного и бензинового ДВС. В дизельном двигателе пиковое давление газа при сгорании может достигать 150–160 бар. В бензиновом двигателе максимальное давление ниже 100 бар. Из-за более высокого давления дизельные поршни должны выдерживать более высокие механические нагрузки. Чтобы безотказно работать в таких суровых условиях, поршни дизельных двигателей имеют большую массу, большую прочность и большую массу. Недостатком является более высокая инерция, более высокие динамические усилия, поэтому более низкие максимальные обороты двигателя. Одной из причин, по которой дизельные двигатели имеют более низкую максимальную скорость (около 4500 об/мин) по сравнению с бензиновыми двигателями (около 6500 об/мин), являются более тяжелые механические компоненты (поршни, шатуны, коленчатый вал и т. д.). Вернуться назад Термическая нагрузка Головка поршня находится в непосредственном контакте с горящими газами внутри камеры сгорания, поэтому она подвергается высоким термическим и механическим нагрузкам . Тепловая нагрузка от температуры газа в процессе сгорания также является циклической нагрузкой на поршень. Он действует в основном во время такта расширения на стороне камеры сгорания поршня. В остальных тактах, в зависимости от принципа действия, тепловая нагрузка на поршень снижается, прерывается или даже оказывает охлаждающее действие при газообмене. Как правило, передача тепла от горячих продуктов сгорания к поршню происходит в основном за счет конвекции, и лишь незначительная часть возникает за счет излучения. Изображение: Рабочая температура поршня Тепло, выделяющееся при сгорании, частично поглощается поршнем. Большая часть тепла передается через кольцевую часть поршня (около 70%). Юбка поршня отводит 25% тепла, а остальное передается поршневому пальцу, шатуну и маслу.
По отношению к такту расширения продолжительность действия тепловой нагрузки от сгорания очень мала. Поэтому лишь очень небольшая часть массы поршня вблизи поверхности со стороны сгорания подвергается циклическим колебаниям температуры. Таким образом, почти вся масса поршня достигает квазистатической температуры, которая, однако, может иметь значительные локальные колебания. Назад Охлаждение По мере увеличения удельной мощности в современных двигателях внутреннего сгорания поршни подвергаются возрастающим тепловым нагрузкам. Изображение: 2009 Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) Головка поршня и масляная форсунка Температура поршня может быть снижена путем циркуляции масла через среднюю часть поршня. Этого можно добиться с помощью маслоструйных устройств, установленных на блоке цилиндров, которые впрыскивают моторное масло через отверстие, когда поршень находится близко к нижней мертвой точке (НМТ). Компания Tenneco Powertrain разработала новый стальной поршень для дизельных двигателей с «герметизированной на весь срок службы» камерой охлаждающей жидкости в днище, что позволяет поршням безопасно работать при температурах днища более чем на 100°C выше существующих ограничений. Изображение: технология охлаждения поршня EnviroKool Для формирования короны EnviroKool внутри поршня с помощью сварки трением создается встроенный охлаждающий канал, который затем заполняется высокотемпературным маслом и инертным газом. Вернуться назад ТипыГеометрия поршня ограничена кубатурой ДВС. Поэтому основным путем повышения механической и термической стойкости поршня является увеличение его массы. Это не рекомендуется, поскольку поршень с большой массой имеет большую инерцию, что приводит к большим динамическим усилиям, особенно при высоких оборотах двигателя. Сопротивление поршня можно улучшить за счет оптимизации геометрии, но всегда будет компромисс между массой, механическим и термическим сопротивлением. На первый взгляд поршень кажется простым компонентом, но его геометрия довольно сложна:
Условные обозначения:
Как видите, между дизельными и бензиновыми поршнями есть существенные различия. Поршни дизельных двигателей должны выдерживать более высокие давления и температуры, поэтому они больше, объемнее и тяжелее. Они могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, стали или их комбинации. Поршень дизеля содержит часть камеры сгорания в головке поршня. Из-за формы поперечного сечения головки поршня поршень дизельного двигателя также называют поршнем с головкой омега. Поршни бензиновых (бензиновых) двигателей легче, рассчитаны на более высокие обороты двигателя. Они изготавливаются из алюминиевых сплавов и обычно имеют плоскую головку. Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (DI) имеют специальные головки, чтобы направлять поток топлива в кувыркающемся движении. Ниже вы можете увидеть фотографии дизельных и бензиновых двигателей в высоком разрешении.
Вернуться назад Большинство материалов изготавливаются из поршней3 от алюминиевые сплавы . Это связано с тем, что алюминий легкий, имеет достаточную механическую прочность и хорошую теплопроводность. Существуют грузовые автомобили, предназначенные для тяжелых условий эксплуатации, в которых используются поршни из стали , которые более устойчивы к более высоким давлениям и температурам в камере сгорания. Алюминиевые поршни изготавливаются из литых или кованых жаропрочных алюминиево-кремниевых сплавов. Существует три основных типа алюминиевых поршневых сплавов. Стандартный поршневой сплав представляет собой эвтектический сплав Al-12%Si, содержащий дополнительно прибл. Основные алюминиевые сплавы для поршней [3]:
|
Второстепенные движения происходят из-за сочетания нескольких факторов: двунаправленного движения шатуна и зазора между поршнем и цилиндром. Оба вторичных движения вызывают трение о стенки цилиндра, а также шум, вибрацию (хлопки поршня). 
Имея его в конструкции, он улучшает шумовые характеристики двигателя за счет стука поршня в ВМТ. Это основная проблема NVH (шум, вибрация и резкость) для инженеров-технологов, которые хотят устранить тревожные шумы везде, где это возможно. Вторая причина заключается в повышении мощности двигателя за счет снижения внутреннего трения на ТС и САР. 
Это связано с тем, что поршень должен представлять собой компромисс между массой и устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам. 
В зависимости от типа двигателя (дизельный или бензиновый) и типа впрыска топлива (прямой или непрямой) днище поршня может быть плоским или содержать чашу . 
Более высокая частота вращения двигателя означает более высокую температуру поршня . Это происходит потому, что накопленное тепло не успевает рассеяться между двумя последовательными циклами горения. В то же время более высокая нагрузка на двигатель означает более высокую температуру поршня, потому что происходит большее сгорание воздушно-топливной смеси, которая выделяет больше тепла. 
Поэтому для обеспечения эксплуатационной безопасности чаще требуется эффективное охлаждение поршня. 
Эта камера постоянно герметизирована приваренной пробкой. Согласно Tenneco Powertrain, технология EnviroKool позволяет преодолеть температурные ограничения обычных открытых галерей, в которых в качестве теплоносителя используется смазочное масло. 
0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) (алюминий, бензиновый/бензиновый двигатель с непосредственным впрыском) с кольцами (алюминий, дизель) 
по 1% Cu, Ni и Mg [3]. 
Существует несколько методов использования черных металлов в производстве поршней: 
). 
Их использование минимизирует шум поршня. NanofriKS® является дальнейшим развитием испытанного покрытия LofriKS® и дополнительно содержит наночастицы оксида титана для повышения износостойкости и долговечности покрытия 
температура обода камеры сгорания на 10 % ниже 
Эволюция Monosteel включает в себя последние разработки для промышленных двигателей большого диаметра, а также использование тонкостенных легких поковок и литья для дизельных двигателей легковых автомобилей. 
Позволяет создавать высоконагруженные формы камеры сгорания 
Поршни преобразуют давление газа из камеры сгорания в механическую силу. 
Функция материала, два основных типа поршня: поршень из алюминия и поршень из стали . 
Стук поршня в течение длительного времени повреждает гильзу цилиндра и сам поршень. 
При неисправности системы смазки или при недостаточном уровне масла на стенках цилиндров будет недостаточно масла, а юбка поршня будет сильно изнашиваться. 
