Все что необходимо знать о поршне. Вторая часть.

Вначале хорошо было бы представить, чего мы, в основном, ждем от совершенного поршня. Каким образом он проявит себя в непосредственной работе? Ну, само собой разумеется, он будет блистать выносливостью и несгибаемостью. Каким бы образом мы не пытались бы его погнуть, толкать, мять, кидать из жарищи в мороз, поршень постоянно будет оставаться неизменным. Неизменным он будет оставаться с высокой точностью. Наш поршень располагается в тесном контакте с прилежащими к нему деталями. К этим деталям относятся, такие элементы как цилиндр, поршневой палец и кольца. Если все-таки механические нагрузки на поршень будут очень большие, вследствие чего канавки начнут деформироваться и кольца поршня лишатся мобильности, то тогда, естественно, непосредственная работа двигателя будет переломлена. Если палец поршня будет зажат в выступных отверстиях, то, вероятнее всего, поршень будет разрушен. Если отверстие от цилиндрических стенок неожиданно начнет расширяться, то утратиться направленность, а если все-таки отверстие начнет сужаться, то поршень размажется по стенкам.

А силы, которые воздействуют на поршень очень большие. В камере самое большое давление при сгорании у высокоскоростных двигателей доходит приблизительно до ста атмосфер. Силы, при помощи которых поршень выталкивается газами, измеряются тоннами. Наибольшую скорость, которую поршень достигает при перемещении в быстроходном двигателе, равняется около ста двадцати километров в час. При этом около двухсот раз за секунду скорость поршня замедляется до абсолютной остановки. Если представить, что ваше передвижное средство при скорости ста двадцати километров в час остановилось на дороге на приблизительно четыре сантиметра. Это почти что столкновение со скалой. Для чего же предназначается такая деталь в автомобиле как бампер, если он не может поменять форму не больше чем на пять тысячных миллиметра? Также не следует забывать, что перед непосредственным столкновением бампер был хорошо разогрет с помощью газовой горелки. А также это все необходимо повторять раз двести за секунду. Вот такие эксперименты пришлось испытать нашему ненаглядному поршню.

В таких беспощадных условиях совершенному поршню необходимо быть как можно более твердым, то есть никаким образом не видоизменяться. Нагрузки, которые действуют, главным образом, при использовании тепла не должны подвергать поршень какой-либо деформации. Вес поршня должен составлять около нуля. Изнашивание поршня от соприкосновения с прилегающими к нему деталями также должно отсутствовать. В первой статье в предшествующем номере нами были установлены технические характеристики, которые были связаны с процессами с выделением тепла в моторе. Само собой разумеется, что в природе нет материй, которые бы отвечали за эти все требования. Перед тем, как начать детальное рассмотрение материалов, из которых, главным образом, изготавливаются поршни, необходимо все-таки разобраться, отчего же данные требования тем или иным способом предъявляются непосредственно к самим поршням. Скорее всего, самым главным качественным показателем при работе большинства поршней являются потери, главным образом, механические, которых невозможно избежать при непосредственном движении поршня. Для преодоления сил, которые, главным образом, действуют на поршень во время трения, а также мешающие его движению, определенная часть механической энергии, приобретенной от рабочего изделия, необходимо обязательно быть использованной на непосредственный нагрев самого поршня. Определенная часть данных потерь, которая приходится на большинство поршней в обычных механических расходах мотора, чрезвычайно большая. Эта часть иногда может превышать пятидесятипроцентный показатель относительно самых простых потерь в моторе. Немаловажным условием для постижения значения вопроса является то обстоятельство, что жажда большинства тюнеров повысить рабочие вращения двигателя и с помощью газодинамических характеристик, а именно доработки канальных сечений, форм камер для непосредственного сгорания, фаз газового разделения, приобрести при высоком крутящем моменте немалую мощность в больших скоростных диапазонах вращения, отталкивающихся от постоянно повышающихся механических потерь.

Большая часть сопротивляющихся сил увеличивается прямопропорциональна скорости, а таким образом, мощность, которая была потеряна поршнем, увеличивается, главным образом, по квадратной пропорциональности. Если в срочном порядке не будут предприняты меры по уменьшению данных механических потерь, то все усилия просто-напросто могут уйти в пропасть. Также невозможно избежать того момента, когда полностью вся энергия, главным образом, механическая, будет израсходована непосредственно на поршень и на вращение колес уже ничего не останется. Вследствие этого подходить к большинству поршней как к подшипникам линейного типа скольжения следует только лишь в основной поршневой конструкции. Само собой разумеется, основное вложение в силы сопротивления движению привносят кольца поршней, которые по своим функциям должны вплотную прижиматься к цилиндрическим стенкам. Тем не менее, главная роль поршня заключается в том, чтобы поршневые кольца постоянно правильно располагались, а также обеспечивалась их полная работоспособность. Также абсолютно правильное желание механика не позволить сухому контакту поршневого тела соприкоснуться с цилиндрической гильзой, поэтому для решения этой задачи необходимо выполнение жестких мер относительно геометрии поршня.

Главным образом, потому что, как и во всяком скользящем подшипнике, исполнение главной роли разделяющего слоя тут преподносится маслу, которое препятствует соприкосновению с поверхностями из металла. А правильнее сказать, клин из масла, который образуется в отверстии при непосредственном движении различных деталей. Повышенное давление в клине из масла, которое способно сопротивляться придавливающим его силам, может находиться только лишь в отверстиях, рассчитываемых тысячными миллиметровыми долями. Уровень силы пропорционален площади, давящую на клин, главным образом из масла. Вследствие этого при проведении работы необходимо сберегать параллельность относительно поршневой поверхности юбки к цилиндрическим стенкам с очень высоким показателем точности. Само собой разумеется, что необходимо не допускать каких-либо неровностей, в противном случае могут появиться непосредственные соприкосновения, которые могут стать тепловыми генераторами и, следовательно, привести к развитию нежелательных процессов на всех участках поверхности. Также не следует забывать о пальце поршня, которому нужно сформировать все необходимые условия скользящего подшипника качающего типа с его устойчивыми отверстиями, рассчитываемые также крошечными размерами. При совершенном поршне, который был рассмотрен раньше, главным образом, все ясно. Каким он получится после отделки, главным образом, механической, таким он и останется, при различных его рабочих условиях. Тогда мы с высокой точностью заблаговременно придадим поршню необходимые формы. А что же делать с действительными материалами, которые от нагрузок, как правило, механических, гнутся.

От высокой температуры раздуваются, а от разной толщины стенок перекривляются. От материальной разнородности укрываются возвышенностями и неровностями. Нет иной дороги, как при непосредственном изготовлении поршня придать ему такую фигуру, которая примет к сведению все его искривления, появляющиеся при реальных рабочих нагрузках. Собственно вследствие этого поршень имеет довольно таки непростую форму. По высоте поршень напоминает бочку, вследствие того, что нагрев неравномерного типа заставляет расширяться больше всего именно там, где температурные показатели наиболее высокие. Поршень непосредственно в самом сечении имеет овальную форму, потому что рабочие нагрузки принуждают его на пальце “висеть”, как бумажный лист, который на карандаше лежит. Поскольку в любом сечении форма овала и бочки имеют свой размер. Несомненно, что деформационные размеры, главным образом, зависят от металлической толщины, которая образует поршневые стенки. Само собой разумеется, что повышение толщины увеличит нагрузочную сопротивляемость, и не будет доставлять хлопот инженеру. Тем не менее, увеличение веса неминуемо приведет к росту сил инерции, которые подпортят крови всему механизму кривошипно-шатунного типа. Здесь, как и везде, вопрос оптимизированной настройки требует от инженера позволения.

Так именно как же, наконец-то, найти выход из этой нелегкой ситуации? Отчего же при всем при этом моторы автомобилей уверенно развиваются в сторону их высокой мощности? Как найти способы решения этих разногласий? В самом начале двигателестроения элементарно производился поршень, который имел форму цилиндра и запускал мотор. Мотору давали определенное время повкалывать, не давая ему поломаться, а затем разбирали. Контактные следы вместе с гильзой убирали при помощи механической обработки и делали повторения опыта постепенно, при повышении нагрузки. Вслед за тем заново отделывали контактные участки и опять загружали. Если обнаруживались слабые участки, которые необходимо было упрочнить, делали свежий поршень с починенными стеночными толщинами. Делалось это много раз до того времени, пока мотор с абсолютной рабочей нагрузкой не приступал к устойчивой работе и поршень приходил в удовлетворительное состояние. С высокой точностью можно в нынешнем мире с помощью расчетных методов геометрически спроектировать новые поршни. Опыты, которые придут на смену расчетам приведут, скорее всего, к исправлениям, тем не менее, число опытов все равно будет понижаться. Однако, поршень, который настроен под определенные рабочие условия не может считаться полностью отвечающим необходимым требованиям. Деформационные размеры, которые возмещаются заранее заданным типом, напрямую зависят от режима тепла, а также размера сил, воздействующих на него. Поскольку мотор в автомобиле имеет много различных режимов, который используется в разных диапазонах температур и нагрузок, вероятнее всего, поршень сможет быть применен лишь в определенных рабочих диапазонах. В основном, это одна проблема моторов в автомобилях. В массовом производстве, главным образом, на основе одного двигателя в то же время делается выпуск большинства различных устройств, которые предназначаются для разнообразных целей. А производству свежих передвижных средств, которым необходимы новые моторы, нередко сопутствует модифицирование старых конструкций для удовлетворения новых запросов. Известны случаи, когда низ двигателя, который состоял из цилиндрических блоков и вала коленчатой формы с подшипниками, почти без трансформаций стоял на конвейерном станке много лет, переезжая в разные кузова. Кроме того, использовался для дизельных и бензиновых двигателей синхронно. Большинство поршней, которые напрямую зависели от мотора, практически всегда видоизменялись. Собственно вследствие этого в номенклатуре поршневых производителей присутствует многообразие их форм. Как раз благодаря этому, когда нам хочется обрести от массового мотора большее количество мощности, от модифицированного или спортивного варианта, нужно осознавать то, что, вероятнее всего, массовый поршень не будет отвечать новым необходимым запросам.

Или у нас получаться добавочные потери, которых избежать была возможность, или же скушаем целый резерв надежности. По всей вероятности, все произойдет синхронно. Эпизод использования добавочного окислителя или наддува, а именно закиси азота, формирует такие же рабочие условия для большинства поршней. В конструкции немаловажным условием, как нам удалось выяснить, считается материал, из которого изготовляется непосредственно сам поршень. Материальные свойства обусловливают характеристические показатели изделия, а также его непосредственную конструкцию. Поршни для автомобилей изготавливаются, главным образом, из сплавов из алюминия, реже из чугунных сплавов. Сплавы на основе чугуна, имея в своем распоряжении большинство качеств, таких как низкий показатель расширения линейного типа, который равен по размеру цилиндрическому гильзовому материалу, большая стойкость к температурам, большая жесткость, превосходные свойства подшипников, на сегодняшний день почти не используются. Задержкой стали две причины. Сначала низкая проводимость тепла и, в результате, худая стойкость детонирования двигателя, которая не позволяет применять большие сжатые степени.

Далее, повышенная удельная масса считается преградой для быстроходности. Для поршней из сплавов из алюминия чаще всего применяются силумины, которые являются сплавами из алюминия и кремния, с разным кремневым содержанием. Намного реже ими являются различные сплавы, которые состоят, главным образом, из алюминия и меди. Сплавы, в которых содержится кремний, разделяются по кремневому содержанию на две группы. Эти группы состоят из заэвтектических, а также доэвтектических. К первой группе принадлежат сплавы, в которых кремния находится не больше двенадцати процентов, во второй группе содержится кремния больше двенадцати процентов. В первой группе кремний находится, в основном, в виде свободных молекул, и называется первичный кремнием, его нет, и он полностью растворяется в алюминии. Это АЛ-30, АЛ-30, Mahle 124, АК12. Во второй группе кремний содержится в свободном состоянии, главным образом, как кристаллы, которые можно увидеть на сломе или образцовом срезе. Существуют АК18, АЛ-26, ВКЖЛС, АК21, Mahle 224, Mahle 138. Сплавы заэвтектической группы с кремниевым количеством восемнадцати или двадцати двух процентов используются преимущественно для крупных двигателей, работающих на дизеле. Смысл заключается в термопрочности и износостойкости, которые необходимы для снабжения ресурсов тягачей седельного типа. Поршни массового производства из сплавов из алюминия, главным образом, проходят отливку. Для уменьшения уровня температуры расширения, а следовательно и, для возможности получения большинства свойств режимов применяются вставки из стали, которые располагаются главным образом в самой отливке.

Для получения наилучших механических заготовочных поршневых показателей в штучном или мелком производствах применяют метод штамповки изотермического или жидкого типа. Большие давления во время поковочного развития содействуют упрочнению материала и, как результат, усовершенствование его свойств. Тем не менее, данная методика целиком отбрасывает наличие каких-либо вставок. Именно по этой причине, сделанные по данной методике поршни чаще всего могут работать только в одном режиме. Преимущественно данные поршни применяются для интенсивно загруженных двигателей, которые не попадают в массовое производство, к примеру, спортивных. Для спортивных двигателей, которые больше подходят к однорежимным моторам, отыскали использование сплавы из алюминия и меди. Это Mahle YG, АК-4-1. Также из этих сплавов прессуют заготовки. По сравнению с силуминами эти сплавы располагают лучшими механико-физическими свойствами при температурах в рабочем режиме, но различаются на процентов двадцать большим показателем расширения линейного типа. Из недочетов можно выделить довольно стремительное разрушение и старение от напряжений усталостного типа. Однако, в поршневых двигателях, изготавливаемых главным образом для авиации и спортивных машин, ограниченных по ресурсу и располагающих увеличенными запросами к массе поршня, наблюдаются достаточно часто.

Пару слов о непосредственном износе. Точно подтянутый под запросы двигателя поршень практически никогда не соприкасается с цилиндрической стенкой. К исключениям можно отнести пуски, главным образом холодные, а также работу под загрузкой плохо прогретого двигателя. Благодаря этому, даже после большого пробега, который составляет двести тысяч километров и больше, модифицирование величины юбки невелико и располагается в интервале от одной до трех сотых миллиметра, если мотор без проблем обычно снашивался. Цилиндрическая гильза, главным образом, в участке сверху, изнашивается кольцами приблизительно до пятнадцати сотых миллиметра. Но это не значит, что поршень можно применять дальше и он в новом состоянии.

Главным показателем непригодности поршня является износ кольцевых канавок. В основном, к данному сроку изнашивается величина и форма канавки, по крайней мере, первого из колец за границами допуска. Немаловажной причиной не только лишь износа, но и эффективной работы двигателя является состояние и геометрия цилиндрической поверхности. Сначала, искривление цилиндрической формы воздействует так же, как и неправильная поршневая форма в значении зазорных сохранений совместно с цилиндрическим поршнем. Самыми потенциальными основаниями форменного нарушения являются блочные напряжения от элементов крепежа КПП и головки. Также немаловажна микрогеометрия, а именно форма и глубина сетки хононового типа. Компания Mahle, являющаяся главным производителем европейских поршней, полагает, что ранний износ двигателей, которые прошли обстоятельный ремонт, в процентах восьмидесяти всех случаев является результатом как раз неверного поверхностного микрорельефа.

Добавлено: 15.11.2010 13:49