С тех пор мощность моторов выросла многократно, температура и давление в цилиндрах современных автомобильных двигателей (особенно дизельных моторов) стали такими, что алюминий подошёл к пределу своей прочности. Поэтому в последние годы подобные моторы оснащаются стальными поршнями, которые уверенно выдерживают возросшие нагрузки. Они легче алюминиевых за счет более тонких стенок и меньшей компрессионной высоты, т.е. расстояния от днища до оси алюминиевого пальца. А еще стальные поршни не литые, а сборные.
Помимо прочего, уменьшение вертикальных габаритов поршня при неизменном блоке цилиндров дает возможность удлинить шатуны. Это позволит снизить боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр, что положительно скажется на расходе топлива и ресурсе двигателя. Или, не меняя шатунов и коленвала, можно укоротить блок цилиндров и таким образом облегчить двигатель

Поршень выполняет ряд важных функций:

• обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
• отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
• обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

• высокую механическую прочность;
• хорошую теплопроводность;
• малую плотность;
• незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;
• хорошую коррозионную устойчивость.

Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.
Поршни могут быть:

• литыми;
• коваными.

В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

1. Головка поршня ДВС
2. Поршневой палец
3. Кольцо стопорное
4. Бобышка
5. Шатун
6. Юбка
7. Стальная вставка
8. Компрессионное кольцо первое
9. Компрессионное кольцо второе
10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Поршневые кольца

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения.  Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

ТИПЫ ПОРШНЕЙ

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под поршневой палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.

Отвод излишков тепла от поршня

Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

• системой охлаждения от стенок цилиндра;
• внутренней полостью поршня, далее — поршневым пальцем и шатуном, а также маслом, циркулирующим в системе смазки;
• частично холодной топливовоздушной смесью, подаваемой в цилиндры.

С внутренней поверхности поршня его охлаждение осуществляется с помощью:

• разбрызгивания масла через специальную форсунку или отверстие в шатуне;
• масляного тумана в полости цилиндра;
• впрыскивания масла в зону колец, в специальный канал;
• циркуляции масла в головке поршня по трубчатому змеевику.

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца –  предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Юбка

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

• разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
• движением масла по змеевику в поршневой головке;
• подачей масла в область колец через кольцевой канал;
• масляным туманом

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Выхлопная система: описание,фото,назначение,тюнинг

Как провести замену поршневых колец своими руками?

Самостоятельная замена тормозных колодок и тормозных дисков

Поршневой палец: описание,виды,применение,установка,фото,видео.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л. с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
 

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ

Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Поршень двигателя и его конструктивные особенности

Search — Remove Shortcode

Поиск материалов

plg_search_jcomments

Войти

Регистрация

2. Главная
3. Техничка
4. Поршень двигателя и его конструктивные особенности

Среда, 27 апреля 2016

• Если говорить о поршнях, то принцип их работы помогут понять несколько бытовых примеров применения. Поршень воздушного насоса помогает накачивать камеры автомобильных и велосипедных покрышек. Поршень внутри медицинского шприца помогает набирать и вводить лекарство при уколах. А поршень шприца кулинарного – пальчики оближешь.

  Вот такие простые примеры помогают четко понять, что, во-первых, обязательным элементом при работе поршня будет цилиндр – такая труба или полость, внутри которой происходит прямолинейное и поступательное перемещение поршня. Во-вторых, это рабочая среда, которая контактирует с поршнем по его торцевой плоскости. Энергия при работе поршня преобразуется из внутренней энергии рабочей среды в кинематическую энергию движения поршня или из кинематической энергии движения поршня во внутреннюю энергию или работу.

  Следует также отметить, что форма поперечного сечения поршня, как правило, круглая, хотя это совсем не обязательно – она может быть и прямоугольной, и квадратной, и любой другой формы. Просто круглая форма является наиболее технологичной, т.е. ее легко изготовить как для самого поршня, так и для рабочего цилиндра.

   Особое место занимают поршни, работающие в двигателях внутреннего сгорания. Ведь, по сути, двигатель – это сердце автомобиля, а поршень можно уверенно назвать самой ответственной деталью этого сердца. Условия, в которых функционирует поршень автомобиля, не назовешь легкими. В первую очередь, это высокая температура сгоревших газов в пространстве камеры сгорания над поршнем, которая может достигать 2000°. Она передается как корпусу двигателя — через камеру сгорания цилиндра, так и самому поршню.

  И если корпус цилиндра имеет возможности к охлаждению снаружи, то для поршня это требует специальных решений задачи по разбрызгиванию охлаждающей среды (например, масла в виде тумана). В целом, влияние высокой температуры в рабочей зоне поршня определяет выбор материала, подходящего для изготовления, и этот материал должен иметь высокую теплостойкость, иначе поршень может даже расплавиться.

  Не менее важно влияние температуры на конструкцию, так как вместе с нагреванием будет происходить расширение самого поршня, что может привести к его заклиниванию, а при частоте возвратно-поступательного движения не менее 200 раз в секунду – к поломке. В этом случае требуется материал с низким коэффициентом линейного теплового расширения.

   Ранее распространенным материалом с достаточными свойствами был чугун, сегодня это сплавы на основе алюминия. Эти материалы также хороши с точки зрения технологичности конструкции, т. е. позволяют изготовлять поршень достаточно простыми средствами. Кроме этого, алюминиевые сплавы и чугун обеспечивают нужный коэффициент трения-скольжения поршня об стенку гильзы цилиндра, это позволяет снизить потери мощности от трения, что, соответственно, повышает КПД цилиндра, а, значит, и двигателя в целом.

  Однако относительно большой удельный вес чугунных поршней из-за возникающих в процессе работы сил инерции определяет применение преимущественно в тихоходных двигателях. Для автомобильных двигателей поршни изготавливают из более легких алюминиевых сплавов.

   Все эти особенности работы поршня и определяют его конструкцию, которая включает в себя днище, уплотняющую и направляющую части (направляющую еще называют «юбкой»), а головка поршня состоит из днища и уплотняющей части. Днище непосредственно взаимодействует с горячими газами камеры сгорания, может быть вогнутым или выпуклым, а также иметь дополнительные полости, учитывающие расположение различных выступающих элементов (например, форсунок или свечей зажигания).

  На уплотняющей части расположены канавки для установки компрессионных и маслосъемных колец. Часть головки поршня на расстоянии между плоскостью днища и канавкой для первого поршневого (компрессионного) кольца называют «огненным поясом» поршня. И это не случайно, так как назначение компрессионного кольца состоит в том, чтобы не пропускать газы из камеры сгорания в обход поршня (первым компрессионным кольцом отводится 45% тепла).

  В тронке (юбке или направляющей части) поршня предусмотрены 2 бобышки для установки пальца-шатуна. Для компенсации температурных напряжений, возникающих у бобышек, на поверхности «юбки» делают углубления для предотвращения задиров, связанных с температурными деформациями, – так называемые «холодильники».

   При проектировании поршней конструкторы работают над максимальным их облегчением, что улучшает показатель работы двигателя, стремятся избегать повышенного износа поршня, а также его прогара. Для решения последней задачи учитывают распределение тепловых потоков от камеры сгорания к различным деталям двигателя, в том числе и потоки, проходящие через поршень.

  После анализа распределения тепловых потоков намечают способы охлаждения поршня. Очевидно, что на конструкцию поршня также будет оказывать влияние и то, как он взаимодействует с сопрягаемыми деталями – поршневыми кольцами, гильзами и кривошипно-шатунным механизмом.

   Зная и понимая условия и принцип работы поршня в двигателе внутреннего сгорания, невозможно оставаться равнодушным к его конструкции, когда вы смотрите на его изображение, а тем более когда чувствуете его металл в своих руках.

  Видео о том как делают автомобильные поршни:

Автор

Super User

Комментируют

Топ блоги

Volvo представила в Женеве свой универсал V90

Новый Q2 от AUDI

Как автомобилисту не уснуть за рулем

Кроссовер Tiguan от Volkswagen доступен в обновленной комплектации

Кузовная покраска своими руками

Функция поршня · Technipedia · Motorservice

Установки

Назад к поиску

Информация о пользовании

Как работает поршень? Из каких компонентов он состоит? Как охлаждается поршень? Какую функцию выполняют поршневые кольца? Что такое такт рабочего хода поршня? Ответы содержатся в этой статье.

Поршень

В качестве компонента двигателя внутреннего сгорания, поршень обеспечивает конвертацию высвободившейся в процессе сгорания энергии в механическую работу и ее передачу в виде вращающего усилия на коленчатый вал через поршневой палец и шатун. 

Принцип действия

При работе двигателя поршень в цилиндре совершает возвратно-поступательное движение. В мертвой точке поршень останавливается, а затем снова получает взрывное ускорение. Так возникают силы инерции, воздействующие на поршень. Вместе с силами, создаваемыми давлением газов, они оказывают давление на поршень, которое передается на шатуны и коленчатый вал. Шатуны принимают строго вертикальное положение только в верхней и нижней мертвой точках. При движении, за счет наклона шатуна, поршень прижимается к боковой стенке цилиндра. Во время такта рабочего хода величина и направление этой силы непрерывно изменяются, так как они зависят от давления на поршень и угла между плоскостью днищя поршня и осью шатуна. На поршни установлены поршневые кольца, которые герметично изолируют камеру сгорания и от полости картера. Кроме того, они снимают масло со стенок цилиндров и, таким образом, регулируют расход масла. Поршневые кольца предназначены также для отвода тепла, которое поршень поглощает во время сгорания, к охлаждаемой рабочей поверхности цилиндра.

Ключевые слова
:

поршень

Группы продуктов
:

Поршни и компоненты

видео

Функция поршня

Группы продуктов на ms-motorservice.com

Это вас тоже могло бы заинтересовать

Информация о пользовании

Монтаж поршней

Только для специалистов. Мы сохраняем за собой право на изменения и несоответствие рисунков. Информацию об идентификации и замене см. в соответствующих каталогах или в системах, основанных на TecAlliance.

Использование куки и защита данных

Группа Motorservice использует на Вашем устройстве файлы куки с целью оптимального оформления и постоянного улучшения своих веб-страниц, а также в статистических целях.
Здесь Вы найдете дополнительную информацию об использовании куки, наши Выходные данные и Указания по защите персональных данных.

Нажатием кнопки «OK» Вы подтверждаете, что Вы приняли к сведению информацию о файлах куки, заявление о защите данных и выходные данные. Ваши настройки в отношении файлов куки для данного веб-сайта Вы можете изменитьв любое время [ссылка]

Установки приватности

Мы придаем большое значение прозрачности в вопросе защиты персональных данных. На наших страницах Вы получите точную информацию о том, какие настройки Вы можете выбрать и какие функции они выполняют. Выбранную Вами настройку Вы можете изменить в любое время. Независимо от выбранной Вами настройки, мы не будем определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах). Информацию об удалении файлов куки Вы найдете в справке Вашего браузера. Дополнительная информация приводится вЗаявлении о защите данных.

Измените свои настройки приватности путем нажатия на соответствующие кнопки

• Необходимость
• Комфорт
• Статистика

Необходимость

Файлы куки, необходимые для работы веб-сайта, обеспечивают его надлежащее функционирование. При отсутствии файлов куки возможно появление ошибок и сообщенийоб ошибках.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять настройки, выполненные Вами на данном сайте.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.
• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Комфорт

Файлы куки делают посещение Вами веб-сайта более удобным и комфортным, сохраняя, например, определенные настройки, чтобы Вам не приходилось заново выполнятьих каждый раз при посещении сайта.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Разумеется, что мы всегда согласны с настройкой Do Not Track (DNT) Вашего браузера. В этом случае не устанавливаются отслеживающие файлы куки и не загружаются функции отслеживания.

Что такое поршень? — Определение, части и типы

Что такое поршень?

Поршень представляет собой диск или короткий цилиндр, плотно прилегающий к цилиндру двигателя, в котором он движется вверх и вниз против жидкости или газа, используемый в двигателе внутреннего сгорания для создания движения или в насосе для передачи движения.

Поршень является компонентом поршневых двигателей, поршневых насосов, газовых компрессоров, гидравлических и пневматических цилиндров, а также других подобных механизмов. Это подвижный элемент, заключенный в цилиндр и герметизированный поршневыми кольцами.

В двигателе он предназначен для передачи усилия от расширяющегося газа в цилиндре на коленчатый вал через поршневой шток и/или шатун.

В четырехтактных автомобильных двигателях (бензиновых и дизельных двигателях) процессы впуска, сжатия, сгорания и выхлопа происходят над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоский двигатель). внутри цилиндра и заставляя коленчатый вал вращаться.

В насосе функция обратная, и усилие передается от коленчатого вала к поршню с целью сжатия или выброса жидкости в цилиндре. В некоторых двигателях поршень также действует как клапан, закрывая и открывая отверстия в цилиндре.

Из чего сделан поршень?

Компоненты двигателя должны быть износостойкими для долговечности и легкими для повышения эффективности.

В результате поршни обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, а поршневые кольца (обычно состоящие сверху вниз из компрессионного кольца, грязесъемного кольца и маслосъемного кольца) изготавливаются из чугуна или стали.

Маслосъемное кольцо вытирает масло со стенки цилиндра при движении поршня, но со временем оно и другие кольца могут изнашиваться, позволяя маслу из картера попадать в камеру сгорания.

Чрезмерный расход масла и белый дым из выхлопных труб указывают на износ поршневых колец.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать с одним цилиндром и, следовательно, с одним поршнем (мотоциклы и бензиновые газонокосилки) или с двенадцатью поршнями, но в большинстве автомобилей их четыре или шесть.

Радиальные двигатели, обычно используемые в винтовых самолетах, имеют нечетное количество цилиндров и поршней для более плавной работы.

Поршни также используются в двигателях внешнего сгорания, также известных как паровые двигатели, в которых вода нагревается в котле, а полученный пар используется для приведения в движение пары поршней (обычно) во внешних цилиндрах, которые затем приводят в движение колеса. Роторные двигатели не имеют цилиндров или поршней.

Схема деталей поршня

Детали поршня

Детали поршня

Поршень, как движущаяся часть камеры сгорания, выполняет задачу преобразования высвобождаемой энергии в механическую работу. Основная конструкция поршня представляет собой полый цилиндр, закрытый с одной стороны, с поршневой головкой, состоящей из сегментов, с кольцевым поясом, втулкой штифта и юбкой.

Основные части поршня и их функции:

• Поршневые кольца
• Юбка поршня
• Поршневой палец
• Головка поршня/коронка
• Шатун
• Подшипники поршня

1. Поршневое кольцо

Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, так что продукты сгорания, образующиеся в момент воспламенения, не просачиваются в отверстие между поршнем и цилиндром.

В типичном автомобильном двигателе обычно используются 3 типа поршневых колец:

• Компрессионное кольцо : это верхнее боковое кольцо, ближайшее к камере сгорания. Его также называют газовым или нажимным кольцом. Кольцо предотвращает утечку дымовых газов. Компрессионные кольца также помогают передавать тепло от поршня к стенкам цилиндра.
• Грязесъемное кольцо представляет собой поршневое кольцо с конической поверхностью, расположенное в кольцевой канавке между компрессионным кольцом и маслосъемным кольцом. Грязесъемное кольцо используется для дополнительной герметизации камеры сгорания и очистки стенки цилиндра от лишнего масла. Дымовые газы, проходящие через компрессионное кольцо, останавливаются грязесъемным кольцом.
• Масляное кольцо представляет собой поршневое кольцо, расположенное в ближайшей к картеру кольцевой канавке. Маслосъемное кольцо используется для удаления излишков масла со стенок цилиндра во время движения поршня. Избыточное масло возвращается через кольцевые отверстия в масляный резервуар в блоке цилиндров.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО: Что такое поршневое кольцо?

2.

Юбка поршня

Юбка поршня относится к цилиндрическому материалу, закрепленному на круглой части поршня. Деталь обычно изготавливают из чугуна из-за его отличной износостойкости и самосмазывающихся свойств. Юбка содержит канавки для установки поршневого маслосъемного кольца и компрессионных колец. Юбки поршня доступны в различных исполнениях для решения конкретных задач.

Существует два основных типа юбок поршня:

• Пышная юбка : Также известна как сплошная юбка. Полная юбка имеет трубчатую форму. Он обычно используется в двигателях больших автомобилей.
• Юбка тапочка: Тип юбки поршня используется для поршней мотоциклов и некоторых автомобилей. Часть юбки срезается так, что на стенке цилиндра остаются только задняя и передняя поверхности. Это помогает снизить вес и минимизировать площадь контакта между стенкой цилиндра и поршнем.

3. Поршневой палец/поршневой палец

Поршневой палец, также известный как поршневой палец или поршневой палец, используется для соединения поршня с шатуном и обеспечивает подшипник, на котором шатун может вращаться как поршень. движется.

В очень ранних конструкциях двигателей, в том числе с паровым приводом, и во многих очень больших стационарных или судовых двигателях поршневой палец расположен в скользящей крейцкопфе, который соединяется с поршнем через шток.

Поршневой палец обычно представляет собой кованый короткий полый стержень из стального сплава высокой прочности и твердости, который может быть физически отделен как от шатуна, так и от поршня или крейцкопфа.

Конструкция поршневого пальца, особенно в небольших высокооборотных автомобильных двигателях, представляет собой сложную задачу. Поршневой палец должен работать при самых высоких температурах, встречающихся в двигателе, и его расположение затрудняет смазку, оставаясь при этом маленьким и легким, чтобы соответствовать диаметру поршня и не чрезмерно увеличивать массу поршня.

Требования к легкости и компактности требуют использования штока малого диаметра, который подвергается высоким сдвиговым и изгибающим нагрузкам и имеет одни из самых высоких сжимающих нагрузок среди всех подшипников во всем двигателе.

Чтобы решить эти проблемы, материалы, из которых изготовлен поршневой палец, и способ его изготовления являются одними из самых сложных механических компонентов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.

Из них получаются следующие типы штифтов.

• Стационарный/фиксированный штифт : штифт крепится к выступам поршня с помощью винта. Затем шток поршня поворачивается на штифте.
• Полуплавающий : штифт крепится к шатуну посередине, а концы штифта свободно перемещаются внутри поршневого подшипника и у бобышек.
• Полностью плавающий : в этом типе штифта штифт не прикреплен к штифту или поршню шатуна. Вместо этого он фиксируется заглушками, зажимами или стопорными кольцами, прикрепленными к бобышкам поршня. В этом случае штифт может колебаться как на бобышках, так и на стержне.

4. Головка поршня/коронка

Также известна как головка поршня или купол, головкой поршня является его верхняя часть. Это та часть, которая вступает в контакт с дымовыми газами. Это нагревает его до чрезвычайно высоких температур. Для предотвращения оплавления детали головки поршня изготавливают из специальных сплавов, в том числе стальных.

Головка поршня обычно состоит из каналов и полостей. Это помогает создать завихрение, улучшающее сгорание. В разных двигателях используются разные типы головок поршней. Причины различий различаются. Предпочтительная конструкция головки поршня зависит от многих факторов, таких как ожидаемая производительность и тип двигателя.

5. Шатун

Шатун, также называемый шатуном, представляет собой часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Шатун вместе с кривошипом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

ПОДРОБНЕЕ: Что такое шатун?

6. Подшипники поршня

Подшипники представляют собой детали поршня, расположенные в местах осевого вращения. Обычно это полукруглые куски металла, которые вставляются в отверстия на этих точках. Поршневые подшипники включают чашки на большом конце, где шток соединяется с коленчатым валом. На маленьком конце, где шток соединяется с поршнем, также есть подшипники.

Поршневые подшипники обычно изготавливаются из композитных металлов, таких как свинец, медь, кремний, алюминий и другие. На подшипники часто наносят покрытие для повышения твердости и поддержки нагрузки от движений поршня и шатуна.

Типы поршней

Существует три типа поршней, каждый из которых назван по своей форме: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

1. Поршни с плоской вершиной

Как бы просто это ни звучало, поршень с плоской вершиной имеет плоскую верхнюю часть. Поршни с плоским верхом имеют наименьшую площадь поверхности; это позволяет им создавать наибольшую силу. Этот тип поршня идеален для создания эффективного сгорания.

Поршни с плоской вершиной обеспечивают наиболее равномерное распределение пламени. Трудность, связанная с этим, заключается в том, что он может создавать слишком большую компрессию для меньших камер сгорания.

2. Тарельчатые поршни

Тарельчатые поршни представляют наименьшие проблемы для инженеров. Это больше из-за того, где они используются, чем из-за собственности, которой они сами владеют.

Они имеют форму тарелки со слегка загнутыми внешними краями. Как правило, тарельчатые поршни используются в двигателях с наддувом, не требующих распределительного вала с большой подъемной силой или высокой степени сжатия.

3. Купольные поршни

В противоположность тарельчатым поршням, эти пузыри в середине напоминают верхнюю часть стадиона. Это делается для увеличения площади поверхности, доступной на верхней части поршня. Большая площадь поверхности означает меньшее сжатие.

В то время как большее сжатие означает, что создается большее усилие, существует верхний предел того, с чем может справиться каждая камера сгорания. Уменьшение степени сжатия таким образом, по существу, предотвращает разрыв двигателя на части.

Это всего лишь один из способов ограничения генерируемой силы до уровня, с которым двигатель может безопасно справиться.

Если вы только начинаете, это только начало. Вы не сможете понять всю головоломку, не поставив ее части в контекст друг друга.

Таким образом, хотя это объясняет, что делают поршни и какое значение имеют различия в форме, его необходимо понимать в контексте всего двигателя, чтобы получить полную картину. Продолжайте учиться, и вы будете в пути.

Different

Types of pis tons

Following are the Types of Pistons:

• Trunk pistons
• Crosshead pistons
• Slipper pistons
• Deflector pistons
• Racing Pistons

1.

Trunk pi stons

Поршни ствола длинные относительно их диаметра. Они действуют как поршневые, так и цилиндрические крейцкопфы. Поскольку шатун находится под углом на протяжении большей части своего вращения, существует также боковая сила, действующая вдоль стороны поршня на стенку цилиндра. Более длинный поршень помогает поддерживать это.

Магистральные поршни были обычной конструкцией поршней с первых дней поршневого двигателя внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя в высокоскоростных двигателях теперь используются более легкие проскальзывающие поршни.

Отличительной чертой большинства тронковых поршней, особенно для дизельных двигателей, является то, что они имеют канавку для маслосъемного кольца под поршневым пальцем, в дополнение к кольцам между поршневым пальцем и головкой.

Название «хоботной поршень» происходит от «хоботного двигателя», ранней конструкции морского парового двигателя.

Чтобы сделать их более компактными, они отказались от обычного поршневого штока парового двигателя с отдельной крейцкопфом и вместо этого стали первой конструкцией двигателя, в которой поршневой палец размещался непосредственно внутри поршня.

В остальном эти поршни магистрального двигателя мало походили на поршень магистрального двигателя; они были чрезвычайно большого диаметра и двойного действия. Их «хобот» представлял собой узкий цилиндр с установленным в центре поршнем.

2.

Крейцкопф стоны

Для больших тихоходных дизельных двигателей может потребоваться дополнительная поддержка боковых сил на поршень. В этих двигателях обычно используются поршни с крейцкопфом.

Главный поршень имеет большой поршневой шток, проходящий вниз от поршня к тому, что фактически является вторым поршнем меньшего диаметра. Главный поршень отвечает за газонепроницаемость и несет на себе поршневые кольца.

Меньший поршень служит чисто механической направляющей. Он работает внутри небольшого цилиндра в качестве направляющей ствола, а также несет поршневой палец.

Смазка крейцкопфа имеет преимущества перед тронковым поршнем, так как его смазочное масло не подвержено теплу сгорания: масло не загрязнено частицами дымовой сажи, не разрушается от тепла, более жидкое, менее можно использовать вязкое масло.

Трение поршня и крейцкопфа может быть вдвое меньше, чем у тронкового поршня. Из-за дополнительного веса эти поршни не используются для высокооборотных двигателей.

3.

Slipper pi stons

Поршень Slipper представляет собой поршень для бензинового двигателя, размер и вес которого были максимально уменьшены.

В крайнем случае они уменьшаются до днища поршня, опоры для поршневых колец и оставшейся части юбки поршня ровно столько, чтобы оставалось две посадочные площадки, чтобы поршень не раскачивался в отверстии.

Стороны юбки поршня вокруг поршневого пальца сужаются от стенки цилиндра.

Основная цель состоит в том, чтобы уменьшить совершающую возвратно-поступательное движение массу, что упрощает балансировку двигателя и позволяет работать на высоких скоростях. В гонках юбки проскальзывающих поршней могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить чрезвычайно легкий вес при сохранении жесткости и прочности полной юбки.

Уменьшение инерции также повышает механический КПД двигателя: силы, необходимые для ускорения и торможения возвратно-поступательных частей, вызывают большее трение поршня о стенки цилиндра, чем давление жидкости на головку поршня.

Дополнительным преимуществом может быть некоторое снижение трения о стенки цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается наполовину. Однако большая часть трения возникает из-за поршневых колец, которые являются частями, которые на самом деле наиболее плотно прилегают к отверстию и опорным поверхностям поршневого пальца, и, таким образом, преимущество уменьшается.

4.

Дефлектор pi stons

Дефлектор поршня используются в двухтактных двигателях с компрессией картера, где поток газа внутри цилиндра должен быть тщательно направлен для обеспечения эффективной продувки.

При поперечной продувке перепускное (впускное в цилиндр) и выпускное отверстия находятся на прямо противоположных сторонах стенки цилиндра.

Чтобы предотвратить прямое попадание поступающей смеси из одного порта в другой, на головке поршня имеется приподнятое ребро. Это предназначено для отклонения поступающей смеси вверх, вокруг камеры сгорания.

Много усилий и множество различных конструкций днища поршня ушло на разработку улучшенной продувки. Венцы развились от простого ребра до большой асимметричной выпуклости, обычно с крутой гранью на входной стороне и пологим изгибом на выпускной стороне.

Несмотря на это, перекрестная уборка никогда не была такой эффективной, как хотелось бы. Вместо этого большинство двигателей сегодня используют портирование Schnoodle. Это размещает пару переходных портов по бокам цилиндра и побуждает поток газа вращаться вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.

5.

Гоночные поршни

В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня, как правило, намного выше, чем у двигателя легкового автомобиля, а вес намного меньше, что позволяет достигать высоких оборотов двигателя, необходимых в гонках.

Объявления

Назначение поршня:

Наиболее важные задачи, которые должны выполнять поршни:

• Передача усилия от рабочего газа и на него
• Переменное ограничение рабочей камеры (цилиндра)
• Герметизация рабочей камеры
• Линейная направляющая шатуна (тронковые двигатели)
• Отвод тепла
• Поддержка перезарядки втягиванием и разрядкой (четырехтактные двигатели)
• Поддержка смесеобразования (посредством подходящая форма поверхности поршня со стороны камеры сгорания
• )
• Управление обменом заряда (в двухтактных двигателях)
• Направление уплотнительных элементов (поршневых колец)
• Направление шатуна (для шатунов с верхним расположением)

По мере увеличения удельной мощности двигателя одновременно растут и требования к поршню.

Поршень Характеристика:

• Поршни должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать:
• Ударное воздействие давления дымовых газов,
• Переменная нагрузка и
• Высокая температура газов.
• Поршень должен быть:
• Легким
• Бесшумным в работе и
• Механически прочный.
• Из-за малого веса:
• Инерционные потери и
• Уменьшение инерционных нагрузок на подшипник из-за изменения движения

Поршень Применение или использование:

Основное применение поршней:

95
95 Уменьшенная инерция также улучшает механический КПД двигателя.
• Сжимает жидкость внутри цилиндра, тем самым повышая давление и температуру жидкости внутри цилиндра.
• Он также дает направление.

Поршневые преимущества:

Основные преимущества поршней:

• Механическая простота
• Гибкость и надежность
• Силовая к весу. и шума
• Меньше техобслуживания
• Легкий запуск поршня
• Отлично подходит для рекуперации отработанного тепла
• Дайте высокую степень маневренности
• Меньше стоимости производства
• Низкие выбросы NOx
• Он предлагает процесс сгорания HCCI
• Внутренняя сбалансированная

Pistonge.



• Низкая топливная экономичность
• Стабильность подачи топлива
• Низкая эффективность при частичной нагрузке
• Высокая скорость сгорания
• Требуется редуктор

Часто задаваемые вопросы.

Что такое поршень?

Поршень является компонентом поршневых двигателей, поршневых насосов, газовых компрессоров, гидравлических и пневматических цилиндров, а также других подобных механизмов. Это подвижный компонент, заключенный в цилиндр и газонепроницаемый с помощью поршневых колец.

Какие части поршня?

Основные части поршня:

1. Поршневые кольца
2. Юбка поршня
3. Поршневой палец
4. Головка поршня/коронка
5. Шатун
6. Подшипники поршня

Какие существуют типы поршней?

Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

1. Как бы просто это ни звучало, поршень с плоской верхней частью имеет плоскую верхнюю часть.
2. Тарельчатые поршни представляют наименьшие проблемы для инженеров.
3. Концепции, противоположной тарельчатым поршням, они пузырятся посередине, как крыша стадиона.

Что такое поршень двигателя?

В основе поршневого двигателя лежит поршень. Он состоит из движущегося круглого куска металла с поршневыми кольцами для обеспечения воздухонепроницаемого уплотнения после его установки в цилиндр двигателя. Поршень прикреплен через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом.

Объявления

В четырехтактных (бензиновых и дизельных) двигателях впуск, сжатие, сгорание и выхлоп происходят над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или в и в неработающем двигателе) внутри цилиндра, что приводит к вращению коленчатого вала.

Что такое поршень и как он работает?

Поршень представляет собой подвижный диск, заключенный в цилиндр, газонепроницаемый с помощью поршневых колец. Диск движется внутри цилиндра, когда жидкость или газ внутри цилиндра расширяются и сжимаются. Поршень способствует преобразованию тепловой энергии в механическую работу и наоборот.

Какова функция поршня в двигателе?

Одной из основных функций поршня и поршневых колец является герметизация камеры сгорания под давлением от картера. Из-за зазора между поршнем и цилиндром продукты сгорания (выхлопные газы) могут попасть в картер во время кинематической последовательности движения.

Как движется поршень?

Поршень крепится через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединяется с коленчатым валом, и вместе они превращают движение вверх и вниз (возвратно-поступательное) в круговое (вращательное) движение для привода колес. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая выхлопные газы.

Какие бывают 3 типа поршней?

Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы: с плоской вершиной, куполом и тарелкой.

Какова мощность поршней?

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания. Цилиндры также оснащены клапанами, которые впускают воздух и топливо и позволяют выхлопным газам выходить. Топливо внутри двигателя воспламеняется свечами зажигания, и это сгорание приводит в движение поршни.

Где используются поршни?

Поршень является неотъемлемой частью двигателя внутреннего сгорания, который играет ключевую роль в преобразовании топлива, которое вы используете для заправки автомобиля, в энергию для движения автомобиля вперед. Это движущийся компонент, который используется для передачи силы от газа, расширяющегося в цилиндрах, на коленчатый вал для вращения колес.

Каковы четыре функции поршня?

Поршень выполняет следующие функции:

• Принимать тягу от взрыва и передавать усилие на коленчатый вал через шатун.
• Для уплотнения, чтобы высокое давление сгорания не попадало в картер.
• Служит направляющей и подшипником для головки шатуна.

Почему трескаются поршни?

Трещины в верхней части поршня (корона) в бензиновых двигателях обычно возникают в результате избыточного давления сгорания, вызванного чрезмерной компрессией или слишком опережающим опережением зажигания. Постоянные резкие перепады температуры сгорания в конечном итоге приводят к термическим трещинам днища поршня.

Где находится поршень?

Поршни являются одной из наиболее важных частей двигателя, поскольку они являются механизмами, содержащими энергию двигателя. Поршни расположены в блоке цилиндров. Количество цилиндров в двигателе может быть разным. Внутрь цилиндра через впускной клапан впрыскивается смесь топлива и воздуха.

Какой материал поршня?

Поршни изготавливаются либо из низкоуглеродистой стали, либо из алюминиевых сплавов. Поршень подвергается сильному нагреву, инерции, вибрации и трению. Углеродистые стали минимизируют эффекты дифференциального теплового расширения между стенками поршня и цилиндра.

Как быстро движется поршень?

Типичные значения составляют от 500 до 7000 об/мин. Поскольку каждый цилиндр должен подниматься и опускаться один раз за каждый оборот, они, очевидно, движутся быстрее, когда вы нажимаете педаль акселератора дальше вниз.

Сколько раз в секунду поднимается и опускается поршень?

Типичный автомобильный двигатель работает на холостом ходу около 700 об/мин, а красная зона составляет около 7000 об/мин. Это соответствует поршню, который движется вверх и вниз примерно 12 раз в секунду на холостом ходу и 120 раз в секунду на красной линии.

Какие силы вращают коленчатый вал?

Распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Распределитель вызывает искру свечей зажигания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. В результате взрыва поршень движется вниз, что, в свою очередь, приводит к вращению коленчатого вала.

Что произойдет, если поршень сломается?

Повреждение или износ поршня является основной причиной отказа двигателя. Это приводит к потере компрессии, увеличению выбросов, утечке газов из камеры сгорания и потере смазки. Когда повреждение затрагивает поршневые кольца, это может означать попадание масла в камеру сгорания.

Поршни и шатуны двигателя

Функция поршня состоит в том, чтобы действовать как подвижная заглушка в цилиндре, образуя нижнюю часть камеры сгорания. Между поршнем и стенкой цилиндра имеется газонепроницаемое уплотнение, так что единственный способ расширить горячие газы сгорания — это заставить поршень опуститься. Это тот же принцип, что и у пушечного ядра, но вместо того, чтобы лететь в чей-то любимый пиратский корабль, поршень выталкивается обратно вверх по цилиндру вращающимся коленчатым валом, и цикл повторяется.

Более 60 % трения внутри двигателя возникает из-за движения поршня в сборе, и поэтому это основное направление для повышения эффективности двигателей. Поршень все еще находится в стадии разработки и исследований, как мы вскоре увидим более подробно.

При изменении направления движения поршня вверх и вниз возникают огромные силы. Более легкий поршневой узел имеет меньший импульс, поэтому он оказывает меньшее усилие и позволяет использовать двигатели с более высокими оборотами. Это означает, что существует постоянный толчок к уменьшению веса шатуна и поршня.

Поршень соединен с коленчатым валом через
шатун
, часто сокращается до
стержень
или же
шатун
. Эти части вместе называются
поршень в сборе
. Оба конца шатуна могут свободно поворачиваться: часть шатуна, которая соединяется с поршнем, называется
маленький конец
, а конец, который крепится к коленчатому валу, называется
большой конец
. Большой конец будет иметь
вкладыши подшипников
которые минимизируют трение и поддерживают точный масляный зазор с шатунной шейкой на коленчатом валу. Шатун разделен на две части — с
крышка штока
используется для зажима вокруг подшипника шатуна и коленчатого вала.

Компоненты сборки поршня


Поршень


Вся мощность в двигателе создается за счет силы, действующей на верхнюю часть поршня. Эта сила определяется как произведение площади поршня на давление газа. Большие поршни и более высокое давление газа обеспечат большую мощность. В целом размер поршня ограничен конструкцией двигателя, но поршень играет жизненно важную роль в поддержании высокого давления газа, создавая газонепроницаемое уплотнение со стенкой цилиндра.

Верхняя поверхность поршня называется
корона
(также
головка
или же
купол
). В серийных двигателях существуют различные формы короны, но обычно она бывает плоской, выпуклой или выпуклой.

[Различные формы коронок]

Почти все современные поршни включают
предохранительные клапаны
которые обеспечивают зазор вокруг клапанов в верхней части хода поршня.

Коронка, которая непосредственно контактирует с горячими дымовыми газами, сильно нагревается. Именно эта область расширяется больше всего, поэтому от нижней части поршня будет небольшой конус внутрь, чтобы обеспечить больший зазор вокруг этой верхней площадки между головкой и верхним поршневым кольцом.

Хотя нам нужно газонепроницаемое уплотнение, нам также нужно, чтобы поршень плавно перемещался по цилиндру с минимальным трением, поэтому поршню требуется некоторое
зазор
. Типичный поршень имеет зазор 0,1 мм (0,004 дюйма) между собой и стенкой цилиндра, что примерно равно ширине человеческого волоса. Чтобы сохранить этот зазор, поршень должен быть точно обработан, а сплав, из которого он сделан, точно рассчитан с учетом теплового расширения.

Небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра перекрывается
поршневые кольца
, которые входят в канавки на поршне в области, известной как
поршневой ремень
. Промежутки между этими бороздками называются
кольцевые земли
.

Поршень крепится к шатуну короткой полой трубкой, называемой
штифт на запястье
, или же
поршневой палец
. Этот штифт на запястье несет всю силу горения.

На поршень во время сгорания действуют не только вертикальные силы, но и боковые силы, вызванные постоянно изменяющимся углом наклона шатуна. Из-за этих боковых сил поршень нуждается в гладких поверхностях, чтобы прижиматься к стенке цилиндра и удерживать поршень в вертикальном вертикальном положении. Боковые поверхности поршня называются
юбка поршня
.

[Полная юбка против юбки-тапочки]

Есть два типа юбок. Самым основным является
пышная юбка
или сплошная юбка, представляющая собой поршень классической трубчатой ​​формы. Эта конструкция до сих пор используется в двигателях грузовиков и больших коммерческих автомобилей, но уже давно заменена на легковых автомобилях и мотоциклах более легкой конструкцией, известной как
скользящий поршень
.

У плунжерного поршня срезана часть юбки, оставлены только поверхности, которые опираются на переднюю и заднюю стенки цилиндра. Это удаление минимизирует вес и уменьшает площадь контакта между поршнем и стенкой цилиндра, тем самым уменьшая трение.

Современные серийные двигатели дополнительно снижают трение между поршнем и стенкой цилиндра за счет использования
покрытия поршня с низким коэффициентом трения
, похоже на тефлон в сковороде с антипригарным покрытием. Эти покрытия обычно наносят методом трафаретной печати на юбки поршней, например, как показано на рисунке покрытие на основе графита на двигателе Ford Fiesta Ecoboost.

[Поршень Ford]

Когда поршень толкается вниз во время такта сгорания, он создает боковую силу в направлении, противоположном наклонному шатуну. Направление цилиндра, на которое действует эта сила, известно как сторона тяги, и и поршень, и стенка цилиндра будут подвергаться большему износу в этой области.

[Схема тяги]

Поршень сильно нагревается и должен эффективно рассеивать это тепло. Тепло от поршня поступает в три места: в виде лучистого тепла в камеру сгорания, в стенки цилиндра через поршневые кольца и вниз по шатуну. Кроме того, во многих двигателях поршень охлаждается за счет распыления масла на его нижнюю часть.

Поршневые кольца


Поршневые кольца устанавливаются вокруг поршня, перекрывая небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. На поршне обычно три поршневых кольца, и они выполняют разные функции.

Компрессионные кольца


Два верхних кольца называются
компрессионные кольца
(также известен как
прижимные кольца
или же
газовые кольца
) и их основная роль заключается в предотвращении попадания газов через небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Этот проход газа мимо поршня в картер известен как
продувка
и должно быть сведено к минимуму для поддержания сжатия.

Компрессионные кольца обычно изготавливаются из цельного чугуна и оказывают внешнее давление на стенку цилиндра. Это внешнее давление возникает из-за естественной упругости колец, но на такте сгорания дополняется давлением газа за кольцами, которое более плотно прижимает их к стенке цилиндра.

[Давление газа за компрессионными кольцами]

Важно отметить, что компрессионные кольца не оказывают бокового давления на поршень и не служат для него направляющими. Канавка в поршне будет глубже, чем ширина поршневого кольца, что позволит кольцу двигаться по масляной пленке.

Компрессионные кольца также передают тепло от поршня к стенке цилиндра, где оно рассеивается в охлаждающей жидкости, протекающей через водяные рубашки.

Эти кольца разбиты с небольшим зазором, что позволяет устанавливать и снимать их над поршнем. Ширина этого
Зазор поршневого кольца
будет указан производителем и может быть измерен путем помещения кольца внутрь цилиндра и измерения зазора щупом. На этой иллюстрации зазоры сильно преувеличены, в действительности они будут очень тонкими — 0,2 мм или меньше.

Маслосъемные кольца


Кольцо нижнее на поршень
маслосъемное кольцо
. Масло постоянно разбрызгивается на стенки цилиндров либо из отверстий в шатунах, либо форсунками, установленными в картере. Для минимального трения нам нужна тонкая масляная пленка, а функция маслосъемного кольца состоит в том, чтобы удалять излишки масла и оставлять идеальную масляную пленку для скольжения компрессионных колец и юбки поршня.

Мы определенно не хотим масла в камере сгорания: присутствие масла может вызвать плохое сгорание, высокие выбросы, избыточное нагарообразование на клапанах и поршнях и сизый дым — все это плохие новости для плавно работающего двигателя.

Маслосъемное кольцо обычно состоит из двух тонких хромированных скребковых колец с прокладкой между ними, позволяющей удалять масло. Он предназначен для скольжения по маслу при движении вверх и соскребания его при движении вниз. Это известно как сегментированный дизайн. В канавке управления маслом будут просверлены отверстия, позволяющие лишнему маслу легко стекать обратно в картер.

Установка новых поршневых колец


Область стенки цилиндра над верхним компрессионным кольцом не задевается кольцами и меньше изнашивается. Это может привести к образованию гребня в течение всего срока службы двигателя. Если новые кольца устанавливаются на цилиндр, который не подвергался повторной расточке, то может потребоваться кольцо с удаленной выемкой, известное как обводной выступ, чтобы гарантировать, что новое кольцо не соприкасается с этим гребнем материала.

[Схема смещения колец]

При установке новых колец зазоры должны быть смещены и никогда не должны находиться на одной линии друг с другом, чтобы предотвратить прямой выход газов.

булавка на запястье


Поршень крепится к шатуну через полую трубку из закаленной стали, известную как
штифт на запястье
или же
поршневой палец
. Этот штифт проходит через малый конец шатуна и позволяет ему поворачиваться на поршне.

Существует два способа крепления штифта для запястья. А
полуплавающий
В конструкции штифт закреплен в шатуне, но может свободно вращаться в отверстиях в поршне. А
полностью плавающий
поршневой штифт будет свободно вращаться как в малом конце, так и в поршне, и будет закреплен на месте с помощью стопорных колец или тефлоновых кнопок на концах штифта. Для полностью плавающего штифта внутри маленького торцевого отверстия предусмотрена сменная втулка.

Поршневой палец может быть немного смещен в сторону, а не точно по центру поршня. Это известно как
штифт на запястье со смещением
и используется для уменьшения поперечного движения поршня внутри цилиндра. Чрезмерное движение из стороны в сторону известно как стук поршня из-за производимого им стука.

Шатун


шатун
передает усилие от поршня к коленчатому валу, он постоянно подвергается растягивающим, сдавливающим и изгибающим силам, так как действует как посредник в этих двухтактных отношениях. Шатун должен быть конструктивно прочным, и не случайно он имеет форму миниатюрной стальной двутавровой балки, похожей на своих больших братьев, поддерживающих небоскребы и мосты. Профиль двутавровой балки обеспечивает максимальную прочность конструкции при минимальных затратах веса, и, как и в случае с поршнем, мы хотим максимально снизить вес шатуна.

Требуемая прочность шатуна означает, что он изготовлен из кованой или порошковой стали. Экзотические двигатели могут иметь титановые шатуны. Чугун не используется из-за его веса.

Верхняя часть шатуна, прикрепленная к поршню, называется
маленький конец
. Он не всегда будет иметь подшипники. От малого конца стержень проходит по профилю в форме двутавровой балки вниз к
большой конец
который разделен на две части, чтобы он мог поместиться вокруг шейки коленчатого вала. Нижняя часть стержня называется
крышка штока
и он будет прикреплен либо шпильками, либо болтами к самому стержню.

В настоящее время стержень обычно изготавливается как единое целое, а затем колпачок стержня надрезается и отламывается. Это оставляет неровную поверхность на сопрягаемой поверхности, но придает большую прочность. Крайне важно, чтобы крышки шатунов не перепутались с другими шатунами — они входят в комплект.

Шатунная шейка будет иметь вкладыши подшипника, разделенные на две половины, эти вкладыши подшипника будут изготовлены из того же материала, что и коренные шейки. Подшипники шатуна смазываются маслом, поступающим под давлением через каналы в коленчатом валу.

Во многих шатунах просверлено отверстие от большого конца вверх через вал к выходному отверстию где-то по всей длине. Этот канал позволяет маслу проходить вверх по шатуну от большой головки и распыляться на упорную область стенки цилиндра, где трение максимально.

Неисправности


Шлепок поршня


Износ стенки цилиндра или юбки поршня может привести к слишком большим зазорам между поршнем и стенкой цилиндра. Это допускает чрезмерное перемещение поршня из стороны в сторону. Когда поршень меняет направление в верхней и нижней части своего хода, это может привести к его ударам о стенку цилиндра, вызывая шум, известный как
стук поршня
.

Стук поршня обычно усиливается, когда двигатель холодный, до того, как поршень успел нагреться и расшириться. Его можно вылечить путем механической обработки цилиндра и использования поршня увеличенного размера.

Модификации и обновления


Модернизированные поршни и шатуны


Установка комплекта более прочных и легких шатунов и поршней сделает двигатель более мощным. Это может быть важно для турбонаддува или наддува двигателя. Переход от кованых стержней к титану или порошковой (спекшейся) стали приведет к более прочному двигателю.

Покрытия поршней


Как обсуждалось выше, недавно разработанные двигатели часто имеют антифрикционное покрытие, наносимое на поршни на заводе. Но эти покрытия также доступны на вторичном рынке для снижения трения и увеличения (или уменьшения) теплопередачи.

[Примеры покрытий]

• Покрытия наносятся на юбку для уменьшения трения между ней и стенкой цилиндра.
  
• Керамическое покрытие может быть нанесено на головку и предназначено для отражения тепла обратно в камеру сгорания и уменьшения его количества, передаваемого в поршень.
  
• Нижняя сторона поршня может иметь нескользящее покрытие, известное как
  маслоотталкивающее покрытие
  который отталкивает масло, тем самым уменьшая вес узла и обеспечивая более эффективное охлаждение масла.
  

Поршни двигателей — обзор

ScienceDirect

ЗарегистрироватьсяВойти

Большинство поршневых двигателей имеют коленчатый вал, который передает мощность от двигателя и управляет движением поршней.

Источник: Электростанции на базе поршневых двигателей, 2018 г.

PlusДобавить в Mendeley

Paul Breeze, in Электростанции на основе поршневых двигателей, 2018 г.

Abstract

Поршневые двигатели представляют собой самую большую группу термодинамических тепловых двигателей, используемых во всем мире. Размеры варьируются от нескольких ватт до 80 МВт, а двигатели могут работать на самых разных видах топлива, от угля до жидкого топлива и природного газа. Большинство двигателей, используемых для производства электроэнергии, являются производными от двигателей, разработанных для транспортных приложений. Самыми ранними поршневыми двигателями были паровые двигатели, которые развивались в 18 веке, но современные двигатели внутреннего сгорания основаны на разработках конца 19 века. век. Двумя основными типами являются двигатель с искровым зажиганием и двигатель с воспламенением от сжатия. Среднегодовая мощность поршневых двигателей для производства электроэнергии, устанавливаемых каждый год, составляет от 50 МВт до 60 МВт.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978012812

0001X

Paul Breeze,

9019, издание Power Generation Technologies (третье издание).

Аннотация

Поршневые двигатели представляют собой самую большую группу используемых сегодня термодинамических тепловых двигателей. Те, которые используются для производства электроэнергии, неизменно являются производными от других типов, используемых для транспорта. Существует два основных типа поршневых двигателей: двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель. Дизельный двигатель более эффективен, но и больше загрязняет окружающую среду. Есть также два общих цикла двигателя: двухтактный цикл и четырехтактный цикл. Последний чаще всего встречается в двигателях, используемых для производства электроэнергии. В большинстве двигателей существует компромисс между высокой эффективностью и высоким уровнем выбросов, а для крупных электростанций обычно требуются системы контроля выбросов. Модифицированные двигатели, такие как двухтопливный двигатель, пытаются достичь как высокой эффективности, так и низкого уровня выбросов. Поршневые двигатели могут работать на различных видах топлива, но многие современные агрегаты работают на природном газе. Другая категория двигателей, двигатель Стирлинга, может использоваться для солнечной генерации.

Просмотреть книгу Глава Черта

Читать полная глава

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b9780081026311000055

Paul Breez

Abstract

Поршневые двигатели являются основным источником загрязнения атмосферы во всем мире. Большая часть вырабатывается транспортными средствами, но электростанции также будут производить выбросы. Когда поршневые двигатели используются в качестве стационарных источников энергии, они генерируют ряд загрязняющих веществ, подобных тем, которые вырабатываются автомобильными двигателями. К ним относятся оксиды азота, окись углерода, несгоревшие углеводороды и летучие органические соединения, мелкие частицы (называемые твердыми частицами) и, в случае самых крупных дизельных двигателей, двуокись серы. Существуют рентабельные стратегии, которые можно использовать для контроля этих выбросов от стационарных электростанций, и местные правила обычно требуют их применения. Однако нет никого, кто мог бы бороться с выбросами углекислого газа. Кроме того, поршневые двигатели шумны при работе и выделяют значительное количество тепла.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978012812

00082

Snorri Gudmundsson General (DERET, FScAE, FScAE), MS Aviation Aircraft Design, 2014

Поршневые двигатели

Поршневые двигатели обычно работают в соответствии с термодинамической теорией, известной как четырехтактный цикл Отто. В этом цикле на первом этапе происходит сжатие смеси воздуха и топлива внутри камеры сгорания. Этот процесс показан на рисунке 7-1 как уменьшение объема (горизонтальная ось) и связанное с этим увеличение давления (сторона 1-2). Это достигается путем перемещения поршня внутри цилиндра, чтобы уменьшить объем. Следующим этапом является горение, при котором химическая энергия, полученная за счет быстрого сгорания топливно-воздушной смеси, увеличивает давление без дополнительного изменения объема. Это изображается как вертикальное увеличение давления (сторона 2-3). Это давление толкает поршень в противоположном направлении, увеличивая объем, как показано на сторонах 3-4. Наконец, как только поршень достигает положения максимального объема, клапан открывается, позволяя газам выйти (выхлоп). Это снизит давление внутри цилиндра без дополнительного изменения объема (сторона 4-1). Затем эта операция повторяется в двигателе.

Просмотреть книгу Глава покупки

Читать полная глава

URL: https://www. sciendirect.com/science/article/pii/b9780123973085000076

Paul Breez Источники тепла

Поршневые двигатели во время работы выделяют большое количество тепла. Часть этого тепла используется для выработки механической энергии, которая в энергосистеме используется для привода генератора и производства электроэнергии. Однако большая его часть не используется таким образом, а просто превращается в отработанное тепло. Это отработанное тепло должно улавливаться и сбрасываться в окружающую среду. В противном случае двигатель перегреется и выйдет из строя. Как следствие, двигатели оснащены обширными системами охлаждения.

В системе ТЭЦ с поршневым двигателем эти системы охлаждения можно использовать для получения тепловой энергии. В большинстве двигателей есть четыре основных источника отработанного тепла. Это выхлоп двигателя, система водяного охлаждения картера двигателя, система охлаждения смазочного масла (если установлена) и, если установлен турбокомпрессор, система охлаждения турбокомпрессора. Схема системы ТЭЦ поршневого двигателя (без турбокомпрессора) показана на рис. 4.1.

Рисунок 4.1. Схема системы ТЭЦ поршневого двигателя.

Источник: Пол Бриз (2014).

Выхлопные газы содержат до одной трети энергии топлива и от 30% до 50% всего отработанного тепла двигателя. Количество содержащейся в нем энергии будет зависеть от эффективности и типа двигателя. Как правило, меньшие по размеру и менее эффективные двигатели будут преобразовывать меньше тепла от продуктов сгорания в механическую энергию, чем более крупный двигатель того же типа, поэтому температура выхлопных газов будет выше для меньшего двигателя. Дизельные двигатели работают при более высокой температуре, чем двигатели с искровым зажиганием, но они более эффективны.

Тепло выхлопных газов обычно не улавливается в обычных двигателях, но если тепло требуется, можно легко установить систему рекуперации тепла на выхлопных газах двигателя. Температура выхлопных газов обычно составляет от 370 до 540°C. Этого достаточно, чтобы при необходимости его можно было использовать для выработки тепла среднего давления с максимальным давлением около 28 бар. Дополнительные затраты на парогенератор означают, что это будет рентабельно только в очень больших двигателях. В противном случае тепло выхлопных газов можно использовать для производства горячей воды. Выхлопные газы двигателей также используются непосредственно для сушки в некоторых случаях.

Система охлаждения картера главного двигателя может потреблять до 30% всей подводимой энергии. Охлаждающая вода обычно выходит из системы охлаждения при температуре до 95°C, но она может быть более горячей, если система охлаждения находится под давлением. В системе когенерации выход из системы охлаждения картера двигателя будет проходить через теплообменник, чтобы обеспечить источник горячей воды. Системы охлаждения моторного масла и турбонагнетателя обеспечат дополнительную энергию, которую также можно использовать для подачи горячей воды. Рубашка охлаждения двигателя и система охлаждения масла обычно обеспечивают от 45% до 55% общей рекуперации отработанного тепла системы двигателя.

Если используется все тепло выхлопных газов и систем охлаждения двигателя, можно использовать около 70–80 % энергии топлива. Однако, как правило, это может быть полностью использовано только тогда, когда есть потребность в горячей воде. Общая эффективность также будет зависеть от рабочего цикла двигателя. У большинства поршневых двигателей общая эффективность снижается незначительно, когда электрическая нагрузка на двигатель падает со 100% до 50%, но если она падает ниже 50%, эффективность начинает падать более резко. Температура двигателя и отработанного тепла, вероятно, также упадет, и, таким образом, большие ежедневные колебания нагрузки, вероятно, повлияют на эффективность системы ТЭЦ.

Просмотреть книгу Глава покупки

Читать полная глава

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b978012812

00043

Paul Breez 3.2 Силовые установки на природном газе с поршневым двигателем

Поршневой или поршневой двигатель имеет долгую историю использования в производстве электроэнергии. Некоторые из самых первых угольных электростанций, построенных в 19 веке, использовали паровые поршневые двигатели для привода генераторов. Современные поршневые двигатели используются в основном для транспорта. Небольшие двигатели используются в отечественных транспортных средствах, а более крупные — в грузовых автомобилях, локомотивах и кораблях. Эквивалентные двигатели могут быть адаптированы для рынка производства электроэнергии. Что касается выходной мощности, размеры могут варьироваться от 0,5 кВт до 65 МВт.

Существует две основные категории поршневых двигателей, подходящих для выработки электроэнергии, двигатели с искровым зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия, но только первый из них может работать на природном газе. Двигатели с воспламенением от сжатия обычно работают на дизельном топливе. Существуют также различные циклы, в которых может работать поршневой двигатель. Двумя наиболее распространенными являются двухтактный и четырехтактный двигатель. Двигатели, использующие оба типа цикла, могут работать на природном газе.

Еще одной переменной является соотношение воздуха и топлива в камере сгорания (цилиндре) двигателя. Некоторые работают с примерно стехиометрическим соотношением кислорода из воздуха и топлива, так что кислорода как раз достаточно для сгорания всего топлива. Такие двигатели относятся к двигателям с богатым горением. Эти двигатели, как правило, работают при высоких температурах сгорания, что может привести к образованию относительно высоких уровней оксидов азота, а также других загрязняющих веществ. Альтернативой является двигатель с обедненной смесью, в котором воздуха (и кислорода) гораздо больше, чем требуется для сгорания. Избыток воздуха приводит к снижению температуры сгорания в цилиндрах двигателя и снижению уровня загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателя. В нормальных условиях двигатель с обогащенным горением обычно обеспечивает более высокий КПД, чем двигатель с обедненной смесью. Однако современная конструкция двигателей, работающих на обедненной смеси, позволяет им достигать столь же высокого уровня эффективности при сохранении более низких уровней выбросов.

Как и в случае с паротурбинными установками, работающими на природном газе, основным экологическим аспектом является NO _x . Двигатели с богатым горением, работающие на природном газе, обычно требуют какой-либо системы каталитического восстановления, чтобы удалить NO _x и привести уровень выбросов в соответствие с местными нормами. Некоторые двигатели, работающие на обедненной смеси, могут соответствовать экологическим нормам без необходимости в дополнительных системах контроля выбросов. Двигатели также производят двуокись углерода, но маловероятно, что применение технологии улавливания углерода к поршневым двигателям будет рентабельным, за исключением самых крупных установок.

Поршневые двигатели, работающие на природном газе, доступны в размерах от 0,5 кВт до примерно 6 МВт. Для электростанций большего размера обычно требуется несколько двигателей. Хотя можно построить более крупные поршневые двигатели, они обычно работают на мазуте в качестве топлива, а не на природном газе. Скорость поршневого двигателя зависит от его размера. Двигатели, работающие на природном газе, могут быть либо высокоскоростными (1000–3000 об/мин) мощностью от 0,5 кВт до 6 МВт, либо среднескоростными (275–1000 об/мин), мощность которых обычно начинается с 1 МВт. Двигатели большего размера с меньшей скоростью обычно более надежны и обычно выбираются для непрерывной работы. Там, где требуется прерывистая работа, часто выбирают меньшие по размеру высокоскоростные двигатели, потому что они, как правило, дешевле, хотя и менее надежны.

Двигатели, работающие на природном газе, используются для производства электроэнергии по-разному. Многие из них используются для приложений распределенной генерации, где они поставляют электроэнергию непосредственно местным потребителям. Некоторые из этих двигателей используются в режиме когенерации, при котором отработанное тепло двигателя используется для нагрева воды. Это может привести к очень высокой общей эффективности. Другое распространенное применение — резервирование сети, при этом системы спроектированы таким образом, что они запускаются, как только происходит перебой в электроснабжении. Двигатели, работающие на природном газе, также могут использоваться в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра или солнечная энергия, в приложениях типа микросетей, где они также используются в качестве резервного источника питания.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128040058000033

R.C. МакКьюн, Г.А. Weber, in Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2001

2.5 Поршни

Поршни автомобильных двигателей чаще всего изготавливаются из алюминиевых сплавов, обычно с высоким содержанием кремния для повышения жесткости при снижении общей плотности, и могут быть литыми или коваными. . Для многих дизельных двигателей и двигателей с высокой удельной мощностью требуются поршни из легированного чугуна, такого как никельсодержащие марки, из-за высоких температур, возникающих в камере сгорания. Поршни могут иметь уникальную инженерную форму поверхности, обращенной к горению, а также обработку поверхности для защиты от износа и заедания колец в кольцевых канавках, а также для смягчения теплового воздействия на головку поршня. На поверхности юбки поршня, которые при определенных условиях эксплуатации могут контактировать со стенками цилиндра, наносятся снижающие трение покрытия, в том числе графит или дисульфид молибдена. Заэвтектические сплавы Al-Si, такие как AA390, используемые для блока цилиндров и соответствующей поверхности отверстия, требуют покрытия, такого как электролитическое железо, на юбке поршня, чтобы избежать задиров в условиях низкой смазки.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863

Снорри Гудмундссон, FAA, PhD. .), в General Aviation Aircraft Design (Second Edition), 2022

7.2.4 Извлечение мощности поршня из графиков характеристик двигателя

Производители поршневых двигателей обычно предоставляют авиаконструкторам диаграммы характеристик двигателей, подобные представленной на рис. 7-10. Такие диаграммы используются для определения BHP для двигателя на основе RPM и MAP, которые являются параметрами, полученными с помощью легко видимых приборов в большинстве самолетов с поршневыми двигателями. Затем вносятся дополнительные коррективы с учетом ОАТ при условии. Обратите внимание, что MAP обычно указывается в дюймах ртутного столба (inHg).

Рис. 7-10. Пример диаграммы характеристик поршневого двигателя для типичного сертифицированного авиационного двигателя мощностью 160 л.с. Диаграмма используется для извлечения P _BHP для двигателя на основе его числа оборотов в минуту и ​​давления в коллекторе (MAP). Подробнее о том, как его читать, см. в тексте.

Такие диаграммы читаются, как описано ниже. Это проще сделать на примере. Предположим, что диаграмма характеристик на Рисунке 7-10 применима к двигателю, работающему на высоте 8000 футов при 2300 об/мин и ПДК 20 дюймов ртутного столба. Затем выполняются следующие шаги:

ШАГ 1 : Найдите точку A в части графика ВЫСОТА ХАРАКТЕРИСТИКИ, перемещаясь по кривой, которая указывает 2300 об/мин.

ШАГ 2: Найдите точку B на графике ХАРАКТЕРИСТИКИ НА УРОВНЕ МОРЯ.

ШАГ 3 : Двигайтесь горизонтально от B до точки C .

ШАГ 4 : Соедините A и C .

ШАГ 5 : Найдите D на графике ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОТЫ на основе барометрической высоты.

ШАГ 6 : Точка считывания E как текущее BHP на высоте.

Шаг 7 : Правильно для температурного отклонения с использованием уравнения (7-12): PBHP = PBHPETSTDTOAT, где T _STD -стандартный день температуры в Altitud температура воздуха при условии.

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128184653000070

Пол Бриз, Комбинированное производство тепла и электроэнергии, 2018 г.

Поршневые двигатели

Два типа поршневых двигателей регулярно используются для производства электроэнергии: дизельные двигатели и газовые двигатели с искровым зажиганием. Первые являются наиболее эффективными и могут работать с эффективностью преобразования топлива в электроэнергию до 50%. Газовые двигатели с искровым зажиганием в лучшем случае достигают КПД около 42%. Однако последние чище, чем дизельные двигатели, которые обычно требуют тщательной очистки выхлопных газов.

Поршневые двигатели могут производить тепло для горячего водоснабжения и отопления помещений, но редко обеспечивают тепло для процессов, требующих более высокого уровня тепла, хотя некоторые более крупные двигатели могут производить пар среднего давления. Тепло улавливается от систем охлаждения двигателя и от выхлопных газов. Поршневые двигатели, подходящие для ТЭЦ, бывают мощностью от нескольких киловатт до нескольких мегаватт. Они часто используются для обеспечения как электричеством, так и теплом для горячего водоснабжения и отопления помещений в коммерческих и некоторых крупных жилых помещениях. Двигатели хорошо следуют нагрузке с небольшим падением эффективности до 50% нагрузки. Это делает их более гибкими, чем некоторые другие типы первичных двигателей ТЭЦ.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978012812

00031

A.J. Мученик, М. А. Плинт, в Engine Testing (Fourth Edition), 2012 г.

Примечание относительно оснастки аэропоршневых двигателей, включая двигатели с радиальным воздушным охлаждением

Аэропоршневые двигатели как современных, так и исторических типов обычно имеют меньше электрического или управляющего оборудования проблем, чем их автомобильные аналоги, потому что большинство из них питаются карбюраторами и оснащены зажиганием от магнето. Очень немногие двигатели легких самолетов имеют ЭБУ автомобильного типа; отчасти это связано с меньшим объемом рынка и обоснованно строгим процессом сертификации, требующим, чтобы такие электронные устройства были одобрены в соответствии со стандартами полнофункциональных цифровых средств управления двигателем, известных как FADEC.

Исторические авиационные двигатели, возможно, придется запускать после капитального ремонта, чтобы сохранить сертификат летной годности. Такие агрегаты обычно монтируются с помощью креплений на планер, но для соединения с динамометром может потребоваться специальная шлицевая муфта, которая устанавливается вместо ступицы воздушного винта.

Каждый гребной винт имеет характеристическую возрастающую нагрузку с ростом скорости или кривую «закона гребного винта», которую необходимо смоделировать в системе управления динамометром. Многие аналоговые системы управления 19В период с 70-х по 1980-е годы в стандартной комплектации использовалась схема закона пропеллера, поскольку она считалась безопасным режимом по умолчанию, когда оператору разрешалось войти в камеру и он мог вручную открыть дроссельную заслонку; Таким образом, превышение оборотов было подавлено.

В качестве альтернативы, для испытаний двигателей легких самолетов вне корпуса их планера возможна их установка на испытательной раме, реагирующей на крутящий момент, оснащенной соответствующим воздушным винтом. Для двигателей с воздушным охлаждением и звездообразных агрегатов, где требуется подача охлаждающего воздуха от винта, это стандартный, хотя и шумный, метод испытаний, обычно проводимый в здании открытой ангарной авиатехники.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978008096949700011X

Типы автомобильных поршней, которые необходимо знать о двигателях

и правильный тип поршня зависит от нескольких факторов. Обычно один тип поршня имеет лучшие качества по сравнению с другим, но в основном в определенных областях применения. Мы составили описание различных конструкций автомобильных поршней, материалов и методов изготовления. Используйте эту информацию, чтобы принять мудрое решение, особенно если вы планируете капитальный ремонт двигателя.

Сначала о работе поршня в двигателе автомобиля.

Поршень двигателя совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре и передает движения через шатун на коленчатый вал. Коленчатый вал вращается и поворачивает колеса автомобиля. Для обеспечения плавного движения вперед и назад поршень в автомобильных двигателях состоит из различных частей.

Детали поршня включают головку или головку поршня, юбку поршня, шатун и более мелкие компоненты, такие как болты, подшипники и поршневые кольца. Эти детали играют важную роль в функционировании поршня и более крупного двигателя.

Головка поршня влияет на процесс сгорания и, следовательно, на общую мощность двигателя. Он образует пол камеры сгорания, что означает несколько вещей. Головка поршня будет определять качество завихрения или турбулентности всасываемого воздуха, рассеивание пламени и распределение топлива.

Производители автомобильных поршней изготавливают эти автозапчасти с различной конструкцией головки. Каждый дизайн имеет свои лучшие качества. Минусы тоже. Чтобы дать вам представление об этих вариациях, вот названия типов поршней, основанные на конструкции головки поршня.

Поршневой тип в соответствии с конструкцией головки

Источник: http://www.2040-parts.com

Поршни с плоской верхней частью

Как следует из названия, этот тип поршня имеет плоскую верхнюю часть. Конструкция поршня позволяет достичь одного из самых эффективных процессов сгорания. С плоской головкой пламя распространяется равномерно, и топливо сгорает более эффективно.

Благодаря уменьшенной площади поверхности и равномерному сгоранию поршень с плоской вершиной создает большую силу возвратно-поступательного движения. Эти типы поршней легко сделать. Это снижает цену поршня, а также сумму, необходимую для восстановления или покупки двигателя.

Источник: http://www.stevesnovasite.com

Тарельчатые поршни

Этот тип поршня также известен как тарельчатый поршень. Он имеет пластинчатую форму с приподнятыми внешними краями. Из-за увеличенного объема камеры сгорания тарельчатые поршни обеспечивают более низкую степень сжатия. Несмотря на недостаток, эта характеристика является преимуществом в некоторых ситуациях, когда нет необходимости в высоких возвратно-поступательных силах.

Тарельчатые поршни часто используются в двигателях с турбонаддувом или с наддувом. Они помогают предотвратить детонацию или детонацию, которые могут быть вызваны повышенным сжатием. В некоторых двигателях поршни помогают сдерживать распыление топлива, улучшая процесс сгорания. В старых двигателях на процесс будет влиять несколько факторов: тип поршня, конструкция карбюратора и объем отверстия цилиндра.

Источник: http://www.coasthigh.com

Купольные поршни

Конструктивно этот тип поршня является противоположностью тарельчатому поршню. Как следует из названия, поршень имеет форму приподнятого центра. Это значительно увеличивает площадь поверхности головы. Дымовые газы должны пройти дальше. В результате куполообразные поршни, как известно, создают плохо работающие камеры сгорания с недостаточным горением. Это снижает степень сжатия.

Пониженная компрессия может быть недостатком купольного поршня. Однако для некоторых двигателей это требование. Он ограничивает силу, которую могут создавать поршни, и защищает двигатель. Другими словами, двигатель развивает только ту мощность, которую может выдержать. В современном двигателе использование куполообразного поршневого типа, действия дозирующего устройства и других систем автомобиля может помочь улучшить экономию топлива.

Тип поршня по материалу

Классификация также может основываться на материале поршня. При выборе поршня тип материала определяет многие его рабочие характеристики. Качества включают теплопроводность и скорость расширения, износостойкость, способность выдерживать тепло и нагрузку, долговечность и многое другое.

Производители поршней используют различные металлы для изготовления шатунов и поршней. Основные из них чугун и алюминиевый сплав. Хотя поршни из чугуна все еще производятся сегодня, на рынке автомобильных поршней доминирует алюминиевый сплав. Давайте посмотрим описание каждого типа поршня в зависимости от материала.

Чугунные поршни

Чугун — это тип материала для поршней, который содержит 2% или более углерода. Варианты этого материала включают белый чугун, серый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун. Поршень из железа расширяется меньше, обычно со скоростью цилиндра, внутри которого он совершает возвратно-поступательное движение.

Низкая скорость расширения помогает избежать ударов поршня. Это также предотвращает потерю компрессии, которая может возникнуть в результате изменения зазора поршня. Недостатком железных поршней является их более высокий вес как поршня, так и коленчатого вала, что увеличивает инерцию возвратно-поступательной массы. По этой причине чугунные поршни идеально подходят только для двигателей с низким числом оборотов.

Поршни из алюминиевого сплава

Алюминиевый сплав, используемый производителями поршней, содержит несколько элементов (медь, цинк, марганец и другие) и алюминий в качестве основного материала. Алюминий – легкий металл. При использовании для изготовления поршней он помогает уменьшить силы инерции. Это делает материал пригодным для двигателей с высокими оборотами.

В дополнение к снижению веса поршневой тип из алюминиевого сплава имеет более высокую теплопроводность, чем железо. Материал обеспечивает эффективную теплопроводность между поршнем и цилиндром. Это преимущество, учитывая высокие уровни тепла в камере сгорания, что приводит к образованию нагара. Алюминиевые поршни также испытывают меньшие колебания температуры внутри узла, особенно между головкой поршня и областью колец.

Тип поршня По методу изготовления

Производители автомобильных поршней используют различные методы для изготовления этих автозапчастей. К ним относятся литье, ковка и заэвтектический процесс. Методы производят поршни различного качества для различных применений.

Кованые поршни

Кованые поршни изготавливаются с помощью прессов, придающих куску металла форму поршня. Несмотря на трудоемкость, ковка производит более прочные поршни, чем другие методы. Это связано с полученной зернистой структурой.

Но кованые поршни расширяются и сжимаются с большей скоростью, что требует большего зазора поршня и отверстия цилиндра. Поршни часто используются в тяжелых условиях, когда на узел поршня приходится большая нагрузка.

Литой поршень

Эти типы поршней изготавливаются путем заливки жидкого металла в формы. Литые поршни не такие прочные, как кованые, но все же могут выдерживать нагрузки при умеренной нагрузке на двигатель. Они имеют лучшие износостойкие и тепловые характеристики, чем кованые типы. В результате возможны более узкие зазоры между поршнем и цилиндром. Именно по этой причине железо используется для изготовления деталей как поршня, так и поршневых колец.

Литые поршни имеют свои недостатки. Они рекомендуются только для маломощных двигателей. Не рекомендуется использовать их на форсированных двигателях, таких как двигатели с турбонагнетателем или нагнетателем. Кроме того, современная наука создала алюминиевые сплавы с превосходными характеристиками. Старые автомобили могут по-прежнему иметь чугунные поршни, поскольку они обычно представляют собой автомобили с мягким двигателем.

Заэвтектические поршни

В заэвтектические поршни, изготовленные методом литья, в процессе производства добавляется кремний. Добавление силиконового материала улучшает износостойкость, термостойкость и другие качества. В результате этот тип поршня прочнее обычного литого поршня и более долговечен.

Заэвтектические поршни не такие прочные, как кованые. Если они подвергаются экстремальным нагрузкам и силам, они будут демонстрировать плохую пластичность и ломаться. Поршни подходят для двигателей, которые в основном используются на улице, а иногда и на высоких скоростях и в суровых условиях.

Заключение

Автомобильные поршни могут быть разных форм, из разных материалов, конструкций и методов их производства. Используемый тип поршня дает разные характеристики и в некоторой степени влияет на мощность двигателя. При восстановлении двигателя вам нужно будет выбрать правильный тип поршня, иначе вы не получите наилучших результатов. Эта статья должна помочь вам принять решение с осознанной точки зрения.

Как делают поршневые кольца?

Содержание

Что такое поршневые кольца?

Поршень представляет собой цилиндрический компонент двигателя, который скользит в цилиндре вперед и назад под действием сил, возникающих в процессе сгорания.

Поршень состоит из головки поршня, отверстия под поршневой палец, поршневого пальца, юбки, кольцевых канавок, кольцевых площадок и поршневых колец.

Поршневое кольцо представляет собой расширяемое разъемное металлическое кольцо, которое крепится к наружному диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе и обычно используется для обеспечения уплотнения между поршнем и стенкой цилиндра.

Поршневые кольца судовых двигателей изготавливаются методом литья в ванную. В этом методе изготавливается короткий цилиндр овального сечения, а затем из цилиндра вырезаются и вытачиваются поршневые кольца.

С помощью этого метода формируется однородная и сбалансированная отливка по всей окружности кольца.

Зачем нужны поршневые кольца?

Поршни обычно оснащены поршневыми кольцами, которые входят в кольцевые канавки в стенке поршня и обеспечивают плотную посадку поршня в цилиндре.

Поршневые кольца являются важными компонентами современного двигателя внутреннего сгорания с их оптимальными трибологическими характеристиками, которые оказывают контролирующее влияние на минимизацию потерь мощности на трение, расход топлива, расход масла, прорыв газов и вредные выбросы выхлопных газов.

Основные области применения поршневых колец

Обслуживание сжатого газа между поршнем и стенкой цилиндра — заключается в герметизации цилиндра таким образом, чтобы газообразные продукты сгорания, образующиеся в момент воспламенения, не просачивались между поршнем и цилиндром.

Эффективность судового дизельного двигателя зависит от эффективного уплотнения между поршнем и гильзами. Утечка приведет к недостаточному источнику питания. Более того, это приведет к большему расходу топлива, что впоследствии снизит эффективность.

Необходимо создать оптимальную масляную пленку для предотвращения задиров – Поршень поднимается и опускается бесчисленное количество раз. На поршни наливается небольшое количество смазочного масла для плавного функционирования и предотвращения трения, возникающего при контакте металла с металлом. Поршневые кольца регулируют и поддерживают надлежащее количество смазочного масла и обеспечивают необходимую смазочную пленку для предотвращения задиров.

Улучшение теплопередачи от поршня к стенке цилиндра – Температура внутри поршня достигает 300 градусов Цельсия во время воспламенения. Накопление тепла может повредить поршень. Поршневые кольца обеспечивают передачу тепла от поршня к стенке цилиндра и способствуют отводу избыточного тепла.

Поршневые кольца также предотвращают удар поршня о стенку цилиндра, поддерживая поршень в цилиндре. Кольца действуют как барьер, который предотвращает силу трения и, в конечном итоге, отказ двигателя.

Поршневые кольца должны обладать свойствами растяжения, с помощью которых достигается уплотняющий эффект.

В старину натяжение в машинном отделении создавалось путем ударов молотком по окружности круглого кольца.

Это натяжение достигается двумя способами:

1) Термонапряженное кольцо
2) Метод вращения кулачка с овальным кулачком

Термически натянутое кольцо поршневые кольца, но ограничивается двигателями меньшего размера. В этом методе поршневое кольцо вытачивается из круглого стакана до требуемого диаметра цилиндра.

После изготовления кольца вырезается зазор и в него вставляется металлическая деталь, которая расширяет кольцо и вызывает натяжение кольца.

После расширения кольцо и распорку помещают внутрь печи, чтобы снять любые напряжения, возникающие в процессе. Основным недостатком этого процесса является то, что кольцо теряет свое натяжение из-за тепла двигателя.

Метод вращения кулачка с овальным горшком

Метод вращения кулачка с овальным горшком является дорогостоящим, но кольца, изготовленные этим методом, сохраняют свое натяжение при работе на тепле двигателя.

Кольца обрабатываются на кулачковом токарном станке. Изменяя форму кулачка и овальную форму, распределение давления вокруг кольца изменяется и создается натяжение.

Видео о том, как изготавливаются поршневые кольца?

Конструктивные особенности материала и поршня

Поршневые кольца должны быть изготовлены из материала, обладающего следующими свойствами:

1. Низкий коэффициент трения делают их способными выдерживать высокое давление при различных температурах в ограниченных условиях смазки.

2. Высокий модуль упругости- Это свойство материала позволяет морским поршневым кольцам обеспечивать необходимое удельное давление на поверхность цилиндра. Кроме того, это позволяет избежать заедания поршневых колец, когда они соприкасаются с цилиндром.

3. Высокий предел текучести и твердость  Серый модифицированный чугун обладает вышеуказанными свойствами. Поэтому поршневые кольца обычно изготавливаются из чугуна или стали. Причем свойства зависят от структуры, образующейся в процессе литья.

Небольшое количество добавок хрома, меди, молибдена, RIAS и олова используется для покрытия , что улучшает свойства.

Рассмотрение конструкции и расположения поршневых колец

Конструкция поршневых колец и расположение колец различаются в зависимости от типа двигателя, размера и типичных поршневых узлов.

Зазор кольца

На концах необходимо вырезать зазор, чтобы его можно было расширить, надеть на головку поршня и высвободить, вставив его в канавку поршня.

Это также обеспечивает расширение кольца по окружности при более высоких температурах.

Зазор вырезан с высокой точностью, так как чрезмерный зазор приводит к прорыву газов и задирам колец, а меньший зазор вызывает стык поршневых колец при более высоких температурах, что приводит к чрезмерному и неравномерному давлению на стенки цилиндра и вызывает чрезмерный износ.

Идеальный зазор – от 0,30 мм до 0,35 мм

Типы зазоров поршневых колец

A. Квадратный вырез
B. Угловой вырез
C. Ступенчатый вырез
D. Соединение внахлестку
E. Крюкообразный выступ
F. Уступ под углом
G. Уплотнительный вырез

Рассмотрение конструкции в соответствии с типами поршневых колец

● Компрессионные кольца – обычно имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение. Верхние компрессионные кольца имеют цилиндрический профиль по периферии, в то время как нижние компрессионные кольца обычно имеют коническую поверхность.

2. Маслосъемные кольца- Изготовлен из цельного куска чугуна, нескольких кусков стали или стали/железа со спиральной пружинной опорой, имеющей две чистящие кромки различной формы.

Конструкция пакета колец соответствует двигателям

1. Двухтактные бензиновые двигатели — 2 гладких чугунных кольца

2. Четырехтактные дизельные двигатели — хромированное верхнее кольцо 2 стальных кольца с конической поверхностью 2 грязесъемных кольца

3. 4-тактные бензиновые двигатели – Гладкое чугунное верхнее кольцо Чугунное кольцо с конической поверхностью Скребковое кольцо

4. Большие двухтактные дизельные двигатели — 5 гладких железных колец

Детальная конструкция поршневых колец зависит от требуемого упругого давления, напряжения прилегания кольца к поршню и усилия прилегания кольца к цилиндру.

Покрытие поршневых колец

Поршневые кольца, используемые в судовых двигателях, должны быть тверже материала вкладыша, в котором они используются. Для придания дополнительной прочности поршневым кольцам добавляются некоторые материалы, такие как хром, молибден, ванадий, титан, никель и медь.

Хромирование — один из самых распространенных способов обработки поверхности. Обычно используется на рабочей поверхности поршневых колец и на посадочных поверхностях, т.е. в кольцевых канавках.

Хром обладает такими преимуществами, как высокая износостойкость, низкое трение и коррозионная стойкость. Наносимое покрытие должно быть качественным и способным работать в любых условиях внутри двигателя, не повреждаясь, не отслаиваясь и не ломаясь.

Плазменное покрытие

Это также один из методов покрытия колец. В этом методе газовая смесь пропускается через дугу, возникающую между вольфрамовым электродом и медной трубкой с водяным охлаждением.

Таким образом создается очень высокая температура, и молекулы газа начинают распадаться. Карбиды и керамика на уровне плазменного состояния напыляются в виде мелкодисперсного порошка, который плавится и покрывает поверхность кольца.

Это плазменное покрытие обеспечивает лучшие свойства, чем хромирование.

Недостатком хромирования и плазменного покрытия является то, что толщина покрытия и сцепление с основным металлом ограничены.

Также реализован новый метод лазерной закалки. При этом образуется износостойкий слой в несколько раз толще, чем у обычных покрытий.

Иногда медь наносится непосредственно поверх хромового слоя кольца. Толщина покрытия очень тонкая, и срок службы этого покрытия достаточно велик, чтобы обеспечить период приработки. Кольца с плазменным покрытием имеют графитовое покрытие для обеспечения периода приработки.

Другие покрытия, которые могут быть добавлены – молибден, медь, никель 

Медь – Меднение наносится либо непосредственно на основной металл, либо на хромирование. Обработка и фосфатирование чугуна также помогают уменьшить проблемы с задирами во время приработки. После этого наносится тонкий окончательный поверхностный слой медной пластины.

Молибден, напыляемый пламенем — Распыляемый пламенем используется для нанесения молибдена на периферийную поверхность поршневого кольца, полученное покрытие содержит смесь молибдена и оксидов молибдена.

Это покрытие обладает большей устойчивостью и тверже, чем деформируемый молибден, который не содержит оксидов или пористости. Это покрытие считается лучшим с точки зрения устойчивости к истиранию, но имеет тенденцию к окислению и разрушению при длительном использовании.

Никелирование – Никелирование керамики выполняется обычным гальванопокрытием. Было обнаружено, что Ni–P–BN обладает лучшими самосмазывающимися свойствами, чем покрытия Ni–P–SiC или Ni–P–Si3N4, и демонстрирует низкий износ при скольжении по чугунным и алюминиевым гильзам. Покрытие Ni-P-BN наносится трафаретной печатью или распылением.

Если вам понравилась эта статья, вы также можете прочитать:

• Руководство по ходовым компонентам судового двигателя
• Типы поршневых колец и обслуживание.
• Юбка поршня, поршневой шток и магистральный поршень
• Как осуществляется ремонт судового двигателя на борту корабля?
• Причина износа гильзы цилиндра и как ее измерить?

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают взгляды Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Детали, типы поршней, рабочие (PDF)

В этой статье вы узнаете что такое поршень Как это работает? Типы поршней , зазор , головка или форма поршня, а также поршни с высокими рабочими характеристиками — все это подробно объяснено с помощью диаграмм. Кроме того, вы можете бесплатно скачать PDF-файл этой статьи.

Что такое поршень?

Поршень является наиболее важной частью поршневого двигателя. Он помогает преобразовать химическую энергию, полученную при сгорании топлива, в полезную механическую энергию.

Поршень обеспечивает передачу расширения газов к коленчатому валу через шатун без потери газа сверху или масла снизу.

Поршень представляет собой цилиндрическую заглушку, которая перемещается вверх и вниз в цилиндре. Он имеет поршневое кольцо, обеспечивающее хорошее уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Хотя поршень кажется простой деталью, на самом деле он довольно сложен с точки зрения конструкции.

Эффективность и экономичность двигателя в зависимости от работы поршня. Он должен работать в цилиндре с минимальным трением и должен выдерживать высокую взрывную силу, создаваемую в цилиндре, а также очень высокую температуру от 2000°C до более 2800°C во время работы.

Поршень должен быть максимально прочным, однако его вес должен быть как можно меньше, чтобы уменьшить инерцию из-за его возвратно-поступательного движения массы.

Читайте также: Список деталей автомобильного двигателя: их назначение (с иллюстрациями)

Поршень выполняет следующие функции

• Принимает тягу, создаваемую сгоранием газа в цилиндре, и передает ее на шатун.
• Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре как газонепроницаемая заглушка, создавая такты всасывания, сжатия, расширения и выпуска.
• Поршень образует направляющую и подшипник на маленьком конце шатуна и воспринимает боковую нагрузку из-за наклона шатуна.

Верхняя часть поршня называется головкой. Кольцевые канавки нарезаны по окружности верхней части поршня. Детали ниже кольцевых канавок называются юбкой. Участки поршня, разделяющие канавки, называются посадочными площадками.

Некоторые поршни имеют канавку в верхней части, называемую тепловой заслонкой, которая уменьшает передачу тепла к кольцам. Бобышки поршня — это усиленные части поршня, предназначенные для удержания поршневого или поршневого пальца.

Высокопроизводительные поршни

Алюминиевые поршни могут быть литыми или коваными. Кованый поршень плотнее и образует лучший путь для отвода тепла от головки поршня. Он также имеет поток зерна, что улучшает его износостойкость. Кованый алюминиевый поршень также легче по сравнению с чугунным поршнем. Таким образом, он создает меньшие силы инерции при ускорении и торможении в цилиндре.

Принимая во внимание все эти факторы вместе, можно увидеть, что кованый поршень является предпочтительным поршнем для высокопроизводительных двигателей. Для дополнительной прочности некоторые высокопроизводительные поршни также имеют специальную конфигурацию юбки. Овальная юбка и волнообразная юбка предназначены для обеспечения высокой прочности.

Используются в высокопроизводительных автомобилях. Они достаточно прочны, чтобы их можно было использовать в двигателях для соревнований. Поршень без бобышек поршневого пальца рассчитан на максимальную прочность и полезен в двигателях для соревнований.

Типы поршней

Следующие приведены различные типов поршней , используемые в двигателе:

1. «Lo-Ex» сплавные поршни
2. invar strut struton0040
3. Биметаллические поршни
4. Поршни Specialloid
5. Поршни Wellworthy

с температурой. Он содержит следующее:

• Кремний 11 до 13 %
• Никель 0,7 до 2,5 %
• Магний 1 %
• Медь 1 %
• Алюминий 86,3 до 82,5 % фактически только коэффициент расширения около 2

900 меньше, чем у чистого алюминия, но это улучшение в сочетании с хорошими боевыми и жаропрочными качествами делает сплав вариативным.

2. Поршни из инвара

В поршнях этого типа инвар представляет собой сплав, содержащий 36% никеля и 64% железа. Он имеет незначительный коэффициент расширения, 000000063 на °C). В поршень, соединяющий бобышки поршневого пальца и юбку, вставлены стойки из инвара, и их пропорции таковы, что результирующее расширение поршня почти такое же, как у цилиндра.

3. Автотермические поршни

Эти типы поршней содержат стальные вставки с низким коэффициентом расширения в бобышках поршневого пальца. Эти вставки отлиты таким образом, что их концы закрепляются в юбке поршня, как показано на рисунке.

В этом случае биметаллическая деформация из-за разных коэффициентов расширения вставки и основного металла переносит часть большого начального зазора, обеспечиваемого на оси поршневого пальца, на ось упора по мере прогрева поршня.

Это действие позволяет поддерживать небольшие зазоры на оси тяги как в холодных, так и в горячих условиях, обеспечивая более тихую работу.

4. Биметаллические поршни

Эти типы поршней изготавливаются как из стали, так и из алюминия. Интересным примером биметаллической конструкции является конструкция «Цветок», показанная на рисунке. Он состоит из стальной юбки и штифтовых басов.

Поскольку коэффициент теплового расширения для стали довольно мал, внутри отлит алюминиевый сплав, который образует головку поршня и поршень небольшого размера, поршень не будет сильно расширяться, и, следовательно, могут поддерживаться меньшие холодные зазоры.

Видно, что стальная юбка функционально является частью поршня. должны быть значительными, поскольку они очень малы и, таким образом, позволяют использовать небольшие зазоры.

5. Поршни Specialloid

Продукция Specialloid охватывает широкий спектр поршней для нулевых, автомобильных бензиновых и дизельных двигателей, используемых в коммерческих транспортных средствах, промышленных канцелярских принадлежностях, железнодорожной тяге, судовых главных силовых установках и вспомогательных целях.

Современный дизельный поршень со специальным корпусом имеет вертикальные ребра на внутренней поверхности юбки и массивные опоры, которые передают нагрузку непосредственно от днища на опору поршневого пальца.

Участки короны, кольца-пояса и юбки соразмерны тепловым характеристикам, что приводит к существенному снижению рабочих температур, тем самым снижая склонность к заеданию колец и деформации термического растрескивания в области карманов клапанов на обод камеры сгорания.

Предпочтительным материалом является высокопрочный сплав с низким коэффициентом расширения и содержанием кремния 11–12 %, известный как specialloid S. участки, которые образуют барьер для теплового потока. На рисунке показан типичный поршень Thermoflow для тяжелых условий эксплуатации, используемый в высокофорсированных дизельных двигателях.

6. Поршни Wellworthy

Компания Wellworthy Ltd, Великобритания, производит поршни для тяжелых условий эксплуатации, которые имеют чугунные вкладыши для верхних поршневых колец. Эти вставные держатели в последнее время применяются только к одному кольцу в поршне дизельного двигателя. Таким образом, износ в верхней канавке сводится к минимуму по сравнению с износом, который был бы в незащищенном легком сплаве.

Процесс молекулярного связывания Al-Fin используется при вставке держателей колец, что предотвращает любой риск ослабления вставки. Он также преодолевает большие трудности из-за окисления алюминия во время литья.

В бензиновых двигателях, где суровые условия работы не оправдывают использование вставки, успешная защита канавок была достигнута с помощью процесса анодирования.

Поршень должен обладать следующими качествами

1. Жестко выдерживать высокое давление.
2. Легкость уменьшает вес возвратно-поступательных масс и, таким образом, обеспечивает более высокие обороты двигателя.
3. Хорошая теплопроводность снижает риск детонации, что обеспечивает более высокую степень сжатия.
4. Бесшумная работа.
5. Материал с низким коэффициентом расширения, допускающий различные степени расширения чугунного блока цилиндров и алюминиевого поршня.
6. Юбка правильной формы, обеспечивающая равномерную опору в рабочих условиях.

Материал поршня

Материал поршня — алюминиевый сплав. Алюминиевые поршни могут быть литыми или коваными. Чугун также используется для поршня. Чугун является универсальным материалом первых лет, так как обладает отличной износостойкостью, коэффициентом расширения и общей пригодностью для производства.

Но из-за уменьшения веса возвратно-поступательных частей использование алюминия для поршня было необходимо. Для получения равной прочности необходима большая толщина металла, теряется то же преимущество легкого металла. Алюминий уступает чугуну по прочности и износостойкости, а его больший коэффициент расширения требует большего зазора в цилиндре, чтобы избежать риска заедания.

Теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у чугуна, и это в сочетании с большей толщиной, необходимой для прочности, позволяет поршню из алюминиевого сплава работать при гораздо более низких температурах, чем чугунный (от 200°C до 250°C по сравнению с 400° до 450°C).

В результате на нижней стороне поршня не образуется закоксованное масло, поэтому картер остается чистым. Это свойство алюминия охлаждаться в настоящее время признано столь же ценным, как и его легкость. Поршни иногда делают толще, чем это необходимо для прочности, чтобы улучшить охлаждение.

Зазор поршня

Что такое зазор поршня?

Диаметр поршня обычно меньше диаметра цилиндра. Пространство между цилиндром и стенкой цилиндра называется зазором поршня.

Зазор поршня необходим по следующим причинам

1. Он обеспечивает пространство для пленки смазки между поршнем и стенкой цилиндра для уменьшения трения.
2. Предотвращает заклинивание поршня: из-за очень высокой рабочей температуры поршень и блок цилиндров расширяются. Цилиндр охлаждается быстрее, чем поршень, поэтому должен быть обеспечен достаточный зазор для расширения поршня, в противном случае произойдет заедание поршня.
3. Если между поршнем и цилиндром нет зазора, поршню будет трудно совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре.

Зазор поршня зависит от размера отверстия цилиндра и металла, используемого в поршне. Но обычно это от 0,025 мм до 0-100 мм. В процессе эксплуатации этот зазор заполняется маслом, так что поршень и кольца двигаются на масляных пленках.

Если зазор слишком мал, произойдет потеря мощности из-за чрезмерного трения, сильного износа и возможного заедания поршня в цилиндре. Стук поршня произойдет, если зазор поршня слишком велик. Стук поршня означает внезапный наклон цилиндра, когда поршень опускается вниз во время рабочего такта.

Поршень перемещается с одной стороны цилиндра на другую с силой, достаточной для создания отчетливого шума. По мере прогрева поршня зазор уменьшается и шум обычно исчезает. Чтобы можно было использовать фиксированные зазоры без риска заклинивания, были введены специальные сплавы и используются многие конструкции поршня.

Эти специальные конструкции включали кулачковое шлифование до некруглых форм, полугибкие юбки с косыми прорезями, регулируемое распределение и тому подобные приемы.

Форма головки поршня или головка поршня

Головка поршня обычно плоская, но имеет форму, подходящую для камеры сгорания. Пространство сгорания можно контролировать, придавая выпуклость или форму днищу поршня, а углубления для головок клапанов также могут быть вырезаны в днище поршня.

Степень сжатия можно регулировать путем механической обработки камеры сгорания в поршне, но это означает, что большая часть тепла сгорания должна потребляться через поршень, а не через головку блока цилиндров.

Смещение поршневого пальца

Поверхность поршня, которая больше всего упирается в стенку цилиндра во время рабочего такта, называется основной упорной поверхностью. В некоторых двигателях поршневой палец смещен от центральной линии поршня к этой поверхности. Если поршневой палец отцентрирован, меньшая упорная поверхность будет оставаться в контакте со стенкой цилиндра до конца такта сжатия.

Но угол наклона шатуна меняется слева направо, как только начинается рабочий ход. Это вызывает внезапное смещение боковой нагрузки на поршень с малой поверхности на основную. Если есть заметный зазор, произойдет удар поршня.

Но если поршневой палец смещен, давление сгорания заставит поршень наклониться, когда поршень приблизится к ВМТ, так что нижний конец главной упорной поверхности сначала соприкоснется со стенкой цилиндра.

Затем, после прохождения поршнем ВМТ и реверсирования боковой тяги, осуществляются полные контактные поверхности большой тяги с меньшей тенденцией к удару поршня.

Контроль расширения в поршнях

Во время работы поршень нагревается на много градусов больше, чем цилиндр, поскольку цилиндр окружен охлаждающей водой. Следовательно, этот поршень расширяется больше, чем цилиндр. Это расширение необходимо контролировать, чтобы избежать потери надлежащего зазора поршня. Такая потеря может вызвать серьезные проблемы с двигателем.

Проблема более точна с алюминиевыми поршнями, потому что алюминий расширяется быстрее, чем железо, при повышении температуры. Расширение юбки поршня можно контролировать несколькими способами, описанными ниже.

1. Отводя тепло от нижней части поршня.
2. Путем создания теплозащитного экрана
3. Кулачковое шлифование поршня
4. С помощью распорок

1. Максимально отводя тепло от нижней части поршня.

Это можно сделать на поршне с полной юбкой, вырезав в поршне горизонтальные прорези сразу под канавкой нижнего маслосъемного кольца. Эти прорези уменьшают путь тепла, идущего от головки блока цилиндров к юбке.

Таким образом, юбка не так сильно нагревается и не так расширяется. В некоторых поршнях с полной юбкой в ​​юбке также прорезаны вертикальные прорези, которые позволяют металлу расширяться в юбке при заметном увеличении диаметра поршня.

2. Изготовление тепловой заслонки

Тепловая заслонка имеет канавку, прорезанную в верхней части поршня. Это уменьшает размер пути, по которому тепло может пройти от головки поршня к юбке. Таким образом, юбка охлаждается и не так сильно расширяется.

3. Путем кулачковой шлифовки поршня

Поршни имеют слегка овальную (эллиптическую) форму в холодном состоянии. Эти поршни называются поршнями с кулачковой шлифовкой. Поэтому площадь его контакта со стенкой цилиндра увеличивается.

Малая ось эллипса проходит в направлении оси поршневого пальца. Большее расширение по малой оси вызвано бобышками поршня. Таким образом, поршень после расширения при рабочей температуре становится круглым.