Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Составной поршень

У составного поршня в районе первой кольцевой канавки наблюдается более низкая температура. Такая конструкция рассматривается в настоящее время как наиболее отвечающая требованиям, предъявляемым к поршням форсированных дизелей. Тронк поршня выполняют штампованным из алюминиевого сплава, а головку-из достаточно жаропрочного материала, например, чугуна с шаровидным графитом или чаще из легированной стали. В двигателе 16 ЧН 48/58 из-за уменьшения толщины стальной головки поршня температура в районе первой кольцевой канавки уменьшилась на 40 °С. На рис. 79 схематично представлены конструкции поршней: цельнометаллического (рис. 79, б) и составного (рис. 79, а). Там же даны ориентировочные геометрические соотношения, рекомендуемые фирмой Мале.
Вследствие интенсификации охлаждения увеличиваются непроизводительные затраты теплоты в систему охлаждения двигателя. Кроме того, неизбежно увеличение поверхности мае- \ ляных радиаторов двигателя, что не всегда приемлемо с точки ^ зрения компоновки энергоустановки в целом. В этом случае 3 для обеспечения надежной работы применяют составные порш- 4 ни (рис. 80), в конструкции которых используют тепловую изо- 5 ляцию 3 между головкой и тронковой частью. Температура головки или жаровой накладки может быть очень высокая и приближаться к средней результирующей температуре газа по теплоотдаче. Поэтому головка поршня должна выполняться из высоколегированных сталей или жаропрочных сплавов. Следует отметить, что при повышении температуры стенок камеры сгорания уменьшаются жесткость процесса сгорания и тепловой поток от газа в стенки.
Наряду с приведенными конструкциями, которые получили широкое распространение, существует ряд оригинальных конструкций, имеющих еще ограниченное применение. Среди них можно назвать поршни мощных дизелей с механизмом вращения и шаровой опорой штока, а также составные поршни, обеспечивающие изменяемую при работе степень сжатия двигателя.
Анализ конструкций поршней
Несмотря на значительную общность вопросов конструирования поршней двигателей различного назначения, область применения двигателя влияет на конструкцию большинства его деталей, в том числе и поршня.
Вследствие более низкого давления сгорания pz в этих двигателях по сравнению с давлением сгорания в дизелях можно применять поршни менее жесткой конструкции, а из-за сравнительно невысоких тепловых потоков от газов в поршень не требуется дополнительного масляного охлаждения.
Поршни автомобильных и тракторных двигателей
Поршни этих двигателей отличаются разнообразием конструкторских решений. Необходимо выделить поршни двигателей, работающих на легком топливе, в частности, карбюраторных двигателей. Особенностью указанных поршней является их малая масса, что связано с высокой оборотностью карбюраторных двигателей, поэтому их поршни выполняются исключительно из легких сплавов.
Возможность использовать нежесткую конструкцию нашла отражение в существующих уже длительное время конструкциях поршней с прорезями Т-образной (рис. 81, а) и П-образ-ной (рис. 81, б) формы. Из-за наличия прорезей между уплотняющим и направляющим поясами уменьшается подвод теплоты к направляющему поясу, что в свою очередь позволяет уменьшить зазор между поршнем и цилиндром. Интенсивность ударов при перекладках поршня снижается (без опасения заклинивания его в цилиндре благодаря уменьшению ширины продольных прорезей) при соприкосновении с цилиндром нагретого поршня в процессе работы (рис. 81, а). Поршни со сквозными прорезями менее жесткие и применяются в двигателях с пониженными степенями сжатия. Продольные прорези часто не доводят до нижнего края юбки (рис. 81, 6). В этом случае, как и в поршнях, не имеющих прорезей, поперечное сечение юбки выполняют в форме эллипса, большая ось которого перпендикулярна оси поршневого пальца. По мере нагревания на работающем двигателе большее расширение поршня происходит в направлении оси поршневого пальца, вследствие чего форма юбки приближается к цилиндрической. Поршни с разрезами имеют повышенные потери на трение и используются в двигателях с относительно небольшими диаметрами цилиндра. Диаметральный зазор на границе между уплотняющим и направляющим поясами составляет для поршней с прорезями 0,022-0,027% диаметра цилиндра, жарового пояса 0,70-0,90%.
Вследствие форсирования двигателей легкого топлива по мощности повышаются требования к прочности поршней. В случае применения монометаллического поршня без прорезей необходимый диаметральный зазор оказывается весьма значительным. Малая величина диаметрального зазора при достаточной прочности достигается применением биметаллической терморегулируемой конструкции поршня. Терморегулирование обеспечивается стальными пластинами-вставками, имеющими меньший по сравнению с материалом поршня коэффициент линейного расширения, что позволяет уменьшить расширение направляющего пояса поршня при работе двигателя. Форма и расположение вставок могут быть различными (рис. 82). Высокой прочностью обладают биметаллические поршни, не имеющие прорезей, со стальной ленточной вставкой, залитой в направляющей части. Применяются также биметаллические терморегулируемые конструкции с поперечными прорезя-
ми. Толщина заливаемых пластин составляет 1-1,5 мм при минимальной толщине стенки 2-3 мм. Диаметральный зазор в направляющей части терморегулируемого поршня составляет примерно 0,04-0,06% диаметра цилиндра.
Размер и масса поршня зависят от числа колец. В быстроходных двигателях наблюдалось постепенное уменьшение числа поршневых колец, что привело к снижению потерь на трение и удешевлению конструкции. Однако при этом важно сохранить высокие эксплуатационные показатели двигателя, в частности, обеспечить допустимый расход масла. Для современных карбюраторных двигателей типичным является применение двух компрессионных и одного маслосъемного кольца, расположенного, как правило, над поршневым пальцем.
Поршни карбюраторных двигателей имеют меньшую, чем поршни дизелей, отнесенную к диаметру цилиндра высоту из-за меньшего числа поршневых колец, меньшей высоты жарового пояса и более тонких межкольцевых перемычек, что связано с меньшими нагрузками от сил давления газов в карбюраторных двигателях. Ниже приведены отнесенные к диаметру цилиндра значения некоторых параметров поршней различных конструкций карбюраторных двигателей (обозначения см. на рис. 72 и 79):

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

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.