Поршневая группа


В связи с непрерывным форсированием двигателей по параметрам рабочего процесса, и в первую очередь по среднему эффективному давлению Рё» конструкция поршней непрерывно изменяется.
Основы конструирования поршней форсированных двигателей
Поршень является важнейшей деталью двигателей внутреннего сгорания. На него действуют высокие механические и особенно тепловые нагрузки. В настоящее время созданы поршни определенных типов, предназначенные для применения в двигателях с заданным уровнем форсирования и назначения. При этом для решения о пригодности конструкции поршня определенного типа используют различные параметры, оценивающие в первую очередь его тепловую напряженность. Достаточное распространение получил параметр qn1 позволяющий оценивать в условных единицах тепловую напряженность поршня в зависимости от параметров рабочего процесса, и режима работы двигателя:

где при неразделенных камерах сгорания Ъ — 4,24 для четырехтактных двигателей; b = 7,53-для двухтактных; при разделенных камерах сгорания b = 4,7 для четырехтактных двигателей; b = 8,32-Н*,5-для двухтактных; D-диаметр цилиндра, дм; ре~среднее эффективное давление, МПа; дг-удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт-ч); рк, ^-давление, МПа, и температура, °С, воздуха перед впускными органами двигателя; ст- средняя скорость поршня, м/с; Т0 = 20 °С г\у-коэффициент наполнения.
На основании накопленного опыта были установлены следующие предельные значения параметра qn для конструкций поршней отдельных типов:
Неохлаждаемых:
чугунных........... . . I ... . .            4
из алюминиевых сплавов.............6
Охлаждаемых:
опрыскиванием оребренного днища маслом......6,6-6,8
с циркуляционным масляным охлаждением......8
и инерционным масляным охлаждением (взбалтываемым маслом).............10
На рис. 72 приведена типичная конструкция литого поршня, широко применяемого в автомобильных и тракторных дизелях в различных вариантах. Там же даны рекомендуемые геометрические соотношения для элементов поршня известном по производству поршней фирмой Мале.
Высота Нп поршня определяется числом компрессионных и маслосъемных колец, высотой Н0 жарового пояса и высотой Н2 направляющего пояса, в котором расположено отверстие под поршневой палец диаметром dn. Поршни дизелей имеют большую относительную высоту HJD = 1,16-^-1,54 по сравнению с поршнями карбюраторных двигателей, у которых HJD = 0,9-1,3. Это связано с тем, что поршни дизелей имеют большее число компрессионных и маслосъемных колец, большую высоту жарового и направляющего поясов и более толстые межкольцевые перемычки. Число колец зависит также и от частоты вращения коленчатого вала двигателя, уменьшаясь с ростом последней.
Поршень должен иметь достаточную прочность. Вследствие высокой температуры при сгорании топлива прочность материала уменьшается. Температурные перепады обусловливают высокие температурные напряжения. Из-за переменного характера режимов работы большинства современных двигателей особенно важно иметь повышенную сопротивляемость термической усталости наиболее нагруженных элементов поршня (углублений в днище поршня под клапаны, кромки 1 камеры в поршне). В связи с ростом максимального давления цикла важно обеспечить высокую усталостную прочность в зонах бобышек, где под влиянием механической нагрузки часто появляются трещины.
В зависимости от уровня форсирования и требуемого срока службы надежность работы поршня достигается различными средствами. В настоящее время считается, что цельнолитой поршень из алюминиевого сплава целесообразно применять на малофорсированных двигателях с ограниченным сроком службы. В форсированных дизелях все шире применяют поршни с залитой вставкой 2 (см. рис. 72) под первое, а иногда под первое и второе верхние компрессионные кольца. Эту вставку выполняют из аустенитной или марганцовистой стали, а также из аустенитного чугуна, что приводит к существенному повышению износостойкости кольцевых канавок. Для надежного соединения вставки с корпусом поршня она должна самофикси-
По высоте поршень делят на три основных пояса: жаровой, уплотни-тельный, несущий компрессионные и частично маслосъемные кольца, и направляющий пояс.

При создании поршня необходимо обеспечивать повышенную стойкость к износу рабочих поверхностей кольцевых канавок (особенно для первого поршневого кольца) и появлению задиров.

Камеры сгорания, расположенные в поршне, имеют ряд преимуществ с точки зрения организации рабочего процесса и широко применяются на различных по назначению дизелях. Однако при этом в ряде случаев значительные трудности связаны с обеспечением работоспособности кромок камеры.
Соединение материалов вставки и поршня, выполненного из алюминиевого сплава, осу-3 ществляется посредством так называемого алфин-процесса, | обеспечивающего сращивание металлов в граничном слое. Штампованные поршни из деформируемых сплавов превосходят литые по прочности материала, но в этом случае надежное 1 крепление вставки связано с большими трудностями, j         На рис. 73 представлены камеры сгорания некоторых типов, расположенные в поршнях современных дизелей.
В камере сгорания типа ЦНИДИ (рис. 73, а) достаточно тонкая кромка, обтекаемая высокоскоростным потоком горя-1 чих газов, подвержена действию высоких температурных нагрузок. показано изменение температуры в отдельных | точках поршня с камерой типа ЦНИДИ тракторного дизеля 4ЧН 11/12,5 в зависимости от нагрузки при частоте вращения п = 2100 об/мин. Температура вблизи кромки (кривая §| значительно превосходит температуры других элементов поршня. При скруглении кромки радиусом 2-4 мм уменьшаются ско-I рость обтекания ее потоком газа, отвод теплоты в тело порш-I ня, снижаются температурный градиент и температурные напряжения, что повышает работоспособность кромки. Однако при этом обычно ухудшается экономичность дизеля.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12