поршень двигуна
До атегорія:
Пристрій і робота двигуна
поршень двигуна
Поршень являє собою металевий стакан, встановлений в циліндрі з деяким зазором. При робочому ході поршень днищем сприймає тиск газів, а при інших ходах здійснює допоміжні такти. Верхня посилена частина поршня, що сприймає тиск газів, називається головкою, а нижня напрямна частина - спідницею. Припливи в стінках спідниці, службовці для установки поршневого пальця, називаються бобишками.
Зрештою, висота поршня визначається міцністю матеріалу. «Через більш низької міцності алюмінію висота стиснення алюмінієвого поршня сама по собі буде вище, ніж у сталевого поршня», - пояснює Мале. І оскільки кільцеві зазори також менше для сталевих поршнів, отже, можуть бути реалізовані нижні поршні, які дозволяють зменшити загальну висоту двигуна. В цілому двигун дозволяє економити двозначний кілограм, - пояснює постачальник. Через зменшується висоти стиснення поршня і більш короткого поршневого штифта може бути рівним стале, а при сприятливих умовах навіть більш легкі поршневі збірки є сталь.
Поршні карбюраторних двигунів виготовляють з алюмінієвих сплавів. Алюмінієві поршні володіють малою вагою, внаслідок чого зменшуються сили інерції, а отже, і навантаження на деталі двигуна при його роботі. Крім того, алюмінієві поршні, так само як і алюмінієві головки, мають кращу теплопровідність, тому вони менше нагріваються при роботі і сприяють зниженню температури робочої суміші.
Крім того, компанія змогла довести, що сталеві поршні мають потенціал економії палива на три-п'ять відсотків у порівнянні з алюмінієвими поршнями. Читачі, у яких є проблеми з їх автомобілем, можуть звернутися до коробки горя. Масляний скребок відсмоктує необхідне масло для змащення поршня і стінки циліндра і проходить через отвори в поршні всередині масляного піддону. Якщо цього не станеться повністю, масло залишиться в камері згоряння. Результатом є так зване коксування, тому відкладення, що виникають при випаровуванні масла в камері згоряння.
В результаті цього можна підвищити ступінь стиснення двигуна, не побоюючись, що виникне детонационное згоряння палива.
З метою підвищення зносостійкості поршнів для їх виготовлення в останні роки стали застосовувати висококремністие алюмінієві сплави з великим вмістом кремнію (до 20-25%). Поршні з алюмінієвих сплавів виготовляють литтям в металеві форми. Для зняття внутрішніх напружень в матеріалі литі заготовки поршнів піддають тривалому відпалу, а потім піддають механічній обробці.
Вони осідають на голівці поршня і в отворах кільця і \u200b\u200bзабезпечують все більш швидке видалення. Не можна було б розкривати «такі деталі із зони обслуговування». Роланд Контні: Це ляпас для всіх порушених тут людей - вони знижені на посаді для клієнтів другого класу.
До них відносяться великі нові та вживані автомобілі, тести майстерень і шин, виявлення помилок і недоліків і, звичайно, захоплення водінням. Його не завжди потрібно відточувати відразу або купувати запасні частини. Все працює тільки з чавунними циліндрами, але не з алюмінієвими циліндрами! Проблема: водіння створює тепло в двигуні, в результаті чого циліндр і поршень розширюються термічно. Матеріали сірого чавуну і алюмінію мають різний коефіцієнт теплового розширення. Коли двигун стає занадто гарячим, поршень розширюється більше, ніж циліндр, і починає протирати стінку циліндра або застряє в циліндрі протягом короткого часу.
У карбюраторних двигунах головка поршня має плоске днище і товсті стінки з внутрішніми ребрами, що підвищують її міцність і забезпечують хороше відведення тепла. У голівці на бічній зовнішній поверхні є канавки для установки поршневих кілець. У верхній частині головки поршня у двигунів деяких типів (ГАЗ) роблять глибоку вузьку канавку, що зменшує передачу тепла від днища до верхнього компресійного кільця, що працює в особливо несприятливих умовах, щоб усунути небезпеку його пригорання. У деяких двигунах (ЗІЛ) в головку при заливці поршня закладається чавунна кільцева вставка, в якій проточується канавка для верхнього компресійного кільця. Такий захід підвищує довговічність поршня.
Зрозуміло, причина накопичення тепла повинна бути усунена, інакше ви нічого не виграли, і двигун рано чи пізно безумовно закріпиться знову. Зазвичай є альтернативи або отримати новий циліндр і поршень, або циліндр зациклився до надлишку і отримати відповідний поршень більшого розміру.
Поршень: в місцях, де поршень натирав на циліндр з гострим файлом, згладити сліди. Якщо ви хочете, ви можете відполірувати його після тонкої наждачного паперу. Але важливо спочатку працювати з файлом, тому що алюміній з поршня м'якший, ніж сірі чавунні осколки, які застрягли в циліндрі в поршні, і тільки з наждачним папером ви не можете вибратися. Тихенько видаліть кілька десятків матеріалу в точках, так як поршень, очевидно, має найменший зазор для циліндра в цих точках і в іншому випадку має тенденцію зам'яти там знову і знову.
Для поліпшення підробітки поршнів в циліндрах і для зменшення зносу на спідницю 2 поршня наносять спеціальні покриття. Зазвичай, що труться спідниці лудять - покривають дуже тонким шаром олова (товщиною 0,004-0,006 мм). У середній частині спідниці роблять припливи-бобишки 3 з отворами для установки поршневого пальця.
Для того щоб при нагріванні поршень міг розширюватися без заїдання в циліндрі, поршень встановлюють з зазором між стінкою циліндра і спідницею. Алюміній розширюється при нагріванні значно більше, ніж чавун. Щоб в холодному двигуні зазор між поршнем і циліндром ні надмірно великим, що може викликати стуки поршня і витік газів з циліндра, в алюмінієвих порушених застосовують пружні розрізні спідниці. При бічному розрізі по всій довжині спідниця кілька пружинить, і поршень вставляється в циліндр холодного двигуна щільно, з малим зазором. При нагріванні поршня розріз дає можливість спідниці розширитися без заїдання поршня в циліндрі. Застосовують також поршні з частковим, непрямим розрізом Т- або П-подібної форми, що підвищує жорсткість спідниці.
Якщо поршневі кільця не зламані, ви можете продовжувати використовувати тишу, це не обов'язково нова чистка. Циліндр: Підіть в аптеку і отримаєте каустичну соду. Одяг тощо, яка стикається з лугом, знебарвлена! Використовуйте кисть, щоб нанести розчин на мітки фіксатора в циліндрі. Сода розчиняє алюмінієві оскільки в стінці циліндра, але не атакує сірий чавун. Луг піниться трохи білим, коли він розкладає алюміній. Потім ретельно промийте циліндр і змастіть його, так як він починає іржавіти відразу.
Переінсталюйте все, і у вас є надзвичайно міцний циліндр, немає ретракції в якості нових деталей і багато вугілля. Є навіть люди, які навмисно дозволяють своїм новим циліндрах нагріватися до самого затиску, а потім видаляють поршень і працюють так, як описано вище. Це дуже скорочує час злому, і у вас є дуже міцний двигун.
Для зменшення бічного зазору перетин спідниці роблять не круглої форми, а овальної. Величина овальності (різниця осей овалу) спідниці дорівнює приблизно 0,15-0,29 мм. Поршень встановлюють в циліндрі холодного двигуна з мінімальним зазором по великій осі овалу спідниці, що розташовується в площині гойдання шатуна, де діють бічні сили, що притискають поршень до стінок циліндра. При нагріванні поршня спідниця може розширюватися в напрямку малої осі овалу, де між спідницею і циліндром є великий зазор. Поршні по довжині виготовляють ступінчастими або конусними, так як зазор вгорі між стінкою циліндра і головкою поршня повинен бути більше, ніж внизу, внаслідок більшого нагрівання головки. Величина зазору між спідницею поршня і циліндром для двигунів різних марок коливається в межах 0,012-0,08 мм.
Еволюція поршневого матеріалу
Всі сучасні поршні двигуна виконані з алюмінієвого сплаву. Сплав поводиться трохи інакше в умовах використання відповідно до того, як виготовляється поршень, тому важливо розуміти виробничий процес. В оригінальних двигунах внутрішнього згоряння сталь використовувалася для виготовлення поршнів. Алюмінієвий сплав був прийнятий дуже скоро. Перші алюмінієві поршні зазнавали значного розширення і скорочення при нагріванні, і конструкція була розроблена таким чином, що сталеві кільця були сформовані в стінах, щоб зменшити проблему.
Мал. 1. Конструкція поршня
Щоб при нагріванні поршні менше розширювалися, а також для підвищення їх міцності, в поршні двигунів деяких марок при литві закладають пластинки зі спеціальної малорасшіряющейся стали. Для зменшення ваги у деяких поршнів вирізують неробочу частину спідниці. Ці вирізи служать також для проходу противаг при обертанні колінчастого вала у короткоходних двигунів.
Більшість сучасних поршнів виготовлені з приблизно 25% силікону. Перший алюмінієвий і силіконовий сплав був відомий своєю крихкістю; випадкове падіння одного з висоти лавки зазвичай призводило до тріщини, яка була в кращому випадку дорогої і в гіршому випадку неможлива для ремонту. Додавання нікелю в сплав зменшувало крихкість, але збільшувало відношення маси до маси.
Поршні мають дев'ять частин і секцій. Верхня частина поршня правильно називається короною; нижче це канавки сегментів, у яких можна побачити поршневі кільця. Підняті області між канавками кілець називаються землями. Поршневий штифт проходить через цей отвір і проходить через шатун. Навколо поршневого пальця розташовані штирові виступи, які підтримують їх кінці. Нижня частина поршня називається спідницею.
Для забезпечення кращого врівноваження двигуна поршні до кожного двигуну підбирають рівного ваги. З цією метою на днище поршня, крім вказівки групи за розміром, вибивають відповідну мітку ваговій групи. Різниця у вазі поршнів, що підбираються для одного двигуна, не повинна перевищувати 6-8 м
При складанні поршні зазвичай встановлюють розрізом на ліву сторону двигуна, так як під час роботи до цієї стороні поршень притискається з меншою силою. Для зручності складання на днище поршня в цьому випадку роблять спеціальну позначку, яка повинна бути звернена до передньої частини двигуна.
Розплавлений поршень відливають з розплавленого алюмінієвого сплаву, який виштовхують під вакуумом в сталевих формах; Для завершення одержуваного поршня необхідна мінімальна обробка. Процес називається «гравітаційна форма». Форма і товщина стіни повністю контролюються, але процес доріг.
Кований поршень спочатку виготовляють шляхом установки злитка з алюмінієвого сплаву, нагрітого в жіночій прес-формі; після цього поршень вставляється в форму для штампування металу в затвор поршня. Ливарний завод був оригінальним методом виготовлення поршнів; Кузня з'явилася пізніше в якості альтернативи. Процес кування стискає молекули сплаву в короні, роблячи метал більш щільним і, отже, більш здатним витримувати екстремальні температурні умови. Це важлива перевага, тому що корона піддається впливу більшої кількості тепла, ніж будь-яка інша частина двигуна, за винятком свічки запалювання.
Мал. 2. Типи поршнів
У дизелях застосовують поршні зі спеціального чавуну (двотактні дизелі ЯАЗ) або з висококремниста алюмінієвого сплаву (чотиритактні дизелі ЯМЗ) з нерозрізний спідницею, що має велику жорсткість. Так як в дизелях бічна сила, що притискає поршень до стінки циліндра, досягає значної величини, то для отримання нормального питомої тиску між циліндром і поршнем спідницю роблять більшої довжини, Днище поршня, що сприймає значний тиск газів, роблять більш міцним з посиленням його внутрішньої сторони великою кількістю ребер. Для забезпечення гарного сумішоутворення при безпосередньому уприскуванні палива в днище поршня розташовується камера згоряння спеціальної форми.
Литі поршні виконані в хитромудрих формах, які визначають їх форми всередині і зовні, що дозволяє забезпечити рівномірне і постійну товщину стінки, яка стримує масу поршня до мінімуму. Процес установки штампів є дорогим, тому ливарні поршні зазвичай виготовляються тільки для декількох застосувань і відповідають вимогам масового виробництва. Ковані поршні мають відносно грубу внутрішню форму після герметизації, яка визначається тільки бараном, який забивався в злиток, а потім забирався.
Індикатор проблем двигуна
Зазвичай це означає, що потрібен великий поворот і ручна обробка. За допомогою цього методу досягаються найсуворіші допуски. Надмірне споживання моторного масла: причини і рішення.
Переваги і утиліти сталевих кілець
У минулому сплави сірої плавки або каландрує виливки використовувалися в основному в якості матеріалу для виготовлення поршневих кілець, бензинових і дизельних двигунів. В наші дні розробники двигунів використовують все більше і більше стали.До атегорія: - Пристрій і робота двигуна
Поршні двигунів внутрішнього згоряння, особливо швидкохідних, працюють у важких умовах з точки зору механічної і теплової навантаження. Гарячі гази прискорюють процес корозії днища поршня, температура якого сягає в окремих місцях 400 ... 500 ° С. Стінки поршня труться об поверхню циліндра при значних тисках від бічних сил шатуна і лінійних швидкостях руху. Бобишки поршня відчувають знакозмінні навантаження.
Витрата масла і газовий шар
Відмінний досвід, отриманий там, і технічні досягнення, отримані при роботі з цим матеріалом, в значній мірі призвели до того, що сьогодні сталевий матеріал застосовується у всіх областях технології двигуна. Менший поперечний профіль сталевих кілець покращує здатність кільця заповнювати циліндр. Таким чином, кільце пристосовується до деформацій на поверхні циліндра і, таким чином, гарантує ефективне ущільнення стиснення.
Сучасні двигуни пред'являють дуже високі вимоги до кілець поршня. Теплові і механічні вимоги постійно зростають. На додаток до нормативних обмежень на викиди газів додаються вимоги до високої точності компонентів двигуна. Всі ці фактори матеріалізуються в необхідності матеріалу, який набагато сильніше і складніше, ніж він використовувався досі. Необхідні властивості - краще ущільнення стиснення, кращий опір руйнуванню і знос під навантаженням. Сталь приносить ці властивості з собою.
Виходячи з цього, до матеріалу поршнів пред'являються такі вимоги:
1) хороша теплопровідність;
2) висока механічна міцність;
3) достатня жаропрочность;
4) щільність матеріалу
5) гарне опір зносу і корозії;
6) невисокий коефіцієнт тертя;
7) коефіцієнт лінійного розширення поршня повинен бути близький до коефіцієнта лінійного розширення матеріалу циліндра.
Сталеві кільця проти литих кілець
Різні типи стали встановлюються відповідно до їх призначення, адаптуючись відповідно до вимог двигуна. Під час налаштування двигунів додатки після першого устаткування можливі без будь-яких проблем. У сучасних двигунах менша осьова товщина в сталевих кільцях дозволяє їм розташовуватися набагато ближче до голівки поршня і, таким чином, зменшувати викид залишкових газів.
Використання стали в конструкції поршневих кілець дозволяє зменшити осьову товщину, а також радіальну товщину кілець. Отримане кільце значно легше і має можливість домогтися кращого ущільнення поршнів поршня, в той час як натяг цих кілець пропорційно помітно вище в порівнянні з литими кільцями, що дозволяє досягти кращого найкраща адаптація до найменших деформацій гільзи циліндра. З усього цього також призводить до скорочення або обмеження споживання масла.
У двигунах мало- і середньооборотних основним матеріалом служить чавун марок СЧ24 і СЧ28 легований хромом і іншими присадками. Іноді використовують високоміцний чавун. Для відокремлених головок поршнів великих розмірів застосовують матеріали, що не володіють антифрикційними властивостями, але більш жароміцні: поковки і відливки з легованих сталей 20ХМ, ЗОМ і інших, високоміцного чавуну ВЧ50.
Зниження викидів відпрацьованих газів
При побудові поршнів для нових двигунів твердість сталі дозволяє фіксувати першу канавку набагато ближче до голівки циліндра і, таким чином, зменшувати значення викидів газів. Ця конструкція зменшує обсяг в зоні пожежі поршня. Наслідками є менша кількість часток без згоряння і палива, відповідно до дизельних і бензинових двигунах.
Опір тязі: сила натягу
Тільки сталеві компресійні кільця можуть гарантувати міцність на розтягнення, твердість і обмеження втоми матеріалу, які абсолютно необхідні в сучасних двигунах. У порівнянні з пластинчастим і вузловим ливарним матеріалом немає небезпеки руйнування кілець в стали. Через більшої твердості стали перевага перед ливарним матеріалом щодо зносу бічних поверхонь кілець і пазів поршня. Це стосується дизельних двигунів, а також бензинових двигунів. Це підтверджує багаторічний перевірений досвід.
Поршні для легких багатооборотних двигунів, а в деяких випадках і для більших двигунів виготовляють з алюмінієвих сплавів. пріоритетами яких є мала щільність сплавів і висока теплопровідність. Недоліком алюмінієвих сплавів, не рахуючи меншою опірності зносу, слід вважати високий коефіцієнт лінійного розширення, що вимагає великих зазорів між циліндром і поршнем в холодному стані.
У швидкохідних двигунах литі сплави витісняються кованими, що володіють більш високою міцністю: АК4, АК4-1, а також АК2 з межею міцності s в\u003d 400 ... 450 МПа.
Як заготовок для поршнів застосовують виливки і штампування.
У серійному виробництві чавунних і алюмінієвих поршнів широко застосовується лиття в металеві форми (в кокіль).
Поршні зі сплавів АК2 і АК4 виготовляються штампуванням. При штампуванні безпосередньо із злитка часто з'являються тріщини і погіршується структура; тому поршні штампують з катаних або пресованих заготовок.
На обсяг і складність технологічного процесу виготовлення деталі великий вплив мають вимоги до механічної обробки. Для більшості відповідальних деталей ці вимоги, як правило, наводяться в державних або галузевих стандартах.
Вимоги до механічної обробки заготовок поршнів наступні:
1) вісь отвору під поршневий палець повинна бути перпендикулярна до твірної поршня (щоб уникнути перекосів поршня в циліндрі). Допуск перпендикулярності 0,1 ... 0,15 мм на 1 м довжини контрольного валика;
2) вісь отвору під палець має лежати і татом площині з віссю поршня. Допуск перетину осей 0.2 ... 0,3 мм для чавунних поршнів і 0,1 ... 0,2 мм для алюмінієвих;
3) бічні площини канавок для кілець повинні бути перпендикулярні до котра утворює поршня. Допуск перпендикулярності 0,02 ... 0,03 мм;
4) контур днища поршня повинен бути витриманий з точністю 0,2 ... 0,5 мм.
5) повинна бути забезпечена герметичність порожнини охолодження;
6) обробка за розмірами (рис. 1) ведеться з точністю, що вказана в табл. 1;
7) відхилення маси поршня від зазначеної в кресленні не повинно перевищувати 0,8 ... 1,2% для алюмінієвих і 1 ... 2% для чавунних поршнів;
8) шорсткість оброблених поверхонь зазвичай аналогічна наведеної на рис. 1.
Як приклад розглянемо типовий технологічний процес обробки чавунного поршня для середньооборотних двигуна в умовах серійного виробництва. Такий вибір поршня і типу виробництва обумовлений тим, що в дизелебудуванні дрібносерійне виробництво є найбільш поширеним, а при обробці поршня такого розміру і матеріалу застосовуються найбільш характерні способи та прийоми. При цьому необхідно врахувати наступне:
1) основними робочою поверхнею поршнів є поверхні тіл обертання; їх обробка проводиться, головним чином, на токарних і розточувальних верстатах;
2) поршні є тонкостінними деталями і тому легко деформуються, що ускладнює забезпечення високої точності обробки. Для її підвищення користуються допоміжними, точно обробленими базується поверхнями, установка на які дозволяє затискати поршень без значних деформацій. Найчастіше за такі бази приймають точно оброблений поясок спідниці поршня і її торець.
Мал. 1. Поршні:
а) чавунний литий; б) алюмінієвий штампований
Таблиця 1
Точність обробки поршня