Поршень

Для других видов использования см. Поршень (неоднозначности) .

Поршни в срезом бензинового двигателя

Анимация поршневой системы.

Поршень , - это компонент возвратных двигателей , поршневых насосов , газовых компрессоров , гидравлических цилиндров и пневматических цилиндров среди других аналогичных механизмов. Это движущийся компонент, который содержится с помощью цилиндра и производится газопроницаемыми поршневыми кольцами . В двигателе его цель состоит в том, чтобы перенести усилие от расширения газа в цилиндре в коленчатый вал через поршневой стержень и/или шатун . В насосе функция перевернута, и сила передается из коленчатого вала в поршень с целью сжатия или выброса жидкости в цилиндре. В некоторых двигателях поршень также выступает в качестве клапана , покрывая и раскрывая порты в цилиндре.

Поршневые двигатели

Основная статья: Оправозадающийся двигатель

Four-piston engine (3D render)

Поршень

Двигатели внутреннего сгорания

Поршень двигателя внутреннего сгорания , разделенная, чтобы показать штифт Gudgeon .

Двигатель внутреннего сгорания воздействует на давление расширяющихся газов сгорания в камере сгорания в верхней части цилиндра. Затем эта сила действует вниз через шатун и на коленчатый вал . Связующий стержень прикреплен к поршню с помощью поворотного штифта (США: запястья). Этот штифт установлен в поршне: в отличие от парового двигателя, нет поршневого стержня или перекрестной головки (кроме двух больших двигателей хода).

Типичный дизайн поршня на картинке. Этот тип поршня широко используется в автомобильных дизельных двигателях . В соответствии с целью, уровнем наддушки и условий труда двигателей форма и пропорции могут быть изменены.

Мощные дизельные двигатели работают в сложных условиях. Максимальное давление в камере сгорания может достигать 20 МПа, а максимальная температура некоторых поверхностей поршня может превышать 450 ° C. Можно улучшить охлаждение поршня, создав специальную полость охлаждения. Инжектор поставляет эту полость охлаждения «A» с маслом через канал подачи масла «B». Для лучшей конструкции снижения температуры следует тщательно рассчитана и проанализирована. Поток масла в полости охлаждения должен быть не менее 80% от потока масла через инжектор.

А - охлаждающая полость; B - канал подачи нефти

Сам штифт из закаленной стали и закреплен в поршне, но свободен двигаться в шатуне. В нескольких конструкциях используется «полностью плавающий» дизайн, который свободен в обоих компонентах. Все штифты должны быть предотвращены движущимися вбок, а концы штифта копаются в стенку цилиндра, обычно циркулипами .

Газовое уплотнение достигается с помощью поршневых колец . Это ряд узких железных колец, которые свободно вписываются в канавки в поршне, чуть ниже короны. Кольца разделены в точке в ободе, что позволяет им прижиматься к цилиндру с легким давлением пружины. Используются два типа кольца: верхние кольца имеют твердые лица и обеспечивают газовое уплотнение; Более низкие кольца имеют узкие края и U-образный профиль, чтобы выступать в качестве масляных скребков. Существует множество фирменных и детальных дизайнерских функций, связанных с поршневыми кольцами.

Поршни обычно отбрасываются или подходят из алюминиевых сплавов . Для лучшей силы и усталостной жизни, некоторые гоночные поршни вместо этого может быть создан . Поршни заготовки также используются в гоночных двигателях, потому что они не полагаются на размер и архитектуру доступных центров, что позволяет в последнюю минуту изменения дизайна. Несмотря на то, что сами поршни не обычно видны невооруженным глазом.

Ранние поршни были из чугуна , но были очевидные преимущества для балансировки двигателей, если бы можно было использовать более легкий сплав. Чтобы производить поршни, которые могли бы пережить температуру сжигания двигателей, было необходимо разработать новые сплавы, такие как Y -сплав и Hiduminium , в частности для использования в качестве поршней.

Несколько ранних газовых двигателей имели цилиндры с двойным действием , но в остальном все поршни внутреннего сгорания являются одноактивными . Во время Второй мировой войны подводная подводная лодка США Помпано был оснащен прототипом печально известного ненадежного HOR двухтактного дизельного двигателя с двумя действиями . Несмотря на компактное, для использования в тесной подводной лодке, эта конструкция двигателя не повторялась.

СМИ, связанные с поршнями двигателя внутреннего сгорания в Wikimedia Commons

Багажник поршня

Банные поршни длинные по сравнению с их диаметром. Они действуют как как поршень, так и цилиндрический перекрестный голов . По мере того, как соединительный стержень наклонен для большей части его вращения, существует также побочная сила, которая реагирует вдоль стороны поршня к стенке цилиндра. Более длинный поршень помогает поддержать это.

Стволовые поршни были общей конструкцией поршня с первых дней возвратного двигателя внутреннего сгорания. Они использовались как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, хотя высокоскоростные двигатели в настоящее время приняли более легкий поршень тапочки .

Характеристикой большинства багажных поршней, особенно для дизельных двигателей, является то, что у них есть канавка для масляного кольца под штифтом смажку , в дополнение к кольцам между штифтом и короной.

Название «Trunk Poriston» происходит от « Trunk Engine », ранней конструкции морского парового двигателя . парового двигателя Чтобы сделать их более компактными, они избегали обычного поршневого стержня с отдельной перекрестной головкой и вместо этого были первой конструкцией двигателя, чтобы разместить штифт смачивания непосредственно в поршень. В противном случае эти поршни ствола двигателя мало похожи на багажник; Они были чрезвычайно большим диаметром и двойным действием. Их «ствол» был узким цилиндром, установленным в центре поршня.

СМИ, связанные с багажными поршнями в Wikimedia Commons

Поршни Кроссхед

Большие медленные дизельные двигатели могут потребовать дополнительной поддержки боковых сил на поршне. Эти двигатели обычно используют Crosshead поршни . Главный поршень имеет большой поршневой стержень , простирающийся вниз от поршня до того, что фактически является вторым поршнем меньшего диаметра. Основной поршень отвечает за уплотнение газа и несет поршневые кольца. Меньший поршень является чисто механическим гидом. Он работает в небольшом цилиндре в качестве направляющей туловища, а также несет штифт.

Смазка перекрестной головы имеет преимущества перед стволом поршня, так как его смазочное масло не подвержено теплоту сгорания : масло не загрязнено частицами сажи сжигания, оно не ломается из -за тепла, и может быть более тонкое, меньшее вязкое масло может использовать. Трение как поршня, так и поперечного голова может быть лишь половиной из этого для багажника.

Из-за дополнительного веса этих поршней они не используются для высокоскоростных двигателей.

СМИ, связанные с Crosshead Pistons в Wikimedia Commons

Слитель поршни

Слитель поршень

Поршень с тапочкой - это поршень для бензинового двигателя, который был уменьшен в размерах и весах. В крайнем случае они сводятся к поршневой короне, поддержке поршневых колец и достаточно достаточной от поршней юбки, оставшейся, чтобы оставить две земли, чтобы остановить качание поршня в отверстии. Стороны поршневой юбки вокруг штифта уливки уменьшаются от стены цилиндра. Цель в основном состоит в том, чтобы уменьшить поршневую массу, что облегчает сбалансирование двигателя и, следовательно, допускает высокие скорости. В гоночных приложениях юбки с тапочкой можно настроить на то, чтобы привести к чрезвычайно легким весам при сохранении жесткости и прочности полной юбки. Снижение инерции также повышает механическую эффективность двигателя: силы, необходимые для ускорения и замедления, возвращающиеся детали вызывают больше трения поршня с стенкой цилиндра, чем давление жидкости на головке поршня. Второе преимущество может быть некоторым уменьшением трения с стенкой цилиндра, поскольку площадь юбки, которая скользит вверх и вниз в цилиндре, уменьшается вдвое. Тем не менее, большая часть трения связана с поршневыми кольцами , которые являются частями, которые на самом деле соответствуют самым плотным в отверстии и поверхностями подшипника запястья, и, следовательно, преимущество уменьшается.

СМИ, связанные с тапочкой в ​​Wikimedia Commons

Дефлекторные поршни

Двухтактный дефлекторный поршень

Дефлекторные поршни используются в двухтактных двигателях с сжатием картера, где поток газа в цилиндре должен быть тщательно направлен, чтобы обеспечить эффективное поглощение . С помощью поперечного удара перенос (вход в цилиндр) и выхлопные порты находятся на стороне стенки цилиндра. Чтобы предотвратить входящую смесь, проходящую прямо через один порт к другому, на поршне есть поднятое ребро на его короне. Это предназначено для того, чтобы отклонить входящую смесь вверх, вокруг камеры сгорания .

Много усилий, и много разных дизайнов поршневой короны, пришли к разработке улучшенного мастера. Короны развивались от простого ребра до большой асимметричной выпуклости, обычно с крутой поверхностью на входной стороне и мягкой кривой на выхлопе. Несмотря на это, Cross Scavenging никогда не было таким эффективным, как надеялся. Вместо этого большинство двигателей используют портирование Schnuerle . Это помещает пару переносных портов в боковых сторонах цилиндра и поощряет поток газа вращаться вокруг вертикальной оси, а не горизонтальной оси.

СМИ, связанные с дефлекторными поршнями в Wikimedia Commons

Гоночные поршни

Ранний (ок. 1830) поршень для лучевого двигателя . Поршневой печать изготавливается по очереди обернутой веревки .

В гоночных двигателях прочность и жесткость поршня, как правило, намного выше, чем у автомобильного двигателя для пассажира, в то время как вес гораздо меньше, для достижения высокого оборота двигателя, необходимого для гонок.

Гидравлические цилиндры

Поршни гидравлических цилиндров, используемых в горячей прессе

Гидравлические цилиндры могут быть одновременно однокнутыми или двойными действиями . Гидравлический привод контролирует движение поршня назад и/или вперед. Направляющие кольца направляют поршень и стержень и поглощают радиальные силы, которые действуют перпендикулярно цилиндра, и предотвращают контакт между скольжением металлических деталей.

Паровые двигатели

чугун Понятный пастовый двигатель , с металлическим поршневым кольцом, нагруженным на стену цилиндра .

Паровые двигатели обычно представляют собой двойное действие (т.е. давление пара альтернативно на каждой стороне поршня), а вход и высвобождение пара контролируется слайдными клапанами , поршневыми клапанами или клапанами поппета . Следовательно, поршни парового двигателя - это почти всегда сравнительно тонкие диски: их диаметр в несколько раз их толщина. (Одним из исключений является поршень двигателя багажника , входящий в большей степени похож на те, которые в современном двигателе внутреннего сбора.) Другой фактор заключается в том, что, поскольку почти все паровые двигатели используют перекрестные перерывы, чтобы перевести силу в приводной стержень, есть несколько боковых сил, которые действуют, чтобы попробовать и «Рок» поршень, поэтому поршневая юбка в форме цилиндра не нужна.

Насос

Поршневые насосы могут использоваться для перемещения жидкостей или сжатия газов .

Для жидкостей

Основная статья: поршневой насос

Для газов

Основная статья: поршневой компрессор

Воздушные пушки

используется два специальных поршня В воздушных пушках : концертные поршни и двойные поршни. В тесных толерантных поршнях уплотнительные кольца служат клапаном, но уплотнительные кольца не используются в двойных поршневых типах.

Смотрите также

• Нет
• Пожарный поршень
• Плодовая пресса
• Газовая перезагрузка , используя газовый поршень
• Гидравлический цилиндр
• Список автоматических частей
• Уравнения движения поршня
• Шоковой поглотитель
• Слайд -свисток
• Паровые локомотивные компоненты
• Шприц
• Двигатель Wankel , конструкция двигателя внутреннего сгорания с ротором вместо поршней

Библиография

• Ирвинг, PE (1967). Двухтактные силовые единицы . Новый.
• Рикардо, Гарри (1922). Двигатель внутреннего сжигания . Тол. I: Медленные двигатели (1-е изд.). Лондон: Блэки .

Внешние ссылки

• Эссе поршневого двигателя
• Как работает вещи - основные детали двигателя
• Уравнения движения поршня