Поршень

Чтобы узнать о других значениях, см. Поршень (значения) .

Поршни в секционном бензиновом двигателе

Анимация поршневой системы.

Поршень , а также является компонентом поршневых двигателей , поршневых насосов , газовых компрессоров , гидроцилиндров и пневмоцилиндров других подобных механизмов. Это движущийся компонент, заключенный в цилиндр и газонепроницаемый с помощью поршневых колец . В двигателе его целью является передача силы от расширяющегося газа в цилиндре на коленчатый вал через шток поршня и/или шатун . В насосе функция обратная, и сила передается от коленчатого вала к поршню с целью сжатия или выталкивания жидкости в цилиндре. В некоторых двигателях поршень также действует как клапан , закрывая и открывая отверстия в цилиндре.

Поршневые двигатели

Основная статья: Поршневой двигатель

Four-piston engine (3D render)

Поршень

Двигатели внутреннего сгорания

двигателя внутреннего сгорания Поршень в разрезе, на котором виден поршневой палец .

На двигатель внутреннего сгорания действует давление расширяющихся газов сгорания в пространстве камеры сгорания в верхней части цилиндра. Затем эта сила действует вниз через шатун на коленчатый вал . Шатун прикреплен к поршню с помощью поворотного поршневого пальца (США: запястный палец). Этот штифт установлен внутри поршня: в отличие от парового двигателя здесь нет поршневого штока или крейцкопфа (за исключением больших двухтактных двигателей).

Типичная конструкция поршня представлена ​​на фото. Этот тип поршня широко используется в автомобильных дизельных двигателях . В зависимости от назначения, уровня наддува и условий работы двигателей форма и пропорции могут быть изменены.

Дизельные двигатели большой мощности работают в тяжелых условиях. Максимальное давление в камере сгорания может достигать 20 МПа, а максимальная температура некоторых поверхностей поршня может превышать 450 °С. Улучшить охлаждение поршня можно за счет создания специальной полости охлаждения. В эту охлаждающую полость «А» инжектор подает масло через канал подачи масла «Б». Для лучшего снижения температуры конструкция должна быть тщательно рассчитана и проанализирована. Расход масла в полости охлаждения должен составлять не менее 80 % расхода масла через форсунку.

А – полость охлаждения; Б – канал подачи масла

Сам палец изготовлен из закаленной стали и закреплен в поршне, но свободно перемещается в шатуне. В некоторых конструкциях используется «полностью плавающая» конструкция, в которой оба компонента свободны. Все пальцы должны быть защищены от смещения вбок и от врезания концов пальца в стенку цилиндра, обычно с помощью стопорных колец .

Газонепроницаемость достигается за счет использования поршневых колец . Это несколько узких железных колец, свободно вставленных в канавки поршня чуть ниже головки. Кольца разделены в одной точке обода, что позволяет им прижиматься к цилиндру с легким давлением пружины. Применяются два типа колец: верхние кольца имеют цельные грани и обеспечивают газонепроницаемость; нижние кольца имеют узкие края и U-образный профиль и выполняют роль маслосъемных колец. С поршневыми кольцами связано множество запатентованных и детальных конструктивных особенностей.

Поршни обычно отливают или куют из алюминиевых сплавов . Для повышения прочности и усталостного ресурса некоторые гоночные поршни вместо этого можно подделать . Поршни из заготовок также используются в гоночных двигателях, поскольку они не зависят от размера и архитектуры имеющихся поковок, что позволяет вносить изменения в конструкцию в последнюю минуту. Хотя это обычно не видно невооруженным глазом, сами поршни имеют определенную овальность и конусность профиля, что означает, что они не идеально круглые, а их диаметр больше в нижней части юбки, чем в верхней части.

Ранние поршни были из чугуна , но использование более легкого сплава давало очевидные преимущества для балансировки двигателя. Чтобы производить поршни, способные выдерживать температуру сгорания двигателя, необходимо было разработать новые сплавы, такие как сплав Y и гидуминий , специально для использования в качестве поршней.

Несколько ранних газовых двигателей имели цилиндры двойного действия , но в остальном практически все поршни двигателей внутреннего сгорания были одностороннего действия . Во время Второй мировой войны американская подводная лодка «Помпано» был оснащен прототипом печально известного ненадежного HOR двухтактного дизельного двигателя двойного действия . Несмотря на компактность, для использования в тесной подводной лодке, такая конструкция двигателя не была повторена.

СМИ, связанные с поршнями двигателя внутреннего сгорания, на Викискладе?

Поршни багажника

Поршни багажника длинные относительно их диаметра. Они действуют как поршень, так и цилиндрическая траверса . Поскольку шатун большую часть своего вращения расположен под углом, существует также боковая сила, которая действует вдоль боковой части поршня на стенку цилиндра. Более длинный поршень помогает поддержать это.

Поршни с тронком были распространенной конструкцией поршней с первых дней существования поршневых двигателей внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя в высокоскоростных двигателях теперь используются более легкие скользящие поршни .

Характерной чертой большинства тронковых поршней, особенно дизельных двигателей, является то, что они имеют канавку для смазочного кольца под поршневым пальцем , в дополнение к кольцам между поршневым пальцем и головкой.

Название «тронковый поршень» происходит от слова « магистральный двигатель », ранней конструкции морского парового двигателя . парового двигателя Чтобы сделать их более компактными, они отказались от обычного поршневого штока с отдельной траверсой и вместо этого стали первой конструкцией двигателя, в которой поршневой палец размещался непосредственно внутри поршня. В остальном эти поршни тронкового двигателя мало походили на тронковые поршни; они были чрезвычайно большого диаметра и двойного действия. Их «хобот» представлял собой узкий цилиндр, установленный в центре поршня.

СМИ, связанные с поршнями багажника, на Викискладе?

Поршни с крейцкопфом

Большим тихоходным дизельным двигателям может потребоваться дополнительная поддержка боковых сил на поршень. В этих двигателях обычно используются с крейцкопфом поршни . Главный поршень имеет большой поршневой шток, идущий вниз от поршня к тому, что фактически является вторым поршнем меньшего диаметра. Главный поршень отвечает за газонепроницаемость и несет на себе поршневые кольца. Меньший поршень представляет собой чисто механическую направляющую. Он проходит внутри небольшого цилиндра в качестве направляющей ствола, а также несет на себе поршневой палец.

Смазка крейцкопфа имеет преимущества перед тронковым поршнем, так как его смазочное масло не подвержено воздействию тепла сгорания : масло не загрязняется частицами сажи сгорания, оно не разрушается под воздействием тепла, а более жидкое и менее вязкое масло может быть использован. Трение поршня и крейцкопфа может составлять лишь половину от трения тронкового поршня.

Из-за дополнительного веса этих поршней их не применяют для высокооборотных двигателей.

СМИ, связанные с поршнями Crosshead, на Викискладе?

Тапочки поршни

Тапочный поршень

– Шатунный поршень это поршень для бензинового двигателя, максимально уменьшенный в размерах и весе. В крайнем случае они сводятся к днищу поршня, опоре для поршневых колец и оставшейся юбке поршня ровно настолько, чтобы осталось две площадки, чтобы остановить раскачивание поршня в канале цилиндра. Боковые стороны юбки поршня вокруг поршневого пальца отодвинуты от стенки цилиндра. Основная цель состоит в том, чтобы уменьшить возвратно-поступательную массу, что облегчит балансировку двигателя и, таким образом, позволит достичь высоких скоростей. В гоночных приложениях юбки скользящего поршня могут быть сконфигурированы так, чтобы обеспечить чрезвычайно легкий вес, сохраняя при этом жесткость и прочность полной юбки. Снижение инерции также повышает механический КПД двигателя: силы, необходимые для ускорения и замедления возвратно-поступательных частей, вызывают большее трение поршня о стенку цилиндра, чем давление жидкости на головку поршня. Вторичным преимуществом может быть некоторое снижение трения о стенку цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается вдвое. Однако большая часть трения возникает из-за поршневых колец , которые являются деталями, которые фактически плотно прилегают к отверстию и опорным поверхностям поршневого пальца, и, таким образом, польза снижается.

СМИ, связанные с поршнями Slipper, на Викискладе?

Поршни дефлектора

Двухтактный дефлекторный поршень

Дефлекторные поршни используются в двухтактных двигателях с компрессией картера, где поток газа внутри цилиндра необходимо тщательно направлять, чтобы обеспечить эффективную продувку . При перекрестной продувке передаточное (входное в цилиндр) и выпускное отверстия находятся на обращенных друг к другу сторонах стенки цилиндра. Чтобы предотвратить попадание поступающей смеси прямо через одно отверстие в другое, поршень имеет приподнятое ребро на головке. Это предназначено для отклонения поступающей смеси вверх, вокруг камеры сгорания .

Много усилий и множество различных конструкций днища поршня были потрачены на разработку улучшенной продувки. Коронки превратились из простого ребра в большую асимметричную выпуклость, обычно с крутой гранью на входной стороне и плавным изгибом на выпускной стороне. Несмотря на это, перекрестная очистка никогда не была настолько эффективной, как хотелось бы. Сегодня большинство двигателей используют портирование Шнуерле . Это размещает пару передаточных отверстий по бокам цилиндра и заставляет поток газа вращаться вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.

СМИ, связанные с поршнями дефлекторов, на Викискладе?

Гоночные поршни

Ранний (ок. 1830 г.) поршень для балочного двигателя . Уплотнение поршня выполнено витками намотанного каната .

В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня обычно намного выше, чем у двигателя легкового автомобиля, а вес намного меньше, что позволяет достичь высоких оборотов двигателя, необходимых в гонках.

Гидравлические цилиндры

Поршни гидроцилиндров, используемые в горячем прессе

Гидроцилиндры могут быть как одностороннего, так и двустороннего действия . Гидравлический привод управляет движением поршня вперед и назад. Направляющие кольца направляют поршень и шток, поглощают радиальные силы, действующие перпендикулярно цилиндру, и предотвращают контакт скользящих металлических частей.

Паровые двигатели

Чугунный поршень паровой машины с металлическим поршневым кольцом, подпружиненным к стенке цилиндра .

Паровые двигатели обычно имеют двойное действие (т.е. давление пара действует поочередно на каждую сторону поршня), а поступление и выпуск пара контролируется золотниковыми клапанами , поршневыми клапанами или тарельчатыми клапанами . Следовательно, поршни паровой машины почти всегда представляют собой сравнительно тонкие диски: их диаметр в несколько раз превышает толщину. (Одним исключением является поршень тронкового двигателя , по форме больше напоминающий поршни современного двигателя внутреннего сгорания.) Другой фактор заключается в том, что, поскольку почти во всех паровых двигателях используются крейцкопфы для передачи силы на приводной шток, боковых сил, действующих на тягу, мало. и «раскачивать» поршень, поэтому юбка поршня цилиндрической формы не требуется.

Насосы

Поршневые насосы могут использоваться для перемещения жидкостей или сжатия газов .

Для жидкостей

Основная статья: Поршневой насос

Для газов

Основная статья: Поршневой компрессор

Воздушные пушки

используются два специальных типа поршней В пневматических пушках : поршни с жесткими допусками и двойные поршни. В поршнях с жестким допуском уплотнительные кольца служат клапаном, но в двухпоршневых типах уплотнительные кольца не используются.

См. также

• Воздух нет
• Пожарный поршень
• Фруктовый пресс
• Перезарядка газовая , с использованием газового поршня.
• Гидравлический цилиндр
• Список автозапчастей
• Уравнения движения поршня
• Амортизатор
• Слайд-свисток
• Компоненты паровоза
• Шприц
• Двигатель Ванкеля — конструкция двигателя внутреннего сгорания с ротором вместо поршней.

Библиография

• Ирвинг, ЧП (1967). Двухтактные силовые агрегаты . Ньюнес.
• Рикардо, Гарри (1922). Двигатель внутреннего сгорания . Том. Я: Тихоходные двигатели (1-е изд.). Лондон: Блэки .

Внешние ссылки

• Эссе о поршневых двигателях
• Как все работает – основные детали двигателя
• Уравнения движения поршня