Конструкция поршня: Поршень двигателя – конструкция, условия работы, нагрузки

Содержание

Устройство поршня

Что такое поршень двигателя автомобиля

Расскажем про автомобильные поршни двигателя внутреннего сгорания — что это такое и основное назначение. Как работают и какие требования к ним.

Что это такое

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра двигателя авто. Нужен для изменения давления газа в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. Т.е. он передаёт на шатун усилие, возникающее от давления газов и обеспечивает протекание всех тактов рабочего цикла. Он имеет вид перевёрнутого стакана и состоит из днища, головки, направляющей части (юбки).

В бензиновых моторах применяются поршни с плоским днищем из-за простоты изготовления и меньшего нагрева при работе. Хотя на современных авто делают специальные выемки под клапаны. Чтобы при обрыве ремня ГРМ поршни и клапана не встретились и не повлекли серьёзный ремонт.

Днище поршня дизеля делают с выемкой, которая зависит от степени смесеобразования и расположения клапанов, форсунок. При такой форме днища лучше перемешивается воздух с поступающим в цилиндр топливом.

Поршень подвержен действию высоких температур и давлений. Он движется с высокой скоростью внутри цилиндра. Изначально для автомобильных двигателей их отливали из чугуна. С развитием технологий стали использовать алюминий, т.к. давал преимущества: рост оборотов и мощности, меньшие нагрузки на детали, лучшую теплоотдачу.

Мощность современных моторов выросла. Температура и давление в цилиндрах двигателей (особенно дизельных) стали такими, что алюминий подошёл к пределу прочности. Поэтому современные 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.

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. Тогда облегчим мотор.

Требования к поршню мотора

Поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Он должен быть устойчивым к высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра.
Отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и износ.
Испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, должен выдерживать механическое воздействие.
Совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.

Как работает

Топливо, сгорая в надпоршневом пространстве, выделяет огромное количество тепла в каждом цикле работы двигателя. Температура сгоревших газов достигает 2000 градусов. Только часть энергии они передадут движущимся деталям мотора, все остальное в виде тепла нагреет двигатель.

То, что останется, вместе с отработанными газами улетит в трубу. Следовательно, если не будем охлаждать поршень, он через некоторое время расплавится. Это важный момент для понимания условий работы поршневой группы.

Повторим известный факт — тепловой поток направлен от более нагретых тел к менее нагретым.

Наиболее нагретым является рабочее тело, или, другими словами, газы в камере сгорания. Тепло будет передано окружающему воздуху – самому холодному. Воздух, омывая радиатор и корпус двигателя, остудит охлаждающую жидкость, блок цилиндров и корпус головки. Остается найти мостик, по которому поршень отдает свое тепло в блок и антифриз. Есть четыре пути.

Первый путь, обеспечивающий наибольший поток, – поршневые кольца. Причем первое кольцо играет главную роль, как расположенное ближе к днищу. Это наиболее короткий путь к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Кольца одновременно прижаты к поршневым канавкам и стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока.

Вторая охлаждающая жидкость в двигателе – масло. Имея доступ к наиболее нагретым местам мотора, масляный туман уносит и отдает в поддон картера значительную часть тепла от самых горячих точек. В случае применения масляных форсунок, направляющих струю на внутреннюю поверхность днища поршня, доля масла в теплообмене может достигать 30 – 40%.

Но нагружая масло функцией теплоносителя, должны позаботиться, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свойства. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла способно перенести.

Третий путь. Часть тепла отбирает на нагрев свежая топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр. Количество свежей смеси и количество тепла, которое отберет, зависит от режима работы и степени открытия дросселя. Но тепло, полученное при сгорании, также пропорционально заряду. Этот путь охлаждения носит импульсный характер. Отличается скоротечностью и высокоэффективен, т.к. тепло отбирается с той стороны, с которой поршень нагревается.

Следует уделить внимание передаче тепла через поршневые кольца. Если этот путь перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится.

Вспомним про компрессию. Представим, что кольцо не прилегает по всей длине к стенке цилиндра. Тогда сгоревшие газы, прорываясь в щель, создадут барьер, препятствующий передаче тепла от поршня через кольцо в стенку цилиндра. Это, как если бы закрыли часть радиатора и лишили его возможности охлаждаться воздухом.

Более страшна картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается возможности охлаждаться. Как результат – прогар и выкрашивание части, прилегающей к месту утечки.

Сколько колец нужно для поршня

С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. При уменьшении их количества и высоты ухудшаются условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс.

конструкция, отличия и применяемость на двигатели Ваз.. Статьи компании «АвтоКлюч-63»

Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.

Общая конструкция поршневой группы сложилась еще в период появления первых двигателей внутреннего сгорания. С тех пор ни один из элементов поршневой группы не утратил своего функционального назначения.

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуются.

Требования, которым должна соответствовать эта деталь:

температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С
после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер.

При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя;

зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение:

1) Днище поршня – поверхность, обращенная к камере сгорания. Днище, своим профилем, определяет нижнюю поверхность камеры сгорания.

Форма днища зависит от формы камеры сгорания, расположения клапанов, от особенности подачи топливо-воздушной смеси в камеру сгорания и объема самой камеры.

Днища разных моделей применяемых на двигателях ВАЗ приведены на рисунке:

Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».

На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10». Поршень 2108 имеет диаметр 76 мм , модели 21083 и 2110 — 82 мм.

Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

2) Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

3) «Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.

4) Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.

В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня. Уплотняющий участок выполняет еще одну очень важную функцию — через установленные поршневые кольца, осуществляется отвод значительной части тепла от поршня к цилиндру.

Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведет к его прогоранию.

По расчетам, через компрессионные кольца, передается до 60-70% выделенного тепла. Однако это требует плотного прилегания поршневых колец к цилиндру и к поверхностям канавок.

Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-,0050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.

5) Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.

6) «Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.

Юбка обеспечивает соосность положения детали к оси цилиндра блока. Кроме того, боковая поверхность юбки участвует в передаче к цилиндру возникающих поперечных усилий.

На поверхность юбки (или на все изделие) могут наноситься защитные покрытия улучающие прирабатываемость и снижающих трение.

Покрытие слоем олова позволяет сгладить неточности профиля и предотвратить наволакивание алюминия на поверхности цилиндра. Могут применяться покрытия созданные на основе графита и дисульфида молибдена.

Другой способ, снижающий потери на трение – нанесение на юбке канавок специального профиля. Глубина канавок составляет 0,01-0,015 мм. При движении, канавки не только удерживают масло, но и создают гидродинамическую силу, которая препятствует контакту со стенками цилиндра.

Одним из факторов определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.

Для этого требуется обеспечение определенной толщины масляного слоя в зазоре между поршнем и стенками цилиндра. Причем маленький зазор повлечет за собой увеличение сил трения и как следствие повышение нагрева деталей и их ускоренный износ а возможно и заклинивание.

Слишком большой зазор, увеличит шумность двигателя, приведет к росту динамических нагрузок на сопрягаемые детали и будет способствовать их ускоренному износу. Поэтому величина зазора подбирается в соответствии с рекомендациями для конкретного типа двигателя.

В истории применения конструкций поршней для двигателей ВАЗ, просматриваются этапы влияния нескольких европейских конструкторских школ.

На первых моделях двигателей ВАЗ применяется «итальянская» конструкция. Поршни отличаются большой компрессионной высотой, широкой опорной поверхностью юбки. Поверхность изделия покрыта слоем олова.

В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции , основанных на новых научных разработках.

В процессе работы, различные участки поршня нагреваются не равномерно, следовательно, и тепловое расширение будет больше там, где выше температура и больше объем металла. В связи с этим, на уровне днища размер выполняют меньшим, чем диаметр в средней части. Таким образом, в продольном сечении профиль будет коническим. Нижняя часть юбки тоже может иметь меньший диаметр. Это позволяет, при движении вниз, в пространстве между юбкой и цилиндром, создавать масляный клин, который улучшает центрирование в цилиндре.

Для компенсации тепловых деформаций, в поперечном сечении поршень выполнен виде овала. Это связано с тем, что в районе бобышек под поршневой палец сосредоточен значительный объем металла.

При нагреве, в плоскости поршневого пальца, расширение будет осуществляться в большей степени. Овальность и бочкообразность детали в холодном состоянии, позволяет иметь поршень, приближающийся к цилиндрической форме, при работающем двигателе.

Такая форма изделия создает сложности при контроле его диаметра. Фактический диаметр можно определить, только замеряя его в плоскости перпендикулярной оси отверстия под поршневой палец на определенном расстоянии от днища. При этом, для разных моделей это расстояние будет отличаться.

Тепловые нагрузки порождают еще одну проблему. Поршни изготавливают из алюминиевого кремнесодержащего сплава, а для блока цилиндров используют чугун. У этих материалов разная теплопроводность и разный коэффициент теплового расширения.

Это приводит к тому, что в начале работы двигателя, поршень нагревается и увеличивается в диаметре быстрее, чем увеличивается внутренний диаметр цилиндра. При и без того малых зазорах, это может приводить к повышенному износу цилиндров, а в худшем случае, к заклиниванию поршня.

Для решения этой проблемы, во время отливки поршня, в тело заготовки внедряют специальные стальные или чугунные элементы, которые сдерживают резкое изменение диаметра. Для уменьшения теплового расширения и отвода тепла, на некоторых типах двигателя, используются системы подачи масла во внутреннюю полость поршня.

Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение поршня и верхней головки шатуна. Во время работы двигателя, на поршневой палец воздействуют значительные переменные силы. Палец и отверстия под палец должны сопрягаться с минимальным зазором, обеспечивающим смазку.

На двигателях ВАЗ используется два типа шарнирного соединения «поршень-палец-шатун». На поршнях моделей 2101, 21011, 2105, 2108, 21083 – палец устанавливается в верхней головке шатуна по плотной посадке, исключающей его вращение. Отверстие в поршне под поршневой палец выполнено с зазором, обеспечивая свободное вращение.

В дальнейшем от этой схемы отказались и перешли на схему с «плавающим» пальцем. На поршнях моделей 21213, 2110, 2112, 21124, 21126, 11194, 21128 – палец устанавливается с минимальным зазором и в головке шатуна, и в отверстиях поршня. Для исключения осевого смещения пальца, в поршне, в отверстиях под поршневой палец устанавливаются стопорные кольца. Во время работы, у пальца есть возможность проворачиваться, обеспечивая равномерный износ поверхностей.

Для обеспечения надежной смазки пальцев, в бобышках предусмотрены специальные отверстия.

По результатам фактического замера отверстия под поршневой палец, поршням присваивается одна из трех категорий(1-я, 2-я, 3-я). Разница в размерах для категорий составляет — 0,004мм. Номер категории клеймится на днище.

Для обеспечения необходимого зазора, поршневые пальцы, по наружному диаметру подразделяются на три класса. Отличие в размерах составляет — 0,004 мм. Маркировка класса производится краской по торцу пальца: синий цвет — первый класс, зеленый — второй, красный — третий класс. При сборке, поршню первой категории должен подбираться палец первого класса и т.д.

Особенностью работы шатунного механизма, является то, что до достижения верхней мертвой точки, поршень прижат к одной стороне цилиндра, а после прохождения ВМТ – к другой стороне цилиндра. При приближении к верхней мертвой точке, на поршень действует максимальная нагрузка, следовательно растет сила давления на палец. Возрастающие силы трения препятствуют повороту поршня на пальце. При таких условиях поворот может происходит скачкообразно, со стуком о стенку цилиндра.

Для того, чтобы снизить динамические нагрузки и шум, применяют поршни со смещенным отверстием под поршневой палец. Ось отверстия смещена в горизонтальной плоскости от оси поршня. В работающем двигателе это приводит к возникновению момента силы, который облегчает преодоление сил трения.

Такое конструктивное решение позволяет добиться плавности, при смене точек контакта поршня с цилиндром. На такие изделия обязательно наносится метка для правильной ориентации при его установке. Однако, чем больше будет износ цилиндров и юбки, тем в большей степени будет проявляться стук в цилиндре.

Существуют поршни, в которых применяется не только горизонтальное смещение оси пальца, но и вертикальное. Такое смещение ведет к уменьшению компрессионной высоты. Поршни, с дополнительным смещением оси отверстия под палец вверх, применяются для тюнинговой доработки двигателя. В качестве основной характеристики для таких поршней используется величина смещения, указывающая на сколько смещен центр отверстия под палец, по сравнению со стандартным изделием.

На рынке продаж, поршень представлен значительным количеством отечественных и иностранных производителей. Независимо от производителя, они должны соответствовать требованиям, рассчитанным для конкретной модели двигателя. Поршни, входящие в комплект, не должны отличаться по массе более чем на ±2,5 грамм. Это позволит снизить вибрации работающего двигателя. Для розничной сети, в комплекты подбираются поршни одной весовой группы. В случае необходимости можно осуществить подгонку поршня по массе.

Зазор между цилиндром и поверхностью поршня должен соответствовать величине установленной для данной модели двигателя. Поршни номинального размера по своему диаметру относят к одному из пяти классов. Различие между классами составляет 0,01 мм.

Классы маркируются на днище буквами — (А, В, С, D, Е). В качестве запасных частей поставляются поршни классов — А, С, Е. Этих размеров достаточно, чтобы осуществить подбор деталей для любого блока цилиндров и обеспечить необходимый зазор.

Поршни ВАЗ 11194 и ВАЗ 21126 имеют только три класса (A, B, C) с размерным шагом — 0,01 мм.

Кроме номинальных размеров, изготавливаются поршни 2-х ремонтных размеров, с увеличенным наружным диаметром на 0,4 и 0,8 мм. Для распознавания, на днищах ремонтных изделий ставится маркировка: символ «треугольник» соответствует первому ремонтному размеру(с увеличением наружного диаметра на 0,4 мм), символ «квадрат» — увеличение диаметра на 0,8 мм. До 1986 г. ремонтные размеры отличались от современных. Так для двигателя 2101 существовало три ремонтных размера: на 0,2 мм., 0,4 мм., 0,6 мм; для двигателя 21011 два размера: 0,4 мм. и 0,7 мм.

Применяемость моделей поршней на различных двигателях Ваз:

В качестве материала для изготовления поршней применяются сплавы алюминия. Использование кремния в составе сплава, позволило снизить коэффициент теплового расширения и увеличить износостойкость. Сплавы, где содержание кремния может достигать 13%, называют – эвтектическими. Сплавы с более высоким содержанием кремния относят к заэвтектическим сплавам. Повышение процента содержания кремния улучшает теплопроводные характеристики, однако приводит к тому, что при охлаждении в сплаве происходит выделение кремния в виде зерен размером 0.5-1.0 мм. Это приводит к ухудшению литейных и механических свойств. Для улучшения физико-механических свойств, в сплавы вводят легирующие добавки меди, марганца, никеля, хрома.

Существует два основных способа получения заготовки поршня.

Отливка в кокиль – специальную форму, является более распространенным способом. Другой способ — горячая штамповка (ковка). После этапов механической обработки, изделие подвергают термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для снятия остаточных напряжений в металле.

Структура кованого металла позволяет повысить прочностные характеристики изделия. Но есть существенные недостатки кованых изделий классической конструкции( с высокой юбкой)– они получаются более тяжелыми. Кроме того, в кованных деталях, невозможно использовать термокомпенсирующие кольца или пластины. Увеличенный объем металла ведет к увеличенной тепловой деформации и необходимости увеличивать зазор между поршнем и цилиндром. И как следствие – повышенный шум, износ цилиндров, расход масла. Применение кованых поршней оправдано в тех случаях, когда большую часть времени двигатель автомобиля эксплуатируется на предельных режимах.

В современном конструировании поршней, наблюдаются следующие тенденции: уменьшение веса, использования «тонких» поршневых колец, уменьшение компрессионной высоты, использование коротких поршневых пальцев, применение защитных покрытий. Все это, нашло свое применение, в конструкции Т-образных поршней. Наименование конструкции обусловлено схожестью профиля детали с буквой «Т». На этих изделиях, юбка уменьшена и по высоте и по площади направляющей части. В качестве материала для изготовления таких поршней используется заэвтектический сплав, с большим содержанием кремния. Поршни Т-образной конструкции практически всегда изготавливаются горячей штамповкой.

Принятие разработчиками решения о применении той или иной конструкции поршня всегда предшествует расчет и глубокий анализ поведения всех узлов шатунно-поршневой группы. Детали современных двигателей рассчитаны на пределе возможностей конструкции и материалов. В таких расчетах предпочтение отдается конструкциям с минимальной стоимостью обеспечивающих утвержденный ресурс и не более. Поэтому любое отклонение от штатных режимов работы двигателя ведет к сокращению ресурса тех или иных деталей и узлов.

Поршень двигателя. Устройство и назначение

Топливная смесь, сгорающая в цилиндре ДВС, выделяет тепловую энергию. Далее она превращается в механическое действие, заставляющее вращаться коленвал. Ключевой элемент этого процесса — поршень.

Эта деталь не настолько примитивна, как может показаться на первый взгляд. Было бы большой ошибкой рассматривать его как простой толкатель.

Функциональное назначение

Поршень размещается в цилиндре, где и происходят его возвратно-поступательные движения.

В ходе продвижения в сторону верхней мертвой точки (ВМТ) поршень сжимает горючую смесь. В бензиновом моторе она воспламеняется с помощью свечи зажигания в момент, близкий к максимальному давлению. В дизеле воспламенение происходит непосредственно из-за сильного сжатия.

Возросшее давление образующихся при сгорании газов толкает поршень в обратную сторону. Вместе с поршнем движется сочлененный с ним шатун, который и заставляет вращаться коленвал. Так энергия сжатых газов преобразуется во вращательный момент, передаваемый посредством трансмиссии на колеса автомобиля.

Требования к конструкции и материалам

Во время сгорания температура газов достигает 2 тысяч градусов. Так как горение носит взрывной характер, то поршень подвергается сильным ударным нагрузкам.

Чрезвычайная нагруженность и близкие к экстремальным условия работы предполагают особые требования к конструкции и используемым для его изготовления материалам.

При разработке поршней приходится учитывать несколько важных моментов:

необходимость обеспечить длительный срок работы, а значит, максимально снизить износ детали;
предотвратить прогар поршня в условиях функционирования в высокотемпературном режиме;
обеспечить максимальное уплотнение для исключения прорыва газов;
минимизировать потери, возникающие из-за трения;
обеспечить эффективное охлаждение.

Материал для поршней должен обладать рядом специфических свойств:

значительная прочность;
максимально возможная теплопроводность;
термостойкость и способность выдерживать резкие перепады температуры;
коэффициент теплового расширения должен иметь небольшую величину и быть максимально близким к соответствующему коэффициенту у цилиндра, чтобы обеспечить хорошее уплотнение;
антикоррозийная устойчивость;
антифрикционные свойства;
невысокая плотность, чтобы деталь не была слишком тяжелой.

Поскольку материал, идеально отвечающий всем этим требованиям, пока не создан, приходиться пользоваться компромиссными вариантами. Поршни для моторов изготавливают из серого чугуна и сплавов алюминия с кремнием (силумин). В составных поршнях для дизелей иногда делают головку из стали.

Чугун достаточно прочен и износоустойчив, хорошо переносит сильный нагрев, обладает антифрикционными свойствами и небольшим температурным расширением. Но из-за невысокой теплопроводности чугунный поршень способен нагреваться до 400°C. В бензиновом двигателе это неприемлемо, так как может вызвать калильное зажигание.

Поэтому в большинстве случаев поршни для автомобильных моторов изготавливают способом штамповки или литья из силумина, содержащего не менее 13% кремния. Чистый алюминий не годится, так как слишком сильно расширяется при нагревании, что приводит к повышенному трению и задирам. Такими могут быть подделки, на которые можно нарваться, приобретая запчасти в сомнительных местах. Чтобы этого не случилось, обращайтесь к надежным продавцам.

Поршень из алюминиевого сплава легкий и хорошо проводит тепло, благодаря чему нагрев его не превышает 250 °C. Это вполне годится для моторов, работающих на бензине. Антифрикционные свойства силумина также достаточно хорошие.

В то же время этот материал не лишен недостатков. С повышением температуры он становится менее прочным. А из-за значительного линейного расширения при нагреве приходится применять дополнительные меры, чтобы сохранить уплотнение по периметру головки и не снизить компрессию.

Устройство

Данная деталь имеет форму стакана и состоит из головки и направляющей части (юбки). В головке, в свою очередь, можно выделить днище и уплотняющую часть.

Днище

Является главной рабочей поверхностью поршня, именно оно воспринимает давление расширяющихся газов. Его поверхность определяется типом агрегата, размещением форсунок, свечей, клапанов и конкретным устройством ЦПГ. Для моторов, использующих бензин, она делается плоской либо вогнутой формы с дополнительными вырезами, позволяющими избежать повреждения клапанов. Выпуклое днище дает повышенную прочность, но увеличивает теплоотдачу, а потому применяется редко. Вогнутое позволяет организовать небольшую камеру сгорания и обеспечить высокую степень сжатия, что особенно актуально в дизельных агрегатах.

Уплотняющая часть

Это боковая сторона головки. В ней по окружности проделаны бороздки для поршневых колец.

Компрессионные кольца играют роль уплотнения, предотвращая утечку сжатых газов, а маслосъемные удаляют со стенки смазку, не давая ей попасть в камеру сгорания. Масло стекает под поршень сквозь отверстия в бороздке и далее возвращается в масляный картер.

Участок боковой стороны между краем днища и верхним кольцом называется огневым или жаровым поясом. Именно он испытывает максимальное термическое воздействие. Для исключения прогорания поршня этот пояс делается достаточно широким.

Направляющая часть

Не позволяет поршню перекоситься в ходе возвратно-поступательного движения.

С целью компенсации термического расширения юбка делается криволинейной или конусообразной. Сбоку обычно наносится антифрикционное покрытие.

Изнутри имеются бобышки — два наплыва с отверстиями под поршневой палец, на который надевается головка шатуна.

С боков в районе расположения бобышек делаются небольшие углубления, препятствующие термическим деформациям и возникновению задиров.

Охлаждение

Так как температурный режим работы поршня весьма напряженный, то вопрос его охлаждения очень важен.

Главный путь удаления тепла — поршневые кольца. Через них отводится не менее половины излишков тепловой энергии, которая передается стенке цилиндра и далее — рубашке охлаждения.

Другой важный канал теплоотвода — смазка. Используется масляный туман в цилиндре, поступление смазки через отверстие в шатуне, принудительное разбрызгивание масляной форсункой и иные способы. Посредством циркуляции масла может удаляться более одной трети тепла.

Кроме того, часть тепловой энергии уходит на нагрев свежей порции поступившей в цилиндр горючей смеси.

Поршневые кольца

Кольца поддерживают в цилиндрах нужную величину компрессии и отводят львиную долю тепла. А еще на них приходится около четверти всех потерь на трение в ДВС. Поэтому значение качества и состояния поршневых колец для стабильной работы двигателя трудно переоценить.

Обычно колец три — два компрессионных сверху и одно маслосъемное снизу. Но бывают варианты и с другим количеством колец — от двух до шести.

Канавка верхнего кольца в силуминовом поршне иногда делается со стальной вставкой, повышающей износоустойчивость.

Производят кольца из специальных марок чугуна. Такие кольца отличаются высокой прочностью, упругостью, износоустойчивостью, низким коэффициентом трения и сохраняют свои свойства на протяжении длительного времени. Дополнительную термостойкость поршневым кольцам придают добавки молибдена, вольфрама и некоторых других металлов.

Новые поршневые кольца нуждаются в притирке. Если вы заменили кольца, обязательно некоторое время обкатайте двигатель, избегая напряженных режимов работы. В противном случае не притертые кольца могут перегреться и потерять упругость, а в некоторых случаях даже сломаться. Итогом может стать нарушение уплотнения, потеря мощности, попадание смазки в камеру сгорания, перегрев и прогорание поршня.

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Основной задачей двигателей внутреннего сгорания, использующиеся на всевозможной технике, является преобразование энергии, которая выделяется при сжигании определенных веществ, в случае с ДВС – это топливо на основе нефтепродуктов или спиртов и воздуха, необходимого для горения.

Преобразование энергии производится в механическое действие – вращение вала. Далее уже это вращение передается дальше, для выполнения полезного действия.

Однако реализация всего этого процесса не такая уж и простая. Нужно организовать правильно преобразование выделяемой энергии, обеспечить подачу топлива в камеры, где производиться сжигание топливной смеси для выделения энергии, отвод продуктов горения. И это не считая того, что тепло, выделяемое при сгорании нужно куда-то отводить, нужно убрать трение между подвижными элементами. В общем, процесс преобразования энергии сложен.

Поэтому ДВС – устройство довольно сложное, состоящее из значительного количества механизмов, выполняющих определенные функции. Что же касается преобразования энергии, то выполняет его механизм, называющийся кривошипно-шатунным. В целом, все остальные составные части силовой установки лишь обеспечивают условия для преобразования и обеспечивают максимально возможный выход КПД.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Основная же задача лежит на этом механизме, ведь он преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала, того вала, от движения которого и производится полезное действие.

Устройство КШМ

Чтобы было более понятно, в двигателе есть цилиндро-поршневая группа, состоящая из гильз и поршней. Сверху гильза закрыта головкой, а внутри ее помещен поршень. Закрытая полость гильзы и является пространством, где производится сгорание топливной смеси.

При сгорании объем горючей смеси значительно возрастает, а поскольку стенки гильзы и головка являются неподвижными, то увеличение объема воздействует на единственный подвижный элемент этой схемы – поршень. То есть поршень воспринимает на себя давление газов, выделенных при сгорании, и от этого смещается вниз. Это и является первой ступенью преобразования – сгорание привело к движению поршня, то есть химический процесс перешел в механический.

И вот далее уже в действие вступает кривошипно-шатунный механизм. Поршень связан с кривошипом вала посредством шатуна. Данное соединение является жестким, но подвижным. Сам поршень закреплен на шатуне посредством пальца, что позволяет легко шатуну менять положение относительно поршня.

Шатун же своей нижней частью охватывает шейку кривошипа, которая имеет цилиндрическую форму. Это позволяет менять угол между поршнем и шатуном, а также шатуном и кривошипом вала, но при этом смещаться шатун вбок не может. Относительно поршня он только меняет угол, а на шейке кривошипа он вращается.

Поскольку соединение жесткое, то расстояние между шейкой кривошипа и самим поршнем не изменяется. Но кривошип имеет П-образную форму, поэтому относительно оси коленвала, на которой размещен этот кривошип, расстояние между поршнем и самим валом меняется.

За счет применения кривошипов и удалось организовать преобразование перемещения поршня во вращение вала.

Но это схема взаимодействия только цилиндро-поршневой группы с кривошипно-шатунным механизмом.

На деле же все значительно сложнее, ведь имеются взаимодействия между элементами этих составляющих, причем механические, а это значит, что в местах контакта этих элементов будет возникать трение, которое нужно по максимуму снизить. Также следует учитывать, что один кривошип неспособен взаимодействовать с большим количеством шатунов, а ведь двигатели создаются и с большим количеством цилиндров – до 16. При этом нужно же и обеспечить передачу вращательного движения дальше. Поэтому рассмотрим, из чего состоит цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Начнем с ЦПГ. Основными в ней являются гильзы и поршни. Сюда же входят и кольца с пальцами.

Гильза

Съёмная гильза

Гильзы существуют двух типов – сделанные непосредственно в блоке и являющиеся их частью, и съемные. Что касается выполненных в блоке, то представляют они собой цилиндрические углубления в нем нужной высоты и диаметра.

Съемные же имеют тоже цилиндрическую форму, но с торцов они открыты. Зачастую для надежной посадки в свое посадочное место в блоке, в верхней части ее имеется небольшой отлив, обеспечивающий это. В нижней же части для плотности используются резиновые кольца, установленные в проточные канавки на гильзе.

Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом, потому что она имеет высокую степень обработки, чтобы обеспечить минимально возможное трение между поршнем и зеркалом.

В двухтактных двигателях в гильзе проделываются на определенном уровне несколько отверстий, которые называются окнами. В классической схеме ДВС используется три окна – для впуска, выпуска и перепуска топливной смеси и отработанных продуктов. В оппозитных же установках типа ОРОС, которые тоже являются двухтактными, надобности в перепускном окне нет.

Поршень

Поршень принимает на себя энергию, выделяемую при сгорании, и за счет своего перемещения преобразовывает ее в механическое действие. Состоит он из днища, юбки и бобышек для установки пальца.

Устройство поршня

Именно днищем поршень и воспринимает энергию. Поверхность днища в бензиновых моторах изначально была ровной, позже на ней стали делать углубления для клапанов, предотвращающих столкновение последних с поршнями.

В дизельных же моторах, где смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре, и составляющие смеси туда подаются по отдельности, в днищах поршня выполнена камера сгорания – углубления особой формы, обеспечивающие более лучшее смешивание компонентов смеси.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

В инжекторных бензиновых двигателях тоже стали применять камеры сгорания, поскольку в них тоже составные части смеси подаются по отдельности.

Юбка является лишь его направляющей в гильзе. При этом нижняя часть ее имеет особую форму, чтобы исключить возможность соприкосновения юбки с шатуном.

Чтобы исключить просачивание продуктов горения в подпоршневое пространство используются поршневые кольца. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные.

В задачу компрессионных входит исключение появления зазора между поршнем и зеркалом, тем самым сохраняется давление в надпоршневом пространстве, которое тоже участвует в процессе.

Если бы компрессионных колец не было, трение между разными металлами, из которых изготавливаются поршень и гильза было бы очень высоким, при этом износ поршня происходил бы очень быстро.

В двухтактных двигателях маслосъемные кольца не применяются, поскольку смазка зеркала производиться маслом, которое добавляется в топливо.

В четырехтактных смазка производится отдельной системой, поэтому чтобы исключить перерасход масла используются маслосъемные кольца, снимающие излишки его с зеркала, и сбрасывая в поддон. Все кольца размещаются в канавках, проделанных в поршне.

Бобышки – отверстия в поршне, куда вставляется палец. Имеют отливы с внутренней части поршня для увеличения жесткости конструкции.

Палец представляет собой трубку значительной толщины с высокоточной обработкой внешней поверхности. Часто, чтобы палец не вышел за пределы поршня во время работы и не повредил зеркало гильзы, он стопориться кольцами, размещающимися в канавках, проделанных в бобышках.

Это конструкция ЦПГ. Теперь рассмотрим устройство кривошипно-шатунного механизма.

Шатун

Итак, состоит он из шатуна, коленчатого вала, посадочных мест этого вала в блоке и крышек крепления, вкладышей, втулки, полуколец.

Шатун – это стержень с отверстием в верхней части под поршневой палец. Нижняя часть его сделана в виде полукольца, которым он садится на шейку кривошипа, вокруг шейки он фиксируется крышкой, внутренняя поверхность ее тоже выполнена в виде полукольца, вместе с шатуном они и формируют жесткое, но подвижное соединение с шейкой – шатун может вращаться вокруг ее. Соединяется шатун со своей крышкой посредством болтовых соединений.

Чтобы снизить трение между пальцем и отверстием шатуна применяется медная или латунная втулка.

По всей длине внутри шатун имеет отверстие, через которое масло подается для смазки соединения шатуна и пальца.

Коленчатый вал

Перейдем к коленчатому валу. Он имеет достаточно сложную форму. Осью его выступают коренные шейки, посредством которых он соединен с блоком цилиндров. Для обеспечения жесткого соединения, но опять же подвижного, в блоке посадочные места вала выполнены в виде полуколец, второй частью этих полуколец выступают крышки, которыми вал поджимается к блоку. Крышки к с блоком соединены болтами.

Коленвал 4-х цилиндрового двигателя

Коренные шейки вала соединены с щеками, которые являются одной из составных частей кривошипа. В верхней части этих щек располагается шатунная шейка.

Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров, а также их компоновки. В рядных и V-образных двигателях на вал передаются очень большие нагрузки, поэтому должно быть обеспечено крепление вала к блоку, способное правильно распределять эту нагрузку.

Для этого на один кривошип вала должно приходиться две коренные шейки. Но поскольку кривошип размещен между двух шеек, то одна из них будет играть роль опорной и для другого кривошипа. Из этого следует, что у рядного 4-цилиндрового двигателя на валу имеется 4 кривошипа и 5 коренных шеек.

У V-образных двигателей ситуация несколько иная. В них цилиндры расположены в два ряда под определенным углом. Поэтому один кривошип взаимодействует с двумя шатунами. Поэтому у 8-цилиндрового двигателя используется только 4 кривошипа, и опять же 5 коренных шеек.

Уменьшение трения между шатунами и шейками, а также блоком с коренными шейками достигается благодаря использованию вкладышей – подшипников трения, которые помещаются между шейкой и шатуном или блоком с крышкой.

Смазка шеек вала производится под давлением. Для подачи масла применяются каналы, проделанные в шатунных и коренных шейках, их крышках, а также вкладышах.

В процессе работы возникают силы, которые пытаются сместить коленчатый вал в продольном направлении. Чтобы исключить это используются опорные полукольца.

В дизельных двигателях для компенсации нагрузок используются противовесы, которые прикрепляются к щекам кривошипов.

Маховик

С одной из сторон вала сделан фланец, к которому прикрепляется маховик, выполняющий несколько функций одновременно. Именно от маховика передается вращение. Он имеет значительный вес и габариты, что облегчает вращение коленчатому валу после того, как маховик раскрутится. Чтобы запустить двигатель нужно создать значительное усилие, поэтому по окружности на маховик нанесены зубья, которые называются венцом маховика. Посредством этого венца стартер раскручивает коленчатый вал при запуске силовой установки. Именно к маховику присоединяются механизмы, которые и используют вращение вала на выполнение полезного действия. У автомобиля это трансмиссия, обеспечивающая передачу вращения на колёса.

Чтобы исключить осевые биения, коленчатый вал и маховик должны быть хорошо отбалансированы.

Другой конец коленчатого вала, противоположный фланцу маховика используется зачастую для привода остальных механизмом и систем мотора: к примеру, там может размещаться шестерня привода масляного насоса, посадочное место для приводного шкива.

Это основная схема коленчатого вала. Особо нового пока ничего не придумано. Все новые разработки направлены пока только на снижение потерь мощности в результате трения между элементами ЦПГ и КШМ.

Также стараются снизить нагрузку на коленчатый вал путем изменения углов положения кривошипов относительно друг друга, но особо значительных результатов пока нет.

Поршень двигателя внутреннего сгорания

Поршень — один из основных составных элементов КШМ. Главной задачей детали становится принятие давления активно расширяющихся и сильно разогретых газов, которые образуются в рабочей камере при сгорании топливно-воздушной смеси. Полученная энергия от воздействия указанных газов на поршень далее передается на шатун. Поршень имеет три части, которые отвечают за реализацию различных функций. К таковым частям относят днище поршня, уплотняющую часть и направляющую часть поршня.

Поршень испытывает значительные тепловые и механические нагрузки в процессе работы двигателя. Основным материалом для изготовления поршня сегодня выступают алюминиевые сплавы, ранее активно использовался чугун. Поршень совершает возвратно-поступательные движения в гильзе цилиндра, которая размещена в блоке цилиндров ДВС.

Поршень является цельной деталью цилиндрической формы, которую принято делить на головку поршня и юбку поршня. Головка поршня, которая также называется днище поршня, получает в процессе изготовления разную форму, что зависит от особенностей конструкции двигателя.

Головка поршня бывает плоской, выпуклой, может иметь вогнутую форму и т.п. В различных ДВС форма головки поршня зависит от того, как расположены свечи зажигания, инжекторные форсунки, впускные и выпускные клапаны и т. д. Для бензиновых двигателей камера сгорания выполняется отдельно, но для дизельного мотора данная камера изготовлена прямо в головке поршня.

В зоне головки поршня выполнены специальные канавки. Указанные канавки нарезаются для того, чтобы разместить в них поршневые кольца. Данные кольца выступают уплотняющими элементами. Современные двигатели внутреннего сгорания имеют два типа поршневых колец:

маслосъемные кольца;
компрессионные кольца;

Задачей компрессионного кольца становится не допустить того, чтобы газы прорывались в картер мотора. Маслосъемное кольцо служит для того, чтобы удалить излишки моторного масла со стенок цилиндра двигателя. Качественное уплотнение предельно важно для нормальной работы ДВС.

Поршень, шатун и гильза цилиндра образуют цилиндро-поршневую группу (ЦПГ). Одним из основных показателей исправности цилиндропоршневой группы выступает необходимая для того или иного мотора компрессия. Дополнительно состояние ЦПГ оценивают по отсутствию или наличию повышенной дымности выхлопа, а также заметного угара моторного масла в процессе эксплуатации. Исправный ДВС не должен иметь расход масла выше паспортного.

Юбка поршня представляет собой направляющую часть указанной детали, в которой выполнена пара бобышек. Бобышки служат для установки поршневого пальца. Поршневой палец выступает соединяющим элементом поршня с шатуном.

общая теория и поршни СТК

20.09.2020 Поршневая группа СТК

Поршневая группа двигателя включает в себя: поршень, поршневые кольца и поршневой палец.

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

Требования, которым должна соответствовать эта деталь:

температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С.
после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя.
зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более сто пятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

Устройство поршня

Устройство поршня на примере СТК 21126

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

Если углубления на днище увеличивают объем камеры сгорания, то для уменьшения объема применяют вытеснители. Вытеснителем называют объем металла, который находится выше плоскости днища.

«Жаровым поясом» (огневым) называют расстояние от днища до канавки первого поршневого кольца. Чем ближе располагаются поршневые кольца к днищу, тем более высокой тепловой нагрузке они подвергаются, тем больше сокращается их ресурс.

Уплотняющий участок — это участок канавок, расположенных на боковой цилиндрической поверхности поршня. Канавки предназначены для установки поршневых колец. Поршневые кольца обеспечивают подвижное уплотнение. На всех моделях для двигателей ВАЗ, выполнены две канавки под компрессионные кольца и одна канавка под маслосъемное кольцо.

Если конструкция изделия не будет предусматривать эффективный отвод тепла от днища, то это приведёт к его прогоранию.

Для обеспечения работоспособности, торцевой зазор первого компрессионного кольца в канавке должен составлять 0,045-0,070 мм. Для второго компрессионного кольца зазор — 0,035-0,060 мм, для маслосъемного – 0,025-0,050 мм. Между внутренней поверхностью кольца и канавки должен быть радиальный зазор — 0,2-0,3 мм.

Головку поршня образуют днище и уплотняющая часть.

Расстояние от оси поршневого пальца до днища, называют компрессионной высотой поршня.

«Юбкой», называют нижнюю часть поршня. На этом участке находятся бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Внешняя поверхность юбки, исполняет роль опорной и направляющей поверхности.

Одним из факторов, определяющих геометрию поршня, является необходимость снижения сил трения.

В разработке последующих конструкций принимают участие немецкие компании. У поршней уменьшается компрессионная высота. На юбке применяется микропрофиль – специальный профиль канавок, для удержания смазки в зоне трения. Поршни моделей ВАЗ 21126 и ВАЗ 11194 получают Т-образный профиль и рассчитаны на установку «тонких» поршневых колец. Так внешне сравнивая модели от 2101 до 21126, можно получить представление об общих тенденциях совершенствования конструкции, основанных на новых научных разработках.

Когда речь заходит об отечественных машинах (ВАЗ, Приора и пр. ) приходиться всерьёз рассматривать компанию СТК и её продукцию. Самара Трейдинг Компани (сокращённо – «СТК») не случайно стала одним из самых популярных производителей поршневых групп. Всё дело исключительно в производстве, ведь оно уникально в своём роде.

Самым сложным и, в то же время, важным технологическим процессом при изготовлении поршневых систем является литьё. Однородность и прочность материалов, жаростойкость и твёрдость – всё это играет важнейшую роль. Стоит какому-то коэффициенту отклонится на 1% и поршень застрянет в цилиндре, шатун может легко искривиться и даже заклинить, нарушив целостность и исправность всего силового агрегата.

Полуавтоматические устройства и специальные высокотехнологические станки позволяют компании СТК осуществлять литьё поршней на высочайшем уровне. Данной технологии нет равных, на протяжении долгих десятилетий и благодаря кропотливой работе инженеров фабрика создаёт самые качественные поршневые кольца и поршни. Несмотря на автоматизацию всех процессов, процедура изготовления каждого поршня контролируется людьми. Каждый продукт проходит целую линейку тестов.

Стоит лишь посетить любую станцию техобслуживания и задать вопрос автомеханику «Какой поршень идеально подойдёт отечественному автомобилю?», и вы услышите ответ: «СТК». Всё дело в том, что каждый механик желает выполнить работу так, чтобы клиент не возвращался к нему и не приходилось нарушать гарантийные обязательства.

Несмотря на лидирование компании СТК существуют и другие неплохие аналоги, например, Кострома-мотордеталь. В сравнении с китайскими и европейскими поршнями, Кострома хорошо показала себя в отечественных машинах, однако сама конструкция этого поршня не способна уберечь водителя от самой зловещей неисправности – столкновения поршня и клапанов.

Безвытковые Поршни СТК, содержащие специальные проточки, не влияют пагубно на клапана головки блока цилиндров. Поэтому в случае гидравлического удара, даже при срыве цепи газораспределительного механизма, когда поршни «летят» вверх, а клапана – вниз, исход их столкновения невозможен, если в двигатель установлены поршни СТК. Всё благодаря специальным канавкам, проточенным в головке каждого поршня – новшеству инженеров самарской компании.

Если ваш автомобиль уже давно б/у, его компрессия вас вовсе не радует и вы отлично понимаете, что настало время менять поршневую, помните: оптимальными для двигателя будут поршневые группы Самара Трейдинг Компани (СТК).

Более подробно про поршни СТК можно прочесть здесь и здесь.

Устройство и принцип работы поршневого компрессора

Поршневой компрессор является одним из первых видов компрессорных установок, который широко используется и на сегодняшний день. Его высокие рабочие показатели и возможность интенсивной эксплуатации при больших объемах производительности позволяют использовать поршневой компрессор в промышленном назначении и на небольших производствах.

Устройство и принцип работы поршневых компрессоров зависит от типа данных установок, которые могут быть различны:

по количеству в оборудовании цилиндров – бывают одно-, двух- и многоцилиндровые;
по виду расположения в установке цилиндров – W, V-образные, а также рядные;
в зависимости от количества ступеней для сжатия воздуха в поршневом компрессорном оборудовании – многоступенчатые, одноступенчатые.

Однако, вне зависимости от своего типа, установки поршневые имеют базовое оснащение, характерное всем типам данных установок.

Поршневые компрессоры и их устройство

Устройство поршневых компрессоров является наиболее простым в одноцилиндровых установках. В состав данного оборудования входят такие элементы, как поршень, цилиндр, два клапана — для нагнетания и всасывания воздуха, которые находятся в крышке цилиндра. При работе установки, шатун, соединенный с вращающимся коленчатым валом, передает на поршень ограниченные движения по камере сжатия. В данном процессе происходит увеличение объема, находящегося между клапанами и нижней части поршня, что приводит к разрежению.

Здесь Вы можете ознакомиться с каталогом поршневых компрессоров, реализуемых ООО ГК «ТехМаш».

Превышая сопротивление пружины, которая закрывает клапан, выполняющий всасывающие функции, атмосферный воздух открывает его и поступает в цилиндр по всасывающему патрубку.

Возвратное действие поршня приводит к сжиманию воздуха и возрастанию его давления. Нагнетательный клапан, который также удерживается пружиной, открывается потоком воздуха, находящегося под высоким давлением, после чего сжатый воздух попадает в нагнетательный патрубок. При этом питание оборудование может осуществляться от электродвигателя или же автономного двигателя, который может быть дизельным или бензиновым.

При этом принцип работы поршневых компрессоров позволяет получить максимально эффективную работу оборудования. Однако есть и один незначительный минус – сжатый воздух, подаваемый данной установкой, поступает в виде импульсов, а не ровным потоком. Для выравнивания давления сжатого воздуха и его пульсации, поршневые компрессоры используются преимущественно с ресиверами, позволяющими исключить возможность перебоев, как в давлении подаваемого воздуха, так и в работе всего оборудования.

Также необходимо рассмотреть особенности конструкции и действия двухцилиндровых установок поршневого типа. В данном случае установка является одноступенчатой и оснащенной двумя одинаковыми по размеру цилиндрами. Работа цилиндров происходит в противофазе, в результате чего они всасывают воздух поочередно. Далее воздух сжимается до максимального уровня давления и вытесняется в нагнетающую часть оборудования.

В случае с двухступенчатыми двухцилиндровыми установками, оборудование оснащено цилиндрами различных размеров. Сжатие воздуха до определенного значения происходит в цилиндре первой ступени. Далее он переходит в межступенчатый охладитель, где охлаждается до необходимого уровня. Затем, попадая в цилиндр второй ступени, воздух дожимается, что позволяет получить максимально высокий уровень давления воздуха.

В качестве межступенчатого охладителя используется медная трубка, обеспечивающая охлаждение находящегося под давлением воздуха на промежутке между цилиндрами двух ступеней. Охлаждение воздуха позволяет оптимизировать процесс его сжатия и значительно повысить КПД всей установки. При этом специальным образом подбираются размеры обоих цилиндров – так, чтобы одинаковая работа проводилась на всех ступенях сжатия воздуха.

Двухступенчатые поршневые компрессоры, устройство которых позволяет получить более эффективный уровень работы оборудования, в сравнении с одноступенчатыми установками, имеют большое количество важных преимуществ. В первую очередь – это затрачивание минимального количества энергии при одинаковой мощности двигателя. Так при одноступенчатом сжатии воздуха требуется большее количество энергии, чем для сжатия этого же объема воздуха двухступенчатым оборудованием.

Кроме того, температура в цилиндрах двухступенчатых установок имеет значительно более низкий показатель, чем в компрессорах одноступенчатого класса. Низкая температура обеспечивает надежность и эффективность работы всего оборудования, а также повышает ресурс поршневой группы. При этом двухступенчатые установки имеют производительность на 20% выше, нежели компрессоры других типов.

Особенности конструкции и принцип действия компрессоров поршневого типа отличаются своей сравнительной простотой в сочетании с высокой эффективностью работы оборудования, его практичностью и длительным сроком эксплуатации при интенсивном использовании. Эти преимущества сделали установки данного типа одними из наиболее популярных, как в быту, так в полупромышленном и промышленном использовании.

☑️ Поршневые компрессоры, которые вы ищете ▷▷ магазин для профессионалов isprzet.pl

Как работает поршневой компрессор?

Сжатие газа может быть одно- или двухступенчатым, в зависимости от того, какой компрессор имеется в вашем распоряжении. В первом процессе один поршневой поршень отвечает за воздушную муфту, во втором — два поршня, размещенные в отдельных цилиндрах, при этом воздух сначала в одном цилиндре, а затем в другом.Наконец, сжатый воздух собирается в защищенный герметичный сосуд. Благодаря использованию двухступенчатого сжатия можно получить гораздо более высокое давление в резервуаре. Модуль сжатия приводится в движение электродвигателем (в большинстве случаев), реже двигателем внутреннего сгорания.

Максимальное давление и другие параметры компрессоров

Максимальное рабочее давление компрессора, несомненно, является одним из важнейших параметров, которые следует учитывать.Если нас интересует хороший поршневой компрессор для домашней мастерской, то мы должны стремиться к оборудованию с рабочим давлением до 6 бар. Однако если мы сосредоточимся на большей эффективности и давлении сжатого воздуха, то нам следует искать компрессоры с рабочим давлением в несколько бар. Эти типы компрессоров используются в основном на крупных промышленных предприятиях и в цехах вулканизации.

Максимальное рабочее давление воздуха — это не все параметры компрессоров, которые следует учитывать.Не менее важен и сам резервуар, а точнее — вместимость резервуара. Здесь есть компромисс, так как большой резервуар для воздуха заставит компрессор работать реже, но, с другой стороны, все устройство будет занимать намного больше места. Точно так же, решив купить небольшую модель, мы можем насладиться ее компактными размерами, но при этом компрессор будет работать практически круглосуточно из-за малой мощности.

Помимо вышеперечисленных параметров, также стоит взглянуть на мощность двигателя (чем она выше, тем дороже будет работа устройства), общий вес компрессора и создаваемый шум.Почему мы упоминаем об этом? Потому что громкий компрессор, вопреки внешнему виду, может доставлять немало неудобств жильцам или другим предприятиям, прилегающим к гаражу. Кроме того, шумная работа воздушного компрессора может в конечном итоге способствовать развитию заболеваний слуховой системы у сотрудников, выполняющих свои обязанности в непосредственной близости от компрессора.

Поршневые компрессоры — типы

В нашем интернет-магазине isprzet.pl вы найдете много различных моделей поршневых компрессоров.Люди, работающие в небольших мастерских, небольших ремонтных и строительных бригадах, останутся довольны фирменными приборами GDV и GDC производства Gudepol. С другой стороны, владельцам средних предприятий (например, стационарных автомастерских) следует выбирать поршневые компрессоры HDO или HD / HDT / HD-VT.

Что такое масляные и безмасляные компрессоры?

Поршневые компрессоры

можно разделить на безмасляные и безмасляные. В чем разница между ними? Поршневые масляные компрессоры чаще всего используются в быту и в промышленности.Масло, циркулирующее в компрессорной системе, отвечает за соответствующий уровень смазки движущихся частей компрессора (насоса), благодаря чему данный тип оборудования отличается многолетней надежностью (при условии правильного обслуживания). К сожалению, приходится учитывать, что из-за работы компрессора небольшое количество масла может попасть в пневмосистему. Хотя в промышленных приложениях это не имеет значения, в случае с

это не так.

Компрессоры поршневые цеха

Если у вас есть сомнения по поводу выбора правильной модели компрессора, свяжитесь с нашим отделом обслуживания клиентов по телефону, электронной почте или в чате, который доступен прямо на веб-сайте. Мы посоветуем вам, какой поршневой компрессор лучше всего подойдет для вашей мастерской. В зависимости от ваших потребностей и финансовых возможностей мы подберем лучшую модель компрессора.

Вам не нужно беспокоиться о качестве приобретаемых устройств, потому что у нас есть товары только известных и уважаемых брендов, таких как Gudepol, Chicago Pneumatic или Benza. Сам производитель компрессора имеет большое значение, если мы ищем решение высочайшего качества, которое прослужит несколько лет.Мы также подскажем, какие параметры будут иметь решающее значение в конкретном случае (например, давление воздуха [бар], производитель, размер резервуара, тип насоса и т. Д.).

Инструменты для дома, мастерской и промышленности

Масляные компрессоры — это еще не все, что мы можем предложить на нашей платформе. В коммерческое предложение входит множество профессиональных аппаратных решений для дома, мастерской, строительства и промышленности. Если вас интересуют компрессоры, вы обязательно обратите внимание на наши пневматические устройства. Здесь также можно увидеть известных производителей (например, Husqvarna или Wacker Neuson). При этом вы оснастите себя профессиональными гидравлическими устройствами (здесь проверенным производителем является, например, ICS или Rhino Tool). Кроме того, мы рекомендуем выбирать надежные электроинструменты, в том числе аккумуляторные электроинструменты (в том числе известного производителя оборудования Milwaukee, AEG Powertools и Bosch).

Приглашаем вас ознакомиться с полным предложением магазина isprzet.pl! Независимо от того, интересуетесь ли вы компрессором с давлением 8 или 10 бар.У нас есть различные компрессоры и устройства, которые будут работать на любом рабочем месте!

Все, что нам нужно знать о поршневом компрессоре

Как работает поршневой компрессор?

Na Более простой поршневой компрессор состоит из таких компонентов, как:

— корпус цилиндра,
— головка с внутренними клапанами,
— коленчатый вал и шатун, составляющие кривошипно-шатунную систему,
— поршень.

Поршень движется вертикально вверх и вниз по цилиндру. Во время этого движения внутри цилиндра создается разрежение, открывающее всасывающий клапан, через который проходит воздух снаружи к центру устройства.Поднимая поршень, мы увеличиваем давление, и клапан закрывается. Собранному внутри воздуху некуда выйти из поршня — он сжимается и его давление увеличивается. Когда значение этого давления превышает установленный предел, открывается другой клапан — выпускной клапан, позволяющий сжатому воздуху выходить за пределы цилиндра. Когда он опорожняется, клапан закрывается, поршень опускается и начинает следующий цикл.

Поршневой компрессор — достоинства и недостатки

Его главное преимущество — возможность создания чрезвычайно высокого давления.По этой причине его можно найти в первую очередь на профессиональных промышленных предприятиях. Преимуществом этого устройства также является то, что оно универсально, что позволяет использовать его во многих сферах деятельности, поэтому мы встретимся с ним в различных отраслях промышленности. Однако для рядового пользователя наиболее важным преимуществом поршневого компрессора является его относительно низкая цена и простой и дешевый ремонт.

Эксперт

Поршневой компрессор, несмотря на его сложную работу, также чрезвычайно прост в использовании — в отличие от других моделей компрессоров.

К недостаткам поршневого компрессора можно отнести, в частности, его большие габариты. В результате они чаще всего используются в качестве стационарных устройств, потому что они слишком тяжелые и громоздкие для переноски. Поршневой компрессор требует смазки маслом — в результате сжатый воздух может загрязниться им, а его качество может ухудшиться.

Типы поршневых компрессоров и их характеристики

С учетом протекания процесса сжатия воздуха можно выделить:
— компрессоры одноступенчатые — работают аналогично поршневому насосу.Повышение давления происходит в результате возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре;
— многоступенчатые компрессоры — чаще всего довольно большие устройства, имеющие вертикальный цилиндр низкого давления и горизонтальный цилиндр высокого давления.

Мы также можем классифицировать поршневые компрессоры по их конструкции. Разбивка следующая:
— компрессоры одноцилиндровые;
— компрессоры многоцилиндровые.

Поршневой компрессор — применение

Поршневые компрессоры широко используются в промышленности.Чаще всего они используются в следующих ролях:

— в качестве переносных или стационарных устройств для питания профессиональных пневматических инструментов, например, на стройплощадках;
— в системах сжатого воздуха, применяемых для пуска дизельных двигателей внутреннего сгорания;
— как устройства для сжатия газов на химических предприятиях;
— для контроля работы пневматических тормозов;
— для заправки баллонов техническим газом.

Давайте также посмотрим, какую роль масло играет в работе поршневого компрессора и как выбрать подходящий!

Поршневой компрессор, поршневой компрессор FINI

Технология сжатого воздуха включает в себя множество различных устройств, включая компрессоры. Среди них мы можем выделить один — самый старый и самый популярный. Это поршневой компрессор . Выше вы найдете наши поршневые компрессоры трех типов: безмасляные, безмасляные и звукоизолированные различных производителей, например ( FINI ). Однако, прежде чем выбрать тот, который соответствует вашим потребностям, узнайте о них немного больше.

Поршневой компрессор — надежное решение

Сам принцип работы поршневого компрессора не очень сложен. Цилиндр, входящий в состав поршневого компрессора , заполнен сжатым воздухом, который достиг состояния сжатия из-за скользящего движения поршня. Есть конечно более сложные устройства, например двухступенчатый поршневой компрессор , где есть два поршня, но принципы работы остаются почти такими же.Именно по этой причине поршневой компрессор приобрел такую популярность и признание многих специалистов. Вне зависимости от модели, его эффективная работа незаменима.

Поршневой компрессор — что нам нужно?

Очевидно, что поршневые компрессоры предназначены для получения сжатого воздуха. Но для чего это чаще всего используется? Мы можем встретить их на придорожной АЗС, в автомастерской, на небольших производственных линиях и во многих других устройствах. Поршневые компрессоры однозначно можно назвать универсальным устройством. Это то, что делает их таким уникальным оборудованием. Познакомьтесь с тем, что есть в нашем широком предложении. Мы приглашаем!

Delta Technika — только лучшее

товаров

Среди наших поршневых компрессоров Вы обязательно найдете необходимое оборудование. Однако, если у вас возникнут какие-либо проблемы или сомнения, не стесняйтесь обращаться к нам. Вы можете посетить нас в одном из наших филиалов (торговых точек).

Мы также рекомендуем вам ознакомиться с оставшимся предложением компрессоров, среди прочего. винтовые компрессоры, спиральные компрессоры и все их аксессуары. Более подробную информацию об отдельных моделях можно найти на соответствующих подстраницах, которые содержат все необходимые данные.

Как работают поршневые компрессоры?

20.11.2018, г. 10:45

Поршневые компрессоры — самые старые устройства, предназначенные для выработки сжатого воздуха. Как они устроены и как работают? Где они сейчас используются? Каковы их наиболее важные особенности и что следует учитывать при покупке этого типа устройства?

Принимая решение о покупке и эксплуатации промышленных компрессоров, стоит ознакомиться с их работой и узнать об их технических параметрах.Несмотря на постоянно развивающиеся технологии и разработку все новых и новых систем управления, также стоит узнать о принципах работы и конструкции простых поршневых компрессоров.

Поршневые компрессоры — как они устроены?

Поршневые компрессоры — самый старый тип компрессоров. Их основной конструктивный элемент — цилиндр. Иногда и в этом случае можно встретить название поршневой компрессор. Этот термин совершенно правильный и до сих пор используется многими людьми.Процесс производства сжатого воздуха в этом типе устройств начинается с забора определенного объема воздуха из окружающей среды. Затем из-за скользящего движения поршня количество всасываемого ранее газа уменьшается. Поршень, в свою очередь, приводится в движение силой, передаваемой от соединенного с ним шатуна. Только тогда он сможет выполнять работу. Важно отметить, что производительность поршневого компрессора зависит от двух основных факторов:

Размеры цилиндра, определяющие его объем,
давления (степень сжатия) — это правильный ход поршня, который на практике представляет собой отношение давления насоса к давлению всасывания.

Принципы работы поршневых компрессоров на практике

Механизм сжатия воздуха с помощью поршня внутри цилиндра имеет некоторые ограничения. Оказывается, в баллоне возможно давление 5-6. Это означает, что на практике давление 5-6 бар может быть получено при давлении всасывания 1 бар. Более высокие значения этого параметра могут быть получены только при использовании двухступенчатого сжатия. В промышленных поршневых компрессорах может использоваться двухпоршневой механизм. Однако это невозможно с устройствами с винтовым блоком. Очень важным параметром поршневых компрессоров, гарантирующим наивысший уровень сжатия воздуха, является герметичность между скользящим поршнем и поверхностью цилиндра внутри него. В этой ситуации устройство работает наиболее эффективно.

Зачем нужны поршневые компрессоры?

Хотя поршневые компрессоры представляют собой устройства, основанные на старейшем принципе сжатия воздуха, известном человеку, они все еще широко используются во многих отраслях промышленности.Оказывается, преимуществ у них много. Наиболее важные из них:

1. Разнообразие приложений по отраслям и функциональности.

2. Производительность и экономия труда.

3. Поршневые компрессоры можно безопасно использовать в режиме 50/50 — в шинном сервисе или в автомастерских.

4. Эти устройства обеспечивают эффективную работу как в диапазоне среднего, так и высокого давления.

5. Идеально подходят для модульных систем — благодаря этому их можно подключать к уже действующим установкам.

6. Могут применяться в различных конфигурациях оборудования — на вертикальных и горизонтальных резервуарах, без или с звукопоглощающим кожухом.

Где сегодня используются поршневые компрессоры?

В настоящее время на рынке представлено много типов и моделей поршневых компрессоров. Среди них стоит выделить несколько основных типов данного типа устройств:

— Компрессоры масляные поршневые,

— бустеры,

— Компрессоры поршневые безмасляные,

— Компрессоры мобильные,

— Компрессоры интегрированные,

— компрессоры на аппарелях.

Главное преимущество всех этих устройств — простота установки и высокая гибкость решений. В результате они используются не только на крупных промышленных предприятиях, но и в небольших мастерских. Масляные компрессоры — очень универсальные устройства. Они используются, среди прочего для обслуживания технологических линий и в малярных и слесарных цехах, шиномонтаже и автосервисе. Кстати, они также хорошо зарекомендовали себя в повседневной работе пневматических инструментов, то есть пескоструйных аппаратов, шлифовальных машин и станков различных типов. С другой стороны, безмасляные поршневые компрессоры — это устройства, в которых качество сжатого воздуха, не содержащего частиц масла, играет ключевую роль. Компрессоры этого типа используются в основном в медицинской и пищевой промышленности. Они также отлично работают в качестве устройств для аэрации воды или гидрофоров. Они используются ежедневно в стоматологических и протезных кабинетах.

Поршневые компрессоры и их значение

Описанные выше устройства доступны как в мобильной версии (тогда они комплектуются колесами), так и иногда устанавливаются на пандусах или сборных системах, состоящих из нескольких устройств.Благодаря тому, что они доступны во многих моделях на выбор и имеют различные применения, поршневые компрессоры по-прежнему широко используются в промышленности и сфере услуг. Их значение на рынке не снижается все время, а наоборот.

Более подробную информацию о поршневых компрессорах можно найти по этому адресу — http://www.arbatech.pl/kompresory-i-sprezarki-tlokowe .

Этот товар просмотрен 3093 раза (а).

3 0

Средний рейтинг 5/5 за «Как работают поршневые компрессоры?» основан на 3 голосах.

Поршневой компрессор, поршневой компрессор — Поршневые компрессоры Warszawa

Поршневой компрессор (поршневой компрессор) — самый старый и самый распространенный тип компрессора на предприятиях. Поршневые компрессоры доступны в одно- и двухступенчатом вариантах, с масляной смазкой и в безмасляном варианте. Конкретные устройства различаются количеством цилиндров, что определяет их эффективность и область применения.

Стандартный поршневой компрессор работает, перемещая поршень в цилиндре, чтобы увеличить давление воздуха.В случае компрессоров двухступенчатого действия наиболее распространены крупные агрегаты с цилиндром низкого и высокого давления. Поршневые компрессоры с масляной смазкой работают со смазкой разбрызгиванием или смазкой под давлением.

Поршневой компрессор AIRPRESS

Поршневой компрессор AIRPRESS — одно из самых эффективных устройств этого типа, доступных в настоящее время на рынке пневматики. AIRPRESS предлагает современные решения, в которых используются инновационные технологии.Благодаря этому поршневые компрессоры AIRPRESS более эффективны, чем у конкурентов на рынке, что позволяет, среди прочего, снижение рабочей температуры устройства, что приводит к более длительным циклам сжатия и большему количеству сжатого воздуха. В поршневом компрессоре AIRPRESS также используются промежуточные охладители и охладители выхлопных газов увеличенного размера, которые снижают температуру сжатого воздуха, тем самым увеличивая срок службы компрессора. Эффективность и длительный срок службы являются отличительными чертами поршневых компрессоров AIRPRESS.

Самый большой выбор поршневых компрессоров — Варшава и ее окрестности

PNEUMARK — известный и уважаемый дистрибьютор оборудования для сжатого воздуха. Наше предложение включает ряд решений от известных производителей пневматической промышленности, таких как AIRPRESS и немецкая компания RENNER. Продажа компрессоров — не единственная наша специальность.

Отличное знание отрасли и понимание потребностей клиентов в области предоставления надежных решений привело к обогащению предложения компании услугами, связанными с ареной компрессоров e.Аренда компрессора — это гарантия постоянной цены на сжатый воздух и сохранность непрерывности производственного процесса, которую обеспечивает профессиональный сервис компрессора.

Мы предоставляем свои услуги в городе Варшава и его окрестностях. Мы предлагаем прямые продажи, а также консультации по выбору лучших решений. Клиентам, заинтересованным в покупке или аренде компрессора, рекомендуется связаться с торговым представителем PNEUMARK.

Компрессоры, поршневые воздушные компрессоры — Boge

Есть много типов компрессоров, но поршневой компрессор — самый старый из них. Другое не менее популярное название поршневых компрессоров — поршневые компрессоры — оба правильные и широко используемые.

Основным элементом конструкции поршневых компрессоров является цилиндр. Сжатый воздух сначала создается за счет забора заданного объема наружного воздуха.Затем он уменьшается из-за возвратно-поступательного движения поршня в поршневых компрессорах. Поршень может двигаться за счет мощности, передаваемой от соединенного с ним шатуна. Только так такие компрессоры могут нормально работать.

Когда поршень компрессора движется вниз, в цилиндре создается разрежение и открывается всасывающий клапан. Затем в компрессор подается наружный воздух. В свою очередь, когда поршень поднимается, клапан закрывается и давление увеличивается — тогда воздух сжимается.Когда значение давления превышает давление нагнетания в цилиндре, воздух вытесняется через выпускной клапан. Так выглядит один полный цикл работы поршневого компрессора.

Мощность поршневых компрессоров

Производительность поршневого компрессора может определяться размерами цилиндра (которые определяют его объем) и сжимаемостью — или соотношением давлений нагнетания и всасывания — которые определяют правильный ход поршня.

Однако такие компрессоры, а точнее их цилиндры, не лишены ограничений.В одном баллоне может достигаться давление 5-6 бар. Это означает, что давление всасывания 1 бар позволяет получить давление 5-6 бар. Более высокие значения достигаются только при использовании двухступенчатого сжатия.

Такие компрессоры с наивысшим уровнем воздуха и эффективностью работы характеризуются тем, что поршневые компрессоры поддерживают уплотнение между скользящим поршнем и областью цилиндра. В двухступенчатых компрессорах используются цилиндровые системы различной производительности и промежуточные охладители.В результате эффективность компрессора увеличивается, а температура сжатия может быть снижена. Этот тип поршневого компрессора очень часто используется в промышленности, поскольку он обеспечивает более высокий КПД.

Компрессор и компрессор | Компрессор высокого давления — тип

Компрессоры с маслом — чрезвычайно важная часть оборудования как вулканизационных заводов, так и автомастерских. Это устройство отличается высокой производительностью и гарантирует непрерывность работы. К тому же их отличает очень вместительный резервуар, облегчающий выполнение действий. Они могут быть одно- или многоступенчатыми, в зависимости от потребностей. Их особенности могут быть следующими (на примере выбранного устройства):

Регулятор давления с двойным выпуском
емкость бака от 200 до 500 литров на колесах или опорах
Прочная защита ремня, защищающая все движущиеся части
, который снижает шум и увеличивает производительность
Насос для улучшения охлаждения сжатого воздуха
и ручка для легкого маневрирования компрессора

Из-за необходимости использовать масло при использовании компрессора, срок службы поршня увеличивается, и это влияет на его срок службы больше, чем с безмасляным компрессором. Безмасляный компрессор полностью исключает присутствие даже минимального количества масла в сжатом воздухе. Это оборудование, возможности которого ценятся прежде всего в фармацевтической и химической промышленности (часто используется в стоматологических кабинетах, хорошо работает в условиях, требующих высокой стерильности и гигиены труда).

В дополнение к перечисленным свойствам безмасляный компрессор является идеальным решением для небольших работ автомобильных вентиляторов. В гараже / доме / частном пространстве его можно использовать для окраски стен или нетипичных конструкций, например, деревянных, качания велосипедных колес или чистящих инструментов или устройств.

При выборе одного из этих устройств следует обращать внимание на давление, емкость бака, производительность, уровень шума, долговечность и качество, а также на производителя. На этом этапе вы точно можете пропустить цену, потому что это не так важно и может сильно сбивать с толку.

Сводка

Перед тем, как принять окончательное решение, а главное, прежде чем делать выбор, стоит определиться с вашими ожиданиями от этого устройства. Вы должны ответить на вопрос, для чего это нужно. Здесь стоит упомянуть, что и компрессоры, и компрессоры являются функциональными устройствами, которые используются не только в домашнем хозяйстве, но и, прежде всего, в автомастерских, строительных площадках, малярных цехах и в промышленности.

Если вам нужно оборудование, которое вы хотели бы использовать только в качестве хобби, вам обязательно стоит подумать о покупке безмасляного компрессора .В гораздо более продвинутых и многомерных проектах массового производства рекомендуется покупать компрессор с маслом, высокий КПД которого позволит реализовать все процессы.

Вы ищете подходящее устройство? Все еще не знаете, какой компрессор оправдает ваши ожидания? Прочтите наш текст о том, какой компрессор выбрать для вашей компании, и инвестируйте в оборудование, которое будет соответствовать вашим потребностям!

Поршень — RacePortal.ru

Детали шатунно-поршневой группы

1-Первое компрессионное кольцо

2-Второе компрессионное кольцо

3-Маслосъёмное кольцо

3. 1-Верхнее плоское кольцо

3.2-Расширитель

3.3-Нижнее плоское кольцо

4-Поршень

5-Поршневой палец

6-Стопорное кольцо поршневого пальца (2 шт)

7-Шатун

8-Болт крышки шатуна

9-Вкладыши подшипника шатуна

10-Крышка шатуна

11-Гайка крышки шатуна

Поршень

Во время работы двигателя на поршень оказываются значительные механические нагрузки, постоянно изменяющиеся как по направлению, так и по величине. Даже во время спокойного, равномерного движения автомобиля по обычной загородной дороге коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 3000 об/мин, следовательно, в течение одной минуты поршень должен разогнаться до высокой скорости, остановиться и опять разогнаться в противоположном направлении 6000 раз в минуту, или 100 раз в секунду. Если принять, что средний ход поршня современного короткоходного двигателя равен 80 мм, за одну минуту поршень пройдёт 480 метров, то есть средняя скорость движения поршня в цилиндре равна 28,8 км/час.

Ещё выше эти нагрузки у высокофорсированных двигателей спортивных автомобилей. Если принять, что скорость вращения двигателя спортивного автомобиля 6000 об/мин (на самом деле может быть значительно выше), в этом случае поршень изменит направление своего движения 200 раз в секунду, линейное расстояние, которое поршень пройдёт за час, будет равно 57,8 км, при этом максимальная скорость движения поршня будет равна 120 км/час. То есть в течение одной секунды, поршню необходимо 200 раз на расстоянии всего 40 мм разогнаться до 120 км/час и на таком же расстоянии снизить скорость с 120 км/час до 0. Двигатели многих спортивных автомобилей имеют максимальную скорость вращения коленчатого вала до 12000 об/мин, а двигатели болидов Формулы 1 раскручиваются до 19000 об/мин.

Можно представить какие большие инерционные нагрузки действуют на поршень, даже если просто предположить что коленчатый вал двигателя вращается от постороннего источника энергии. Но на поршень также оказывается воздействие усилия сжимаемых газов на такте сжатия и особенно полезное воздействие расширяющихся газов на такте рабочего хода.

Максимальное давление в камере сгорания высокофорсированного двигателя достигает 80 – 100 атмосфер, давление в камере сгорания обычного автомобиля 55 – 60 атмосфер. И если принять, что диаметр поршня среднего автомобиля равен 92 мм, в момент максимального давления поршень испытывает усилие от 5,3 до 6,6 тонн. Так что можно сказать, что поршень автомобиля, как и другие детали кривошипно-шатунного механизма, испытывает огромные механические нагрузки. Но беда не приходит одна, кроме значительных механических нагрузок, поршень также подвергается воздействию очень высоких температур.

Откуда появляется тепло, оказывающее воздействие на поршень? Первый, но не основной, источник этот трение. Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью, при этом он постоянно трётся о стенки цилиндров. Геометрия кривошипного механизма такова, что часть силы, прикладываемой к поршню, расходуется на прижатие поршня к стенкам цилиндра. И не смотря на качественную обработку поверхностей, как цилиндра, так и поршня, даже при наличии смазки, возникает достаточно большая сила трения. Как известно из школьного курса физики, при этом выделяется большое количество тепла. Но в основном тепло, воздействующее на поршень, появляется при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Температура сгоревших в цилиндре газов может достигать 2000º — 2500ºС. Под воздействием таких высоких температур разрушаются все конструкционные материалы, из которых изготавливаются детали современных двигателей внутреннего сгорания. Поэтому необходимо отводить тепло от наиболее нагруженных в тепловом режиме деталей двигателя и, разумеется, от поршней. Общее количество тепла, выделенное во время работы двигателя, зависит от количества сгоревшего в цилиндрах двигателя топлива за единицу времени. А этот показатель, в свою очередь зависит от объёма цилиндров и от скорости вращения двигателя. Двигатель превращает в полезную механическую работу только небольшую часть энергии сгоревшего топлива. Некоторая часть тепла выводится из двигателя с горячими отработавшими газами остальноё тепло необходимо рассеять в окружающем пространств.

Опять вспоминая школьный курс физики можно сказать, что если два тела имеют разную температуру, но тепло от более нагретого тела перемещается к менее нагретому телу, пока температура обоих тел не сравняется. В автомобиле самым холодным телом, способным абсорбировать большое количество тепла, является окружающий воздух, следовательно, необходимо найти способ отвода тепла от нагретых деталей двигателя к окружающему воздуху. Поскольку весь земной шар всё равно не согреешь, можно считать, что окружающая среда способна абсорбировать любое количество тепла. Самая горячая часть поршня это его днище, поскольку оно непосредственно соприкасается с горячими рабочими газами. Далее тепло распространяется от днища поршня в направлении юбки.

Тепло от поршня отводится тремя способами: Основная часть тепла передаётся поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра и далее отводится системой охлаждения двигателя. Часть тепла отводится внутренней полостью поршня и через поршневой палец и шатун, а также маслом, циркулирующим в системе смазки двигателя. Часть тепла отводится от поршня холодной топливовоздушной смесью поступающей в цилиндры двигателя.

1. Отвод тепла чрез поршневые кольца и юбку поршня. Ясно, что подвести охлаждающую жидкость, циркулирующую в системе охлаждения к поршню невозможно, поскольку поршень во время работы двигателя перемещается с большой скоростью. Но система охлаждения двигателя интенсивно охлаждает стенки цилиндров двигателя. Поэтому необходимо сконструировать поршень и поршневые кольца так, чтобы он излишнее тепло чрез поршневые кольца и юбку передавал стенкам цилиндра двигателя. Далее исправная система охлаждения двигателя выведет тепло их двигателя и передаст его окружающему автомобиль воздуху. Если это не сделать, то температура поршня превысит максимально допустимую, после чего начнётся разрушение поршня под воздействием механических нагрузок и даже его оплавление под воздействием высокой температуры. Без необходимого отвода тепла поршень, сделанный из алюминиевого сплава расплавится всего через несколько минут работы двигателя.

Отвод тепла от поршня

Поступление тепла к поршню от рабочих газов, находящихся в цилиндре двигателя

Охлаждение поршня поступающей топливовоздушной смесью
Отвод тепла поршневыми кольцами (50% — 70%)
Отвод тепла юбкой поршня (20% — 30%)
Отвод тепла через внутреннюю полость поршня (5% — 10%)
Отвод тепла через поршневой палец и шатун
Охлаждающая жидкость рубашки охлаждения

Из общего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 50% — 60% отводится поршневыми кольцами, это накладывает очень высокие требования к конструкции и точности изготовления поршневых колец. Некоторая часть тепла отводится во внутренне пространство поршня и рассеивается во внутреннем пространстве картера или через поршневой палец передаётся на шатун и тоже рассеивается во внутреннем пространстве картера двигателя.

Отвод тепла от поршня через поршневые кольца
Отвод тепла поршневыми кольцами
Камера сгорания
Стенка цилиндра
Рубашка охлаждения
Поршень
Первое компрессионное кольцо
Второе компрессионное кольцо
Маслосъёмное кольцо

Поскольку самой горячей частью поршня является его днище, являющейся одной из стенок камеры сгорания, тепло перемещается от верхней части поршня к нижней. При этом из всего количества тепла, отводимого от поршня, приблизительно 45% отводится первым компрессионным кольцом, по причине того, что это кольцо всего ближе расположено к самой горячей части поршня, 20% отводится вторым компрессионным кольцом и только 5% отводится маслосъёмным кольцом. Тепло, переданное поршневыми кольцами и юбкой поршня стенкам цилиндра, отводится системой охлаждения двигателя. Поэтому исправность системы охлаждения оказывает больное воздействие на тепловой режим поршня. Увеличение температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения на 5º — 6ºС, увеличивает температуру поршня на 10ºС. При неисправности системы охлаждения первое что разрушается в двигателе это поршень. У поршня или прогорает днище или поршень заклинивается в цилиндре.

2. Отвод тепла при помощи масла системы смазки двигателя Поскольку многие внутренние детали картера двигателя смазываются распылением масла, масляный туман постоянно присутствует в картере двигателя. Соприкасаясь с горячими частями поршня или стенок цилиндра, масло забирает от них тепло и, осаждаясь в масляный поддон, переносит туда тепло. Обычно в таких системах при помощи масла от поршня отводилось не более 5% — 10% тепла. Но в последнее время в высоконагруженных двигателях, особенно в дизельных, масло системы смазки стало широко использоваться для охлаждения деталей, имеющих наибольшую тепловую нагрузку. Масло для охлаждения поршня может подаваться к поршню двумя способами. Первый способ – через специальный масляный канал, просверленный в стержне шатуна. В этом случае в шатуне имеется специальное отверстие, через которое масло разбрызгивается на внутреннюю стенку днища поршня. Второй способ – в нижней части картера устанавливаются масляные форсунки, которые под давлением распыляют масло во внутренней полости поршня, или впрыскивают его в специальный кольцевой охлаждающий канал, расположенный в головке поршня. Для отбора от поршня большего количества тепла масляный канал имеет волнообразную форму.

В этом случае при помощи масла может от поршня отводиться от 30 до 50% тепла. В результате при разбрызгивании масла на внутреннюю стенку днища поршня удаётся снизит температуру днища поршня на 15 – 20ºС, а при организованной циркуляции масла в поршне, температуру днища поршня можно снизить на 25 – 35ºС. Масло, охлаждающие поршни и другие детали сильно нагревается. При нагреве масло разжижается и теряет свои смазывающие свойства. По этой причине возникает угроза заклинивания коренных и шатунных подшипников коленчатого вала.

В таком случае система смазки двигателя имеет специальный охладитель масла, теплообменник которого передаёт тепло от масла жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя. Далее это тепло при помощи радиатора системы охлаждения рассеивается в окружающем автомобиль воздухе.

Охлаждение поршня маслом

Масляная форсунка, установленная в нижней части гильзы цилиндра, разбрызгивает мало из системы смазки двигателя на внутреннюю сторону днища поршня. Масло отбирает тепло от днища поршня и стекает в масляный поддон двигателя, где происходит его охлаждение.

Поршень с масляным каналом

На этих рисунках показан поршень современного дизельного двигателя 2.0 TDI мощностью 103 кВт концерна VOLKSWAGEN. Масляная форсунка впрыскивает масло в охлаждающий канал поршня. По охлаждающему каналу масло проходит через головку поршня, охлаждая его, выходит из охлаждающего канала поршня с другой стороны и стекает в масляный поддон двигателя.

3. Охлаждение поршня холодной топливовоздушной смесью. Вообще поршень любого двигателя частично охлаждается топливовоздушной смесью. Причем чем богаче смесь, там больше она может забрать энергии от поршня. Но по причинам топливной экономичности и экологии современные двигатели часто работают на обеднённой смеси. Современные электронные системы управления двигателя для избежания детонационного сгорания на некоторых режимах работы двигателя немного переобогащают смесь, за счёт чего несколько снижается температура поршня.

Конструкция поршня

Днище поршня
Головка поршня
Юбка поршня
Выемка для противовесов коленчатого вала
Отверстие поршневого пальца
Канавка стопорного кольца
Бобышка поршня
Отверстие для отвода масла из канавки маслосъёмного кольца
Отверстие для отвода масла ниже маслосъёмного кольца
Канавка маслосъёмного кольца
Третья перегородка поршневых колец
Канавка второго компрессионного кольца
Вторая перегородка поршневых колец
Канавка первого компрессионного кольца
Верхняя перегородка (жаровой пояс)
Метки направления установки поршня
Метки группы диаметра поршня

Вид поршня современного форсированного двигателя

Поршеньфорсированного двигателя
Днище поршня
Выемки клапанов
Вытеснитель
Верхняя перегородка (жаровой пояс)
Канавка верхнего компрессионного кольца
Вторая перегородка
Третья перегородка
Канавка маслосъёмного кольца
Отверстие для отвода масла из канавки компрессионного кольца
Юбка поршня с антифрикционным покрытием
Бобышка отверстия поршневого пальца
Отверстие поршневого пальца
Проточка под стопорное кольцо поршневого пальца
Канавка аккумулирования газов

На первый взгляд в конструкции поршня нет ничего сложного, поршень очень похож просто на перевёрнутый стакан. Но, учитывая, что к поршню предъявляются очень высокие и часто противоречивые требования, поршень является одной из наиболее трудных в конструировании и изготовлении деталей двигателя. В зависимости от конструкции двигателя, формы его камеры сгорания, расположения клапанов днище, и другие части поршня, могут иметь различную форму.

Некоторые примеры различных типов поршней

Поршень с вытеснителем и выемками клапанов

Поршень двигателя с непосредственным впрыском топлива автомобиля VOLKSWAGEN с системой управления двигателя FSI FSI

Направление потока смеси

Очень своеобразную форму имеют поршни двигателей автомобиля VOLKSWAGEN с расположением цилиндров VR и W. У этих двигателей днище поршня в одной плоскости не перпендикулярно оси поршня. Но все остальные детали поршня ось поршневого пальца и канавки поршневых колец строго перпендикулярны оси поршня.

Порщень RV-образного двигателя

Ранее отмечалось, во время работы двигателя поршень совершает возвратно поступательные движения с большой средней скоростью и с очень высокими знакопеременными ускорениями, следовательно, для уменьшения сил инерции конструктор должен стремиться сделать поршень, как и все остальные детали, совершающие возвратно-поступательное движение, как можно легче. Способов это сделать всего два, это применение материалов и низким удельным весом, и уменьшения общего количества материала, то есть удаление излишнего материала. Но удаление излишнего материала снижает прочность конструкции, чем деталь массивней, тем легче обеспечить её жесткость и теплоёмкость. Крайне не желательно деформация формы поршня под воздействием механических и температурных нагрузок. Во время работы двигателя поршень контактирует с другими деталями, стенками цилиндра, поршневыми кольцами и поршневым пальцем. Для обеспечения эффективной работы двигателя необходимо обеспечит точные зазоры между всеми этими деталями. Но все эти детали изготавливаются из различных материалов и, соответственно, имеют различные коэффициенты температурного расширения.

Поршень конструируется так, что после прогрева двигателя до нормальной рабочей температуры все зазоры между движущимися деталями были минимальными и соответствовали расчётным. Вообще наружная форма и размеры поршня должны соответствовать форме цилиндра. При изготовлении стремятся придать отверстию цилиндра строгие геометрические формы. Но, например, неправильная затяжка болтов крепления головки блока цилиндров, может сильно исказить первоначальную форму отверстия цилиндра. Поэтому, при ремонте двигателя всегда строго соблюдайте рекомендованные моменты затяжки всех резьбовых соединений.

Наружная форма поршня конструируется так, чтобы после прогрева двигателя поршень приобрёл форму строго цилиндра, поэтому при изготовлении поршня в его форму умышленно вносятся некоторые искажения, которые устраняются по мере прогрева двигателя. На холодном двигателе зазор между поршнем и стенками цилиндра увеличен. При прогреве двигателя до нормальной рабочей температуры тепловые зазоры между стенками цилиндра и поршнем уменьшаются и начинают соответствовать норме. Вот почему так важно поддерживать необходимую рабочую температуру двигателя.

Поршень состоит из трёх основных частей:

Днище поршня
Головка поршня
Юбка поршня

Днище поршня предназначено для восприятия усилия давления газов. Головка поршня обеспечивает герметизацию подвижного соединения поршня и стенок цилиндров за счёт установленных на головку поршня поршневых колец. Для установки поршневых колец в головке поршня делаются специальные канавки. В верхние канавки современных поршней вставляются компрессионные кольца, а нижняя канавка предназначена для установки маслосъёмного кольца. В канавке маслосъёмного кольца делаются сквозные отверстия, через которые излишнее масло отводится во внутреннюю полость поршня.

Часть поршня, расположенная ниже нижнего кольца называется юбкой поршня. Юбка поршня, иногда её называют тронковая или направляющая часть поршня, предназначена для удержания поршня в правильном направлении и восприятия боковых нагрузок. То есть юбка является направляющим элементом поршня.

Очень важным параметром поршня является высота головки поршня относительно оси поршневого пальца (4). Иногда различные модификации двигателя имеют различную степень сжатия. В производстве легче всего изменить степень сжатия изменением высоты головки поршня.

При конструировании двигателя, для уменьшения сил инерции, конструкторы стремятся сделать поршень как можно легче. Но сделать все стенки поршня одинаковой толщины не удастся. Днище поршня, для восприятия больших нагрузок, всегда делается толще, чем стенки юбки. Но и юбка в различных местах имеет различную толщину. В местах бобышек под поршневой палец юбка имеет значительное утолщение, а, учитывая то, что различные части поршня имеют различную температуру, можно предположить, что при нагреве в разных местах поршень расширяется не одинаково. Поскольку во время рабаты двигателя головка поршня имеет более высокую температуру, следовательно, расширяется больше юбки поршня, головка поршня имеет несколько меньший диаметр по сравнению с юбкой поршня.

Поршень — диаметр головки

Под воздействием тепловых деформаций поршня, сложенных с боковыми усилиями, действующими на поршень в перпендикулярно оси поршневого пальца, цилиндрический поршень может приобрети овальную форму. Для устранения этого явления поршень изначально делается овальным, но в противоположном направлении, по мере прогрева двигателя поршень, под воздействием боковых сил, приобретает круглую форму. Малая ось овала совпадает с направлением оси поршневого вала, а большая ось овала совпадает с направлением действующих на поршень боковых сил.

Но кроме овальности наружная поверхность поршня имеет некоторую конусность. Поршни современного двигателя, кроме овальности, по высоте имеют бочкообразную форму. Поэтому, поршень, кажущийся на первый взгляд простым цилиндром, имеет довольно сложную форму.

Сложная форма поршня

На этом рисунке даны отклонения диаметра поршня от номинального размера. Зелёная линия показывает отклонения от номинального диаметра на различной высоте поршня со стороны торцов поршневого пальца, а розовая линия показывает отклонение номинального размера со стороны упорных поверхностей поршня. Ширина жёлтой зоны показывает овальность поршня на различной высоте.

Подбор точной наружной формы поршня очень трудная инженерная задача. В самом начале развития двигателестроения форма поршня подбиралась только опытным способом. Установив опытный поршнь в двигатель, двигатель нагружали различными нагрузками. После проведения необходимых испытаний поршень снимался и в местах, подвергшихся наибольшему износу, удалялась некоторая часть металла, и после этого проводился следующий цикл испытаний. Ели в результате излишне снятого металла поршень разрушался, толщину стенок или форму поршня изменяли и заново производили полный цикл испытаний. В результате продолжительных испытаний добивались наилучшей формы поршня для данного двигателя. По мере накопления опыта точная форма поршня стала определяться расчётным способом. Но даже сейчас, когда специальная компьютерная программа, может прочитать оптимальную форму поршня быстро, с высокой степью точности и с учётом всех, воздействующих на поршень температурных и механических факторов, проводится обязательное испытание поршней под различной нагрузкой. Другим способом терморегулирования поршня, то есть направленное изменение формы поршня под воздействием температуры является вплавление в алюминиевое тело стальных термостабилизирующих пластин. Термостбилизирующие пластины, при полном прогреве поршня, позволяют снизить радиальное расширение поршня приблизительно в два раза по сравнению с поршнем, полностью изготовленным из алюминиевого сплава.

Термостабилизирующие пластины

Термостбилизирующие пластины или кольца являются очень эффективным средством управления расширения поршня в необходимом направлении. Правда эти элементы имеют большое ограничение они могут быть вставлены только в литые поршни, но нет возможности установки этих элементов в современные кованные поршни. Как преднамеренные изменения формы поршня, так и вставка в поршень термостабилизирующих стальных пластин предназначены для обеспечения стабильного минимального теплового зазора между поршнем (юбкой поршня) и стеками цилиндра. Обычно тепловой зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра автомобильного двигателя лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм.

Боковые силы, приложенные к поршню

Во время работы двигателя шатун постоянно, кроме положения поршня в ВМТ и НМТ находится под некоторым углом к оси цилиндра, причем этот угол постоянно изменяется. Поэтому сила, приложенная к поршневому пальцу, раскладывается на две. Одна сила действует в направлении шатуна, а вторая сила действует в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к стенке цилиндра. При движении поршня вверх на такте сжатия сжимаемый воздух оказывает сопротивление перемещению поршня. Часть это силы прижимает поршень к правой стенке цилиндра, если смотреть со стороны передней части двигателя. Во время рабочего хода расширяющиеся газы с большой силой давят на поршень. Часть этой силы расходуется на прижатие поршня к левой стенке цилиндра. Не стоит думать, что эти силы незначительны. Боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра приблизительно равна 10% — 12% процентов, от силы, действующей в направлении оси цилиндра. Ранее упоминалось, что во время работы двигателя на днище поршня среднего легкового автомобиля действует сила в несколько тонн, следовательно, сила, прижимающая поршень к боковой стенке может быть равна нескольким сотням килограмм. Поскольку сила, действующая на поршень во время рабочего хода в направлении оси цилиндра значительно выше, силы, действующей на поршень во время такта сжатия, поверхность, к которой прижимается поршень, во время такта рабочего хода, называется основной упорной поверхностью.

Из всего сказанного вытекает, что при прохождении поршнем ВМТ между тактами сжатия и рабочего хода происходит перемещение поршня от вспомогательной упорной поверхности к основной. Поскольку на поршень действуют большие силы, а все процессы в двигателе происходят очень быстро, перемещение поршня происходи в форме удара. Для уменьшения силы удара при перекладке поршня ось поршневого пальца (вернее ось отверстия в бобышках поршня под поршневой палец) смещена в сторону основной упорной поверхности.

Перекладывание поршня

При движении поршня вверх на такте сжатия, давление сжимаемого воздуха оказываемого на днище поршня преобразуется в силу, направленную перпендикулярно днищу поршня. Поскольку шатун находится под некоторым углом к оси поршня, возникает нормальная сила, прижимающая поршень к вспомогательной упорной поверхности (2). Сила, возникающая в результате воздействия давления, равна произведению давления, умноженного на площадь, на которую действует давление. Поскольку ось поршневого пальца смещена в сторону основной упорной поверхности (1), площадь правой половины поршня стала несколько больше площади левой половины. В результате чего сила, действующая на правую половину поршня, будет больше силы, действующей на левую половину поршня. Поэтому, когда поршень остановится в ВМТ, в результате разности этих сил, нижняя часть поршня переместится к основной упорной поверхности. А как только давление в камере сгорания начнёт увеличиваться, произойдёт полная перекладка поршня к основной упорной поверхности. Это позволяет произвести перекладку поршня без ударных нагрузок. При движении поршня в низ, при изменении угла шатуна к оси цилиндра и возрастания давления в цилиндре поршень оказывает давление на основную упорную поверхность (1).

Обычно смещение оси поршневого пальцы относительно оси поршня в автомобильных двигателях лежит в диапазоне 1,0 – 2,5 мм. Учитывая имеющиеся смещения оси поршневого пальца, поршень допускается устанавливать только в одном направлении. Неправильна установка поршня приведёт к появлению ударных звуков во время работы двигателя. Обычно на днище поршня имеется метка, указывающая правильное направление установки поршня. Перед ремонтом двигателя тщательно изучите руководство по ремонту.

Нормальный тепловой зазор между цилиндром и юбкой поршня лежит в диапазоне 0,0254 – 0,0508 мм. Но для каждого двигателя имеется точное значение этого параметра, которое можно найти в технических нормативах. Уменьшенный зазор приведёт к задирам поршня или поршневых колец и даже заклиниванию поршня в цилиндре.

Измерение диаметра поршня

При увеличенном зазоре повышается шумность работы двигателя и износ поршня и поршневых колец.

Измерение диаметра юбки поршня при помощи микрометра.

Измерение диаметра поршня Диаметр юбки поршня необходимо проверять в направлении перпендикулярном оси пальца строго на установленной высоте относительно нижнего края юбки. Замерьте диаметр юбки поршня на установленной высоте и запишите результаты измерений.

Измерение диаметра цилиндра нутромером

При помощи нутромера замерьте диаметр цилиндра и запишите результаты измерений. Для определения зазора необходимо из второго полученного результата вычесть результат первого измерения. Измерение зазора при помощи плоского щупа Некоторые производители двигателей предлагают проводить измерение зазора между поршнем и цилиндром при помощи плоского щупа.

Измерение зазора между поршнем и стенками цилиндра

На этих двух рисунках показаны различные способы измерения зазора при помощи плоского щупа.

Измерение зазора при помощи щупа

Материалы, из которых изготовлен поршень

Поскольку к поршням, как к изделию, предъявляются очень высокие требования, такие же высокие требования предъявляются к материалам, из которых изготавливаются поршни. Можно кратко перечислить требования к этим материалам:

Для снижения инерционных нагрузок материал должен иметь как можно меньший удельный вес, но при этом быть достаточно прочным.
Иметь низкий коэффициент температурного расширения.
Не изменять своих физических свойств (прочности) под воздействием высоких температур.
Иметь высокую теплопроводность и теплоёмкость.
Иметь низкий коэффициент трения в паре с материалом, из которого изготовлены стенки цилиндров.
Иметь высокую сопротивляемость износу.
Не изменять своих физических свойств под воздействие нагрузок, вызывающих усталостное разрушение материала.
Быть не дорогим, общедоступным и легко поддаваться механической и другим видам

Алюминий значительно легче чугуна, но поскольку он мягче чугуна, приходится увеличивать толщину стенок поршня, по этой причине вес поршневой группы алюминиевого поршня легче подобной группы с чугунным поршнем всего на 30 – 40%. Алюминий обладает высоким температурным коэффициентом расширения, для устранения влияния которого приходится вплавлять в тело поршня стальные термостабилизирующие пластины и увеличивать зазоры между поршнем и другими элементами в холодном состоянии. Алюминий обладает низким коэффициентом трения в паре алюминий – чугун. Что удовлетворяет, по этому показателю, применение алюминиевых поршней в большинстве двигателей имеющих чугунный блок цилиндров или чугунные гильзы, вплавленные или вставленные в алюминиевый блок цилиндров. Но существуют современные прогрессивные двигатели (в основном немецкие – Фольксваген, Ауди и Мерседес) с алюминиевым блоком цилиндров, не имеющих вплавленных чугунных гильз. У этих двигателей поверхность алюминиевых отверстий цилиндров обрабатываются несколькими различными способами. В результате поверхность стенок цилиндров становится очень твёрдой и приобретает возможность сопротивления износу, даже выше чем у чугунных гильз. Но в паре алюминий – алюминий коэффициент трения очень высокий. В этом случае для уменьшения сил трения проводится железнение опорных поверхностей юбки поршня. В процессе железнения на опорную поверхность юбки поршня гальваническим способом наносится тонкий слой стали.

Блок цилиндров без гильз

Поршень с железнением юбки

На этих рисунках показано плазменное напыление на рабочую поверхность цилиндров полностью алюминиевого блока цилиндров без применения вставных или вплавленных гильз цилиндров и соответствующий этой поверхности поршень с железнением опорной поверхности юбки поршня. Отсутствие чугунных гильз значительно уменьшает вес блока цилиндров.

Поршень с антифрикционным покрытием

Кроме антифрикционного покрытия на этом рисунке отчётливо видна стальная вставка, в которой проточена канавка для установки верхнего компрессионного кольца. Установка подобной вставки значительно увеличивает срок службы поршня.

Алюминиевые сплавы

Кремнеалюминиевые сплавы, из которых изготавливаются поршни большинства современных автомобильных двигателей, делятся на две группы – эвтектические (содержания кремния 11 – 13%) и заэвтектические (содержания кремния 25 – 26%). Для улучшения термической стойкости и механических свойств в эти сплавы добавляются никель, медь и другие металлы. В эвтектических сплавах свободный кремний отсутствует, поскольку он полностью растворён в алюминии, в заэвтектических сплавах кремний может присутствовать в виде кристаллов, часто видимых на срезе или расколе материала. Поршни массовых автомобилей изготавливаются методом литья в кокиль из эвтектических сплавов, поскольку эти сплавы обладают хорошими литейными свойствами. Поршни дизельных двигателей тяжёлых грузовых автомобилей и других нагруженных двигателей изготавливаются из заэвтектических сплавов. Эти сплавы обладают большей прочностью, но имеют большую стоимость в производстве, поскольку изделия из этих сплавов трудней обрабатываются.

Литые и кованые

На высоконагруженных форсированных автомобильных двигателях применяются поршни, изготовленные не методом литья, а методом ковки (горячей штамповки). Ковка значительно улучшает структуру материала, поэтому кованые поршни обладают большей прочностью и большей устойчивостью к износу. Но вкованные поршни невозможно установить терморегулирующие стальные пластины.

Структура металла кованного поршня

Литые поршни не применяются, если обороты двигателя в рабочем режиме превышают 5000 об/мин. Кроме того, кованые поршни имеют лучшую теплопроводность, поэтому температура кованых поршней ниже температуры поршней, изготовленных методом литья.

Сравнение температуры литого и кованного поршня

Ремонтные размеры и селективная подборка

Как ранее отмечалось, диаметр поршня должен строго соответствовать диаметру цилиндра с обеспечением необходимого зазора между ними. Но в реальном производстве изготовленные детали всегда несколько отличаются друг от друга. Поэтому во многих отраслях машиностроения, и автомобилестроение в том числе, принята селективная подборка. После изготовления измеряются и по результатам измерений детали делятся на несколько классов или групп, с определённым диапазоном измеряемого размера. То есть каждому классу отверстия цилиндра (обычно класс цилиндра выбит в определённом месте на блоке цилиндров), подбирается поршень такого же класса. Например, на ВАЗе поршни подразделяются на пять классов (A, B, C, D и E), но в запасные части для ремонта двигателей поставляются поршни только трёх классов (А, С и Е). Считается, что этого вполне достаточно для выполнения качественного ремонта.

Группы поршня по диаметру

Таблица и рисунок даны только для примера, поскольку для разных моделей двигателей выпускаются поршни разных номинальных размеров. На рисунке и в таблице упоминаются поршни разного номинального диаметра. Кроме этого выпускаются поршни ремонтного размера, с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм диаметром. Не путайте ремонтные размеры, с классами по селективной подборке. Классы селективной подборки отличаются друг от друга на сотые, а, иногда, на тысячные доли миллиметра. А номинальные ремонтные размеры отличаются на несколько десятых долей миллиметра.

Во время капитального ремонта двигателя с расточкой блока цилиндров под ремонтный размер отверстий цилиндров специалисты ремонтного предприятия точно подгоняют диаметр цилиндра под имеющиеся поршни при хонинговке. Если по причине износа или наличия задиров требуется отремонтировать отверстие одного цилиндра, придётся растачивать все цилиндры. Не допускается применения на одном двигатели поршни разных ремонтных размеров. Диаметр поршня измеряется при помощи микрометра, в направлении, перпендикулярном оси поршневого пальца, на строго установленном расстоянии от низа юбки поршня, указанном в руководстве по ремонту. Все измерения, как диаметра поршня, так и диаметра отверстия цилиндра необходимо проводить при нормальной комнатной температуре – 20º С. Различные производители имеют различные группы или классы поршней по диаметру. Поэтому перед ремонтом двигателя ознакомьтесь с Руководством по ремонту. Кроме селективного подбора поршней по диаметру, поршни также делятся на несколько групп по диаметру отверстия под поршневой палец. Обычно группа поршня определяется цветовой меткой на внутренней поверхности бобышки поршня. Палец поршня имеет соответствующую по цвету метку на торцевой поверхности пальцы.

Группа поршня по диаметру поршневого пальца

Каждой группе соответствует установленный диапазон отверстия под поршневой палец, обычно различие между группами не превышает нескольких тысячных миллиметра.

Группа поршня по весу

Некоторые производители, также делят поршни на несколько групп по весу. Иногда при ремонте двигателя вес поршней уравнивается за счёт снятия металла в установленном месте юбки поршня. Чем меньше различие в весе поршней, тем меньше вибрации двигателя. При замене поршней подбирайте поршни одной весовой группы или, если это указано в Руководстве по ремонту, при помощи удаления металла уравняйте вес поршней.

Данные о размерах поршня и направлении его установки обычно выбиты на днище поршня.

Метки на днище поршня

Маркировка поршня:

Стрелка для ориентирования поршня в цилиндре
Ремонтный размер
Класс поршня по диаметру
Группа отверстия поршневого пальца

И так, поршни одного двигателя делятся по следующим признакам: Класс поршня по диаметру (селективная подборка) Группа отверстия под поршневой палец (селективная подборка) Ремонтный размер Группа по весу поршня

Конструкция поршня — Энциклопедия по машиностроению XXL

Классифицируя поршневые гидромашины, принимаем за основу следующие признаки кратность действия, конструкцию поршня, число и расположение цилиндров, а также конструкцию распределителя. [c.159]

По конструкции поршня гидромашины называют плунжерными, дифференциальными, мембранными и др. Если длина поршня меньше его диаметра Ь [c. 159]

На рис. 52, а показана конструкция поршней первой и второй ступеней компрессора, на рис. 52, б показана третья ступень компрессора вместе с поршнем уравнительной полости. [c.115]

Конструкции поршней карбюраторного двигателя ЗИС-5 и дизелей ЯАЗ-204 приведены на фиг. 43 и 44. [c.117]

Типы и конструкции поршней. Типы [c.531]

В одной из отечественных конструкций поршня (1936 г.) предусмотрена напрессовка диска на цилиндрическую посадочную поверхность штока с натягом 0,3 мм до упора в бурт штока. Резьбовая посадка употребляется для поршней малого диаметра. Хвостовик штока выполняется коническим (1 15) посадку тумбы кулака (крейцкопфа) выполняют с не-доводом на 2 мм до упора в бурт штока (запас на подтяжку клином). На пассажирских паровозах (серий ИС, 2-3-2) шток для облегчения делают полым с отверстием диаметром, примерно равным половине диаметра [c. 321]

Взамен поршней, гуммированных резиной, или с резиновыми уплотнениями, ЭНИКМАШ разработал и испытал конструкцию поршней и уплотнений из прессованной древесины (фиг. 7). [c.310]

На фиг. 4 показана конструкция поршня цилиндра двойного действия с одной нажимной втулкой. 0-образное кольцо между хвостовиком поршня и стаканом исключает утечки в этом зазоре. При обратном ходе вся нагрузка на поршень воспринимается 154 [c.154]

Принципы работы насосов с наклонным блоком и наклонным диском не отличаются друг от друга, но в показанной на рис. 12.7, б конструкции поршни 11 совершают возвратно-поступательное движение за счет кинематической связи между ними и диском 7. Это отличие не является принципиальным. Такие конструкции вытеснителей используются и в насосах с наклонными дисками. [c.162]

В зависимости от условий работы и особенностей конструкции поршни изготавливаются различной длины, но обычно длина их редко превышает 90Э мм. Поршни длиной 400—900 мм для ш,еле-вых уплотнений делают из специальных труб, применяемых в производстве штанговых насосов и изготавливаемых но ЧМТУ 2378-56 из стали марки D или Ст.6. В один конец такого поршня ввинчивается переводник для штока, другой конец поршня двигателя закрывается резьбовой заглушкой. Поршни насосов очень часто делают проходными, т. е. через них пропускается из цилиндра нагнетаемая жидкость. В этом случае в поршне монтируют нагнетательный клапан. Применение проходных поршней позволяет до минимума сократить вредный объем насосных цилиндров и облегчает удаление газа из них, так как нагнетательные клапаны размещены в самой верхней части цилиндров. Стальные поршни двигателей и насосов выполняют преимущественно с гладкой поверхностью. [c.86]

Конструкции поршне с манжетным уплотнением решаются по типу узлов, приведенных на рис. 18 и 19. В двигателях и насосах дифференциального действия манжеты устанавливают с направлением в одну сторону.

В агрегатах двойного действия устанавливают две манжеты или две группы манжет, направленные во взаимно-противоположные стороны, так как при изменении хода изменяется и направление действующего перепада давления. [c.86]

Отверстия для поршневого пальца развертывают вручную специальной разверткой в небольших поршнях и растачивают на расточном станке у поршней больших размеров. Расточку можно выполнять и на токарном станке, если применить специальное приспособление. Выбор посадки поршневого пальца в отверстие поршня — с натягом или зазором — зависит от конструкции поршня и условий, в которых он работает. [c.158]

Применяют в пневматических и гидравлических цилиндрах со скоростью движения, поршней (штоков) соответственно до 0,5 и 0,3 м/сек при величине хода до 100 мм, упрощают конструкцию поршня. Затраты усилия на преодоление силы трения незначительны. [c.214]

Применяют в пневматических и гидравлических цилиндрах со скоростью движения поршней (штоков) соответственно до 0,5 и 0,3 м/с при величине хода до 100 мм упрощают конструкцию поршня. Затраты усилия на преодоление Силы трения незначительны. Применение колец в пневматических цилиндрах требует обильной смазки. Параметры шероховатости рабочей поверхности поршня Да == 0,800,160 мкм [c.248]

Подгонку по массе обычно производят растачиванием внутреннего пояска юбки поршня, а у облегченных конструкций. поршней — удалением металла с нижней плоскости и приливов у бобышек под палец (алюминиевые поршни), а также растачиванием специального прилива на внутренней стороне юбки поршня, ниЖе бобышек под палец. [c.364]

Глава четвертая содержит сведения о конструкции и расчете поршней, поршневых колец и поршневых пальцев, а также о материалах для их изготовления. В главе изложены основные требования, предъявляемые к конструкции поршня, обладающего высоким сроком службы и улучшающего эксплуатационные качества двигателя (снижение расхода масла, уменьшение шумности работы и др.). [c.3]

Конструкции поршней с расположенными в них камерами сгорания, относящимися также к неразделенным камерам, приведены на рис. 72, а, б. Камеры подобного типа отличаются меньшими тепловыми [c.140]

На рис. 74 представлена конструкция поршня из алюминиевого сплава, являвшаяся ранее типичной для двигателей грузовых автомобилей. Поршень имеет четыре канавки для поршневых колец — две для компрессионных и две для маслосъемных (маслосбрасывающих) колец. Последние канавки имеют сверления, предназначенные для пропуска масла внутрь поршня. Поршневой палец рассматриваемого поршня плавающего типа. В связи с этим в бобышках поршня имеются проточки для стопорных колец, удерживающих поршневой палец от осевых перемещений. Юбка поршня имеет цилиндрическую форму с поперечным и продольным разрезами. Разрезы обеспечивают минималь- [c.144]

Одна из конструкций поршня облегченного типа, применяемого для многооборотных двигателей спортивных и гоночных автомобилей, представлена на рис. 77. Поршни облегченного типа применяются, в частности, в двигателе ГАЗ-21 и опытных двигателях ГАЗ и ЗИЛ. [c.146]

В последние годы в области создания работоспособных, технологичных конструкций и производства поршней автомобильных двигателей достигнуты значительные успехи. Производство таких поршней в странах с развитой автомобильной промышленностью сосредоточено Б основном на специализированных предприятиях. Конструкции поршней автомобильных карбюраторных двигателей, выпускаемых в последние 4—5 лет, весьма разнообразны. Это объясняется большим числом моделей этих двигателей, влиянием срока службы, назначения, условий эксплуатации, структуры производства, а также патентоспособностью конструкции. [c.149]

Основные элементы современной конструкции поршня следующие. [c.149]

В СССР в соответствии с планируемым значительным ростом выпуска автомобилей в настоящее время созданы новые прогрессивные конструкции поршней автомобильных двигателей и ведутся работы по увеличению их выпуска, повыщению долговечности и снижению себестоимости.

[c.150]

В некоторых случаях на внутренней стороне днища поршня с целью улучшения его охлаждения выполняют ребра. Наличие таких ребер однако, способствует возникновению концентрации напряжений и даже трещин в днище, вследствие чего такие конструкции поршней в настоящее время встречаются редко. Но довольно часто применяют опорные ребра, соединяющие бобышки поршневого пальца с днищем поршня (рис. 81, б). Такие ребра повышают жесткость бобышек и верхней части поршня. [c.151]

Посадка поршневого пальца в отверстиях поршня может быть осуществлена с натягом или зазором, что зависит от конструкции поршня и условий, в которых он работает. [c.134]

Выбор конструкций маслосъемных колец зависит от количества смазки, необходимой для работы двигателя, и от мероприятий, предусмотренных в конструкции поршня для отвода избыточного масла. В тех случаях, когда не требуется обильная смазка можно применять кольца, приведенные на фиг. 92,г. Имея конусный срез, обращенный к камере сжатия, это кольцо при ходе вверх будет проходить по слою смазки. При ходе поршня вниз нижняя острая кромка кольца будет снимать излишек масла со стенок цилиндра. [c.100]

Поршни больших размеров изготовляются с отъемными стальными головками. На фиг. 76, а, б, в приведены характерные конструкции поршней мощных малооборотных дизелей. [c.291]

Некоторые конструктивные решения отдельных узлов и деталей перенесены данстационарные двигатели. Сюда, например, относятся картерный тип двигателя, передача к верхним клапанам, различные конструкции поршней, маслосбрасывающих и уплотнительных колец, смазка под давлением и т. п. [c.9]

Наконец, еще одним требованием, предъявляемым к конструкции поршня, является правильное размещение пальца по длине юбки поршня. [c.35]

На отечественном кислородном компрессоре ЗРК 10/30 двойного действия производительностью по нагнетанию 600 м ч эксплуатировались поршни I и II ступеней с манжетами, изготовленными из фибры (рис. 60, а). Небольшой срок службы фибровых манжет привел к изменению конструкции поршня и к замене фибровых манжет на фторопластовые поршневые кольца (рис. 60, б). Направляющие кольца этого компрессора сделаны [c.123]

На рис. 88 и 89 даны эскизы поршня компрессора с поршневыми кольцами из фторопласта, а также конструкция уплотнения с поршневыми кольцами из графита (слева) и фторопласта (справа). Применение фторопластовых уплотнительных колец позволяет упростить конструкцию поршня, уменьшить количество поршневых колец и общую длину уплотнения, снизить вес поршня. [c.215]

Существенное отличие имеют предприятия подетальной и подетально-технологической специализации. Здесь отраслевой и межотраслевой характер специализации не имеют решающего значения. Предприятия подетальной специализации — это заводы или цехи, выпускающие только конструктивно и технологически однородные детали (например, масленки для консистентной смазки или арматура трубопроводов). Предприятия подетально технологической специализации изготовляют конструктивно различные, но технологически однородные детали (например, различные по конструкции поршни, клапаны или толкатели двигателей внутреннего сгорания и др.) конструктивная и размерная унификация таких деталей практически неосуществима и к тому же не вызывается необходимостью, а концентрация их централизованного производства на предприятиях подетально-технологической специализации (с высоким уровнем автоматизации) выгодна во всех отношениях и поэтому получает большое развитие. [c.196]

Конструкция крышек поршневых барабанов в основном обусловливается конструкцией и очертанием поршня и должна отвечать условиям прочности и получения требуемого вредного пространства (10—120/о). Крышки золотниковых коробок выполняются в зависимости от устройства выпускных труб и типа золотника. Задние крышки золотниковых коробок часто отливаются заодно с кронштейном для прессмаслёнки и направляющими золотникового кулачка. В зависимости от конструкции поршня и золотника в крышках отливаются гнёзда для сальников крышки усиливаются рёбрами и притягиваются к цилиндрам шпильками (на притирке), У цилиндров с наружными трубами роль крышки выполняет выхлопная труба. [c.319]

Основным отличием конструкции поршня без контрштока является устройство поршневых колец. В каждый ручей закладывается по два кольца, имеющих при совместном прилегании поперечное сечение в виде буквы Т. Оба кольца прилегают друг к другу и к стенке ручья своими шлифованными поверхностями. Каждое кольцо по окружности разрезано обычно на пять равных частей (секций). Стыки секций одного кольца расположены против середины соответствующей секции парного с ним кольца (условие герметичности). Кольца прижимаются к стенкам цилиндра пружиной круглого сечения диаметром обычно 10 мм, расположенной во внутренней канавке колец. Пружина имеет приваренный штифт (замок), концы которого закладываются в отверстия в одной из секций каждого кольца для сохранения расположения стыков отдельных секций. [c.321]

Например, необходимо при разработке конструкции поршня и гильзы установить уровень взаимозаменяемости по диаметральному сопрягаемому размеру. Известно, что при полной взаимозаменяемости точность размеров должна быть обеспечена по 2-му классу, а при неполной взаимозаменяемости — по 3-му классу. При неполной взаимозаменяемости деталей вводят группы размеров, по которым сортируют, а затем подбирают детали, чтобы обеспечить требуемый зазор по чертежу. К недостаткам этого варианта конструкции следует отнести потребность в увеличении запасов деталей разных групп, что приводит к увеличению производственного иикла. Этот метод приемлем при сравнительно небольшом объеме серийного производства. [c.105]

Поршень. На фиг. 11 показана конструкция поршня паровой машины Сумского машиностроительного завода. У крупных машин поршень имеет двойное направление (через переднюю и заднюю крышки).

Особеностью данной конструкции поршня является широкая канавка глубиной до 1,75 мм, выполненная по средине цилиндрической поверхности поршня и предназначенная для улавливания и распределения масла. Клинообразная и ель, расположенная между поршнем и цилиндром, обусловливает наилучшие условия для смазки цилиндра. [c.224]

При сравнении различных конструкций поршневых колец для паровозных паровых машин оказалось, что срок службы секционных колец в 3,4—5 раз больше, чем у сплошных. На износ деталей часто оказывают влияние не только особенности ее конструкции но и конструкции сопряженных с ней деталей например, изнашивание цилиндров паровых машин тесно связано не только с качество поверхности, но и с конструкцией поршня при поршнях с контрштоками износ цилиндров в 2,5—4 раза меньше, чем при конструкциях поршней без контрштоков. [c.213]

ТОГО в неохлаждаемых поршнях (или охлаждаемых с малой интенсивностью) толщина днища увеличивается от центра к периферии. Переход к боковым стенкам осуществляется большим радиусом. В качестве примера на фиг. 78 приводится конструкция поршня двигателя с открытой камерой сгорания. [c.292]

Поршневая группа ВАЗ. Поршни ВАЗ. Констукция. Размеры. Маркировка

Конструкция поршня ВАЗ

Поршневая группа двигателя включает в себя — поршень, поршневые кольца и поршневой палец. Общая конструкция поршневой группы сложилась еще в период появления первых двигателей внутреннего сгорания. С тех пор ни один из элементов поршневой группы не утратил своего функционального назначения.

Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.

— температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С;

— после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя;

— зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.

— изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.

Очертания поршня за более стопятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.

В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.

Днище поршня – поверхность, обращенная к камере сгорания. Днище, своим профилем, определяет нижнюю поверхность камеры сгорания.

Расшифровка поршневой группы. Классы поршней для двигателей ВАЗ

Поршень

Поршень — алюминиевый литой. При изготовлении строго выдерживается масса поршней. Поэтому при сборке двигателя подбирать поршни одной группы по массе не требуется. По наружному диаметру поршни разбиты на пять классов (А, В, С, D, Е) через 0,01 мм. Наружная поверхность поршня имеет сложную форму. По высоте она коническая, а в поперечном сечении — овальная. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 55 мм от днища поршня.

По диаметру отверстия под поршневой палец поршни подразделяются на три класса (1, 2, 3) через 0,004 мм. Классы диаметров поршня и отверстия под поршневой палец клеймятся на днище поршня (см. рис. Маркировка поршня и шатуна).

Поршни ремонтных размеров изготавливаются с увеличенным на 0,4 и 0,8 мм наружным диаметром. На днищах этих поршней ставится маркировка в виде треугольника или квадрата. Треугольник соответствует увеличению наружного диаметра на 0,4 мм, а квадрат — на 0,8 мм.

Стрелка на днище поршня показывает, как правильно ориентировать поршень при его установке в цилиндр. Она должна быть направлена в сторону привода распределительного вала.

Поршневой палец

Поршневой палец — стальной, полый, плавающего типа, т.е. свободно вращается в бобышках поршня и втулке шатуна. Палец фиксируется в поршне двумя стальными стопорными кольцами.

По наружному диаметру пальцы подразделяются на три класса через 0,004 мм. Класс маркируется краской на торце пальца: синяя метка — первый, зеленая — второй, а красная — третий класс. Поршневые кольца

Поршневые кольца — изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо — с хромированной бочкообразной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа. Маслосъемное кольцо — с хромированными рабочими кромками и с разжимной витой пружиной (расширителем).

На кольцах ремонтных размеров ставится цифровая маркировка «40» или «80», что соответствует увеличению наружного диаметра на 0,4 или 0,8 мм.

Шатун — стальной, кованый. Шатун обрабатывается вместе с крышкой и поэтому они в отдельности невзаимозаменяемы. Чтобы при сборке не перепутать крышки и шатуны, на них клеймится номер 6 (см. рис. Маркировка поршня и шатуна) цилиндра, в который они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находиться с одной стороны.

В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка. По диаметру отверстия этой втулки шатуны подразделяются на три класса через 0,004 мм (так же, как и поршни). Номер 5 класса клеймится на верхней головке шатуна.

По массе верхней и нижней головок шатуны подразделяются на классы (см. табл. Классы шатунов по массе верхней и нижней головок), маркируемые краской на стержне шатуна. На двигатель должны устанавливаться шатуны одного класса по массе. Подгонять массу шатунов можно удалением металла с бобышек на головках до минимальных размеров 16,5 и 35,5 мм (рис. Места, на которых допускается удалять металл при подгонке массы верхней и нижней головок шатуна).

Классы шатунов по массе верхней и нижней головок

Масса головок шатуна, г			Цвет маркировки

На современном рынке присутствует большое количество поршней как отечественных, так и зарубежных производителей. Вне зависимости от места изготовления изделия, поршень ДВС

должен соответствовать требованиям каждой конкретной модели двигателя. Так, поршень Ваз, входящий в комплект, не должен отличаться по своей массе более чем на ±2,5 грамма. Именно это обстоятельство снизит вибрацию запущенного двигателя. В розничной торговле принято реализовывать поршни одной весовой категории. При необходимости осуществляется подгонка поршней по массе.

Стоит отметить, что зазор, имеющийся между поверхностью поршня и цилиндром должен быть равен величине, установленной для конкретной модели двигателя. По номинальному размеру поршни подразделяются на 5 классов, различие между ними — 0,01 мм. Все классы маркируют буквами на днище изделия — (А, В, С, D, Е). Как запчасти поставляют только поршни классов — А, С и Е. Этих размеров вполне достаточно для подбора деталей к любому блоку цилиндров и обеспечения необходимых зазоров. Модели поршней ВАЗ 11194 и ВАЗ 21126 выпускаются только в трех классах — (A, B, C), размер шага — 0,01 мм. Помимо номинальных имеются 2 ремонтных размера поршней, которые имеют увеличенный наружный диаметр на 0,4 и 0,8 мм. На их днище имеется маркировка в виде треугольника (1й ремонтный размер) и квадрата (второй). Стоит отметить, что до 1986 г. Ремонтные размеры ничем не отличались от современных. Для двигателя 2101 можно было подобрать изделие на 0,2мм., 0,4мм. и на 0,6 мм., а для 21011 — 0,4 мм. и 0,7 мм.

Изготовление поршней осуществляется из сплавов алюминия. Имеющийся в них кремний позволяет снижать коэффициент теплового расширения, а, следовательно, и увеличивать износостойкость изделия. Сплавы, содержащие 13% кремния именуют эвтектическими, а те, где его содержание выше — заэвтектическими. С увеличением процентного содержания кремния в сплаве увеличиваются теплопроводные характеристики изделия, но, в то же время, происходит ухудшение его литейных и механических свойств. Дабы улучшить их, в сплавы вводят легирующие медь, марганец, хром и никель.

Отметим 2 основных способа изготовления заготовок поршня

. Первая — отливка в специальную форму (кокиль) наиболее распространена. Второй — ковка или горячая штамповка.

После механической обработки изделие проходит термическую обработку с целью повышения его твердости, износостойкости, прочности, а так же для снятия остаточного напряжения металлов. Благодаря своей структуре кованый металл повышает прочностные характеристики изделия. Однако классическая конструкция кованых изделий, имеющая высокую юбку, получается достаточно тяжелой. Помимо этого, кованые детали не могут быть использовать в своем составе термокомпенсирующие пластины и кольца. Увеличивается объем, что приводит к росту тепловой деформации, потому происходит необходимость увеличения зазора между поршнем и цилиндром. Следовательно, растет их износ, шум и расход масла. Кованые поршни оправдывают свое применение лишь в той ситуации, когда в большинстве своем двигатель автомобиля эксплуатируют на предельных режимах.

Сегодня прослеживаются несколько основных тенденций в технологическом конструировании поршней: уменьшается их вес, все чаще используются тонкие поршневые кольца , снижается компрессионная высота, используются короткие поршневые пальцы , применяются новейшие защитные покрытия. Все вышеперечисленные характеристики находят свое отражение в Т-образной конструкции поршня. Эти изделия имеют уменьшенную по площади направляющей части и высоту юбку. Изготавливаются из заэвтектических сплавов, имеющих высокое содержание кремния. Поршни, имеющие Т-образную форму, практически всегда изготавливаются методом горячей штамповки.

Прежде чем принять решение об изготовлении определенной конструкции поршня, разработчик в обязательном порядке анализирует поведения узлов шатунно-поршневых групп. Фактически детали современного двигателя рассчитываются на пределе возможностей конструкций и материалов. Здесь предпочтение отдается конструкциям, имеющим минимальную стоимость, способную обеспечить утвержденный ресурс изделия. Именно поэтому отклонения от штатного режима работы двигателя приводит к сокращениям в ресурсе определенных деталей и узлов.

Уважаемые покупатели, во избежание ошибок при отправке комплекта поршней с пальцами, в строке «Комментарий» указывайте модель и год выпуска вашего автомобиля, наружный диаметр поршня и класс.

Много неприятных мыслей доставляют водителю клубы сизого дыма, вырывающиеся из выхлопной трубы. Это чаще всего указывает на неприятный, однако, неизбежный момент в жизни автомобиля – ремонт двигателя.

Когда автомобиль прошел примерно 150 тысяч километров возникает заметный износ поршневой группы.

Шатунно поршневая группа — шатун, поршень с кольцами, вкладыши скольжения шатунные или коренные является наиболее важной составляющей в двигателе. При несоответствующем техническом состоянии данных элементов в двигателе наблюдается: пониженная компрессия, возможность заклинивания.

Поршень – одна из важнейших деталей двигателя внутреннего сгорания. Он передает энергию сгорания топлива через палец и шатун коленчатому валу. Он вместе с кольцами уплотняет цилиндр от попадания продуктов сгорания в картер. Во время работы на поршень действуют высокие механические и тепловые нагрузки. Алюминиевый литой. Канавки под поршневые кольца располагаются на боковой поверхности головки поршня. Обычно их три: две под компрессионные и одна под масленое кольцо. При изготовлении строго выдерживается масса поршней.

Поршневой палец – стальной полый, плавающего типа, т.е. свободно вращается в бобышках поршня и втулке шатуна. В отверстии поршня палец фиксируется двумя пружинными стопорными кольцами.

Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо – с хромированной бочкообразной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа. Маслосъемное кольцо – с хромированными рабочими кромками и с разжимной витой пружиной.

Шатун – стальной, кованый. Шатун обрабатывается вместе с крышкой и поэтому они в отдельности невзаимозаменяемы. Чтобы при сборке не перепутать крышки и шатуны, на них клеймится номер цилиндра, в который они устанавливаются. В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка. По диаметру отверстия этой втулки шатуны подразделяются на три класса через 0,004 мм (так же, как и поршни). Номер 5 класса клеймится на крышке шатуна.

1 – стрелка для ориентирования поршня в цилиндре; 2 – ремонтный размер; 3 – класс поршня;4 – класс отверстия для поршневого пальца; 5 – классы шатуна по массе и по отверстию в верхней головке; 6 – номер цилиндра.

По наружному диаметру поршни разбиты на пять классов (А, В, С, D, Е) через 0,01мм (измеряется в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 52, 4 мм от днища поршня).

Класс поршня по наружному диаметру	A	B	C	D	E
Диаметр поршня 76.0 (мм)	75,940-75,950	75,950-75,960	75,960-75,970	75,970-75,980	75,980-75,990
Диаметр поршня 76.4 (мм)	76,340-76,350	76,350-76,360	76,360-76,370	76,370-76,380	76,380-76,390
Диаметр поршня 76.8 (мм)	76,740-76,750	76,750-76,760	76,760-76,770	76,770-76,780	76,780-76,790

В запасные части автомобиля завод поставляет поршни класса А, С и Е, что вполне достаточно для подбора.

Главное при подборе поршня – обеспечить необходимый монтажный зазор между поршнем и цилиндром, который определяется промером цилиндра и поршня.

При подборе новых поршней к изношенному цилиндру зазор между юбкой поршня и зеркалом гильзы следует проверять в нижней, наименее изношенной части цилиндра. Нельзя допускать уменьшения зазора в этой части цилиндра до значения менее 0,02 мм.

Ремонтные поршни бывают двух размеров. Поршни номинального размера не маркируются. Поршни первого ремонтного размера изготавливаются с увеличенным на 0,4 мм диаметром и имеют маркировку в виде символа «треугольник». Поршни второго ремонтного размера имеют увеличенный на 0,8 мм диаметр и маркируются символом «квадрат».

На двигателе все поршни должны быть одной группы по массе. Поршни номинальной группы обозначаются символом «Г». Поршни с увеличенной и уменьшенной массой на 5 г обозначаются «+» и «-» соответственно.

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Изготавливается полым (в виде толстостенной трубки). Для того чтобы пальцы надежно работали при передаче больших усилий, они изготавливаются из сталей (легированных или углеродистых).

По наружному диаметру поршневого пальцы делятся на три класса через 0,004 мм. Класс поршневого пальца маркируется краской на его торце. По диаметру отверстия под поршневой палец, поршни также делятся на три класса через 0,004 мм.

Поршень и соответствующий ему цилиндр должны относиться к одному классу, так же как и поршень с поршневым пальцем к одной категории.

Желательно подбирать комплект поршней с большим диаметром юбки для уменьшения зазора между поршнем и зеркалом цилиндра.

Признаки неисправности шатунно — поршневой группы:

Повысился расход бензина;

Ниже 10 кгс/см2 стала компрессия двигателя;

Увеличился расход масла. За 1000 километров пробега уровень масла уменьшился от максимальной отметки до минимальной;

Изменился цвет выхлопных газов до сизого оттенка.

Поршни меняют чаще всего вследствие износа канавки верхнего поршневого кольца и реже из-за износа юбки поршня. Поршни целесообразно заменять в те же сроки, что и поршневые кольца.

Другие артикулы товара и его аналогов в каталогах: 21010100401500.

ВАЗ 2101, ВАЗ 2102-03, ВАЗ 2104, ВАЗ 2105, ВАЗ 2106, ВАЗ 2107.

Любая поломка – это не конец света, а вполне решаемая проблема!

С интернет – Магазином AvtoAzbuka

затраты на ремонт будут минимальными.

Просто СРАВНИ и УБЕДИСЬ!!!

маркировка поршней

Днища разных моделей применяемых на двигателях ВАЗ приведены на рисунке. Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой.

Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец.

На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -«213», на модели ВАЗ 2123 — «23».

На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — «08»,»083″, «10».

Поршень 2108 имеет диаметр 76мм , модели 21083 и 2110 — 82мм.

Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — «12»и «24» и отличаются глубиной выборки под клапана.

Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.

Компания MAHLE начала производить высокопроизводительные алюминиевые поршни впервые с помощью технологии 3D-печати

Аддитивное производство: совместный проект с компаниями Porsche и Trumpf позволил получить первый в мире поршень с помощью 3D-печати
Успешное тестирование на Porsche 911 GT2 RS: 200-часовые испытания на прочность на испытательном стенде в самых тяжелых условиях
Напечатанный на 3D-принтере поршень увеличивает производительность и эффективность привода мощностью 700 л. с.
Кроме того, компания MAHLE целенаправленно развивает свой опыт в 3D-печати для использования этой технологии в области альтернативных приводов

«Результаты проекта подтверждают большой потенциал технологии 3D-печати и доказывают особую компетентность MAHLE в области производства мелких и ограниченных серий высокопроизводительных компонентов, а также в области прототипирования и послепродажного обслуживания», — говорит доктор Мартин Бергер, руководитель отдела корпоративных исследований и передового инжиниринга в компании MAHLE

Франк Иккингер, руководитель проекта от компании Porsche, комментирует: «Благодаря тесному сотрудничеству всех участников мы смогли продемонстрировать потенциал аддитивного производства на примере нашего мощного спорткара Porsche 911 GT2 RS, открыв тем самым дорогу для использования этой технологии в приводах будущего». С технологической точки зрения для нас это начало новой главы, открывающей совершенно новые возможности в проектировании и производстве». Штеффен Рюблинг, руководитель проекта в компании Trumpf, также видит большие возможности для 3D-печати в будущих производственных процессах. «Проект показывает, как 3D-печать может быть использована для дальнейшего улучшения компонентов, потенциал производительности которых уже исчерпан десятилетиями разработок. Это будет выгодно и для многих других отраслей, таких как авиакосмическая промышленность и энергетика».

Бионическая конструкция снижает вес поршня и увеличивает максимальную частоту вращения двигателя

Новый процесс представляет собой вариант реализации так называемого бионического дизайна. При таком подходе, который имитирует естественные структуры, такие как человеческий скелет, материал добавляется только в нагруженные участки, при этом структура поршня адаптируется к нагрузке. Это экономит материал и позволяет сделать напечатанный на 3D-принтере поршень на 20% легче по сравнению с обычным аналогом, при этом повышая его жесткость.

Кроме того, разработчики MAHLE представили оптимально расположенный охлаждающий туннель специальной формы рядом с поршневыми кольцами. Эта концепция основывается на глубоких знаниях MAHLE в области термических процессов в поршне и ее реализация возможна только при использовании 3D-печати. Охлаждающий туннель снижает температурную нагрузку на так называемую верхнюю часть поршня, находящуюся под особенно сильным давлением, оптимизируя таким образом процесс сгорания и создавая тем самым условия для достижения более высоких максимальных оборотов двигателя.

Новый производственный процесс основывается на использовании специального алюминиевого сплава, разработанного компанией MAHLE и имеющего длительную историю успешного применения в литых поршнях. Сплав распыляется в мелкодисперсный порошок, а затем печатается в рамках процесса, известного как лазерный синтез металлов (ЛСМ). Лазерный луч расплавляет порошок до желаемой толщины слоя, после чего сверху наносится новый слой, в результате чего поршень наращивается по одному слою за раз. Используя этот метод, специалист по 3D-печати, компания Trumpf изготавливает заготовки поршней, состоящие примерно из 1200 слоев, приблизительно за 12 часов.

«Этот проект был сопряжен с многочисленными трудностями. Начиная с проектирования поршня и заканчивая спецификацией материала и установкой соответствующих параметров печати. Нам пришлось выполнить множество тонких регулировок для достижения оптимального результата», — объясняет Фолькер Шалль, начальник отдела передового инжиниринга в MAHLE. «Теперь мы не только освоили техническую сторону вопроса, но и можем определить, как встроить этот метод в существующие производственные процессы».

Высокое качество, подтвержденное строгими испытаниями

Затем заготовка поршня проходит финишную обработку, измеряется и тестируется в компании MAHLE. Заготовка должна соответствовать тем же строгим стандартам, что и обычная деталь, изготавливаемая на заводе. Особое внимание уделяется центральной части поршня, известной как юбка, и точке, в которой он соединяется с штоком — отверстием в штифте. Эти области подвергаются испытаниям на пульсацию и отрыв юбки; таким образом, инженеры MAHLE могут имитировать нагрузки, которые будут возникать при дальнейшей эксплуатации

Помимо резки открытых поршней для анализа, партнер по проекту Zeiss провел многочисленные неразрушающие испытания с использованием таких процедур, как КТ-сканирование, 3D-сканирование и микроскопия. Результаты показали, что напечатанный на 3D-принтере поршень соответствует тем же высоким стандартам качества, что и стандартный поршень. Когда дело дошло до практических испытаний, шесть поршней были установлены в двигатель Porsche 911 GT2 RS, а приводной блок успешно прошел 200 часов испытаний на прочность в самых тяжелых условиях на испытательном стенде. Это составило около 6000 км при средней скорости 250 км/ч, включая остановки для дозаправки, и около 135 часов работы при полной загрузке. Испытательный пробег также включал в себя 25 часов нагрузки на прокрутку двигателя, т.е. моделирование режима обгона транспортного средства.

Дополнительный охладитель воздуха наддува для еще большей эффективности

Еще одним подтверждением преимуществ 3D-печати является дополнительный охладитель воздуха наддува, разработанный в рамках совместного проекта с компаниями Porsche и Trumpf. Спрятанный в воздушной трубе между турбонаддувом и оригинальным охладителем наддувочного воздуха, этот дополнительный компонент имеет значительно большую поверхность теплообмена благодаря возможностям, открываемым 3D-печатью. Это позволяет оптимизировать управление потоком и охлаждение, что приводит к снижению температуры всасываемого воздуха, увеличению мощности двигателя и снижению расхода топлива

Компания MAHLE углубляет свой опыт в области 3D-печати

Компания MAHLE намерена использовать потенциал новых процессов производства, таких как 3D-печать, для реализации своих дальнейших проектов и целенаправленно расширяет свою компетентность в этой области. Сокращение сроков разработки и производства является большим преимуществом. Это особенно актуально, когда речь идет о новых технологиях, например, в области электромобилей, где требуются компоненты теплового управления со сложной структурой для обеспечения охлаждения и кондиционирования воздуха в машинах, корпусах двигателей или трансмиссий, а также в аккумуляторных установках. Среди других примеров — оптимизированные компоненты на периферии двигателя, такие как воздушные пути, корпуса фильтров и компоненты управления подачей масла

Были также определены области потребностей в отношении разработки небольших партий и выпуска снятых с производства компонентов для снабжения рынка запчастей для старых автомобилей. Другими перспективными областями применения являются быстрое создание прототипов, т.е. быстрое изготовление деталей для испытаний, а также обратный инжиниринг — воспроизведение компонентов с помощью 3D-сканирования.

О компании MAHLE

MAHLE является ведущим международным партнером по разработке и поставщиком в сфере автомобильной промышленности, а также выступает пионером во многих областях. Ассортимент продукции компании охватывает все важнейшие направления в автомобилестроении — как для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, так и для электромобилей. В 2019 году объем продаж группы составил около 12,0 млрд евро.

О компании MAHLE Aftermarket

MAHLE Aftermarket, подразделение, специализирующееся на запасных частях, использует опыт серийного производства оригинального оборудования в своем ассортименте автомобильных запчастей и снабжении ими торговых партнеров. В ассортимент подразделения также входят продукция, разработанная компанией MAHLE Service Solutions для оборудования СТО, а также комплексные услуги и индивидуальные программы обучения. MAHLE Aftermarket представлена в 25 представительствах и офисах продаж по всему миру, в которых работает около 1 700 сотрудников. В 2019 году объем продаж этой структурной единицы превысил 950 миллионов евро.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации:

Ruben Danisch
Head of Corporate and Product Communications
Phone: +49 711 501-12199
E-mail:

Поршни современных двигателей работают в очень тяжелых условиях: высокие газовые и инерционные нагрузки, носящие близкий к ударному характер, высокие температурные нагрузки, большие переменные скорости движения при наличии несовершенной смазки, и как следствие всего этого, большие силы трения и значительный износ поршня и цилиндра. Современные лидеры автомобильного рынка постоянно совершенствуют надежность и долговечность поршней – добавляя новые конструкционные элементы и экспериментируя с материалами. В связи с этим конструкция поршней современных автомобилей имеете очень сложную форму для того что бы, эта важнейшая деталь выполняла свои функции максимально долго.

Образование вместе со стенками цилиндра и поверхностью камеры сгорания пространства переменного объема, в котором совершаются рабочие процессы двигателя, и обеспечение герметичности этого пространства с помощью поршневых колец.

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев поршни автомобильных двигателей изготавливают из высокотехнологичных алюминиевых сплавов, в редких случаях из чугуна и еще реже из сплавов на магниевой основе и из стали.

Упрочняющая вставка для поршневого кольца (как правило самого высоко-нагруженного : верхнего–компрессионного) предотвращающая ускоренный износ поршня в этом месте и как следствие потерю требуемой герметичности камеры сгорания.
Заливка попрек бобышек поршня пластин из углеродистой стаи или сплавов никеля. Эти пластинки связывают рабочие части юбки поршня и верхнюю часть поршня. Вследствие этого расширение юбки поршня значительно уменьшается, что в конечном итоге ведет к уменьшению износа вследствие трения.

По мере оптимизации потребляемой мощности и/или оптимизации расхода топлива двигателей внутреннего сгорания увеличиваются термические и механические нагрузки на поршень. Именно с точки зрения оптимизации расхода топлива желательно сохранять или даже повышать предельную допускаемую нагрузку и долговечность поршня и при снижении веса поршня. Для этого предпринимались различные подходы, среди которых оптимизация материала поршня, например, использование алюминиевого сплава, совершенствование структуры систем охлаждения и иные меры.

Улучшенная структура системы охлаждения описана, например, в DE 10 2009 027 148 A1. Другой подход для оптимизации соотношения вес/мощность раскрыт в DE 10 2007 058 789 A1, при котором особая конфигурация ребер жесткости ведет к снижению веса поршня, не вызывая при этом снижения прочности поршня.

Задача данного изобретения заключается в том, чтобы предложить поршень, в частности литой поршень из алюминия или алюминиевого сплава, который оптимизирован в отношении термической/механической прочности, а также веса.

Предлагаемый изобретением поршень имеет дно поршня, цилиндрическую головку поршня, примыкающую к указанному дну поршня, и по меньшей мере частично полую направляющую юбку поршня, которая выполнена на головке поршня на стороне, обращенной от дна поршня, и содержит два противолежащих сегмента стенки юбки, а также две противолежащие соединительные стенки, соединяющие указанные сегменты стенки юбки, причем каждая соединительная стенка снабжена отверстием для поршневого пальца. В головке поршня предусмотрен кольцевой охлаждающий канал по меньшей мере с одним приточным отверстием и по меньшей мере одним спускным отверстием. Кроме того, каждый из указанных сегментов стенки юбки расширяется к головке поршня таким образом, что длина сектора выполненной на головке поршня широкой стороны сегмента стенки юбки больше, чем длина сектора обращенной от головки поршня стороны сегмента стенки юбки.

Здесь под «длиной сектора» понимается длина прохождения соответствующего сегмента стенки юбки вдоль периметра цилиндрической части поршня. Обозначения «приточное отверстие» и «спускное отверстие» могут пониматься как полные синонимы, поскольку впуск в охлаждающий канал и выпуск из него могут меняться, или оба отверстия одновременно могут служить как впуски и выпуски.

Данное изобретение направлено на то, чтобы решить указанную техническую задачу за счет синергетического взаимодействия нескольких мер, т.е. с более широкой точки зрения по сравнению с уровнем техники. Это достигается за счет того, что структура системы охлаждения, позволяющая эффективно снизить температуры и, тем самым, термические и механические нагрузки в области дна поршня, комбинируется с конструкцией направляющей юбки поршня, оптимизированной под указанную структуру системы охлаждения. Упомянутое расширение указанных сегментов стенки юбки к головке поршня обеспечивает стабилизацию в областях высоких нагрузок, но при этом позволяет сместить соединительные стенки обратно внутрь, за счет чего — из-за уменьшенного таким образом расстояния между обоими отверстиями для поршневого пальца — уменьшается вес. Это снижение веса основано, во-первых, на том что благодаря такому смещению соединительных стенок внутрь уменьшается окружная длина, соответственно, боковая поверхность направляющей юбки поршня. Во-вторых, может быть уменьшена толщина стенок направляющей юбки поршня, поскольку распределение нагрузки благодаря небольшому расстоянию между обоими отверстиями для поршневого пальца становится более благоприятным. Важно при этом понимать, что описанная выше конструкция направляющей юбки поршня оказывает описанные выше эффекты только тогда, и существенное снижение веса может быть реализовано только тогда, когда имеет место охлаждение в головке поршня.

Предпочтительно приточное отверстие и/или спускное отверстие кольцевого охлаждающего канала находятся в области сегмента стенки юбки и/или в области соединительной стенки. Тем самым струя охлаждающего масла может быть подана по внутренней стороне соответствующего сегмента стенки юбки и/или по внутренней стороне соответствующей соединительной стенки, благодаря чему эта струя масла может быть почти без потерь впрыснута в охлаждающий канал. Тем самым происходит упомянутое эффективное охлаждение, которое в свою очередь позволяет оптимизировать указанную конструкцию направляющей юбки поршня.

Предпочтительно наименьшая длина сектора по меньшей мере одного из сегментов стенки юбки находится между стороной, выполненной на головке поршня, и стороной, обращенной от головки поршня. Другими словами, кромка соответствующего сегмента стенки юбки, обращенная от головки поршня, имеет не самую маленькую длину сектора. Более того, имеет место сужение сегмента стенки юбки (начиная от дна поршня) до минимальной длины сектора, а затем происходит новое расширение, благодаря чему имеет место оптимизация привязки соответствующего сегмента стенки юбки к соединительным стенкам.

Предпочтительно рассмотренная выше длина сектора находится ближе к головке поршня, чем к обращенной от головки поршня стороне. Иначе говоря, начиная от головки поршня, сначала имеет место быстрое сужение соответствующего сегмента стенки юбки, а затем идет медленное расширение. При такой геометрии стенок направляющей юбки происходит дальнейшая оптимизация соотношения между весом и стабильностью поршня.

Предпочтительно каждый из сегментов стенки юбки имеет по две кромки, которые соединяют выполненную на головке поршня сторону сегмента стенки юбки с обращенной от головки поршня стороной того же сегмента стенки юбки, причем эти кромки, начиная от дна поршня, имеют выпукло-изогнутый участок. Этот выпуклый изгиб стабилизирует привязку сегмента стенки юбки к соответствующим соединительным стенкам в области головки поршня, благодаря чему прочность и долговечность поршня повышаются при неизменном или почти неизменном весе.

Предпочтительно каждый из указанных выпукло-изогнутых участков кромок переходит в вогнутый изгиб, а затем проходит по существу прямолинейно. Изгиб не в непосредственном окружении головки поршня для указанной привязки к соединительным стенкам здесь не является обязательно необходимым.

Предпочтительно указанные прямолинейные участки проходят не параллельно, более того, расстояние между ними увеличивается, начиная от указанной минимальной длины сектора, в сторону участка направляющей юбки, обращенного от головки поршня. Это расширение предпочтительно происходит с градиентом, меньшим по сравнению с выпуклым участком или даже существенно меньшим. Описанное здесь расширение является хорошим компромиссом между стабильностью направляющей юбки поршня и снижением веса.

Предпочтительно каждая соединительная стенка содержит по одной бобышке для поршневого пальца, в которой находится соответствующее отверстие для поршневого пальца, причем эти бобышки для поршневого пальца по сравнению с другими участками соединительных стенок имеют увеличенную толщину стенки. Области отверстий для поршневого пальца являются областями высоких механических и термических нагрузок. Поэтому с точки зрения стабильности поршневого пальца важно, чтобы бобышки для поршневого пальца имели большую толщину стенки. Другие участки, даже те, которые представляют собой соединение с сегментами стенки юбки или переход в сегменты стенки юбки, могут иметь меньшую по сравнению с бобышкой толщину стенки, не создавая заметных проблем для стабильности поршня. Этой особой концентрации материала направляющей юбки поршня в области отверстий для поршневого пальца способствует то, что выполненные согласно изобретению сегменты стенки юбки позволяют смещение назад соединительных стенок по направлению внутрь направляющей юбки. Для дополнительного упрочнения бобышек для поршневого пальца каждая из них может быть снабжена латунной втулкой.

Предпочтительно указанные бобышки для поршневого пальца проходят, начиная от участков с меньшей толщиной соответствующей соединительной стенки, по существу наружу. За счет рассмотренной выше конструкции направляющей юбки поршня указанные соединительные стенки могут быть смещены очень далеко внутрь, что является преимуществом с точки зрения снижения веса, как это уже излагалось выше. Благодаря этому такие бобышки для поршневого пальца выступают наружу по сравнению с более тонкими участками указанных соединительных стенок.

Предпочтительно указанный поршень выполнен из алюминия или алюминиевого сплава. Кованые поршни по сравнению с литыми поршнями в общем обладают более плотной структурой металла, за счет этого при сопоставимой прочности они легче, чем литые поршни. Таким образом, меры по снижению веса именно при литом поршне, например, из алюминиевого сплава играют очень важную роль. Поэтому перенос структурных признаков с кованого поршня один к одному на литой поршень специалистом, как правило, не рассматривается.

Предпочтительно предусмотрены два ребра жесткости, которые в значительной мере параллельны оси поршневого пальца, выполнены на головке поршня и проходят в полость направляющей юбки поршня. Эти ребра жесткости, во-первых, стабилизируют направляющую юбку поршня в областях высокой нагрузки. Во-вторых, они позволяют снизить толщину стенки направляющей юбки поршня и тем самым, несмотря на дополнительный материал для этих ребер жесткости, обеспечивают снижение общего веса. Ребра жесткости могут быть выполнены довольно маленькими, так что согласно одному предпочтительному варианту выполнения они заходят внутрь направляющей юбки поршня не более, чем до нижней крайней точки отверстий для поршневого пальца (т.е. крайней точки, находящейся ближе всего к головке поршня). Ребра жесткости предпочтительно выполнены на бобышках для поршневого пальца и соединяют их постоянно. В указанных областях привязки эти ребра жесткости могут иметь повышенную толщину стенки.

Предпочтительно ребра жесткости выполнены дугообразными, проходят по существу от одного отверстия для поршневого пальца до другого, выполнены на головке поршня и заходят в полость направляющей юбки поршня. Дополнительно или в порядке альтернативы к приведенным выше признакам, касающимся ребер жесткости, они изогнуты предпочтительно вдоль направления их протяженности, т.е. параллельно дну поршня, за счет чего достигается повышение механической прочности и долговечности поршня.

Предпочтительно указанные приточное отверстие и спускное отверстие находятся между ребром жесткости и ближайшим участком направляющей юбки. Благодаря этому возможно дальнейшее улучшение направления струи охлаждающего масла, что ведет к усилению охлаждающего эффекта и тем самым к повышению термической и механической прочности поршня.

Предпочтительно приточное отверстие и/или спускное отверстие предусмотрены снаружи направляющей юбки поршня, вследствие чего направляющая юбка может быть выполнена еще более компактной и тем самым с меньшим весом. Приточное отверстие и/или спускное отверстие при этом могут быть предусмотрены в соединительной области между бобышкой для поршневого пальца и примыкающей к ней соединительной стенкой, за счет чего реализуется точное направление в соответствующее отверстие или из него.

Данное изобретение было рассмотрено в связи с одной облегченной конструкцией поршня. Другие преимущества и признаки данного изобретения явствуют из последующего описания предпочтительных вариантов выполнения. Раскрытые в вышеприведенной или в последующей частях описания признаки могут использоваться в отдельности или в комбинации, если эти признаки не противоречат друг другу. Дальнейшее описание предпочтительных вариантов выполнения излагается со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На Фиг. 1-8 показан поршень 10 согласно первому варианту выполнения на различных видах и перспективах. При этом используются единые ссылочные обозначения, и они не описываются для каждой фигуры снова. Кроме того, некоторые ссылочные обозначения на том или ином виде могут быть опущены из соображений наглядности.

На Фиг. 1 показан поршень 10 в изометрии под углом сверху. Поршень 10, полученный предпочтительно литьем из алюминия или алюминиевого сплава, содержит полость 12 камеры сгорания, которая в данном примере выполнена ω-образной, как это особенно явно видно на фиг. 7. Там этот поршень 10 показан в разрезе. Начинаясь от дна 22 поршня, эта полость 12 камеры сгорания проходит в головку 11 поршня. Изгиб стенки, образующей полость 12 камеры сгорания, сначала выполнен выпуклым, а затем переходит в вогнутый изгиб, врезающийся по типу поднутрения в головку 11 поршня не только по глубине, но и по ширине, и вслед за ним имеет по существу прямолинейный участок, переходящий в расположенный по центру выступ (средний выступ «ω»). Такой характер кривой определяет тело вращения, симметричное относительно оси вращения (т.е. сечение по фиг. 7 зеркально симметрично), соответственно, относительно центральной оси поршня 10.

Предусмотрено несколько канавок 14 для поршневых колец, которые здесь не показаны. В одной или нескольких из этих канавок 14 для поршневых колец могут быть выполнены сверленые отверстия, глухие отверстия, сквозное отверстие или иные отверстия 15 для улучшения подачи масла к поршню или внутрь направляющей юбки. Через эти отверстия 15 масло, снимаемое не показанными здесь поршневыми кольцами, транспортируется, например, внутрь поршня.

В головке 11 поршня находится кольцевой охлаждающий канал 18, который показан на фиг. 2, но также виден и на Фиг. 7 и 8. Охлаждающий канал 18 проходит приблизительно кругообразно и концентрично периметру цилиндрической части поршня 10. Диаметр кольца охлаждающего канала подобран таким, что канал располагается вблизи самых больших углублений полости 12 камеры сгорания и одновременно на достаточном расстоянии от них, чтобы не нанести вреда механической прочности головки 11 поршня вследствие возможного утонения стенки между полостью 12 камеры сгорания и охлаждающим каналом 18. На фиг. 2 видно, что охлаждающий канал 18 не должен проходить обязательно точно в плоскости, параллельной дну 22 поршня. Более того, охлаждающий канал 18 в данном примере имеет изогнутую форму, при которой высоко лежащие области и низколежащие области (в направлении к оси поршня) соединены друг с другом с плавным изгибом.

Охлаждающий канал 18 содержит приточное отверстие 28 для охлаждающей жидкости и спускное отверстие 30 для охлаждающей жидкости. Приточное отверстие 28 для охлаждающей жидкости и спускное отверстие 30 для охлаждающей жидкости проходят в полость поршня 10, которая определяется направляющей юбкой 40 поршня и ниже будет описана детально. Предпочтительно приточное отверстие 28 для охлаждающей жидкости и спускное отверстие 30 для охлаждающей жидкости предусмотрены в низколежащих областях охлаждающего канала 18, как это явствует из фиг. 2. В приточное отверстие 28 или спускное отверстие 30 охлаждающая жидкость может активно впрыскиваться через не представленное сопло. Дополнительно или в порядке альтернативы может осуществляться такое снабжение разбрызгиваемым охлаждающим маслом. Кроме того, охлаждающая жидкость выходит из приточного отверстие 28 и/или спускного отверстия 30 для охлаждающей жидкости и вследствие благоприятного расположения этих отверстий попадает в подлежащие охлаждению и смазке области поршневого пальца, опоры поршневого пальца в отверстиях для поршневого пальца и соединения между поршневым пальцем и головкой шатуна. В целях наглядности изображения поршневого пальца и шатуна не представлены.

Направляющая юбка 40 поршня содержит два противолежащих сегмента 50 стенки юбки и две противолежащие соединительные стенки 60, соединяющие указанные сегменты 50 стенки юбки. Соединительные стенки 60 смещены относительно цилиндрической головки поршня 11 внутрь, так что общий контур направляющей юбки 40 поршня в сечении на фиг. 6 не является круговым, а скорее принимает прямоугольную форму. При этом, однако, указанные сегменты 50 стенки юбки в соответствии с круглоцилиндрическим контуром головки 11 поршня содержат круглоцилиндрические дуги, переходящую в по существу прямолинейные соединительные стенки 60.

При этом следует подчеркнуть, что указанные соединительные стенки 60 не обязательно должны быть точно прямолинейными, но могут быть слегка изогнутыми или криволинейными, как это особенно ясно видно на фиг. 6. В частности, в соединительных областях с указанными сегментами 50 стенки юбки эти соединительные стенки 60 по направленному наружу изгибу, за счет чего соединительные области между сегментом 50 стенки юбки и соединительной стенки 60 могут быть расширены для стабилизации.

За счет смещения указанных соединительных стенок 60 внутрь указанная полость 41 направляющей юбки 40 поршня оказывается сравнительно узкой. В соединительных стенках 60 выполнено по одному отверстию 61 для поршневого пальца, которые усилены посредством бобышке 62 для поршневого пальца. Отверстия 61 для поршневого пальца могут иметь одну или несколько боковых выемок 64 (side relief). На нижней стороне поршня 10 бобышки 62 для поршневого пальца имеют плоские участки, как это особенно четко явствует из фиг. 6. Отверстия 61 для поршневого пальца могут быть снабжены предохранительным кольцом, которое помещено в пазе 63, выполненном в этом отверстии 61 для поршневого пальца.

Параллельно оси поршневого пальца, задаваемой обоими отверстиями 61 для поршневого пальца, проходят два ребра 45 жесткости. Оба ребра 45 жесткости расположены симметрично по обе стороны не показанного поршневого пальца и соединяют противолежащие соединительные стенки 60 в области задней стороны бобышек 62 для поршневого пальца. Ребра 45 жесткости проходят в полость направляющей юбки 40 поршня. В данном примере они заканчиваются на высоте по оси поршня приблизительно там, где находится крайняя точка отверстия 61 для поршневого пальца, которая располагается ближе всего к головке 11 поршня. Ребра 45 жесткости в сечении, показанном на фиг. 6, проходят приблизительно прямолинейно вдоль оси поршневого пальца. Верхние кромки ребер 45 жесткости, т.е. те кромки, которые обращены от головки 11 поршня, скруглены. Кроме того, эти ребра 45 жесткости расширяются в области своей привязки к соединительным стенкам 60. В целом все места соединений различных компонентов направляющей юбки 40 поршня выполняют плавными, т.е. избегают острых кромок и углов, чтобы предотвратить возникновение трещин и разломов в этих чувствительных областях. Кроме того, могут быть предусмотрены отверстия 67 в ребрах 45 жесткости или других участках направляющей юбки, чтобы улучшить циркуляцию масла, соответственно, охлаждающей жидкости в направляющей юбке 40 поршня.

Ребра жесткости не обязательно должны проходить прямолинейно вдоль оси поршневого пальца, как это явствует из фиг. 10, представляющей вместе с Фиг. 9 и 11 второй вариант выполнения. Ссылочные обозначения на этих фигурах соответствуют ссылочным обозначениям компонентов первого варианта, однако снабжены дополнением «a». Ребра 45а жесткости выполнены изогнутыми по направлению к оси поршневого пальца, причем этот изгиб повторяет цилиндрическую форму головки 11 поршня, т.е. ребра 45а жесткости изогнуты выпукло, если смотреть от оси поршня. Посредством показанного на фиг. 10 изгиба ребер 45а жесткости дополнительно повышается стабильность поршня 10a без увеличения общего веса.

В этом варианте выполнения, показанном на Фиг. 9 и 10, сегменты 50а стенки юбки к тому же выполнены бочкообразными. При этом внутренний контур этих сегментов стенки юбки в сечении по фиг. 10 имеет изогнутую форму, так что имеет место расширение сегментов стенки юбки, с максимальной толщиной на центральной оси поршня, проходящей перпендикулярно оси поршневого пальца и оси поршня.

Эта особая форма указанных сегментов 50 стенки юбки явствует из фиг. 5. В области привязки сегмента 50 стенки юбки к головке 11 поршня предусмотрено расширение 51. Иначе говоря, длина L1 сектора в области привязки к головке 11 поршня больше, чем длина L2 сектора противолежащей кромки 54, т.е. кроки сегмента 50 стенки юбки, противоположной головке 11 поршня. Начиная от области привязки к головке 11 поршня, сначала идет быстрое сужение до минимальной длины L3 сектора на участках 52.

Участки 52 выпукло изогнуты и переходят в области минимальной длины L3 сектора в вогнутые участки. К ним примыкают прямолинейные участки 53, которые проходят не параллельно, а постепенно расходятся друг от друга до длины L2 сектора. Здесь справедливо неравенство: L1>L2>L3.

Как явствует из фиг. 5, кромка 54 может проходить неравномерно, т.е. она может иметь углубления, скосы, изгибы разного рода и т.п. Здесь в качестве примера следует обратить внимание на выемку 55a на Фиг. 9 и 11, которая обеспечивает корректный ход поршня при размещенном в области этой выемки сопле для охлаждающей жидкости, предназначенном для впрыскивания охлаждающего масла в приточное отверстие 28а для охлаждающей жидкости.

Посредством описанных выше и представленных на указанных фигурах вариантов выполнения сегментов 50 стенки юбки имеет место оптимальная привязка к соединительным стенкам 60, благодаря чему обеспечивается высокая стабильность и прочность при одновременном снижении веса поршня.

Как явствует из фиг. 6, приточное отверстие 28 и спускное отверстие 30 для охлаждающей жидкости предусмотрены между ребрами 45 жесткости и ближайшим сегментом 50 стенки юбки. Кроме того, они находятся в соединительной области между сегментом 50 стенки юбки и соединительной стенкой 60, т.е. в углу между ними обоими, за счет чего обеспечивается оптимальное направление потока охлаждающей жидкости вдоль соответствующих внутренних стенок направляющей юбки 40 поршня. Отверстия 28, 30, таким образом, смещены от центральной оси поршня 10, проходящей перпендикулярно оси поршневого пальца и перпендикулярно оси поршня. Направленное впрыскивание посредством не показанного сопла тем самым упрощается, за счет чего улучшается охлаждающее действие. Здесь следует указать на то, что обозначения «приточное отверстие для охлаждающей жидкости» и «спускное отверстие для охлаждающей жидкости» следует понимать как полные синонимы, поскольку впуск и выпуск могут меняться друг с другом, ил оба отверстия могут одновременно служить впусками и выпусками.

Согласно третьему варианту выполнения указанные приточное отверстие 28b и спускное отверстие 30b для охлаждающей жидкости выполнены не в соединительной области краевого участка 50b направляющей юбки с соединительной стенкой 60b и не между направляющей юбкой 40 поршня и ближайшим ребром жесткости, а впуск 28b для охлаждающей жидкости предусмотрен вне направляющей юбки 40 поршня в области соединения между бобышкой 62b для поршневого пальца и соединительной стенкой 60b. Кроме того, спускное отверстие 30b для охлаждающей жидкости располагается приблизительно на делящей поршень пополам плоскости, лежащей перпендикулярно оси поршневого пальца, и между сегментом 50b стенки юбки, находящимся на удалении от приточного отверстия 28b для охлаждающей жидкости, и ближайшим к нему ребром 45b жесткости. Согласно одному не представленному варианту выполнения как приточное отверстие 28b, так и спускное отверстие 30b для охлаждающей жидкости расположены вне направляющей юбки поршня, особенно предпочтительно — в области соединения между бобышкой 62b для поршневого пальца и соединительной стенкой 60b.

На фиг. 15 поршень согласно третьему варианту выполнения показан под углом снизу. Здесь ближайшая к приточному отверстию 28b для охлаждающей жидкости бобышка 62b для поршневого пальца снабжена выемкой 29b, которая облегчает введение охлаждающего масла в это приточное отверстие 28b. Другая бобышка 62b для поршневого пальца имеет усилительный элемент 63b для стабилизации.

Помимо расположения указанных приточного и спускного отверстий для охлаждающей жидкости, а также формы и свойств ребер жесткости, приведенные варианты выполнения отличаются также и формой сегментов стенки юбки. Из фиг. 9, иллюстрирующей вид сбоку согласно второму варианту выполнения, явствует, что, начиная от области привязки к головке поршня, не требуется никакого выпуклого изгиба участков 52, напротив, они могут быть вогнутыми, быстро сужаться, а к ним примыкают прямолинейные участки 53, проходящие не параллельно, а постепенно расходясь друг от друга. На фиг. 14 показана плавно волнистая форма участков 52 согласно третьему варианту выполнения.

Чтобы не перегружать описание избыточной информацией, второй и третий варианты выполнения разъяснены менее подробно, чем первый вариант осуществления изобретения. Поэтому следует отдельно указать на то, что признаки и технические результаты первого варианта выполнения относятся также и к второму, и к третьему вариантам выполнения, если они не вступают в противоречие с характеристиками первого варианта выполнения.

Обзор тенденций и технологий в области дизайна поршней на 2017 год

Хорошо продуманный план действий необходим для сборки любого двигателя, а когда речь идет о долговечности, надежности и общем потенциале производительности, вдвойне важно, чтобы компоненты нижнего уровня были правильно выбраны для конкретного применения.
Поршни
, безусловно, не являются исключением из этого правила, но решить, какие из них использовать для вашего проекта, может оказаться непросто. Как и любой современный компонент двигателя, конструкция поршня продолжает развиваться вместе с технологическими достижениями, и эти достижения позволяют вторичному рынку предлагать производителям более широкий выбор, чтобы наилучшим образом удовлетворить потребности конкретных комбинаций и вариантов использования.
Хотя это, безусловно, хорошая новость для строителей, которые хотят получить максимальную отдачу от затраченных средств, это также означает, что при выборе необходимо учитывать некоторые новые факторы.
Чтобы избавиться от догадок, мы получаем информацию о последних тенденциях в области поршневых технологий от экспертов MAHLE, JE Pistons и CP-Carrillo, чтобы лучше понять доступные варианты. строителям, и как определить, какие параметры следует учитывать для конкретного проекта.
Поршни для заготовок
Машинное время составляет наибольшую часть стоимости поршней, а машинное время, необходимое для изготовления заготовок, значительно больше кованых поршней, что значительно увеличивает затраты. Существует распространенное мнение, что заготовка не такая прочная, как поковка, которая более плотная из-за того, что ее выковывают, а не подвергают механической обработке. Хотя технически более плотный материал немного прочнее, при использовании разница в прочности минимальна. Если нет подходящей поковки, часто единственным вариантом являются цельные поршни.
Когда дело доходит до дебатов о заготовке и кованых поршнях, в игру вступает больше факторов, чем просто прочность и стоимость. «Причина номер один, по которой существуют поршни из заготовок, — это преимущество практически безграничной настройки», — говорит Марк Гирхарт из JE Pistons. «Кованые поршни запрессовываются в кованую заготовку. Различные заготовки могут соответствовать разным диаметрам отверстия, высоте сжатия, толщине юбки и общей высоте поршня. Если поковки для нужной конструкции нет, или сама конструкция радикальна, шайбы для заготовок вырезаются из прутка и становятся архитектурой для поршней из заготовок.
Это мнение о легкости адаптации разделяет и Трей МакФарланд из MAHLE. «Преимущество обработки поршней из цельной заготовки заключается в полной свободе проектирования», — объясняет он. «При механической обработке из поковки многие элементы поршня уже предварительно отформованы свободно, что ограничивает некоторые области конструкции определенными параметрами. При обработке из цельного куска материала каждый аспект должен быть полностью обработан, и, кроме общей высоты и диаметра, конструкция не имеет ограничений.
Слева подпоршневой профиль вытачивается на шайбе из алюминиевой заготовки. Обычно это часть процесса ковки кованого поршня, а это означает, что этот процесс создает дополнительное время для изготовления цельного поршня по сравнению с кованым. Однако из-за инструментов, используемых в процессе ковки, гораздо проще, быстрее и экономичнее использовать обработанную заготовку для необычных конструкций или специальных применений.
Поршни из заготовок часто используются в целях исследований и разработок, когда необходимо уточнить конструкцию перед изготовлением поковки или отливки.«Машинное время составляет большую часть стоимости поршней, машинное время для заготовок значительно больше, что значительно увеличивает стоимость», — добавляет МакФарланд.
Изменения параметров поршня-заготовки могут быть реализованы в последующих версиях буквально за несколько часов с минимальными затратами по сравнению со временем и затратами, связанными с внесением даже незначительных изменений в существующие поковки. Они идеально подходят для исследований и разработок новых платформ и конструкций двигателей, когда изменения могут потребоваться много раз, особенно на начальных этапах проекта.– Эдвард Урцис, CP-Carrillo
Хотя инженеры могут посмотреть на компьютерную визуализацию или даже на полномасштабную 3D-печатную пластиковую модель конструкции, их нельзя поместить в движок для тестирования в реальных условиях. «Этот процесс разработки может быть завершен намного быстрее при использовании заготовок, чем при использовании поковок», — говорит Эдвард Урцис из CP-Carrillo.
«Изменения параметров заготовки могут быть реализованы в последующих версиях буквально за часы с минимальными затратами по сравнению со временем и затратами, связанными с внесением даже незначительных изменений в существующие поковки.Они идеально подходят для исследований и разработок новых платформ и конструкций двигателей, когда изменения могут потребоваться много раз, особенно на начальных этапах проекта. Поршни-заготовки также идеально подходят для поршней ограниченного тиража, когда не существует существующих поковок, соответствующих размерным требованиям заказа. Когда рассматривается новый материал для использования в поршнях, заготовка часто оказывается самым быстрым и экономичным способом его испытания».
Несмотря на то, что поршни из заготовок обеспечивают гибкость конструкции и производства как для целей разработки, так и для нестандартных требований к конструкции, кованые поршни имеют свои собственные явные преимущества, которые также следует принимать во внимание.
Подделка
«Если есть поковка, всегда предпочтительнее», — объяснил МакФарланд. После того, как дизайн был сужен на поковке, можно значительно снизить стоимость и время производства, что приведет к сокращению времени выполнения заказа. Любое сокращение обработки снижает вероятность ошибок».
Это, в свою очередь, часто приводит к снижению затрат для конечного пользователя. «Стоимость кованых поршней является большим преимуществом по сравнению с заготовками», — говорит Гирхарт. «Чем дольше поршень находится в станке с ЧПУ, тем дороже его производство.Черновая форма нижней короны и юбки будет установлена в поковке, тогда как заготовка представляет собой шайбу из алюминия, которая должна быть полностью вылеплена для придания формы».
Поковки
обычно производятся в больших количествах, и для изготовления отдельного поршня требуется меньше времени на проектирование и обработку, чем для заготовки. В результате конечная стоимость кованого поршня обычно ниже, чем эквивалента заготовки. Но из-за возникающего потока зерен, когда материал выковывается в грубую форму под воздействием тепла и экстремального давления, поковка на самом деле прочнее, чем поршень из заготовки идентичной формы, хотя разницу легче увидеть в теории, чем в реальном использовании.
Но помимо соображений стоимости, кованые поршни, как правило, обладают большей прочностью и долговечностью, чем их аналоги из заготовок. «При прочих равных кованые поршни всегда будут прочнее заготовки», — добавляет Гирхарт. «В процессе ковки зернистая структура устанавливается и имеет более стабильные свойства материала».
Несмотря на то, что эти преимущества в прочности иногда трудно измерить в реальном мире, наука, стоящая за этим производственным процессом, неоспорима.«Из-за возникающего потока зерен, когда материал выковывается в грубую форму под воздействием тепла и экстремального давления, поковка на самом деле прочнее, чем поршень заготовки идентичной формы, хотя разницу легче увидеть в теории, чем в реальном использовании», — говорит Урцис. нас.
Несмотря на то, что различия в прочности в конечном итоге незначительны, когда долговечность является наивысшим приоритетом в применении, кованые поршни обычно являются предпочтительным вариантом, особенно когда принудительная индукция и / или закись азота являются частью уравнения производительности.
«Если имеется поковка, из которой можно изготовить поршень, отвечающий требованиям применения, времени производства и стоимости, я бы рекомендовал ее в качестве первого выбора вместо заготовки».
Ассиметричные юбки
При правильном применении асимметричные юбки могут уменьшить вес, трение, износ и вероятность истирания. «Асимметричная конструкция юбки снижает трение, сохраняя нужную длину юбки там, где она должна быть», — объясняет Гирхарт.
«Благодаря уменьшению ширины панелей юбки за счет асимметричной конструкции с кованым боковым рельефом (FSR) поршень также может быть значительно легче, чем у полнокруглой конструкции.Асимметричный поршень будет иметь более широкую панель юбки на стороне большой тяги и меньшую панель на стороне второстепенной тяги».
Асимметричные формы юбки, подобные этой, становятся все более распространенными в OEM-приложениях, где дополнительные преимущества таких конструкций могут быть подтверждены с помощью необходимых всесторонних испытаний. Из-за ряда факторов, которые могут повлиять на потенциальные преимущества асимметричной юбки, как правило, трудно применить эту функцию в ряде приложений, что делает этот дизайн в большинстве случаев конкретным приложением.
Хотя общие мнения об асимметричных юбках различаются, все согласны с тем, что преимущества неуловимы, очень специфичны для конкретного применения и обычно требуют тщательного тестирования для подтверждения.
За счет уменьшения ширины панелей юбки за счет асимметричной конструкции с кованым боковым рельефом (FSR) поршень также может быть значительно легче, чем поршень с круглым сечением. Асимметричный поршень будет иметь более широкую панель юбки на стороне большой тяги и меньшую панель на стороне второстепенной тяги. – Марк Гирхарт, JE Pistons
«Упорная сторона поршня подвергается большей нагрузке, что может создавать более высокое напряжение и большее трение, чем то, что может быть приложено к неупорной стороне», – объясняет Урцис.«Из-за этой уменьшенной нагрузки и трения на неосевой стороне заготовка поршня может быть спроектирована (если это поковка) и/или обработана (если заготовка) с меньшей опорной конструкцией на этой стороне детали. Это может немного сэкономить вес и уменьшить трение на той стороне поршня, но на практике экономия веса и уменьшение трения очень незначительны. Эта конструкция предлагается некоторыми производителями вторичного рынка, но, поскольку выигрыш относительно незначителен, ее можно рассматривать скорее как маркетинговый инструмент, чем как фактическую экономическую выгоду для производительности поршня.”
Действительно, существует ряд переменных, которые влияют на потенциальные преимущества асимметричных юбок, и это затрудняет применение преимуществ этой функции в различных дизайнах.
«Асимметричные юбки стали более распространенными в приложениях оригинального оборудования, где проводятся многочисленные проверочные испытания», — отмечает МакФарланд. «В некоторых случаях юбка меньшего размера находится на стороне тяги, а в других — на стороне противодействия тяге. Это сложная функция для применения в ряде приложений, как правило, для конкретного приложения требуется специально разработанная ковка или литье.С другой стороны, асимметричные карманы клапанов являются очень полезной функцией, поскольку использование впускных и выпускных карманов соответствующего размера (обычно меньшего размера на выпуске) вместо двух карманов впускного размера, которые более доступны, уменьшит общий объем камеры, увеличивая степень сжатия. Это особенно полезно в приложениях, ограниченных правилом класса, где сложно получить дополнительное сжатие».
Как профили юбки влияют на производительность
Профиль юбки поршня является одним из ключевых элементов, влияющих на работу поршня.Хотя это практически невозможно различить невооруженным глазом, юбка поршня — это не просто прямая круглая форма, как кусок трубы. «Дизайн юбки поршня на самом деле определяется двумя формами — бочкообразной и овальной», — объясняет Гирхарт.
«Если вы смотрите на поршень прямо со стороны поршневого пальца, цилиндр — это форма юбки, выступающей из поршня. Хотя контраст между этими формами незначителен, юбка поршня расширяется по мере того, как вы спускаетесь по поршню, а затем изгибается обратно.Фактически нижняя часть юбки поршня контактирует с отверстием. Идея состоит в том, чтобы создать наименьший контакт с отверстием при сохранении стабильности поршня».
Профиль юбки поршня может выглядеть идеально круглым невооруженным глазом, но это не так, и особенности формы оказывают значительное влияние на характеристики поршня по мере его расширения.
«Вторая часть, овальность, — это округлость поршня, поскольку поршни не идеально круглые», — продолжает он.«Подумайте о том, чтобы сжать мяч для снятия стресса, внешние части мяча выдавливаются. Именно это и происходит с формой поршня. Верх и низ (большая и малая тяга) — это места, где в основном происходит контакт поршня. Эта форма также сосредотачивает нагрузку на опорной поверхности и допускает незначительную деформацию юбки в соответствии с требованиями нагрузки».
По своей сути, профиль отвечает за контроль формы поршня по мере его роста при нагреве до полной рабочей температуры – по мере роста поршня он занимает большую часть зазора между поршнем и отверстием в холодном состоянии.
Из-за сложной конструкции и разной толщины поршня различные области поршня не расширяются на одинаковую величину по мере того, как поршень нагревается во время работы. Правильно подобранный профиль юбки снижает сопротивление и износ, повышая эффективность работы.
Правильный профиль уменьшит сопротивление, износ, шум и нагрузку, в результате чего поршень станет более прочным, более тихим, более устойчивым и более производительным. Эта операция настолько критична, что MAHLE производит собственное обрабатывающее оборудование, которое обрабатывает только профили.-Трей Макфарланд, MAHLE
«Правильный профиль уменьшит трение, износ, шум и нагрузку, в результате чего поршень станет более прочным, тихим, устойчивым и высокопроизводительным», — говорит МакФарланд. «Эта операция настолько критична, что MAHLE производит собственное обрабатывающее оборудование, которое обрабатывает только профили. Каждое приложение разработано со своим уникальным профилем».
Кроме того, когда поршень достигает рабочей температуры, некоторые области становятся теплее, чем другие, и расширяются на разную величину. «По этой причине поршень имеет больший зазор в отверстии в холодном состоянии, чем при рабочей температуре», — отмечает Урцис.
«Требуется большой опыт и испытания, чтобы разработать правильные формы и зазоры для множества различных поковок и форм заготовок, а также применить правильные значения для каждого поршня и области применения».
Что дальше
В то время как люди, создающие новейшие поршневые технологии и конструкции, склонны держать проекты, которые все еще находятся в разработке, в секрете, пока они не будут готовы к вниманию, мы все же можем получить некоторое представление о том, в каком направлении движется дело, просто глядя на то, как процессы проектирования и производства развиваются каждый день.
«CP-Carrillo постоянно работает над новыми идеями и технологиями, — говорит нам Урис. «Мы работаем со многими гоночными командами высокого уровня и выбираем OEM-производителей в мире автоспорта (наряду с отдельными лицами и организациями из всех видов автоспорта), и это дает нам возможность совершенствовать и разрабатывать новые продукты для конкретных приложений».
Новые технологии, такие как 3D-печать, позволяют инженерам разрабатывать индивидуальные конструкции в программном обеспечении для визуализации, а затем проверять зазоры перед изготовлением комплекта поршней из заготовок.
«Наш отдел исследований и разработок всегда работает над конструктивными характеристиками поршня за кулисами, — говорит Гирхарт. «Возьмите, к примеру, наши обрабатывающие центры. Наличие лучших станков с ЧПУ похоже на покупку нового компьютера; точность и скорость будут расти. Например, наш 9-осевой ЧПУ Mazak Integrex снижает количество операций, необходимых оператору станка, и, таким образом, повышает точность при одновременном сокращении времени обработки. Integrex буквально передает деталь на другую сторону машины для выполнения операций между куполом и нижней частью поршня.
Все еще остались вопросы по выбору набора слагов для вашего следующего проекта? Специалисты JE Pistons, CP-Carrillo и MAHLE могут указать вам правильное направление, чтобы гарантировать, что поршни для вашей следующей сборки будут соответствовать требованиям производительности, долговечности и стоимости вашего приложения. Напишите им и узнайте, что доступно для вашей сборки.
Технологическая награда за конструкцию волнистого поршня
Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания существует уже 140 лет, в течение которых он постоянно совершенствовался, он все еще предлагает возможности для совершенствования.
Ян Айсмарк и его коллега Майкл Бальтазар придумали новый дизайн волны, который теперь запатентован. Однако требовались передовые технологии, чтобы доказать правильность их первоначальных идей и определить точную конструкцию днища поршня. Это повлекло за собой использование вычислительной гидродинамики (CFD) и съемку процесса сгорания внутри цилиндра на высокой скорости.
В случае стандартного поршня форсунка расположена в верхней части цилиндра, а топливо распыляется по бокам цилиндра через несколько отверстий в форсунке.Сочетание тепла и давления вызывает воспламенение топлива до того, как оно достигнет стенки цилиндра.
Пламя ударяется о стенку камеры сгорания со скоростью до 50 метров в секунду, распространяется по стенке камеры сгорания и затем сталкивается с соседними языками пламени под углом 180 градусов, продолжая двигаться с высокой скоростью.
Когда языки пламени сталкиваются, они конкурируют за доступный кислород. При этом кислород в центре камеры сгорания никогда полностью не используется.
«По этой причине мы хотели определить метод направления пламени в центр камеры сгорания, чтобы лучше использовать там кислород», — объясняет Ян Эйсмарк.
Результатом их работы стало включение гребней или волн в днище поршня. Поршень имеет шесть таких выступов, а форсунка, расположенная в центре цилиндра в верхней части поршня, имеет шесть отверстий, обеспечивающих распыление топлива между выступами, которые направляют пламя в центр.
Должна быть обеспечена возможность экономичного производства любой новой конструкции, чтобы ее можно было использовать в серийных автомобилях. Большой объем работы был направлен на разработку методов изготовления поршней для достижения правильного баланса между стоимостью деталей и преимуществами для клиентов. За этим последовали тысячи часов испытаний для уточнения конструкции и проверки долговечности новой концепции.
Это инновационное интеллектуальное решение теперь используется в новейших двигателях Volvo Group и приносит пользу как клиентам, так и окружающей среде.Более эффективный процесс сгорания позволил вдвое сократить количество частиц сажи, выбрасываемых двигателем, а также снизить расход топлива в среднем на два процента.
«Для тяжелых транспортных средств технология дизельных двигателей будет иметь важное значение еще много лет, — говорит Ларс Стенквист, технический директор Volvo Group. «Я горжусь нашими инженерами, которые в очередной раз продемонстрировали, что инновационные решения могут сделать двигатели более эффективными на благо наших клиентов и общества в целом.
21.06.2017
Подпись : Лауреатами премии Volvo Technology Award 2017 стали Джон Гиббл, Франк Лёфског, Майкл Бальтазар и Ян Айсмарк, все из Volvo Group Trucks Technology.
Журналистов, которым нужна дополнительная информация, обращайтесь: Пер-Мартин Йоханссон, Volvo Group Communications +46 73
00
Скачать изображения
Ссылка на видео, объясняющее дизайн новой волны: https://www.youtube.com/watch?v=4-BiMzhQcsg
Чтобы узнать больше о Volvo Group, посетите сайт www.volvogroup.com/press.
Volvo Group — один из ведущих мировых производителей грузовых автомобилей, автобусов, строительной техники, судовых и промышленных двигателей. Группа также предлагает комплексные решения для финансирования и обслуживания. Volvo Group, в которой работает около 95 000 человек, имеет производственные мощности в 18 странах и продает свою продукцию более чем на 190 рынках. В 2016 году объем продаж Volvo Group составил около 302 млрд шведских крон (31,9 млрд евро). Volvo Group — открытая компания со штаб-квартирой в Гётеборге, Швеция.Акции Volvo котируются на бирже Nasdaq Stockholm. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.volvogroup.com.
Конструкция поршня и байпас — Школа HVAC
Я помню это, как будто это было вчера. Это был мой первый рабочий день в качестве стажера на моей первой работе техническим специалистом, всего лишь мокрый за уши ребенок, только что закончивший ремесленное училище.
Это было утро понедельника, и мы с техниками стояли на пыльном складе, окруженном штабелями новых конденсаторных агрегатов, и пили противный складской кофе…
…и мне это нравилось.
Наконец-то я это сделал. Я был одним из тех парней, которые слушали военные истории и добродушно подтрунивали, запиваясь кофеином в течение дня.
Один из старших техников рассказывал историю о низком давлении всасывания, и он сказал: «Итак, я решил, что это должен быть неправильный размер поршня», и он остановился, посмотрел на меня и сказал: «Вы знаете что такое поршень… ПРАВИЛЬНО?»
Казалось, прошла вечность, пока вся группа смотрела на меня. Я пробормотал: «Поршень? Конечно, — и слабо кивнул, надеясь, что «ЛЖЕЦ» не красуется у меня на лбу у всех на виду.
Техник повернулся и закончил свой рассказ, и мой разум пронесся.
Конечно, я знал, что такое поршень в ДВИГАТЕЛЕ или даже в поршневом компрессоре, но я понятия не имел, что маленький кусок латуни с отверстием, который мы в школе называли «неподвижным отверстием», назывался поршнем. .
Позже я узнал все, что нужно было знать о размерах и замене поршней. Установщики, с которыми я работал, часто забывали указать правильный размер.
На случай, если вы запутались так же, как и я, скажу, что поршень — это дозирующее устройство с фиксированным отверстием, используемое в системах на протяжении многих лет.Особенно это касается бытовых тепловых насосов и систем прямого охлаждения. Даже сейчас, когда TXV и EEV становятся все более популярными, вы все равно увидите поршни во многих новых моделях Carrier, которые используются снаружи в качестве устройства измерения теплового режима.
Факты о поршнях
Я регулярно вижу поршни трех распространенных конструкций. Я сгруппирую их по известным мне производителям, хотя их могут использовать и другие производители.
Тип Lennox/Rheem
Показанный выше поршень относится к типу Lennox/Rheem.Он направленный, что означает, что его можно установить только в одну сторону, когда конус (коническая сторона) направлен на испаритель, а другой конец направлен на линию жидкости. В этом типе используются уплотнения на конце конуса, чтобы предотвратить байпас хладагента, а также используется уплотнительное кольцо для герметизации корпуса типа «шатлефф».
Тип Carrier
Компания Carrier называла свои поршни «аккураторами» и, возможно, продолжает так называть, хотя я не слышал этого термина уже много лет. Эти поршни могут быть установлены в любом направлении, но в них по-прежнему используется тот же корпус типа «чатлефф», что и в Lennox.
Тип Trane
Тип Trane имеет намного меньшие размеры и направленность. В корпусах Trane не используются уплотнительные кольца.
Размер поршня
Физические внешние размеры поршня должны быть такими же, как у всех других поршней данной марки/серии. В противном случае он не будет соответствовать должным образом. Меняется только внутренний диаметр отверстия.
Размер поршня указывается в десятичных долях дюйма, как газовое отверстие, обычно от 40 до 100.Когда поршень описывается как «поршень 65», это 0,065 дюйма, а «104» будет 0,104 дюйма.
Проверка работы потока
В системе с тепловым насосом для каждого дозирующего устройства требуется какой-либо метод обхода дозирующего устройства, когда хладагент течет в противоположном направлении. В ТРВ это делается с помощью внутреннего или внешнего обратного клапана, но с поршнем сам поршень может скользить в корпусе. Это позволяет ограничить поток в одном направлении и неограниченный поток в другом.
Именно отсюда поршень получил свое название; как поршень в двигателе, это цилиндр внутри цилиндра, который может скользить вперед и назад.
Любой углерод, парафин или другой твердый материал, попавший в корпус поршня, может вызвать одно из трех нежелательных явлений.
Ограничение поршня в требуемом режиме
Если что-то попадает в отверстие поршня или закрывает его, это может вызвать ограничение, что приведет к низкому давлению в испарителе, слабому всасыванию, сильному перегреву и нормальному или сильному переохлаждению.Когда поршень ограничен, а система представляет собой тепловой насос с правильно установленным жидкостным фильтром/осушителем, мы часто чередуем систему на охлаждение и обогрев и смотрим, освобождает ли это загрязняющие вещества и улавливает ли они их в трубопроводе-осушителе. В противном случае поршень необходимо снять и осмотреть перед его очисткой или заменой. Затем вы установите новую линейную сушилку.
Имейте в виду, что в некоторых системах во входное отверстие корпуса поршня встроена сетка, которая также может забиваться. Ищите это после разборки корпуса поршня.
Байпасирование поршня (избыточная подача)
Если поршень не садится должным образом, он может перекормить испаритель точно так же, как если бы система имела больший диаметр отверстия, чем должен. Это приводит к высокому давлению всасывания, низкому перегреву и низкому переохлаждению. В этих случаях поршень следует снять и осмотреть на предмет надлежащего размера отверстия и признаков загрязнения снаружи или вблизи уплотняющих поверхностей поршня и корпуса.
Ограничение поршня в обратном режиме
В некоторых случаях поршень теплового насоса может не полностью сместиться в противоположном режиме.Это приведет к падению давления и нежелательному сужению, аналогичному засорению фильтра-осушителя жидкостной линии. В этом случае будет явный перепад температуры на этом поршне, когда его должно быть мало или совсем не должно быть.
Например, если вы используете систему в режиме охлаждения и заметили, что на стороне жидкостной линии корпуса поршня наружного блока, работающего в режиме нагрева, начинает образовываться иней, вы можете быть уверены, что он ограничивает движение в противоположном направлении. Иногда вы можете решить эту проблему, несколько раз переключаясь с нагрева на охлаждение, но часто это требует разборки и проверки.
Это состояние похоже на то, что происходит при выходе из строя внешнего обратного клапана TXV.
В заключении
Поршень — это простой кусок латуни, и меня бесит, когда техник завершает вызов, чтобы кто-то мог «заменить неисправный поршень». Поршень не просто выходит из строя; если у кого-то есть проблема, это либо неправильный размер, либо что-то попало в него и застряло в нем, или заставило его перестать сидеть должным образом. Многие из этих проблем связаны с неправильным вакуумом, отсутствием потока азота, попаданием в систему медной стружки или песка и т. д.
У каждого хорошего домашнего техника должен быть небольшой пластиковый контейнер с поршнями различных марок и размеров на случай, если они обнаружат поршень неподходящего размера или изношенный из-за неправильной установки. Возможно, я немного опоздал, так как поршни — вымирающий вид, но они настолько просты, что обратная дорога за «вышедшим из строя поршнем» кажется огромной тратой.
— Bryan
Связанные
300-летняя конструкция поршня, заново изобретенная с использованием мягких гибких материалов, может создавать большие усилия с более высокой энергоэффективностью — ScienceDaily физик Дени Папен, изобретатель скороварки, предложил принцип поршня, поршни использовались для использования силы жидкостей для выполнения работы в многочисленных машинах и устройствах.
Обычные поршни состоят из жесткой камеры и поршня внутри, который может скользить по внутренней стенке камеры, сохраняя при этом герметичность. В результате поршень разделяет два пространства, которые заполнены двумя жидкостями и соединены с двумя внешними источниками жидкости. Если жидкости имеют разное давление, поршень будет скользить в направлении с более низким давлением и в то же время может приводить в движение вал или другое устройство для выполнения физической работы. Этот принцип использовался при разработке многих машин, включая различные поршневые двигатели, гидравлические подъемники и краны, например те, которые используются на строительных площадках, а также электроинструменты.
Однако обычные поршни имеют ряд недостатков: высокое трение между движущимся поршнем и стенкой камеры может привести к выходу из строя уплотнения, утечкам и постепенным или внезапным отказам. Кроме того, особенно в низком диапазоне давлений, эффективность использования энергии и скорость отклика часто ограничены.
Теперь группа робототехников из Гарвардского института биологической инженерии им. их обычные жесткие элементы с механизмом, использующим сжимаемые конструкции внутри мембраны из мягких материалов.
Полученные в результате «натяжные поршни» развивают усилие, более чем в три раза превышающее усилие сопоставимых обычных поршней, устраняют большую часть трения и при низком давлении потребляют до 40% больше энергии. Исследование опубликовано в Advanced Functional Materials .
«Эти «поршни растяжения», изготовленные из конструкций, включающих мягкие, гибкие материалы, представляют собой принципиально новый подход к архитектуре поршней, который открывает обширное пространство для проектирования. Их можно вставлять в машины, заменяя обычные поршни, обеспечивая повышенную энергоэффективность», — сказал Висс. Основатель института, член основного факультета и соавтор Вуд, доктор философии.Д., который также является профессором инженерных и прикладных наук Чарльза Ривера в SEAS и одним из руководителей инициативы биоинспирированной мягкой робототехники Института Висса. «Важно, что эта концепция также позволяет использовать ряд новых геометрий и функциональных вариантов, которые могут дать инженерам возможность изобретать новые машины и устройства и миниатюризировать существующие».
Вуд руководил исследованием вместе с Даниэлой Рус, доктором философии, профессором и директором Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) и Шугуан Ли, доктором философии.Д., научный сотрудник с докторской степенью под руководством Вуда и Рус.
Концепция натяжного поршня основана на разработанных командой «жидкостных искусственных мышцах, вдохновленных оригами» (FOAM), в которых используются мягкие материалы, чтобы дать мягким роботам большую мощность и контроль над движением, сохраняя при этом их гибкую архитектуру. FOAM состоят из складчатой структуры, встроенной в жидкость в гибкую и герметичную оболочку. Изменение давления жидкости приводит к тому, что структура, похожая на оригами, разворачивается или складывается по заранее заданной геометрической траектории, что вызывает изменение формы всего FOAM, позволяя ему захватывать или освобождать объекты или выполнять другие виды работы.
«В принципе, мы исследовали использование FOAM в качестве поршней внутри жесткой камеры», — сказал Ли. «Используя гибкую мембрану, прикрепленную к сжимаемой скелетной структуре внутри, и соединив ее с одним из двух портов для жидкости, мы можем создать отдельный отсек для жидкости, который демонстрирует функциональность поршня».
Исследователи показали, что увеличение движущего давления во втором резервуаре жидкости, окружающем мембрану в камере, увеличивает силы натяжения в материале мембраны, которые непосредственно передаются связанной скелетной структуре.Благодаря физическому соединению каркаса с исполнительным элементом, выходящим из камеры, сжатие каркаса связано с механическим движением снаружи поршня.
«Улучшенные поршни могут коренным образом изменить то, как мы проектируем и используем многие типы систем, от амортизаторов и автомобильных двигателей до бульдозеров и горнодобывающего оборудования», — говорят Рус, Эндрю (1956) и Эрна Витерби, профессор электротехники и компьютерных наук в Массачусетский технологический институт. «Мы думаем, что такой подход может помочь инженерам разработать различные способы сделать свои творения более прочными и энергоэффективными.»
Команда протестировала свой поршень в сравнении с обычным поршнем в задаче по дроблению предметов и показала, что он ломает такие предметы, как деревянные карандаши, при гораздо более низком входном давлении (давление, создаваемое в жидкости, окружающей кожу). При тех же входных давлениях, особенно в более низком диапазоне давлений, натяжные поршни развивают более чем в три раза большее выходное усилие и демонстрируют более чем на 40 процентов более высокую энергоэффективность за счет использования создаваемого жидкостью напряжения в их гибких материалах оболочки.
«Благодаря конфигурации сжимаемых каркасов с очень разной геометрией, таких как ряд дискретных дисков, шарнирных каркасов или пружинных каркасов, выходные силы и движения становятся легко настраиваемыми», — сказал Ли. «Мы можем даже встроить более одного натяжного поршня в одну камеру или пойти еще дальше и также изготовить окружающую камеру из гибкого материала, такого как воздухонепроницаемая нейлоновая ткань».
Дополнительными авторами исследования являются исследователи Института Висса и SEAS Даниэль Фогт, инженер-исследователь Института Висса, и Николас Бартлетт, аспирант, работающий с Вудом.Исследование финансировалось Гарвардским институтом биологической инженерии Висса, Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национальным научным фондом.
TECH: Проектирование закиси азота с помощью Wiseco — Drag Illustrated
Обед в честь Дня Благодарения за семейным столом Power Adder всегда неловкий. Независимо от того, чего трое детей достигли за последний год, разговор всегда сводится к тому, что Блоуэр немного паразитирует, а Турбо продолжает оказывать на всех слишком большое давление.Но настоящей паршивой овцой всегда является Закись – слишком дешевая и всегда все портит, когда становится немного жадной.
Nitrous имеет плохую репутацию не из-за присущих ему недостатков, а потому, что это такой «легкий» путь к власти — или, по крайней мере, так кажется. Вы никогда не мечтали поставить 8-71 или пару 88-мм турбин на двигатель со стандартными внутренними компонентами, и все же легкость установки немного больших форсунок в закись азота часто соблазняет даже самого уравновешенного гонщика или производительность. энтузиаст, который должен знать лучше.

Однако с правильными деталями и правильным отношением двигатель, созданный для распыления, может прожить долгую, здоровую и счастливую жизнь, и рецепт начинается с части, которая подвергается наибольшему насилию на бутылке – поршня. Чтобы узнать особенности пули, разработанной специально для использования с закисью азота, мы встретились с Ником ДиБлази из Wiseco Pistons.
«Закись азота — очень летучий зверь. Экстремальные нагрузки возникают мгновенно, и каждая часть поршня спроектирована с учетом этого», — начинает он.Один важный аспект выбора поршня зависит от того, предназначен ли он для уличного двигателя, который большую часть своей жизни будет работать без наддува, или он предназначен для гоночной сборки, в которой закись азота будет применяться более или менее постоянно.
Определение проблемы
«Все начинается с полного понимания потребностей клиента, — продолжает ДиБлази. «Хотя у нас есть стандартные поршни, предназначенные для закиси азота, есть много клиентов, которые выходят за рамки того, что мы называем стандартом.Для этих клиентов мы создаем что-то индивидуальное, точно соответствующее их потребностям». Эта точка пересечения зависит не только от лошадиных сил, но и от предполагаемого применения.
«Если клиент просит залить закисью азота деталь, которая никогда не предназначалась для закиси азота, нам придется изготовить ее на заказ», — говорит ДиБлази. «Большинство готовых деталей предназначены для использования без наддува, поэтому нам придется преобразовать их в нестандартный поршень, поскольку это уникальная ситуация. Кроме того, если у нас есть часть полки, предназначенная для закиси азота, где большая часть рынка использует 200-300 выстрелов, а кто-то хочет использовать 600 выстрелов, то мы, скорее всего, переместим их на что-то нестандартное.Точной формулы не существует, так как каждое приложение и рабочий цикл различны. В последнее время мы видели, как автомобили для дрифтинга часто используют закись азота, и мы захотим перенести их на нестандартные поршни, поскольку рабочий цикл намного длиннее, чем у двигателей для дрэг-рейсинга с такими же характеристиками».
Первый шаг в составлении спецификаций для заказного поршня с закисью азота — убедиться, что покупатель не хочет покупать пресловутый односторонний стержень. «Основываясь на области применения, рабочем цикле и других компонентах двигателя, мы проектируем наши поршни, чтобы они выдерживали представленные условия, но во многих случаях заказчик требует чего-то, что просто бросает вызов физике», — добавляет ДиБлази.«Одним из них, который приходит на ум, является установка 4-дюймового хода в малоблочном Chevy с 6-дюймовым штоком. Это дает высоту сжатия 1000 дюймов и просто не дает достаточно места для жизни кольцевых площадок».
Еще одной характеристикой конструкции поршня с закисью азота является более толстая, чем обычно, головка, которая действует как теплоотвод, а также особое внимание к толщине материала вокруг таких областей, как карманы предохранительных клапанов. Любые тонкие или острые участки являются потенциальными горячими точками, которые могут стать источниками детонации.
Особенности конструкции поршня с азотом
После того, как невозможное отброшено, остается оптимизировать конструкцию поршня для обеспечения долговечности и мощности. Закись азота применяет давление и температуру в цилиндре совершенно иначе, чем в атмосферном или форсированном двигателе, что требует соответствующего подхода к таким вещам, как расположение пакета колец относительно короны, толщина материала короны и даже конструкция юбки и булавочный босс.
«В процессе проектирования мы отрегулируем толщину колец, материалы и посадочные поверхности в соответствии с требуемыми нагрузками», — говорит ДиБлази.«Толщина короны и угол конусности верхней кромки также будут настроены для конкретного применения. Надлежащая толщина и длина штифта рассчитаны на требования двигателя, при этом втулки штифтов имеют достаточно материала для зацепления штифтов».
Расположение верхнего кольца становится компромиссным; в то время как современные конструкции заводских двигателей, как правило, располагают первичное компрессионное кольцо как можно ближе к головке, чтобы уменьшить объем щели и уменьшить выбросы, это далеко не идеально для двигателя с закисью азота.«Чем дальше верхнее кольцо сдвинуто вниз, тем больше оно защищено», — объясняет ДиБлази. Но поскольку правильное кольцевое уплотнение зависит от приложенного к нему давления газа, добавляет он, «смещение его слишком далеко вниз приведет к снижению мощности и уплотняющей способности».
Одна дополнительная конструктивная особенность, характерная для высокопроизводительных безнаддувных поршней, также полезна для закиси азота. «В гоночных приложениях газовые порты могут творить чудеса для герметизации. Это не сильно отличается от усиленной или высокопроизводительной N/A.Единственное, чего следует остерегаться, так это преждевременного износа колец из-за повышенного давления, которое испытывает лицевая сторона кольца. Современные кольца служат очень долго, поэтому с кольцами из нитрида нержавеющей и углеродистой стали это не так важно».
Обращение с жарой
Помимо обеспечения компрессионного уплотнения, верхние кольца также играют решающую роль в передаче тепла от корпуса поршня к стенке цилиндра, а с добавлением энергии в закиси азота это становится еще более важным.И материал кольца, и зазор в кольце необходимо указывать с учетом распыления.
«У нас есть кольца из различных популярных материалов, — говорит ДиБлази. «Если мы используем кольцо 1/16, у нас есть серия колец из закаленного азота, которые доступны для любой полки или нестандартного поршня. Мы предлагаем кольцо из закаленного азота, кольцо из нитрида углеродистой стали или кольцо из нержавеющей стали для максимального срока службы».
Еще одной недавней тенденцией в конструкции поршней стало перемещение маслосъемного кольца вниз до точки, где канавка фактически пересекает отверстие под палец.Это позволяет уменьшить общую высоту поршня, получить больше места для размещения пакета колец дальше от короны или их комбинацию. Но хорошая ли это идея для поршня, предназначенного для закиси азота? ДиБлази говорит да; «Мы добились больших успехов, используя опоры масляной рейки, чтобы штифт мог войти в масляное кольцо. При условии, что кольцевые площадки, толщина короны и материал кольца предназначены для конкретного применения, не должно быть никакой разницы в производительности при использовании рельсовой опоры или без нее».
Из-за дополнительного тепла и давления, создаваемых закисью азота, стандартный поршень, предназначенный для этого применения, будет перемещать пакет колец вниз, от короны, чтобы защитить верхнее кольцо, сохраняя при этом хорошее уплотнение.
Дополнительная опора
Дополнительное тепло и более высокое давление в цилиндре, создаваемые закисью азота, также влияют на форму поршня другими способами, при этом ДиБлази отмечает: «Толщина короны, длина штифта и толщина штифта имеют решающее значение для двигателей, работающих на закиси азота». Конструкция коронки должна учитывать, как будет передаваться тепло, особенно в таких областях, как карманы клапанов, где твердые края и тонкие места могут создавать потенциальные источники детонации. В целом, компромисс между малым весом поршня и наличием достаточного «теплоотвода» благоприятствует последнему фактору при использовании закиси азота.
«Кроме того, мы хотим обеспечить максимальную поддержку штифта, расширив опоры бобышки штифта», — добавляет ДиБлази. «Это создает наименьшее количество неподдерживаемой площади от башен со штифтами до стержня, ограничивая изгиб». Очевидно, что поддержание поршня как можно более цилиндрическим помогает уплотнению кольца, а также снижает трение и износ и способствует передаче тепла от поршня к стенке цилиндра.
Выбор покрытий
Запатентованный процесс ArmorPlating компании Wiseco, защищающий заводную головку, кольцевые канавки и отверстия под штифты, на самом деле становится тверже при воздействии тепла.Это автокаталитическое покрытие на основе металла, которое точно покрывает такие маленькие детали, как газовые порты, не препятствуя их функционированию, и фактически помогает предотвратить углеродное загрязнение верхней части поршня, что устраняет потенциальный источник детонации, независимо от того, что тип двигателя, в котором он используется.
Несмотря на то, что закись азота имеет репутацию производителя поршней, мы узнали, что, указав правильные детали, рассчитанные на уникальные тепловые и физические нагрузки, создаваемые распылением, можно собрать прочную, мощную комбинацию закиси азота.Как и в случае с любым другим усилителем мощности (или даже с мощным безнаддувным двигателем), секрет заключается в знании пределов используемых вами компонентов и обновлении там, где это необходимо, чтобы справиться с дополнительными нагрузками.
Рассказ Пола Хайзенги
Фотографии Эвана Перкинса
Комментарии
Родственные
Что операторы должны знать о современной конструкции поршневых колец | 2019-07-01 | НОЛН

Топливная эффективность за счет снижения трения является важной частью конструкции двигателя, поскольку автопроизводители ищут все способы увеличить расход топлива на галлон.
Это проявляется в более широком использовании моторных масел с низкой вязкостью, а также в деталях двигателя, таких как поршневые кольца с низким напряжением. В частности, в двигателях с непосредственным впрыском загрязняющие вещества могут проникать сквозь поршневые кольца такого типа и приводить к нагарообразованию.
Стив Мут, главный химик производителя присадок Penray Inc., поставщика химикатов, присадок и функциональных жидкостей для быстродействующих смазочных материалов и других поставщиков автомобильных услуг, поделился дополнительной информацией о поршневых кольцах низкого напряжения.Он объяснил, как операторы смазочных материалов могут быстро узнать о связанных проблемах, чтобы помочь клиентам.

Как сказал Мэтту Хадсону

Грунтовка поршневых колец низкого напряжения
Инженеры и производители двигателей уже давно знают, что поршневые кольца составляют большую часть трения в двигателях внутреннего сгорания — в некоторых случаях до 75 процентов.
Итак, применение поршневых колец с меньшим натяжением может оказать существенное влияние на трение двигателя и, соответственно, на КПД двигателя.На самом деле, производители гоночных двигателей обычно используют компрессионные и маслосъемные кольца низкого напряжения для своих двигателей. Компромиссом является повышенный расход масла и сокращение срока службы поршневых колец в обмен на снижение трения и повышение мощности гоночных автомобилей.
По самой своей природе компрессионные и маслосъемные кольца с более низким натяжением обладают меньшей способностью возвращаться в исходное положение и возвращаться в исходное положение, когда на кольцах и контактных площадках скапливаются крошечные частицы мусора или шлама.
Таким образом, более вероятно образование отложений на кольцах и в кольцевых зонах, что может привести к повышенному расходу масла, увеличению выбросов, снижению производительности двигателя и экономии топлива.Высоконагруженные двигатели с наддувом, такие как двигатели с турбонаддувом, более склонны к образованию этих отложений из-за более высоких температур сгорания.
Судя по всему, нормальное просачивание масла через поршневые кольца может быть «расценено» системой управления двигателем как топливо, и блок управления двигателем (ECU) соответствующим образом обедняет топливно-воздушную смесь. Возникающее в результате низкоскоростное предварительное зажигание (LSPI) может усугубить проблему масляных отложений на поршневых кольцах.

Что могут сделать быстродействующие смазки?
Во-первых, убедитесь, что вы используете масло подходящей вязкости для автомобилей последних моделей.Сегодня многие автомобили имеют вязкость 0W-20. Небольшие скопления более густого масла могут не сжечь поршни и кольца так быстро, как эти более жидкие масла, и могут накапливаться на этих поверхностях быстрее.
Некоторые клиенты старой школы могут опасаться использования масел 0W-20, поскольку они более жидкие, чем они привыкли, и могут отдавать предпочтение более густым маслам или присадкам-загустителям, которые обычно использовались в прошлом. Но эти масла и присадки старой школы — не лучший выбор для современных автомобилей.

Предложения по продажам
Операторы
также могут обучать клиентов и предлагать подходящие добавки.
Лучше всего использовать специальные присадки, чтобы освободить маслосъемные кольца и сохранить их в чистоте. Для решения этой проблемы доступны различные смеси. Практически все высококачественные присадки, предназначенные для этой цели, включают в себя чистящие средства для удаления отложений, а также имеют полимерные компоненты, помогающие формировать масляную пленку на внутренних деталях двигателя, служащую барьером для снижения трения и износа.
Моторные масла с большим пробегом могут дать такие же результаты, но этот подход не работает в среде с быстрой смазкой, где желательно иметь только один тип моторного масла. Запасая и используя эти присадки, мастерская быстрой смазки должна иметь только один сорт масла в каждом весе. Использование правильных дополнительных присадок превращает обычное масло в масло с большим пробегом.
MAHLE Aftermarket Северная Америка | Поршни
Двухтактные Эти поршни в основном используются в бензиновых и дизельных двигателях легковых автомобилей в условиях большой нагрузки.Они имеют литые стальные полосы, но не имеют прорезей. В результате они образуют однородное тело с чрезвычайной прочностью.
Цельнолитая юбка Верхняя часть поршня, кольцевой ремень и юбка образуют прочный узел. Литые поршни со сплошной юбкой имеют длительный срок службы и могут использоваться в бензиновых и дизельных двигателях. Диапазон их применения простирается от модельных двигателей до крупных силовых агрегатов.
Цельная кованая юбка Этот тип поршня в основном используется в высокопроизводительных серийных и гоночных двигателях.Благодаря производственному процессу они прочнее и, следовательно, позволяют уменьшить поперечное сечение стенки и вес поршня.
AUTOTHERMIK®- / HYDROTHERMIK® Эти очень тихоходные поршни используются в основном в легковых автомобилях. Поршни имеют залитые стальные полосы и имеют прорези на переходе кольцевого пояса в юбочную часть.
AUTOTHERMATIK®- / HYDROTHERMATIK® Эти поршни используются в основном в бензиновых и дизельных двигателях легковых автомобилей, работающих в условиях высоких нагрузок.Они имеют литые стальные полосы, но не имеют прорезей. В результате они образуют однородное тело с чрезвычайной прочностью.
Поршни ECOFORM® с поворотными боковыми сердечниками Поршни с оптимизированным весом для бензиновых двигателей легковых автомобилей. Благодаря специальной технологии литья эти поршни имеют малый вес и высокую жесткость конструкции.
Поршни с кольцедержателем и втулками под палец Эти поршни для дизельных двигателей имеют кольцедержатель из специального чугуна, который металлически и жестко соединен с материалом поршня для придания ему большей износостойкости, особенно в первой канавке. .Втулки бобышки пальца, изготовленные из специального материала, повышают несущую способность бобышки пальца.
Поршни с держателем колец с каналом охлаждения Эти поршни используются в условиях особо высоких рабочих температур. Из-за высоких температур в верхней части поршня и кольцевого пояса обеспечивается интенсивное охлаждение за счет циркуляции масла по охлаждающему каналу.
Поршни с кольцевой опорой с охлаждающим каналом и усилением днища Эти поршни используются в дизельных двигателях в условиях большой нагрузки.Для дополнительной защиты и во избежание трещин на кромке полости или в головке эти поршни имеют специальный твердый анодированный слой (слой HA) на головке.
Поршни с охлаждаемыми держателями колец Для этих поршней держатели колец и охлаждающие каналы объединяются в одну систему в рамках специального производственного процесса.

Устройство поршня

Что такое поршень двигателя автомобиля

Что это такое

Требования к поршню мотора

Как работает

Сколько колец нужно для поршня

конструкция, отличия и применяемость на двигатели Ваз.. Статьи компании «АвтоКлюч-63»

Поршень двигателя. Устройство и назначение

Функциональное назначение

Требования к конструкции и материалам

Устройство

Охлаждение

Поршневые кольца

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Гильза

Поршень

Шатун

Коленчатый вал

Маховик

Поршень двигателя внутреннего сгорания

общая теория и поршни СТК

Устройство поршня

Устройство и принцип работы поршневого компрессора

Поршневые компрессоры и их устройство

☑️ Поршневые компрессоры, которые вы ищете ▷▷ магазин для профессионалов isprzet.pl

Как работает поршневой компрессор?

Максимальное давление и другие параметры компрессоров

Поршневые компрессоры — типы

Что такое масляные и безмасляные компрессоры?

Компрессоры поршневые цеха

Инструменты для дома, мастерской и промышленности

Все, что нам нужно знать о поршневом компрессоре

Поршневой компрессор, поршневой компрессор FINI

Поршневой компрессор — надежное решение

Поршневой компрессор — что нам нужно?

Delta Technika — только лучшее

Как работают поршневые компрессоры?

Поршневые компрессоры — как они устроены?

Принципы работы поршневых компрессоров на практике

Зачем нужны поршневые компрессоры?

Где сегодня используются поршневые компрессоры?

Поршневые компрессоры и их значение

Поршневой компрессор, поршневой компрессор — Поршневые компрессоры Warszawa

Компрессоры, поршневые воздушные компрессоры — Boge

Мощность поршневых компрессоров

Компрессор и компрессор | Компрессор высокого давления — тип

Сводка

Поршень — RacePortal.ru

Детали шатунно-поршневой группы

Поршень

Материалы, из которых изготовлен поршень

Алюминиевые сплавы

Литые и кованые

Ремонтные размеры и селективная подборка

Конструкция поршня — Энциклопедия по машиностроению XXL

Поршневая группа ВАЗ. Поршни ВАЗ. Констукция. Размеры. Маркировка

Конструкция поршня ВАЗ

Расшифровка поршневой группы. Классы поршней для двигателей ВАЗ

маркировка поршней

Компания MAHLE начала производить высокопроизводительные алюминиевые поршни впервые с помощью технологии 3D-печати

Бионическая конструкция снижает вес поршня и увеличивает максимальную частоту вращения двигателя

Высокое качество, подтвержденное строгими испытаниями

Дополнительный охладитель воздуха наддува для еще большей эффективности

Компания MAHLE углубляет свой опыт в области 3D-печати

О компании MAHLE

О компании MAHLE Aftermarket

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации:

Параметры поршня

Облегченная конструкция поршня дизельного двигателя

Добавить комментарий Отменить ответ