Поршень — это 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 движущийся компонент, заключенный в цилиндр и герметизированный поршневыми кольцами.
В двигателе его целью является передача силы 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 плоской форме). двигатель). внутри цилиндра и заставляя коленчатый вал вращаться.
В насосе функция обратная, и сила 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.
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 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, где 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.
Поршень, как движущаяся часть камеры сгорания, имеет задачу преобразовывать эту высвобождаемую энергию в механическую работу. Базовая конструкция поршня представляет собой полый цилиндр, закрытый с одной стороны, с поршневой головкой сегментов с кольцевым поясом, втулкой штифта и юбкой.
Основные части поршня и их функции:
Поршневые кольца поддерживают сжатие газа между поршнем и стенкой цилиндра. Поршневые кольца герметизируют цилиндр, поэтому продукты сгорания, образующиеся в момент воспламенения, не просачиваются в отверстие между поршнем и цилиндром.
В типичном автомобильном двигателе обычно используются 3 типа поршневых колец:
БОЛЬШЕ: Что такое поршневое кольцо?
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:
Поршневой палец также известен как поршневой палец или поршневой палец, который используется для соединения поршня с шатуном и обеспечивает подшипник, на котором шатун может вращаться при движении поршня.
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, является сложной задачей. 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 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 сделан поршневой палец, и способ его изготовления являются одними из самых сложных из всех механических компонентов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.
Это приводит к следующим типам контактов.
Он также известен как поршневая головка или купол, головка поршня является его вершиной. Это та часть, которая вступает в контакт с дымовыми газами. Это нагревает его до чрезвычайно высоких температур. Для предотвращения плавления детали головки поршня изготавливаются 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.
Шатун, также называемый шатуном, представляет собой часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Вместе с кривошипом шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.
БОЛЬШЕ: Что такое соединительный стержень?
Подшипники представляют собой детали поршня, расположенные в точках, где происходит осевое вращение. 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.
Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы:с плоской вершиной, куполом и тарелкой.
Как бы просто это ни звучало, поршень с плоской вершиной имеет плоскую вершину. Поршни с плоским верхом имеют наименьшую площадь поверхности; это позволяет им создавать наибольшую силу. Этот тип поршня идеален для создания эффективного сгорания.
Поршни с плоским верхом обеспечивают наиболее равномерное распределение пламени. Трудность, связанная с этим, заключается в том, что это может создать слишком большую компрессию для меньших камер сгорания.
Тарельчатые поршни представляют наименьшие проблемы для инженеров. Это больше из-за того, где они используются, чем из-за какого-либо свойства, которым они сами владеют.
Они имеют форму тарелки со слегка загнутыми внешними краями. Как правило, тарельчатые поршни используются в приложениях с наддувом, которые не требуют распределительного вала с большим подъемом или высокой степени сжатия.
В отличие от тарельчатых поршней, они пузырятся посередине, как крыша стадиона. Это делается для увеличения площади поверхности, доступной на верхней части поршня. Большая площадь поверхности означает меньшее сжатие.
Хотя большее сжатие означает, что генерируется большее усилие, существует верхний предел того, с чем может справиться каждая камера сгорания. Снижение 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 сопоставив ее части друг с другом.
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 у вас все получится.
Ниже приведены типы поршней:
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. Этому способствует более длинный поршень.
Магистральные поршни были распространенной конструкцией поршней с первых дней существования поршневых двигателей внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя в высокоскоростных двигателях теперь используются более легкие проскальзывающие поршни.
Характерной 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 «хоботный поршень» происходит от «хоботного двигателя», ранней конструкции морского парового двигателя.
Чтобы сделать их более компактными, они избегали обычного поршневого штока парового двигателя с отдельной крейцкопфом и вместо этого были 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, установленный в центре поршня.
Для больших тихоходных дизельных двигателей может потребоваться дополнительная поддержка боковых сил, действующих на поршень. В этих двигателях обычно используются поршни с крейцкопфом.
Главный поршень имеет большой поршневой шток, идущий 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 является чисто механической направляющей. Он проходит внутри небольшого цилиндра в качестве направляющей ствола, а также несет на себе поршневой палец.
Смазка крейцкопфа имеет преимущества перед тронковым поршнем, так как его смазочное масло не подвержено теплу сгорания:масло не загрязняется частицами дымовой сажи, не разрушается от тепла, более жидкое, менее вязкое масло может быть использовано.
Трение поршня и крейцкопфа может быть вдвое меньше, чем у тронкового поршня. Из-за дополнительного веса эти поршни не используются для высокооборотных двигателей.
Проскальзывающий поршень — это поршень для бензинового двигателя, максимально уменьшенный в размерах и весе.
В крайнем случае они сводятся к днищу поршня, опоре для поршневых колец и оставшейся части юбки поршня ровно столько, чтобы оставалось две площадки, чтобы поршень не раскачивался в отверстии.
Стороны юбки поршня вокруг поршневого пальца сужаются от стенки цилиндра.
Цель в основном состоит в том, чтобы уменьшить возвратно-поступательную массу, что упрощает балансировку двигателя и, следовательно, 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.
Вторичным преимуществом может быть некоторое снижение трения о стенки цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается вдвое. Однако большая часть трения возникает из-за поршневых колец, которые являются частями, которые на самом деле плотно прилегают к отверстию и опорным поверхностям поршневого пальца, и, таким образом, преимущество снижается.
Дефлекторные поршни используются в двухтактных двигателях с компрессией картера, где поток газа внутри цилиндра должен быть тщательно направлен, чтобы обеспечить эффективную продувку.
При поперечной продувке переходное (впускное в цилиндр) и выпускное отверстия находятся на прямо противоположных сторонах стенки цилиндра.
Чтобы поступающая смесь не проходила прямо из одного отверстия в другое, 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 ожидалось. Вместо этого большинство двигателей сегодня используют портирование Schnoodle. Это размещает пару портов передачи по бокам цилиндра и способствует вращению потока газа вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.
В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня обычно намного выше, чем у двигателя легкового автомобиля, а вес намного меньше, что позволяет достигать высоких оборотов двигателя, необходимых в гонках.
Наиболее важные задачи, которые должны выполнять поршни:
По мере увеличения удельной мощности двигателя одновременно увеличиваются и требования к поршню.
Основное применение поршней:
Основные преимущества поршней:
Основные недостатки поршней:
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.
Основные части поршня:
<ол тип="1">Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы:с плоской вершиной, куполом и тарелкой.
<ол тип="1">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 крепится через поршневой/поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединяется с коленчатым валом.
В четырехтактных (бензиновых и дизельных) автомобильных двигателях процесс впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходит над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоском двигателе). ) внутри цилиндра, что приводит к вращению коленчатого вала.
Поршень представляет собой подвижный диск, заключенный в цилиндр, герметизированный поршневыми кольцами. Диск движется внутри цилиндра, когда жидкость или газ внутри цилиндра расширяются и сжимаются. Поршень способствует преобразованию тепловой энергии в механическую работу и наоборот.
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 (картерные газы) могут попасть в картер во время кинематической последовательности движения.
Поршень прикреплен через поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом, и вместе они превращают движение вверх и вниз (возвратно-поступательное) в круговое и круговое (вращательное) движение для привода колес. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая выхлопные газы.
Существует три типа поршней, каждый из которых назван в честь своей формы:с плоской вершиной, куполом и тарелкой.
Основные элементы 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.
Поршень является неотъемлемой частью двигателя внутреннего сгорания, который играет ключевую роль в преобразовании топлива, которое вы используете для заправки автомобиля, в энергию, необходимую для движения автомобиля вперед. Это движущийся компонент, который используется для передачи силы от газа, расширяющегося в цилиндрах, на коленчатый вал для вращения колес.
Функции поршня следующие:
Трещины в верхней части поршня (корона) в бензиновых двигателях обычно являются результатом чрезмерного давления сгорания, вызванного чрезмерной компрессией или слишком опережающим опережением зажигания. Постоянные резкие перепады температуры сгорания в конечном итоге приводят к термическим трещинам днища поршня.
Поршни являются одной из наиболее важных частей двигателя, поскольку они представляют собой механизмы, содержащие энергию двигателя. Поршни расположены в блоке цилиндров. Количество цилиндров в двигателе может быть разным. Внутри цилиндра через впускной клапан впрыскивается смесь топлива и воздуха.
Поршни изготавливаются либо из низкоуглеродистой стали, либо из алюминиевых сплавов. Поршень подвергается сильному нагреву, инерции, вибрации и трению. Углеродистые стали сводят к минимуму эффекты дифференциального теплового расширения между поршнем и стенками цилиндра.
Типичные цифры находятся между 500 об/мин и 7000 об/мин. Поскольку каждый цилиндр должен подняться и опуститься один раз за один оборот, они, очевидно, будут двигаться быстрее, чем дальше вы нажимаете педаль акселератора.
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.
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.
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.
Что такое гильза цилиндра? - Функция и типы
Что такое Sprocket? – Определение, типы и терминология
Что такое четырехтактный двигатель? Запчасти и работа
Что такое двухтактный двигатель? Типы и работа
Что такое тормоз? Типы, детали и применение