Виды поршней: Типы поршней · Motorservice

Поршень обычно предварительно имеет вогнутую форму только потому, что после приложения давления газа к днищу плоского поршня он принимает несимметричную вогнутую форму. Это приводит к усталости поршня, и поршень может выйти из строя. Следовательно, поршни уже сделаны вогнутыми, чтобы распределять давление газа симметрично.

Целью придания неправильной формы короне является создание турбулентности для получения надлежащего соотношения воздух-топливо.

Этот тип поршня имеет плоскую верхнюю часть.

Источник изображения: — Erautotechwithab, Jepistons, Kindpng, Fastnlow, Dlpng

Детали, типы поршней, работа (PDF)

В этой статье вы узнаете что такое поршень Как это работает? Типы поршней , зазор , головка или форма поршня и 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 на коленчатый вал 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.

КПД и экономичность двигателя зависят 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.

Types of Pistons

Following are the different types of pistons used in engine:

1. “Lo-Ex” alloy Pistons
2. Invar Strut Pistons
3. Autothermic Pistons
4. Биметаллические поршни
5. Поршни Specialloid
6. Поршни Wellworthy

с температурой. Он содержит:

• Кремний 11 до 13 %
• Никель 0,7 до 2,5 %
• Магний 1 %
• Медь 1 % 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 грузовых автомобилях, 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 искажению 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. Тишина в работе.
  5. Материал с низким коэффициентом расширения, допускающий различные скорости 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 поршень из чугуна (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 кулачковую шлифовку до некруглых форм, полугибкие юбки с косыми прорезями, регулируемое распределение и тому подобное.

  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.

  Регулятор 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 изготовления теплозащитного экрана
  3. Кулачковая шлифовка 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. При изготовлении 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.