پیستون کجا می رود؟ رینگ های پیستون: انواع و ترکیب

تعریف.

موتور پیستونی- یکی از گزینه های موتور احتراق داخلی، که با تبدیل انرژی داخلی سوختن سوخت به کارهای مکانیکیحرکت انتقالی پیستون زمانی که سیال کار در سیلندر منبسط می شود، پیستون حرکت می کند.

مکانیسم میل لنگ حرکت انتقالی پیستون را به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می کند.

چرخه کار موتور شامل دنباله ای از ضربات حرکتی یک طرفه پیستون است. موتورها به دو دسته موتورهای دو زمانه و چهار زمانه تقسیم می شوند.

اصل کارکرد موتورهای پیستونی دو زمانه و چهار زمانه.

تعداد سیلندر در موتورهای پیستونیممکن است بسته به طرح متفاوت باشد (از 1 تا 24). حجم موتور برابر با مجموع حجم تمام سیلندرها در نظر گرفته می شود که ظرفیت آن از ضرب مقطع در ضربان پیستون بدست می آید.

که در موتورهای پیستونیطرح های مختلف فرآیند احتراق سوخت متفاوتی دارند:

تخلیه جرقه الکتریکی، که روی شمع ها تشکیل می شود. چنین موتورهایی می توانند با بنزین و سایر انواع سوخت (گاز طبیعی) کار کنند.

فشرده سازی سیال کار:

که در موتورهای دیزلی کار برای سوخت دیزلییا گاز (با افزودن 5 درصد سوخت گازوئیل)، هوا فشرده می شود و زمانی که پیستون به نقطه حداکثر تراکم رسید، سوخت تزریق می شود که از تماس با هوای گرم شده مشتعل می شود.

موتورهای مدل تراکمی. عرضه سوخت در آنها دقیقاً مشابه است موتورهای بنزینی. بنابراین، برای عملکرد آنها، یک ترکیب سوخت ویژه (با مخلوط های هوا و دی اتیل اتر)، و همچنین تنظیم دقیق نسبت تراکم مورد نیاز است. موتورهای کمپرسور به صنایع هواپیما و خودرو راه پیدا کرده اند.

موتورهای درخشان. اصل عملکرد آنها از بسیاری جهات شبیه به موتورهای مدل فشرده سازی است، اما بدون آن نیست ویژگی های طراحی. نقش احتراق در آنها توسط - شمع تابشکه گرمای آن با انرژی سوختن سوخت در ضربه قبلی حفظ می شود. ترکیب سوخت نیز بر پایه متانول، نیترومتان و روغن کرچک خاص است. چنین موتورهایی هم در اتومبیل و هم در هواپیما استفاده می شود.

کالری سوزی موتورها. در این موتورها، احتراق زمانی رخ می دهد که سوخت با قسمت های داغ موتور (معمولاً تاج پیستون) تماس پیدا کند. گاز اجاق باز به عنوان سوخت استفاده می شود. آنها به عنوان موتور محرک در کارخانه های نورد استفاده می شوند.

انواع سوخت مصرفی در موتورهای پیستونی:

سوخت مایع- سوخت دیزل، بنزین، الکل ها، بیودیزل؛

گازها- گازهای طبیعی و بیولوژیکی، گازهای مایع، هیدروژن، محصولات گازی کراکینگ نفتی.

مونوکسید کربن که در یک گاز ساز از زغال سنگ، ذغال سنگ نارس و چوب تولید می شود، به عنوان سوخت نیز استفاده می شود.

کارکرد موتورهای پیستونی

چرخه های عملکرد موتوربه طور مفصل در ترمودینامیک فنی توضیح داده شده است. سیکلوگرام های مختلف با چرخه های ترمودینامیکی مختلف توصیف می شوند: اتو، دیزل، اتکینسون یا میلر و ترینکلر.

علل خرابی موتورهای پیستونی

کارایی موتور احتراق داخلی پیستونی

حداکثر بازدهی که در به دست آمد موتور پیستونی 60 درصد است یعنی کمی کمتر از نیمی از سوخت سوخته صرف گرمایش قطعات موتور می شود و همچنین با گرما آزاد می شود گازهای خروجی. در این رابطه، تجهیز موتورها به سیستم های خنک کننده ضروری است.

طبقه بندی سیستم های خنک کننده:

شرکت هوا– به دلیل سطح آجدار بیرونی سیلندرها، گرما را به هوا منتقل کنید. آیا آنها اعمال می شوند؟
bo na موتورهای ضعیف(ده ها اسب بخار)، یا با قدرت موتورهای هواپیما، که توسط جریان سریع هوا خنک می شوند.

CO مایع- مایعی (آب، ضد یخ یا روغن) به عنوان خنک کننده استفاده می شود که از طریق ژاکت خنک کننده (کانال های موجود در دیواره های بلوک سیلندر) پمپ می شود و وارد رادیاتور خنک کننده می شود که در آن خنک می شود. جریان های هواطبیعی یا از طرفداران. به ندرت از سدیم فلزی به عنوان خنک کننده نیز استفاده می شود که از گرمای موتور در حال گرم شدن ذوب می شود.

کاربرد.

موتورهای پیستونی به دلیل رنج قدرت (1 وات - 75000 کیلووات) نه تنها در صنعت خودروسازی، بلکه در ساخت هواپیما و کشتی سازی نیز محبوبیت زیادی به دست آورده اند. آنها همچنین برای رانندگی رزمی، کشاورزی و تجهیزات ساخت و ساز، ژنراتور برق، پمپ آب، اره برقی و سایر ماشین آلات، اعم از متحرک و ثابت.

پیستون بخشی از گروه پیستون موتور است که در داخل سیلندر قرار دارد. با استفاده از شاتون، پیستون به آن متصل می شود میل لنگ. طراحی به گونه ای طراحی شده است که پیستون در حین کارکرد موتور دائماً رفت و برگشت می کند و انرژی گازهای منبسط شده در حین احتراق را به چرخش میل لنگ تبدیل می کند.

دستگاه پیستونی

پیستون از سه قسمت تشکیل شده است، اگرچه از یک قطعه ساخته شده است: قسمت پایین، قسمت آب بندی و دامن. پیستون با استفاده از شاتون به آن متصل می شود. پیستون روی شاتون قرار می گیرد و از طریق قطعه رزوه می شود. شکل تاج پیستون یک موتور احتراق داخلی هرگز صاف نیست. بسته به طراحی، قسمت پایین ممکن است پیکربندی پیچیده ای داشته باشد. شمع ها، انژکتورها و سوپاپ ها را می توان بالای قسمت پایین قرار داد.

فاصله تاج پیستون تا اولین رینگ فشاری را منطقه آتش پیستون می گویند

بیشتر اوقات، شما می توانید فرورفتگی هایی را در قسمت پایین پیستون مشاهده کنید که به گونه ای طراحی شده اند که با سطح پیستون تماس پیدا نکنند. فرورفتگی ها در یک انتها عمیق هستند زیرا دریچه های بالای آنها در یک زاویه قرار دارند. به طور کلی، به عنوان یک قاعده، شکل کلی پایین به صورت مقعر ساخته می شود. این به دلیل این واقعیت است که پیستون که به سمت بالا بالا می رود، در همان زمان است و برای پخش بهینه شعله، کف مقعر کامل است. این فرم معایب خود را نیز دارد - کربن سریعتر در قسمت پایین حفره رسوب می کند.

فاصله تاج پیستون تا اولین رینگ فشاری را منطقه آتش پیستون می گویند. از آنجایی که پیستون در شرایط سخت کار می کند دمای بالا، تسمه آتش نشانی دارای ارتفاع دقیق محاسبه شده است که به موادی که پیستون از آن ساخته شده است نیز بستگی دارد. کاهش ارتفاع زیر یک حد معین می تواند منجر به فرسودگی زودرس پیستون شود.

در گذشته پیستون تماما از فولاد ساخته می شد اما در موتورهای مدرناغلب از پیستون های سبک ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود

پیستون قطعه ای با دقت بالا است، زیرا یکی از وظایف آن این است که به عنوان پایه ای برای حلقه های فشرده سازی عمل کند که محفظه احتراق را در لحظه فشرده سازی مهر و موم می کند. با گذشت زمان، پیستون فرسوده شده و می سوزد، که منجر به کاهش آب بندی می شود - گازهای داغ بین بدنه پیستون و رینگ شروع به نشت می کنند و وارد میل لنگ می شوند و روغن از میل لنگ به داخل محفظه احتراق نشت می کند.

از این نتیجه می شود که ممکن است نشانه ای از سایش پیستون باشد. علاوه بر این، این را می توان با ظاهر دود در جریان گاز خروجی قضاوت کرد - دود در نتیجه احتراق روغن که وارد فضای بالای پیستون می شود تشکیل می شود.

ترکیب تاج و قسمت آب بندی (که به عنوان پایه رینگ ها عمل می کند) سر پیستون نامیده می شود. در گذشته، پیستون کاملاً از فولاد ساخته می شد، اما موتورهای مدرن اغلب از پیستون های سبک وزن ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم استفاده می کنند. آلومینیوم از نظر استحکام نسبت به فولاد پایین تر است، بنابراین، برای ایجاد پایه ای برای حلقه فشرده سازی بالایی، به یک لبه ساخته شده از چدن مجهز شده است که دارای خواص ضد خوردگی و استحکام بالایی است. یک شیار در لبه چدنی بریده می شود که در بدنه پیستون ذوب می شود و در آن وارد می شود. این نوع چدن را نیرسیست می نامند.

در پایین سر کانال هایی برای حلقه های اسکراپر روغن وجود دارد. آنها بر روی یک دستگاه بریده می شوند و مجهز به سوراخ هایی هستند که از طریق آنها روغن برداشته شده از آینه سیلندر در امتداد دیواره داخلی پیستون به مخزن بلوک سیلندر جریان می یابد.

قسمت دامن یا راهنمای پیستون مجهز به دو باس یا باس است که سوراخ هایی در آنها ایجاد می شود. از آنجایی که پیستون در محل باس ها ضخیم ترین است، تغییر شکل ها اغلب در آنجا تحت تأثیر دما رخ می دهد. به منظور جلوگیری از خطر تغییر شکل، بخشی از فلز از باس ها بر روی دستگاه فرز بریده می شود. فرورفتگی هایی که برای خنک کاری و افزایش شدت روغن کاری پیستون به کار می روند، در اصطلاح فنی «یخچال» نامیده می شوند.

مواد برای تولید پیستون

تقاضاهای زیادی برای مواد مورد استفاده برای ساخت پیستون وجود دارد. اول از همه، این ماده باید دارای استحکام مکانیکی بالا با چگالی کم و ضریب انبساط خطی کم، هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی، خوب باشد. خواص ضد اصطکاک. بر این اساس، پیستون ها یا از چدن خاکستری یا از آلیاژ آلومینیوم ساخته می شوند که اغلب با چدن در هم آمیخته می شوند.

پیستون های چدنی بادوام و مقاوم در برابر سایش هستند و با فاصله های کوچک کار می کنند. عیب چدن وزن زیاد آن است. بنابراین معمولا از پیستون های چدنی استفاده می شود. چدن رسانایی حرارتی کمی دارد، بنابراین کف آن بسیار داغ می شود. این یک نقطه ضعف است، زیرا دمای بالا در داخل محفظه احتراق قبل از احتراق می تواند منجر به احتراق نادرست سوخت شود که به آن جرقه زنی می گویند. این مشکل به ویژه در سال های گذشته که دستگاه تزریق غالب کاربراتور بود، حاد بود.

بیشتر اوقات در موتورهای مدرن از پیستون های ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. از مزایای آنها می توان به وزن کم و هدایت حرارتی بالا (به دلیل آن دمای پایین به ندرت از 250 درجه سانتیگراد بالاتر رفت) اشاره کرد. به لطف این عامل بود که مهندسان موفق شدند راهی برای افزایش چشمگیر نسبت تراکم در موتورهای بنزینی بیابند. عیب اصلی آلومینیوم ضریب بزرگ انبساط خطی است که باعث ایجاد شکاف های بزرگ می شود و توانایی پیستون برای آب بندی را کاهش می دهد. علاوه بر این، استحکام مکانیکی آلومینیوم هنگام گرم شدن به شدت کاهش می یابد (تا 50٪) که در مورد چدن اتفاق نمی افتد. با این حال ، کاستی ها کشنده به نظر نرسیدند ، زیرا مهندسان موفق شدند راه هایی برای سطح بندی پیدا کنند خواص منفیمواد به عنوان مثال، برای کاهش تلفات فشاری، به دامن پیستون یک شکل بیضی-مخروطی داده می شود. برای جلوگیری از تغییر شکل از گرمای بیش از حد، دامن از سر با استفاده از موادی با هدایت حرارتی کم و غیره عایق بندی می شود.

"قوی ترین" پیستون ها آهنگری هستند، یعنی از قطعاتی که از ریخته گری به دست می آیند و متعاقباً آهنگری می شوند، ساخته می شوند. آهنگری پردازش مکانیکی فلز گرم شده تا دمای آهنگری است. هر فلز دمای آهنگری خاص خود را دارد. برای آلومینیوم بالا نیست - فقط حدود 500 درجه.

پیستون در فرآیند تبدیل انرژی سوخت به انرژی حرارتی و مکانیکی جایگاه مرکزی را اشغال می کند. بیایید در مورد پیستون های موتور صحبت کنیم، آنها چه هستند و چگونه کار می کنند.

آن چیست؟

پیستون قطعه ای استوانه ای است که حرکت رفت و برگشتی را در داخل سیلندر موتور انجام می دهد. برای تغییر فشار گاز به کار مکانیکی یا برعکس - حرکت متقابل برای تغییر فشار مورد نیاز است. آن ها نیروی ناشی از فشار گاز را به شاتون منتقل می کند و عبور تمام ضربات چرخه کاری را تضمین می کند. ظاهری شبیه یک لیوان معکوس دارد و از یک قسمت پایین، یک سر و یک قسمت راهنما (دامن) تشکیل شده است.

که در موتورهای بنزینیپیستون هایی با کف صاف به دلیل سهولت در ساخت و حرارت کمتر در حین کار استفاده می شوند. هر چند در برخی ماشین های مدرنبرای دریچه ها فرورفتگی های مخصوص ایجاد کنید. این امر ضروری است تا در صورت پاره شدن تسمه تایم، پیستون ها و سوپاپ ها به هم نرسند و باعث تعمیرات جدی شوند. کف پیستون دیزل با یک فرورفتگی ساخته شده است که بستگی به میزان تشکیل مخلوط و محل قرارگیری شیرها و انژکتورها دارد. با این شکل از کف، هوا بهتر با سوخت ورودی به سیلندر مخلوط می شود.

پیستون در معرض دما و فشار بالا قرار دارد. او حرکت می کند سرعت بالاداخل سیلندر بنابراین، در ابتدا برای موتورهای خودروآنها از چدن ساخته شده اند. با توسعه تکنولوژی، آلومینیوم شروع به استفاده کرد، زیرا او داد مزایای زیر: افزایش سرعت و قدرت، بار کمتر روی قطعات، انتقال حرارت بهتر.

از آن زمان، قدرت موتور چندین برابر افزایش یافته است. دما و فشار در سیلندرهای موتورهای مدرن خودرو (به ویژه موتورهای دیزلی) به حدی رسیده است که آلومینیوم به حد قدرت خود رسیده است. بنابراین در سال های گذشتهچنین موتورهایی مجهز به پیستون های فولادی هستند که می توانند با اطمینان بارهای افزایش یافته را تحمل کنند. به دلیل دیواره‌های نازک‌تر و ارتفاع فشار کمتر، سبک‌تر از آلومینیوم هستند. فاصله از پایین تا محور پین آلومینیومی. و پیستون های فولادی ریخته گری نیستند، بلکه پیش ساخته هستند.

از جمله، کاهش ابعاد عمودی پیستون در حالی که بلوک سیلندر را بدون تغییر نگه می‌دارد، طول شاتون‌های اتصال را ممکن می‌سازد. این کار باعث کاهش بارهای جانبی در جفت پیستون سیلندر می شود که تاثیر مثبتی بر مصرف سوخت و عمر موتور خواهد داشت یا بدون تغییر شاتون و میل لنگ می توانید بلوک سیلندر را کوتاه کنید این کار باعث سبک شدن موتور می شود.

الزامات چیست؟

• پیستون که در سیلندر حرکت می کند، به گازهای فشرده، محصول احتراق سوخت، اجازه انبساط و انجام کارهای مکانیکی را می دهد. بنابراین، باید در برابر دمای بالا، فشار گاز مقاوم باشد و سوراخ سیلندر را با اطمینان آب بندی کند.
• برای به حداقل رساندن تلفات مکانیکی و در نتیجه سایش، باید به بهترین وجه الزامات جفت اصطکاک را برآورده کند.
• با تجربه بار از محفظه احتراق و واکنش از شاتون، باید مقاومت کند. تاثیر مکانیکی.
• هنگام انجام حرکت رفت و برگشتی با سرعت بالا، باید تا حد امکان بارگذاری کمتری داشته باشد مکانیزم میل لنگنیروهای اینرسی

هدف اصلی

سوخت، سوختن در فضای بالای پیستون، مقدار زیادی گرما را در هر چرخه کار موتور آزاد می کند. دمای گازهای سوخته به 2000 درجه می رسد. آنها تنها بخشی از انرژی را به قسمت های متحرک موتور منتقل می کنند و بقیه به صورت گرما موتور را گرم می کنند. آنچه باقی می ماند همراه با گازهای خروجی به داخل دودکش پرواز می کند. بنابراین اگر پیستون را خنک نکنیم پس از مدتی ذوب می شود. این نکته مهمبرای درک شرایط عملیاتی گروه پیستون.

اجازه دهید یک بار دیگر این واقعیت شناخته شده را تکرار کنیم که جریان گرما از اجسام گرمتر به اجسام با حرارت کمتر هدایت می شود.

داغ ترین است سیال کاریا به عبارت دیگر گازهای موجود در محفظه احتراق. کاملاً واضح است که گرما به هوای اطراف - سردترین - منتقل می شود. هوا، شستن رادیاتور و محفظه موتور، خنک کننده، بلوک سیلندر و محفظه سر را خنک می کند. تنها چیزی که باقی می ماند یافتن پلی است که از طریق آن پیستون گرمای خود را به بلوک و ضد یخ منتقل می کند. چهار راه برای این کار وجود دارد.

بنابراین، اولین مسیری که بیشترین جریان را فراهم می کند، رینگ های پیستون هستند. علاوه بر این، حلقه اول نقش اصلی را بازی می کند، زیرا نزدیک تر به پایین قرار دارد. این کوتاه ترین مسیر برای عبور مایع خنک کننده از دیواره سیلندر است. رینگ ها به طور همزمان بر روی شیارهای پیستون و دیواره سیلندر فشرده می شوند. آنها بیش از 50٪ از جریان گرما را تامین می کنند.

راه دوم کمتر آشکار است. دومین مایع خنک کننده موتور روغن است.غبار روغن با دسترسی به داغ ترین قسمت های موتور، قسمت قابل توجهی از گرما را از داغ ترین نقاط به تابه روغن منتقل می کند. در صورت استفاده از نازل های روغن که جت را به سطح داخلی کف پیستون هدایت می کنند، سهم روغن در انتقال حرارت می تواند به 30 تا 40 درصد برسد. واضح است که هنگام بارگیری روغن با عملکرد خنک کننده، باید مراقب خنک شدن آن باشیم. در غیر این صورت، روغن بیش از حد گرم شده ممکن است خواص خود را از دست بدهد. همچنین هر چه دمای روغن بالاتر باشد، حرارت کمتری را تحمل می کند.

راه سوم. مقداری از گرما برای گرم شدن توسط تازه گرفته می شود مخلوط هوا و سوخت، وارد سیلندر شد. مقدار مخلوط تازه و مقدار حرارتی که از بین می برد به حالت کار و درجه باز شدن دریچه گاز بستگی دارد. لازم به ذکر است که گرمای حاصل از احتراق نیز متناسب با بار است. بنابراین، این مسیر خنک کننده در طبیعت پالسی است. به دلیل اینکه گرما از طرفی که پیستون از آن گرم می شود گرفته می شود، سریع و کارآمد است.

با توجه به اهمیت بیشتر آن، باید توجه زیادی به انتقال حرارت از طریق رینگ های پیستون شود. واضح است که اگر این مسیر را ببندیم، بعید است که موتور هیچ شرایط اجباری طولانی مدت را تحمل کند. دما افزایش می یابد ، مواد پیستون "شناور" می شود و موتور فرو می ریزد.

بیایید ویژگی هایی مانند فشرده سازی را به خاطر بسپاریم. بیایید تصور کنیم که حلقه در تمام طول خود به دیواره سیلندر نچسبد. سپس گازهای سوخته، با شکستن شکاف، مانعی ایجاد می کنند که از انتقال گرما از پیستون از طریق رینگ به دیواره سیلندر جلوگیری می کند. مثل اینکه قسمتی از رادیاتور را بستند و قابلیت خنک شدن با هوا را از آن سلب کردند.

اگر حلقه تماس نزدیک با شیار نداشته باشد، تصویر وحشتناک تر است. در مکانهایی که گازها قادر به عبور از حلقه از طریق شیار هستند، بخش پیستون از فرصت خنک شدن محروم می شود. نتیجه فرسودگی و بریدگی قطعه مجاور نشتی است.

یک پیستون به چند حلقه نیاز دارد؟ از نقطه نظر مکانیکی، هر چه تعداد حلقه ها کمتر باشد، بهتر است. هرچه باریکتر باشند ضرر کمتری دارند گروه پیستونی. با کاهش تعداد و ارتفاع آنها، شرایط خنک کننده پیستون بدتر می شود و مقاومت حرارتی دیواره پایین - حلقه - سیلندر افزایش می یابد. بنابراین، انتخاب طرح همیشه یک مصالحه است.

که در گروه سیلندر-پیستون(CPG) یکی از فرآیندهای اصلی رخ می دهد که به دلیل آن موتور احتراق داخلی کار می کند: آزاد شدن انرژی در نتیجه احتراق مخلوط سوخت و هوا که متعاقباً به آن تبدیل می شود. عمل مکانیکی- چرخش میل لنگ جزء اصلی CPG پیستون است. به لطف آن، شرایط لازم برای احتراق مخلوط ایجاد می شود. پیستون اولین جزء درگیر در تبدیل انرژی حاصله است.

پیستون موتور به شکل استوانه ای است. در آستر سیلندر موتور قرار دارد، یک عنصر متحرک است - در حین کار، حرکات رفت و برگشتی را انجام می دهد و دو عملکرد را انجام می دهد.

1. در حرکت رو به جلوپیستون با فشرده سازی حجم محفظه احتراق را کاهش می دهد مخلوط سوخت، که برای فرآیند احتراق ضروری است (در موتورهای دیزلیاحتراق مخلوط به طور کامل از فشرده سازی قوی آن رخ می دهد).
2. پس از مشتعل شدن مخلوط هوا و سوخت، فشار در محفظه احتراق به شدت افزایش می یابد. در تلاش برای افزایش حجم، پیستون را به عقب هل می دهد و حرکت برگشتی را انجام می دهد که از طریق شاتون به میل لنگ منتقل می شود.

پیستون در موتور احتراق داخلی چیست؟

طراحی قطعه شامل سه جزء است:

1. پایین.
2. قسمت آب بندی.
3. دامن.

این قطعات هم در پیستون های ریخته گری جامد (متداول ترین گزینه) و هم در قطعات کامپوزیتی موجود هستند.

پایین

پایین - اصلی سطح کاراز آنجایی که دیواره های آستر و سر بلوک محفظه احتراق را تشکیل می دهند که در آن احتراق مخلوط سوخت رخ می دهد.

پارامتر اصلی پایین شکل است که به نوع موتور احتراق داخلی (ICE) و ویژگی های طراحی آن بستگی دارد.

که در موتورهای دو زمانهپیستون ها با کف کروی - بیرون زدگی پایین استفاده می شوند، این کارایی پر کردن محفظه احتراق با مخلوط و حذف گازهای خروجی را افزایش می دهد.

در موتورهای چهار زمانه بنزینی، قسمت پایینی آن صاف یا مقعر است. علاوه بر این، فرورفتگی های فنی روی سطح ایجاد می شود - فرورفتگی برای صفحات شیر ​​(از بین بردن احتمال برخورد پیستون با شیر)، فرورفتگی هایی برای بهبود تشکیل مخلوط.

در موتورهای دیزلی، فرورفتگی های قسمت پایینی بزرگ ترین هستند و اشکال مختلفی دارند. این فرورفتگی ها محفظه احتراق پیستونی نامیده می شوند و برای ایجاد تلاطم در هنگام ورود هوا و سوخت به داخل سیلندر طراحی شده اند تا از اختلاط بهتر اطمینان حاصل شود.

قسمت آب بندی برای نصب رینگ های مخصوص (فشرده و خراش روغن) طراحی شده است که وظیفه آن از بین بردن شکاف بین پیستون و دیواره آستر و جلوگیری از نفوذ گازهای کاری به فضای زیر پیستون و روان کننده ها به داخل احتراق است. محفظه (این عوامل باعث کاهش راندمان موتور می شود). این امر انتقال حرارت از پیستون به آستر را تضمین می کند.

قسمت آب بندی

قسمت آب بندی شامل شیارهایی در سطح استوانه ای پیستون است - شیارهایی که در قسمت پایین قرار دارند و پل های بین شیارها. در موتورهای دو زمانه، درج های ویژه ای علاوه بر این در شیارها قرار می گیرند که حلقه قفل می شود. این درج ها برای از بین بردن احتمال چرخش رینگ ها و ورود قفل آن ها به پنجره های ورودی و خروجی که باعث از بین رفتن آنها می شود، ضروری هستند.


پل از لبه پایین تا حلقه اول را کمربند آتش می گویند. این تسمه بیشترین تاثیر دما را دارد، بنابراین ارتفاع آن بر اساس شرایط عملیاتی ایجاد شده در داخل محفظه احتراق و مواد مورد استفاده برای ساخت پیستون انتخاب می شود.

تعداد شیارهای ایجاد شده روی قسمت آب بندی مطابق با تعداد رینگ های پیستون است (و می توان از 2 تا 6 عدد از آنها استفاده کرد). متداول ترین طرح با سه حلقه است - دو فشاری و یک خراش روغن.

در شیار زیر حلقه خراش روغنسوراخ هایی برای تخلیه روغن ایجاد می شود که با یک حلقه از دیواره آستر خارج می شود.

به همراه قسمت پایین، قسمت آب بندی سر پیستون را تشکیل می دهد.

شما همچنین علاقه مند خواهید شد:

دامن

دامن به عنوان یک راهنما برای پیستون عمل می کند و از تغییر موقعیت آن نسبت به سیلندر جلوگیری می کند و فقط حرکت رفت و برگشتی قطعه را فراهم می کند. به لطف این جزء، یک اتصال متحرک بین پیستون و شاتون ایجاد می شود.

برای اتصال، سوراخ هایی در دامن برای نصب ایجاد می شود پین پیستون. برای افزایش قدرت در نقطه تماس انگشت، با داخلدامن ها از اکستنشن های عظیم مخصوص به نام باس ساخته شده اند.

برای تثبیت پین در پیستون، شیارهایی برای حلقه های نگهدارنده در سوراخ های نصب برای آن در نظر گرفته شده است.

انواع پیستونی

موتورهای احتراق داخلی از دو نوع پیستون استفاده می کنند که در آنها متفاوت است دستگاه ساختاری- انتگرال و مرکب

قطعات جامد به روش ریخته گری و به دنبال آن تولید می شوند ماشینکاری. فرآیند ریخته‌گری فلز، فضای خالی ایجاد می‌کند که شکل کلی قطعه را به خود اختصاص می‌دهد. در مرحله بعد، در ماشین های فلزکاری، سطوح کار در قطعه کار به دست آمده پردازش می شود، شیارها برای حلقه ها بریده می شوند و حفره های تکنولوژیکیو فرورفتگی ها

که در عناصر تشکیل دهندهسر و دامن از هم جدا می شوند و در حین نصب روی موتور به یک ساختار واحد مونتاژ می شوند. علاوه بر این، مونتاژ در یک قسمت با اتصال پیستون به شاتون انجام می شود. برای این منظور علاوه بر سوراخ های انگشتی در دامن، روی سر نیز چشم های خاصی وجود دارد.

مزیت پیستون های کامپوزیت قابلیت ترکیب مواد تولیدی است که باعث بهبود عملکرد قطعه می شود.

مواد تولیدی

آلیاژهای آلومینیوم به عنوان مواد تولیدی برای پیستون های ریخته گری جامد استفاده می شود. قطعات ساخته شده از چنین آلیاژهایی با وزن کم و هدایت حرارتی خوب مشخص می شوند. اما در عین حال، آلومینیوم ماده ای با مقاومت بالا و مقاوم در برابر حرارت نیست، که استفاده از پیستون های ساخته شده از آن را محدود می کند.

پیستون های ریخته گری نیز از چدن ساخته می شوند. این ماده بادوام است و در برابر دماهای بالا مقاوم است. عیب آنها جرم قابل توجه و هدایت حرارتی ضعیف آنها است که منجر به گرمای قویپیستون در حین کار موتور به همین دلیل، آنها در موتورهای بنزینی استفاده نمی شوند، زیرا دمای بالا باعث احتراق درخشش می شود (مخلوط سوخت و هوا از تماس با سطوح گرم شده مشتعل می شود و نه از شمع).

طراحی پیستون های کامپوزیت امکان ترکیب مواد فوق را با یکدیگر فراهم می کند. در چنین عناصری، دامن از آلیاژهای آلومینیوم ساخته شده است که هدایت حرارتی خوبی را تضمین می کند و سر از فولاد یا چدن مقاوم در برابر حرارت ساخته شده است.

اما عناصر از نوع کامپوزیت دارای معایبی نیز هستند، از جمله:

• فقط در موتورهای دیزل قابل استفاده است.
• وزن بیشتر در مقایسه با آلومینیوم ریخته گری؛
• نیاز به استفاده از رینگ های پیستون ساخته شده از مواد مقاوم در برابر حرارت؛
• قیمت بالاتر؛

با توجه به این ویژگی ها، دامنه استفاده از پیستون های کامپوزیت محدود است، آنها فقط در موتورهای دیزلی با اندازه بزرگ استفاده می شوند.

ویدئو: اصل عملکرد پیستون موتور. دستگاه

پیستون یکی از مهم‌ترین عناصر در تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی و سپس به انرژی مکانیکی است. مشخصات موتورتا حد زیادی به این بستگی دارد که پیستون چقدر وظایف خود را انجام می دهد. این کارایی و مهمتر از آن قابلیت اطمینان موتور را تعیین می کند. معنی خاص این پارامترهنگامی که صحبت از تغییرات خودرو در مغازه های تیونینگ یا برای استفاده ورزشی می شود، می پذیرد. طراحان همیشه با هم برخورد می کنند با مشکل استفاده از پیستون های مخصوصوقتی قدرت افزایش می یابد پیستون را می توان یکی از پیچیده ترین قطعات موتور به دلیل عملکردهای زیادی که انجام می دهد و خواص نسبتاً متناقضی در نظر گرفت. این در است بالاترین درجهاین واقعیت را تأیید می کند که تعداد کمی از خودروسازان برای موتورهای خود پیستون می سازند و فقط با استفاده از نیروی خود استفاده می کنند.

در بیشتر موارد، آنها به خدمات شرکت های متخصص در این زمینه متوسل می شوند. تعداد زیادی راز و حدس در مورد پیستون ها وجود دارد که با تنوع اندازه و شکل این قطعه ایجاد می شود. شما می توانید مقاله ای را در بخش مربوطه وب سایت ما پیدا کنید. یک پیستون درست کنید شرایط استانداردمهندسی مکانیک در شرکت های تیونینگ از نظر فنی دشوار و تقریباً غیرممکن است، به همین دلیل است که اکثر شرکت ها از مشارکت در این تجارت خودداری می کنند. علاوه بر این، تولید چنین قطعات پیچیدهبه صورت فردی می تواند بار مالی داشته باشد. به طور شهودی، تیونرها درک می کنند که موتورهای بهبود یافته باید دارای پیستون های بهبود یافته باشند.

دستگاه پیستونی

بیایید نگاهی دقیق‌تر بیندازیم که معمولاً چه الزاماتی روی پیستون‌ها اعمال می‌شود و به طور کلی چگونه طراحی می‌شوند.

• پیستون ابتدا در سیلندر حرکت می کند، که اجازه می دهد تا کار مکانیکی با گسترش محصولات احتراق سوخت، یعنی گازهای فشرده انجام شود.

از این می توان نتیجه گرفت که باید در برابر فشار گاز مقاومت کند، مقاومت حرارتی داشته باشد و سوراخ سیلندر را آب بندی کند.

• ثانیاً، پیستون باید الزامات جفت اصطکاک را برآورده کند تا تلفات مکانیکی و سایش حداقل باشد.
• سوم، باید در مقابل واکنش شاتون و تنش مکانیکی محفظه احتراق مقاومت کند.
• چهارم، پیستون باید مکانیسم میل لنگ را با نیروهای اینرسی به حداقل برساند و حرکات رفت و برگشتی را با سرعت بالا انجام دهد.

به نظر می رسد که تمام مشکلات مربوط به این بخش قابل توجهی از موتور را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

1. این فرآیندهای مکانیکی
2. فرآیندهای حرارتی، و اولی بسیار گسترده تر از دومی است. دسته ها رابطه نسبتاً نزدیکی دارند. بیایید نگاهی دقیق تر به مورد اول بیندازیم.

همانطور که مشخص است، سوخت در یک فضای غیر پیستونی می سوزد و در عین حال بسیار منتشر می کند تعداد زیادی ازگرما در طول هر چرخه کار موتور دمای گازهای از قبل سوخته به طور متوسط ​​2000 درجه است. مقداری از انرژی به قسمت های متحرک موتور منتقل می شود و مابقی موتور را گرم می کند. انرژی که در انتها باقی می ماند همراه با گازهای تصفیه شده به لوله پرواز می کند. طبق قوانین فیزیک، دو جسم می توانند حرارت را به یکدیگر منتقل کنند تا زمانی که دمای آنها کاملاً برابر شود. بر این اساس، اگر پیستون به طور دوره ای خنک نشود، پس از مدتی به سادگی ذوب می شود. این لحظه بسیار مهمی برای درک اصول عملکرد کل گروه پیستون است.

این امر به ویژه هنگامی که موتور تقویت می شود مهم است. با افزایش قدرت موتور، مقدار حرارت تولید شده در محفظه احتراق به طور خودکار در یک واحد زمان افزایش می یابد. البته ما به ندرت پیستون های مذاب را می بینیم، اما در هر مشکلی همیشه به دما اشاره می شود، همانطور که سرعت در هر تصادف وجود دارد. البته در اینجا تقصیر راننده است، اما اگر ماشین ثابت می بود به کسی آسیب نمی رسید. واقعیت این است که دمای بالا ویژگی های همه مواد را بدتر می کند. بار 100 درجه باعث تغییر شکل الاستیک، بار 300 درجه محصول را به طور کامل تغییر شکل می دهد و بار 450 درجه آن را تغییر شکل می دهد. به همین دلیل یا باید از موادی استفاده کرد که تحمل بارهای شدید ناشی از دمای بالا را داشته باشند و یا اقداماتی برای جلوگیری از افزایش دمای پیستون انجام شود. معمولا هر دو انجام می شود. با این حال، طراحی پیستون باید به گونه ای باشد که مقدار مشخصی فلز در مکان های مورد نیاز وجود داشته باشد که بتواند در برابر تخریب مقاومت کند.

درس فیزیک عمومی این واقعیت را تأیید می کند که جریان گرما از اجسام گرمتر به سمت اجسام کمتر گرم می شود. به این ترتیب، ما این فرصت را داریم که ببینیم دماها در طول عملکرد پیستون چگونه توزیع می شود و نقاط طراحی قابل توجهی را که بر دمای آن تأثیر می گذارد، تعیین می کنیم، به عبارت دیگر، چگونگی خنک شدن را درک می کنیم. می دانیم که سیال عامل، یعنی گازهای موجود در محفظه احتراق، بیش از همه قسمت ها را گرم می کند. کاملاً واضح است که در پایان گرما به هوایی که ماشین را احاطه کرده است منتقل می شود - سردترین، اما تحت شرایط خاص ظرفیت گرمایی بی نهایت. با شستن محفظه موتور و رادیاتور، هوا باعث خنک شدن بلوک سیلندر، مایع خنک کننده و محفظه سر می شود. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که پلی را پیدا کنیم که از روی آن عبور کنیم پیستون گرمای خود را به ضد یخ و بلوک می دهد. چهار راه برای این کار وجود دارد. آنها در سهم خود کاملاً متفاوت هستند، اما ذکر هر یک از آنها ضروری است، زیرا بسته به طراحی موتور از اهمیت کمتر یا بیشتری برخوردار هستند.

راه اول

اینها حلقه های پیستون هستند، بیشترین جریان را فراهم می کند. از آنجایی که حلقه اول نزدیکتر به پایین قرار دارد، نقش اصلی را بازی می کند. این کوتاه ترین مسیر برای عبور مایع خنک کننده از دیواره سیلندر است. در همان زمان، رینگ ها بر روی دیواره های سیلندر و شیارهای پیستون فشرده می شوند. آنها بیش از نیمی از کل جریان گرما را تامین می کنند.

راه دوم

چندان واضح نیست، اما دست کم گرفتن آن دشوار است. مایع خنک کننده موتور دوم روغن است. با وجود گردش ضعیف و حجم نسبتا کم، مه روغنی به داغ ترین قسمت های موتور دسترسی دارد. بخش قابل توجهی از گرما را از داغ ترین نقاط می برد و به ماهیتابه روغن منتقل می کند. در این بخش از وب سایت ما می توانید مقاله ای در مورد آن بیابید. هنگام استفاده از نازل های روغن که جت را به سطح داخلی کف پیستون هدایت می کنند، سهم روغن در تبادل حرارت اغلب به 30 تا 40 درصد می رسد. البته اگر روغن را فراتر از عملکرد خنک کننده آن بارگذاری کنیم، نیاز به خنک شدن دارد. روغن بیش از حد گرم شده نه تنها خواص خود را از دست می دهد، بلکه می تواند منجر به خرابی یاتاقان شود. و هر چه دمای روغن بالاتر باشد، گرمای کمتری می تواند از خود عبور دهد.

راه سوم

از طریق باس های بزرگ به پین، سپس به میله اتصال، و تنها پس از آن به روغن. این روش چندان جالب نیست، زیرا در طول مسیر مقاومت های حرارتی قابل توجهی به شکل قطعات و شکاف های فولادی وجود دارد که دارای ضریب مقاومت پایین و طول قابل توجهی هستند.

راه چهارم

ربطی به خنک کننده یا روغن ندارد. بخشی از گرما توسط مخلوط هوا و سوخت تازه وارد سیلندر پس از ضربه ورودی گرفته می شود. مقدار حرارتی که این مخلوط می گیرد بستگی به درجه باز شدن دریچه گاز و حالت کار دارد. لازم به ذکر است که گرمای تولید شده در حین احتراق نیز متناسب با شارژ است. می توان گفت که این مسیر خنک کننده گذرا است، ماهیت پالسی دارد، کارایی بالایی دارد و متناسب با گرمایش بعدی است، زیرا گرما از همان سمتی که پیستون از آن گرم می شود گرفته می شود.

همچنین باید در مورد تکنیک استانداردی که هنگام راه اندازی موتورها استفاده می شود صحبت کنید نوع ورزشی. واقعیت این است که ظرفیت گرمایی یک مخلوط تا حد زیادی توسط ترکیب آن تعیین می شود. اغلب، برای عادی سازی عملکرد موتور، باید دمای داخلی را کمی کاهش دهید، 5 تا 10 درجه. این با کمی غنی سازی مخلوط حاصل می شود. علاوه بر این، این واقعیت به هیچ وجه بر روند احتراق تأثیر نمی گذارد و دما کاهش می یابد. آستانه انفجار به عقب حرکت می کند، اشتعال درخشش ناپدید می شود. که در در این موردبهتر است کمی ثروتمندتر از کمی فقیرتر باشیم. موتورهایی که با متانول کار می کنند، به دلیل گرمای تبدیل، تقاضای بسیار کمتری برای سیستم خنک کننده دارند که 3 برابر بیشتر از بنزین است.

به دلیل اهمیت بیشتر، باید به فرآیند انتقال حرارت از طریق رینگ های پیستون توجه زیادی کرد. کاملاً واضح است که اگر این مسیر به هر دلیلی مسدود شود، موتور دیگر در شرایط اجباری طولانی مدت مقاومت نخواهد کرد. دما بسیار زیاد می شود، پیستون شروع به ذوب شدن می کند و موتور فرو می ریزد. اکنون بیایید ویژگی ای مانند روند را به یاد بیاوریم که به نظر می رسد تأثیری در انتقال حرارت ندارد. اگر شخصی با خودروی دست دوم برخورد کرد، باید به وضوح بفهمد که چیست. این پارامتر بسیار مهمی است که هر مالک خودرویی که به وضعیت موتور خودروی خود اهمیت می‌دهد می‌خواهد درباره آن بداند. فشرده سازی به طور غیر مستقیم میزان سفتی گروه پیستون را نشان می دهد. این خیلی پارامتر مهم، اگر آن را از نظر انتقال حرارت در نظر بگیریم.

بیایید شرایطی را تصور کنیم که حلقه در تمام طول خود به دیواره سیلندر نمی‌چسبد. در این حالت، گازهای سوخته مانعی ایجاد می‌کنند که در انتقال حرارت از طریق رینگ به دیواره سیلندر، از پیستون شروع می‌شود، زمانی که به شکاف می‌شکنند. این کار معادل بستن بخشی از رادیاتور خودرو است تا فرصت خنک شدن با هوا را نداشته باشد.

اگر حلقه تماس نزدیک با شیار نداشته باشد، تصویری حتی بدتر را خواهیم دید. در مکان هایی که گازها این فرصت را دارند که از طریق شیار از کنار حلقه عبور کنند، بخش پیستون به سادگی از فرصت خنک شدن محروم می شود و در نوعی کیسه گرما قرار می گیرد. در نتیجه قسمتی از کمربند آتش نشانی که در مجاورت محل نشتی قرار دارد دچار بریدگی و فرسودگی می شویم. به همین دلیل است که توجه زیادی به سایش شیار و هندسه سیلندر حلقه می شود. و دلیل اصلیبه هیچ وجه کاهش انرژی وجود ندارد. از این گذشته ، مقدار کمی از گازهایی که وارد میل لنگ می شوند ، انرژی کافی برای تأثیرگذاری بر کاهش فشار در طول حرکت نیرو و بر این اساس ، از دست دادن گشتاور توسط موتور حمل نمی کند. به خصوص اگر در مورد یک موتور پرسرعت صحبت کنیم. چگالی کم از نظر از دست دادن قابلیت اطمینان و استحکام و اضافه بارهای حرارتی موضعی آسیب بسیار بیشتری به موتور وارد می کند. به همین دلیل است که پیستون های بازسازی شده با چسباندن یک بلوک یا جایگزینی رینگ هایی که قبلاً از کار افتاده اند، خیلی سریع خراب می شوند. به همین دلیل است که اولاً در موتورهای اسپرت سیلندر که تراکم کمتری دارد از بین می رود.

در اینجا، ظاهراً باید به موضوعی بپردازیم که لزوماً در ساخت پیستون های خاص برای تیونینگ یا برنامه های ورزشی مورد بحث قرار می گیرد. پیستون جدید دقیقا چند رینگ خواهد داشت؟ ضخامت این حلقه ها چقدر خواهد بود؟ از نظر مکانیکی بهتر است که حلقه ها کم باشد. هرچه باریکتر باشند، تلفات کمتری در گروه پیستونی خواهد داشت. اما با کاهش ضخامت و ارتفاع رینگ ها، شرایط خنک کاری پیستون بدتر شده و مقاومت حرارتی افزایش می یابد. بنابراین، هنگام انتخاب یک طرح، همیشه باید مصالحه کنید. سفتی قاب با سرعت موتور افزایش می یابد. در این بخش از وب سایت ما می توانید مقاله ای در مورد آن بیابید. فرآیندهای سریعتر نیاز به تراکم را کاهش می دهد. تلفات مکانیکی با سرعت افزایش می یابد و باید کاهش یابد، در غیر این صورت هر چیزی که قبلاً به نیروی مکانیکی تبدیل شده بود به راحتی به چرخ ها نمی رسد. در همین حال، مقدار گرمای تولید شده بیشتر می شود، بنابراین پل خنک کننده باید گسترش یابد. از اینجا می بینیم که حلقه ها باید هم باریک و هم پهن باشند. برای سرعت، شما به دو مورد از آنها نیاز دارید و برای خنک کردن کارآمد پیستون - سه مورد. طراح باید راه حل بهینه را برای این مشکل بیابد. نتایج عملکرد آن با تعادل موتور نشان داده خواهد شد.

امروزه مهندسانی که در بزرگی کار می کنند مراکز علمیو شرکت های تولیدی دارای حجم عظیمی از مواد تجربی هستند که بر اساس آن روش های محاسباتی را ایجاد می کنند که امکان پیش بینی زمینه ویژگی ها و دمای یک محصول خاص را با بسیار زیاد می کند. دقت عالی. این برای تعداد بسیار کمی از شرکت های تیونینگ در دسترس است. این مقاله به طور خاص به مقادیر خاصی اشاره نمی کند که برخی از خوانندگان را وادار به انتخاب ماشین حساب کند. انجام کار مشابه محاسبات حرارتیروی انگشتان اصلاً یک فعالیت امیدوارکننده و کاملاً بی فایده برای کسی نیست. این مقاله آن سمت از فرآیندهایی را که در موتور اتفاق می‌افتد، نشان می‌دهد که به ندرت مورد توجه قرار می‌گیرد، اما همیشه به طور ضمنی مطرح می‌شود. من فقط می خواستم ضرورت و اهمیت تأثیر گرما بر راندمان کلی موتور را آشکار کنم. در مورد قسمت مکانیکی این موضوع، دفعه بعد به تفصیل در مورد آن صحبت خواهیم کرد.