enginepower.pro
  • Главная

Функция поршня, требования

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Функция поршня

Поршень как элемент механической передачи

В цилиндре двигателя энергия, находящаяся в топливе, быстро преобразовывается в высокую температуру
и давление во время цикла сгорания. Высокая температура и давление возникают
в очень короткий период времени. Поршень, как движущаяся часть камеры сгорания,
имеет задачу преобразования этой выпущенной энергии в механическую работу.

Базовая структура поршня - полый цилиндр, закрытый с одной стороны, образует дно поршня, кольцевой пояс, крепление пальца, юбку поршня. рисунок 1.1. Дно поршня принимает усилие расширяющихся газов в следствии сгорания топливной смеси, затем передается усилие на поршневой палец и через него на шатун, который передает усилие на коленчатый вал.

 

Рисунок 1.1: поршни бензинового двигателя

 

Рисунок 1.2: Силы на поршне

При движение поршня возникают различные силы в том числе и инерционные как самого поршня так и шатуна и образуют параллелограмм. Сила поршня Fk рисунок 1.2. При перемещении поршня сообщается сила между центрами поршневого пальца и шейки шатуна(сила шатуна Fst). дополнительной составляющий образующую параллелограмм силы -
а именно, боковая Фс сила, также известная как нормальная сила. Эта сила прижимает юбку поршня

Рисунок 1.3:

Кривые силы

к стенке цилиндра. Во время цикла сгорания боковая сила изменяет направление
несколько раз, прижимая поршень то к одной стенке цилиндра, то к другой. Рисунок 1.3 показывает силу поршня и боковые кривые силы.

Герметичность и теплоотдача

При перемещении поршень, вместе с поршневыми кольцами,
должен обеспечивать достаточную герметичность камеры сгорания и противостоять прорыву газов через поршневые кольца а так же попадания масла в камеру сгорания. Эта задача должна выполняться с гидродинамическим явлением (об этом подробнее в теме о кольцах), то есть обязательно должна быть масляная пленка на поверхности цилиндра, обеспечивающая смазку юбки поршня. Поршневые кольца недолжны быстро изнашиваться.

Поршень должен эффективно рассеивать тепло полученное от сгорания топлива, теплоотдача происходит в большей степени через кольца, а так же юбку поршня, охлаждается и внутренняя часть поршня как воздухом из картера так и маслом, применяются дополнительные масляные каналы для охлаждения внутренней поверхности поршня. В общих чертах это выглядит так, позже разберем охлаждение подробнее.

Разнообразие задач

Самые важные задачи, которые должен выполнить поршень:

  • Передача силы рабочего газа
  • Выдерживать переменную нагрузку в цилиндре (воздействие возникающих сил)
  • Сохранять рабочие плоскости
  • Теплоотдача
  • Выполнять рабочий ход, выпуск, впуск, сжатие (четырехтактные двигатели)
    • Завихрение смеси (посредством подходящей формы днища поршня)
  • Управление впуском и продувкой (в двухтактных двигателях)
  • Герметизировать камеру сгорания (поршневые кольца)

    Требования к поршню

    Выполнение различных задач таких как

  • структурная прочность
  • адаптируемость к эксплуатационным режимам
  • низкое трение
  • низкое изнашивание
  • низкий вес с достаточной стабильностью формы
  • низкое потребление масла
  • низкий уровень загрязнения

    Сочетать все требования крайне сложно в виду использованных материалов и форм, чем- то приходится жертвовать. Оптимальное решение может очень отличайтесь для каждого отдельного случая.

  • Температура поршня