Поршні двигуна та шатуни - як працює автомобіль
Функція поршня - виконувати роль рухомої пробки в циліндрі, утворюючи нижню частину камери згоряння. Між поршнем і стінкою циліндра є газонепроникне ущільнення - отже, єдиним способом розширення гарячих газів, що згоряють, є примушування поршня вниз. Це той самий принцип, що стоїть за гарматним ядром, але замість того, щоб полетіти у чийсь улюблений піратський корабель, поршень штовхає назад циліндр обертовим коленвалом і цикл повторюється.
Понад 60% тертя всередині двигуна відбувається від руху поршневого вузла, і тому це є основною сферою уваги для підвищення ефективності роботи двигунів. Поршень все ще перебуває в стадії розробки та досліджень, як ми побачимо більш докладно коротко.
Величезні сили генеруються під час зміни напрямку поршня при його русі вгору та вниз. Більш легкий поршневий вузол має менший оберт, тим самим надаючи менше сили та дозволяючи двигунам з більшими обертами. Це означає, що є постійний поштовх для зменшення ваги шатуна і поршня.
Поршень з'єднаний з колінчатим валом через Шатун, часто скорочується до стрижень або конрод . Ці частини разом відомі як поршневий вузол . Обидва кінці шатуна вільно обертаються: Частина шатуна, яка з'єднується з поршнем, називається малий кінець, а кінець, який кріпиться навколо колінчастого вала, називається великий кінець . Великий кінець буде підшипникові вставки які мінімізують тертя і підтримують точний зазор масла за допомогою штока штока на колінчастому валу. Шатун розділений на дві частини - за допомогою a шапка стрижня використовується для затиску навколо великого кінцевого підшипника та колінчастого вала.
Компоненти складання поршня
Поршень
Потужність у двигуні походить від сили, що штовхає на верхню частину поршня. Ця сила визначається як площа поршня, помножена на тиск газу. Більші поршні та вищий тиск газу забезпечать більшу потужність. В цілому розмір поршня обмежений конструкцією двигуна, але поршень відіграє життєво важливу роль у підтримці високого тиску газу, створюючи газонепроникне ущільнення зі стінкою циліндра.
Верхня поверхня поршня називається вінець (також керівник або купол ). У виробничих двигунах існують різні форми коронки, але, як правило, коронка буде плоскою, куполоподібною або нарізною.
[Різні форми коронки]
Майже всі сучасні поршні включають рельєфи клапанів які забезпечують зазор навколо клапанів у верхній частині ходу поршня.
Коронка, будучи зоною, яка безпосередньо контактує з гарячими газами згоряння, стає надзвичайно гарячою. Саме ця область найбільше розширюється, і тому буде знижуватися незначне звуження всередину від нижньої частини поршня, щоб забезпечити більший зазор навколо цієї верхньої землі між коронкою та верхнім поршневим кільцем.
Хоча ми хочемо газонепроникне ущільнення, нам також потрібно, щоб поршень плавно рухався вздовж циліндра з мінімальним тертям, тому поршню потрібно трохи оформлення . Типовий поршень матиме зазор 0,1 мм (0,004 ”) між собою та стінкою циліндра - це приблизно ширина людського волосся. Щоб підтримувати цей зазор, поршень повинен бути точно оброблений, і сплав, з якого він виготовлений, буде точно вказаний для врахування теплового розширення.
Невеликий зазор між поршнем і стінкою циліндра перекритий поршневі кільця, які поміщаються в канавки на поршні в області, відомій як поршневий ремінь . Проміжки між цими канавками називаються кільцеві землі .
Поршень кріпиться до шатуна короткою порожнистою трубкою, яка називається а шпилька для зап'ястя, або випічка . Цей штифт для зап’ястя несе повну силу горіння.
На поршень не тільки діють вертикальні сили під час горіння, але і бічні сили, спричинені постійно мінливим кутом шатуна. Через ці бічні сили поршню потрібні гладкі поверхні, щоб рухатися до стінки циліндра і утримувати поршень вертикально вертикальним. Бічні поверхні поршня відомі як спідниця поршень .
[Повна спідниця проти спідниці тапочки]
Існує два типи спідниці. Найбільш основним є повна спідниця або суцільна спідниця, яка є класичним поршнем у формі трубки. Ця конструкція все ще використовується на вантажних та великих комерційних двигунах, але давно замінена на автомобілях та мотоциклах більш легкою конструкцією, відомою як поршень тапочки .
Поршень тапочки має відрізану частину спідниці, залишаючи лише поверхні, які лежать на передній і задній стінці циліндра. Це зняття мінімізує вагу і зменшує площу контакту між поршнем і стінкою циліндра, тим самим зменшуючи тертя.
Сучасні виробничі двигуни додатково зменшують тертя між поршнем і стінкою циліндра за допомогою поршневі покриття з низьким тертям, схожий на тефлон на антипригарній сковороді. Ці покриття, як правило, наносяться трафаретним шрифтом на патчі до поршневих спідниць - наприклад, на малюнку графітового покриття на двигуні Ford Fiesta Ecoboost.
Коли поршень штовхається на ході горіння, він буде надавати бокову силу в напрямку, протилежному кутовому шатуну. Напрямок циліндра, на який діє ця сила, називається стороною тяги, і як поршень, так і стінка циліндра зазнають більшого зносу в цій області.
[Діаграма тяги]
Поршень стає неймовірно гарячим, і йому потрібно ефективно розсіювати це тепло. Тепло від поршня спрямовується в три місця: як радіаційне тепло в камеру згоряння, в стінки циліндра через поршневі кільця і вниз по шатуну. Крім того, багато двигунів охолоджують поршень за допомогою масла, розпорошеного на нижню сторону.