پیستون ICE دستگاه و هدف
مخلوط سوختی که در سیلندر موتور می سوزد انرژی گرمایی آزاد می کند. سپس به یک عمل مکانیکی تبدیل می شود که باعث می شود میل لنگ بچرخد. عنصر کلیدی این فرآیند پیستون است.
این جزئیات آنقدرها هم که در نگاه اول به نظر می رسد ابتدایی نیست. اشتباه بزرگی است که او را یک هل دهنده ساده بدانیم.
پیستون در سیلندر قرار دارد، جایی که به صورت رفت و برگشتی حرکت می کند.
همانطور که پیستون به سمت نقطه مرگ بالا (TDC) حرکت می کند، مخلوط سوخت را فشرده می کند. در یک موتور احتراق داخلی بنزینی، در لحظه ای نزدیک به حداکثر فشار مشتعل می شود. در موتور دیزلی، جرقه زنی مستقیماً به دلیل تراکم زیاد اتفاق می افتد.
افزایش فشار گازهای ایجاد شده در حین احتراق، پیستون را در جهت مخالف می راند. همراه با پیستون، شاتون متصل شده با آن حرکت می کند که باعث چرخش آن می شود. بنابراین انرژی گازهای فشرده به گشتاور تبدیل می شود و از طریق گیربکس به چرخ های خودرو منتقل می شود.
در هنگام احتراق، دمای گازها به 2 هزار درجه می رسد. از آنجایی که احتراق انفجاری است، پیستون تحت بارهای شوک قوی قرار می گیرد.
بارگذاری شدید و شرایط عملیاتی تقریباً شدید نیازمند الزامات ویژه برای طراحی و مواد مورد استفاده برای ساخت آن است.
هنگام طراحی پیستون باید به چند نکته توجه کرد:
- نیاز به اطمینان از عمر طولانی و در نتیجه به حداقل رساندن سایش قطعه.
- جلوگیری از فرسودگی پیستون در عملیات در دمای بالا؛
- اطمینان از حداکثر آب بندی برای جلوگیری از نفوذ گاز؛
- به حداقل رساندن تلفات ناشی از اصطکاک؛
- خنک کننده کارآمد را تضمین کنید.
مواد پیستون باید دارای تعدادی ویژگی خاص باشد:
- قدرت قابل توجه؛
- حداکثر هدایت حرارتی ممکن؛
- مقاومت در برابر حرارت و توانایی مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی دما؛
- ضریب انبساط حرارتی باید کوچک باشد و تا حد امکان به ضریب مربوطه سیلندر نزدیک باشد تا از آب بندی خوب اطمینان حاصل شود.
- مقاومت در برابر خوردگی؛
- خواص ضد اصطکاک؛
- چگالی کم به طوری که قطعه خیلی سنگین نباشد.
از آنجایی که ماده ای که به طور ایده آل تمام این الزامات را برآورده می کند هنوز ایجاد نشده است، باید از گزینه های مصالحه استفاده کرد. پیستون های موتورهای احتراق داخلی از چدن خاکستری و آلیاژهای آلومینیوم با سیلیکون (سیلومین) ساخته شده اند. در پیستون های کامپوزیت برای موتورهای دیزل، اتفاق می افتد که سر از فولاد ساخته شده است.
چدن کاملاً قوی و مقاوم در برابر سایش است، گرمای قوی را به خوبی تحمل می کند، دارای خواص ضد اصطکاک و انبساط حرارتی کمی است. اما به دلیل هدایت حرارتی کم، پیستون چدنی می تواند تا 400 درجه سانتی گراد گرم شود. در موتور بنزینی، این غیرقابل قبول است، زیرا می تواند باعث پیش اشتعال شود.
بنابراین، در بیشتر موارد، پیستون‌های موتورهای احتراق داخلی خودرو با مهر زنی یا ریخته‌گری از سیلومین حاوی حداقل 13 درصد سیلیکون ساخته می‌شوند. آلومینیوم خالص مناسب نیست، زیرا در هنگام گرم شدن بیش از حد منبسط می شود که منجر به افزایش اصطکاک و خراش می شود. اینها می توانند تقلبی باشند که هنگام خرید قطعات یدکی در مکان های مشکوک به آنها برخورد کنید. برای جلوگیری از این اتفاق، با افراد قابل اعتماد تماس بگیرید.
پیستون آلیاژ آلومینیوم سبک وزن است و گرما را به خوبی هدایت می کند، به طوری که گرمایش آن از 250 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند. این برای موتورهای احتراق داخلی که با بنزین کار می کنند کاملاً مناسب است. خواص ضد اصطکاک سیلومین نیز بسیار خوب است.
در عین حال، این ماده بدون اشکال نیست. با افزایش دما، دوام آن کمتر می شود. و به دلیل انبساط خطی قابل توجه هنگام گرم شدن، باید اقدامات اضافی برای حفظ آب بندی در اطراف محیط سر و عدم کاهش فشار انجام شود.
این قسمت به شکل لیوان بوده و از یک سر و یک قسمت راهنما (دامن) تشکیل شده است. در سر، به نوبه خود، می توان قسمت پایین و آب بندی را تشخیص داد.
پایین
این سطح کار اصلی پیستون است، آن است که فشار گازهای در حال انبساط را درک می کند. سطح آن با توجه به نوع واحد، محل قرارگیری نازل ها، شمع ها، شیرآلات و دستگاه خاص CPG تعیین می شود. برای ICEهایی که از بنزین استفاده می کنند، برای جلوگیری از نقص دریچه، آن را به صورت مسطح یا مقعر با برش های اضافی ساخته می شود. پایین محدب استحکام بیشتری می دهد، اما انتقال حرارت را افزایش می دهد، و بنابراین به ندرت استفاده می شود. مقعر به شما امکان می دهد یک محفظه احتراق کوچک را سازماندهی کنید و نسبت تراکم بالایی را ارائه دهید که به ویژه در واحدهای دیزل مهم است.
قسمت آب بندی
این طرف سر است. شیارهایی برای حلقه های پیستون در اطراف محیط ایجاد می شود.
حلقه های فشاری نقش مهر و موم را ایفا می کنند و از نشت گازهای فشرده جلوگیری می کنند و لیسه های روغنی روان کننده را از دیوار جدا می کنند و از ورود آن به محفظه احتراق جلوگیری می کنند. روغن در زیر پیستون از سوراخ های شیار جریان می یابد و سپس به مخزن روغن باز می گردد.
قسمت جانبی بین لبه پایین و حلقه بالایی را منطقه آتش یا گرما می نامند. این اوست که حداکثر اثر حرارتی را تجربه می کند. برای جلوگیری از فرسودگی پیستون، این تسمه به اندازه کافی پهن می شود.
بخش راهنما
اجازه نمی دهد پیستون در حین حرکت رفت و برگشتی تاب بخورد.
به منظور جبران انبساط حرارتی، دامن به شکل منحنی یا مخروطی ساخته می شود. در کنار، معمولا یک پوشش ضد اصطکاک اعمال می شود.
در داخل باس وجود دارد - دو ورودی با سوراخ برای پین پیستون که سر روی آن قرار می گیرد.
در طرفین، در ناحیه باس ها، فرورفتگی های کوچکی برای جلوگیری از تغییر شکل های حرارتی و وقوع امتیاز ایجاد می شود.
از آنجایی که رژیم دمایی پیستون بسیار استرس زا است، موضوع خنک شدن آن بسیار مهم است.
رینگ های پیستون راه اصلی حذف گرما هستند. از طریق آنها حداقل نیمی از انرژی حرارتی اضافی خارج می شود که به دیواره سیلندر و سپس به ژاکت خنک کننده منتقل می شود.
یکی دیگر از کانال های هیت سینک مهم روانکاری است. مه روغن در سیلندر، روغن کاری از طریق سوراخ شاتون، پاشش اجباری با نازل روغن و روش های دیگر استفاده می شود. با چرخاندن روغن می توان بیش از یک سوم گرما را از بین برد.
علاوه بر این، بخشی از انرژی حرارتی صرف گرم کردن قسمت تازه مخلوط قابل احتراق وارد شده به سیلندر می شود.
حلقه ها میزان فشرده سازی مطلوب را در سیلندرها حفظ می کنند و سهم شیر را از گرما حذف می کنند. و آنها حدود یک چهارم تمام تلفات اصطکاک در موتور احتراق داخلی را تشکیل می دهند. بنابراین، اهمیت کیفیت و وضعیت رینگ های پیستون برای عملکرد پایدار موتور احتراق داخلی به سختی قابل ارزیابی است.
معمولاً سه حلقه وجود دارد - دو حلقه فشرده سازی در بالا و یک خراش روغن در پایین. اما گزینه هایی با تعداد حلقه های متفاوت وجود دارد - از دو تا شش.
شیار حلقه بالایی در سیلومین اتفاق می افتد که با یک درج فولادی انجام می شود که مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد.
حلقه ها از چدن درجه های خاصی ساخته می شوند. چنین حلقه هایی با استحکام بالا، کشش، مقاومت در برابر سایش، ضریب اصطکاک کم مشخص می شوند و خواص خود را برای مدت طولانی حفظ می کنند. افزودن مولیبدن، تنگستن و برخی فلزات دیگر مقاومت حرارتی بیشتری به رینگ های پیستون می دهد.
موارد جدید نیاز به سنگ زنی دارند. اگر حلقه‌ها را تعویض کرده‌اید، حتماً موتور احتراق داخلی را برای مدتی روشن کنید و از شرایط کار شدید اجتناب کنید. در غیر این صورت، حلقه‌های بدون پوشش ممکن است بیش از حد گرم شوند و خاصیت ارتجاعی خود را از دست بدهند و در برخی موارد حتی بشکنند. نتیجه ممکن است خرابی آب بندی، از دست دادن قدرت، ورود روان کننده به محفظه احتراق، گرم شدن بیش از حد و سوختن پیستون باشد.
