Pistoane de motor și biele - Cum funcționează o mașină
Funcția pistonului este de a acționa ca un dop mobil în cilindru, formând partea inferioară a camerei de ardere. Există o etanșare etanșă la gaz între piston și peretele cilindrului - astfel încât singura modalitate de extindere a gazelor de ardere fierbinți este forțând pistonul în jos. Este același principiu în spatele unei mingi de tun, dar în loc să zboare în nava de pirați a cuiva, pistonul este împins înapoi în cilindru de arborele cotit rotitor și ciclul se repetă.
Peste 60% din fricțiunea din interiorul motorului provine din mișcarea ansamblului pistonului, deci acesta este un domeniu major de concentrare pentru îmbunătățirea eficienței motoarelor. Pistonul este încă în curs de dezvoltare și cercetare continuă, așa cum vom vedea în detaliu în scurt timp.
Forțe uriașe sunt generate în timpul schimbării direcției unui piston în mișcarea sa în sus și în jos. Un ansamblu cu piston mai ușor are un impuls mai mic, exercitând astfel mai puțină forță și permițând motoare cu turații mai mari. Aceasta înseamnă că există o apăsare constantă pentru a reduce greutatea bielei și a pistonului.
Pistonul este conectat la arborele cotit printr-un bielă, adesea scurtat la gen sau conrod . Aceste părți împreună sunt cunoscute sub numele de ansamblu piston . Ambele capete ale bielei sunt libere să pivoteze: partea bielei care se conectează la piston se numește sfârșit mic, iar capătul care se atașează în jurul arborelui cotit se numește sfârșit mare . Marele sfârșit va avea inserții de rulmenți care minimizează fricțiunea și menține un joc exact de ulei cu jambonul tijei de pe arborele cotit. Biela este împărțită în două - cu o capac de tija fiind folosit pentru a prinde în jurul lagărului capătului mare și a arborelui cotit.
Componentele ansamblului pistonului
Piston
Puterea unui motor provine din forța care împinge partea superioară a pistonului. Această forță este determinată ca aria pistonului înmulțită cu presiunea gazului. Pistoanele mai mari și presiunea mai mare a gazului vor oferi mai multă putere. În ansamblu, dimensiunea pistonului este limitată de designul motorului, însă pistonul are un rol vital în menținerea presiunii ridicate a gazului prin crearea unei etanșări etanșe la gaz cu peretele cilindrului.
Suprafața superioară a pistonului se numește coroană (de asemenea cap sau dom ). Există diverse forme de coroană în motoarele de producție, dar în mod obișnuit coroana va fi plată, cupolată sau decupată.
[Diverse forme ale coroanei]
Aproape toate pistoanele moderne includ degajări ale supapelor care asigură un joc în jurul supapelor din partea superioară a cursei pistonului.
Coroana, fiind zona direct în contact cu gazele de ardere fierbinți, devine extrem de fierbinte. Această zonă se extinde cel mai mult și astfel va exista o ușoară conicitate spre interior din partea de jos a pistonului pentru a permite o distanță mai mare în jurul acestui teren superior între coroană și inelul superior al pistonului.
În timp ce dorim o etanșare etanșă la gaz, avem nevoie și de piston pentru a rula lin de-a lungul cilindrului cu o frecare minimă, astfel încât pistonul are nevoie de ceva degajare . Un piston tipic va avea o distanță de 0,1 mm (0,004 ”) între el și peretele cilindrului - care este în jur de lățimea unui fir de păr uman. Pentru a menține acest joc, pistonul trebuie prelucrat cu precizie, iar aliajul din care este fabricat va fi specificat cu precizie pentru a ține cont de expansiunea termică.
Micul decalaj dintre piston și peretele cilindrului este acoperit de inele de piston, care se încadrează în canelurile pistonului într-o zonă cunoscută sub numele de curea cu piston . Se numesc spațiile dintre aceste caneluri terenuri inelare .
Pistonul este atașat la biela printr-un tub gol scurt numit a ac de încheietura mâinii, sau ac de gudgeon . Acest știft de încheietură poartă toată forța de ardere.
Pistonul nu este supus doar forțelor verticale în timpul arderii, ci și forțelor laterale cauzate de unghiul în continuă schimbare a bielei. Datorită acestor forțe laterale, pistonul are nevoie de suprafețe netede pentru a alerga pe peretele cilindrului și pentru a menține pistonul ghidat vertical în poziție verticală. Suprafețele laterale ale unui piston sunt cunoscute sub numele de fusta cu piston .
[Fustă plină vs fustă papuci]
Există două tipuri de fuste. Cel mai de bază este un fusta plina sau fustă solidă, care este pistonul clasic în formă tubulară. Acest design este încă folosit pe camioane și motoare comerciale mari, dar a fost mult timp înlocuit pe mașini și motociclete cu un design mai ușor cunoscut sub numele de piston papuc .
Pistonul papuc are o parte a fustei tăiată, lăsând doar suprafețele care poartă pe partea din față și din spate a peretelui cilindrului. Această îndepărtare minimizează greutatea și reduce zona de contact dintre piston și peretele cilindrului, reducând astfel frecarea.
Motoarele moderne de producție reduc și mai mult fricțiunea dintre piston și peretele cilindrului prin utilizarea acoperiri cu piston cu frecare redusă, similar cu teflonul într-o tigaie antiaderentă. Aceste acoperiri sunt de obicei serigrafiate pe un plasture pe fustele pistonului - cum ar fi acoperirea pe bază de grafit ilustrată pe un motor Ford Fiesta Ecoboost.
Pe măsură ce pistonul este împins în jos pe cursa de ardere, acesta va exercita o forță laterală în direcția opusă bielei unghiulare. Direcția cilindrului asupra căruia acționează această forță este cunoscută ca partea de tracțiune, iar atât pistonul, cât și peretele cilindrului vor suferi o uzură mai mare în această zonă.
[Diagrama impulsului]
Pistonul se încălzește incredibil și trebuie să disipeze această căldură în mod eficient. Căldura unui piston merge în trei locuri: Ca căldură radiantă în camera de ardere, în pereții cilindrului prin inelele pistonului și în jos pe biela. În plus, multe motoare răcesc pistonul folosind ulei pulverizat pe partea inferioară.