Поршень - Piston

Для использования в других целях см. Поршень (значения).
Поршни в разрезе бензиновый двигатель
Анимация поршневой системы.

А поршень является составной частью поршневые двигатели, возвратно-поступательное движение насосы, газовые компрессоры, гидроцилиндры и пневматические цилиндры, среди других подобных механизмов. Это движущийся компонент, который содержится в цилиндр и сделан газонепроницаемым поршневые кольца. В двигателе его цель - передавать усилие от расширяющегося газа в цилиндре на коленчатый вал через Шток поршня и / или шатун. В насосе функция обратная, и сила передается от коленчатого вала к поршню с целью сжатия или выталкивания жидкость в цилиндре. В некоторых двигателях поршень также действует как клапан закрывая и открывая порты в цилиндре.

Поршневые двигатели

Основная статья: Поршневой двигатель
Поршень

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания поршень, разрезанный, чтобы показать поршневой палец.

An двигатель внутреннего сгорания на него действует давление расширяющихся дымовых газов в камера сгорания пространство в верхней части цилиндра. Затем эта сила действует вниз через шатун и на коленчатый вал. Шатун прикреплен к поршню с помощью шарнирного соединения. поршневой палец (США: булавка на запястье). Этот штифт установлен внутри поршня: в отличие от парового двигателя, здесь нет поршневого штока или крейцкопф (кроме больших двухтактных двигателей).

Типичная конструкция поршня представлена ​​на картинке. Этот тип поршня широко используется в автомобилях. дизельные двигатели. В зависимости от назначения, уровня наддува и условий работы двигателей форма и пропорции могут быть изменены.

Мощные дизельные двигатели работают в тяжелых условиях. Максимальное давление в камере сгорания может достигать 20 МПа, а максимальная температура некоторых поверхностей поршней может превышать 450 ° C. Улучшить охлаждение поршня можно за счет создания специальной охлаждающей полости. Инжектор подает масло в полость охлаждения «А» по ​​каналу подачи масла «В». Для лучшего снижения температуры конструкция должна быть тщательно рассчитана и проанализирована. Расход масла в охлаждающей полости должен составлять не менее 80% расхода масла через форсунку.

А - охлаждающая полость; Б - канал подачи масла

Сам палец изготовлен из закаленной стали и закреплен в поршне, но свободно перемещается в шатуне. В некоторых конструкциях используется «полностью плавающая» конструкция, свободная от обоих компонентов. Все штифты не должны смещаться вбок, а концы штифтов не врезаются в стенку цилиндра, обычно с помощью стопорные кольца.

Газовое уплотнение достигается за счет использования поршневые кольца. Это несколько узких железных колец, свободно вставленных в канавки поршня, чуть ниже головки. Кольца разделены в одной точке обода, что позволяет им прижиматься к цилиндру с легким давлением пружины. Используются кольца двух типов: верхние кольца имеют твердые поверхности и обеспечивают газовое уплотнение; нижние кольца имеют узкие края и U-образный профиль, служащие скребками для масла. Поршневые кольца имеют много запатентованных и конструктивных особенностей.

Поршни В ролях из алюминиевые сплавы. Для повышения прочности и долговечности некоторые гоночные поршни[1] может быть кованый вместо. Поршни из заготовок также используются в гоночных двигателях, поскольку они не зависят от размера и архитектуры имеющихся поковок, что позволяет вносить изменения в конструкцию в последнюю минуту. Хотя поршни обычно не видны невооруженным глазом, они имеют определенную овальность и конусность профиля, что означает, что они не идеально круглые, а их диаметр больше в нижней части юбки, чем у головки.[2]

Ранние поршни были чугун, но были очевидные преимущества для балансировки двигателя, если можно было использовать более легкий сплав. Для производства поршней, способных выдерживать температуры сгорания двигателя, необходимо было разработать новые сплавы, такие как Y сплав и Hiduminium специально для использования в качестве поршней.

Несколько ранних газовые двигатели[я] имел цилиндры двустороннего действия, но в остальном практически все поршни двигателя внутреннего сгорания одностороннего действия. В течение Вторая Мировая Война, подводная лодка США Помпано[ii] был оснащен прототипом печально известного ненадежного H.O.R. двухтактный дизельный двигатель двойного действия. Несмотря на компактность, для использования на тесной подводной лодке эта конструкция двигателя не повторялась.

СМИ, связанные с Поршни двигателя внутреннего сгорания в Wikimedia Commons

Поршни багажника

Поршни ствола длинные относительно своего диаметра. Они действуют как поршневые и цилиндрические. крейцкопф. Поскольку шатун на большей части вращения наклонен под углом, существует также боковая сила, которая воздействует вдоль стороны поршня на стенку цилиндра. Более длинный поршень помогает поддерживать это.

Стволовые поршни были обычной конструкцией поршней с первых дней создания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя для высокоскоростных двигателей теперь используется более легкий вес. тапочка поршня.

Особенностью большинства поршневых поршней, особенно для дизельных двигателей, является то, что они имеют канавку для масляного кольца ниже поршневой палец, в дополнение к кольцам между поршневым пальцем и коронкой.

Название «поршневой ствол» происходит от слова «магистральный двигатель ', ранний дизайн морской паровой двигатель. Чтобы сделать их более компактными, они отказались от обычного парового двигателя. Шток поршня с отдельной траверсой и вместо этого были первой конструкцией двигателя, в которой поршневой палец размещался непосредственно внутри поршня. В остальном эти поршни ствольного двигателя мало походили на поршень ствола; они были чрезвычайно большого диаметра и двойного действия. Их «ствол» представлял собой узкий цилиндр, установленный в центре поршня.

СМИ, связанные с Поршни багажника в Wikimedia Commons

Поршни крейцкопфа

Для больших тихоходных дизельных двигателей может потребоваться дополнительная поддержка боковых сил на поршне. Эти двигатели обычно используют крейцкопф поршни. Главный поршень имеет большой Шток поршня простирается вниз от поршня к тому, что фактически является вторым поршнем меньшего диаметра. Главный поршень отвечает за газовое уплотнение и несет на себе поршневые кольца. Меньший поршень является чисто механической направляющей. Он проходит внутри небольшого цилиндра как направляющая ствола, а также несет поршневой палец.

Смазка крейцкопфа имеет преимущества по сравнению с цилиндрическим поршнем, поскольку его смазочное масло не подвержено воздействию тепла сгорания: масло не загрязняется частицами сажи сгорания, оно не разрушается из-за тепла, а более жидкое, менее вязкое масло может использоваться. Трение как поршня, так и крейцкопфа может составлять только половину от трения ствольного поршня.[3]

Из-за дополнительного веса этих поршней они не используются в высокоскоростных двигателях.

СМИ, связанные с Поршни крейцкопфа в Wikimedia Commons

Тапочные поршни

Тапочный поршень

А тапочка поршня поршень для бензинового двигателя, который был максимально уменьшен в размере и весе. В крайнем случае они сводятся к днищу поршня, опоре для поршневых колец и достаточному количеству оставшейся юбки поршня, чтобы оставить две площадки для предотвращения качания поршня в канале ствола. Боковые стороны юбки поршня вокруг поршневого пальца уменьшены от стенки цилиндра. Основная цель состоит в том, чтобы уменьшить возвратно-поступательную массу, тем самым облегчая балансировку двигателя и, таким образом, обеспечивая высокие скорости.[4] В гоночных условиях юбки скользящего поршня могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить чрезвычайно легкий вес при сохранении жесткости и прочности полной юбки.[5] Уменьшение инерции также улучшает механический КПД двигателя: силы, необходимые для ускорения и замедления возвратно-поступательных деталей, вызывают большее трение поршня о стенку цилиндра, чем давление жидкости на головку поршня.[6] Дополнительным преимуществом может быть некоторое уменьшение трения о стенку цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается вдвое. Однако наибольшее трение происходит из-за поршневые кольца, которые на самом деле наиболее плотно прилегают к отверстию и опорным поверхностям булавки для запястья, и, таким образом, выгода уменьшается.

СМИ, связанные с Тапочные поршни в Wikimedia Commons

Поршни дефлектора

Двухтактный дефлекторный поршень

Поршни дефлектора используются в двухтактные двигатели с компрессией картера, когда поток газа внутри цилиндра должен быть тщательно направлен для обеспечения эффективного уборка мусора. С перекрестная уборка передаточное (вход в цилиндр) и выпускное отверстия находятся на непосредственно обращенных сторонах стенки цилиндра. Чтобы входящая смесь не проходила прямо от одного порта к другому, на головке поршня имеется выступ. Это предназначено для отклонения поступающей смеси вверх, вокруг камера сгорания.[7]

Много усилий и много различных конструкций днища поршня было потрачено на разработку улучшенной продувки. Коронки превратились из простого ребра в большую асимметричную выпуклость, обычно с крутой гранью на входе и пологим изгибом на выпуске. Несмотря на это, перекрестная уборка никогда не была столь эффективной, как хотелось бы. Большинство двигателей сегодня используют Портирование Schnuerle вместо. Это размещает пару отверстий для переноса по бокам цилиндра и стимулирует вращение потока газа вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.[8]

СМИ, связанные с Поршни дефлектора в Wikimedia Commons

Гоночные поршни

Ранний (ок. 1830 г.) поршень для луч двигателя. Поршневое уплотнение производится по очереди из намотанной веревка.

В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня обычно намного выше, чем у двигателя легкового автомобиля, в то время как вес намного меньше, чтобы достичь высоких оборотов двигателя, необходимых в гонках.[9]

Гидроцилиндры

Поршни гидроцилиндров горячего пресса
Поршни гидроцилиндров горячего пресса

Гидравлические цилиндры могут быть как одностороннего действия или же двойного действия. Гидравлический привод управляет движением поршня назад и / или вперед. Направляющие кольца направляют поршень и шток и поглощают радиальные силы, действующие перпендикулярно цилиндру, и предотвращают контакт между скользящими металлическими частями.




Паровые двигатели

Чугун паровой двигатель поршневой, с металлическим поршневым кольцом, подпружиненным против цилиндр стена.

Паровые двигатели обычно имеют двойное действие (т.е. давление пара действует попеременно с каждой стороны поршня), а впуск и выпуск пара регулируется золотниковые клапаны, поршневые клапаны или же тарельчатые клапаны. Следовательно, поршни паровых машин почти всегда представляют собой сравнительно тонкие диски: их диаметр в несколько раз превышает их толщину. (Единственное исключение - магистральный двигатель поршень, по форме больше похожий на те, что в современном двигателе внутреннего сгорания.) Другой фактор заключается в том, что, поскольку почти все паровые двигатели используют крейцкопфы для передачи усилия на приводной шток, существует небольшое количество боковых сил, действующих, чтобы попытаться «раскачать» поршень, поэтому юбка поршня цилиндрической формы не требуется.

Насосы

Поршневые насосы можно использовать для перемещения жидкости или сжать газы.

Для жидкостей

Основная статья: Поршневой насос

Для газов

Основная статья: Поршневой компрессор

Воздушные пушки

Есть два специальных типа поршней, используемых в воздушные пушки: поршни с жесткими допусками и двойные поршни. Поршни с жестким допуском Уплотнительные кольца служат в качестве клапана, но уплотнительные кольца не используются в двухпоршневых типах.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Газ» здесь означает топливный газ, нет бензин.
  2. ^ Несколько подводных лодок следующего класса использовали аналогичный двигатель с почти столь же плохими результатами.

Рекомендации

  1. ^ Магда, Майк. "Что делает гоночный поршень?". Получено 2018-04-22.
  2. ^ Бейли, Кевин. «Полнокруглое соединение и с распоркой: объяснение конструкции поковки поршня и стилей юбки». Получено 2018-07-15.
  3. ^ Рикардо (1922), п. 116.
  4. ^ Рикардо (1922), п. 149.
  5. ^ Поршень с улучшенным сопротивлением боковой нагрузке, 2009-10-12, получено 2018-04-22
  6. ^ Рикардо (1922) С. 119–120, 122.
  7. ^ Irving, Двухтактные силовые агрегаты, стр. 13–15.
  8. ^ Irving, Двухтактные силовые агрегаты С. 15–16.
  9. ^ "Racing Piston Technology - Вес и конструкция поршня - Журнал Circle Track". Сеть Хот-Род. 2007-05-31. Получено 2018-04-22.

Библиография

  • Ирвинг, П. (1967). Двухтактные силовые агрегаты. Newnes.
  • Рикардо, Гарри (1922). Двигатель внутреннего сгорания. Том I: Тихоходные двигатели (1-е изд.). Лондон: Блэки.CS1 maint: ref = harv (связь)

внешняя ссылка