По назначению поршневые кольца делятся на: ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА

Содержание

ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА

Поршневые кольца предотвращают попадание газов из камеры сгорания в картер двигателя, т. е. обеспечивают герметичность надпоршневого пространства. Кроме того, поршневые кольца отводят в стенки цилиндра большую часть воспринимаемой днищем поршня теплоты и препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания.

Поршневые кольца делятся по назначению на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные.

Поршневые кольца работают в тяжелых условиях, совершая возвратно-поступательное движение при большой нагрузке, значительной скорости скольжения и высокой температуре. Поэтому причиной большинства неполадок в работе поршневой группы являются поршневые кольца. Поршневые кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами и нагретыми стенками поршня, а также вследствие трения о стенки цилиндра. Температура верхнего поршневого кольца (считая от камеры сгорания) достигает 200—250° С при алюминиевом поршне и 350—400° С при чугунном. Средняя температура остальных поршневых колец равна 150-200° С.

Верхнее поршневое кольцо очень трудно обеспечивать смазкой, особенно при положении поршня в в. м. т. В этой зоне трение поршневого кольца о стенку цилиндра близко к полусухому и вызывает увеличенный износ как поршневого кольца, так и участка стенки цилиндра.

Основным требованием, предъявляемым к поршневым кольцам, является плотное (без просвета) прилегание их к стенке цилиндра и торцов колец к стенкам канавок в поршне.

Условия работы поршневых колец резко ухудшаются при их вибрации и прорыве в картер двигателя газов, происходящем в случае потери кольцами упругости, вследствие повышенного и неравномерного износа их, цилиндра и канавок. При этом резко повышается температура колец, они закоксовываются, увеличивается расход масла, ухудшаются механические свойства металла колец и возрастает их износ.

Компрессионные поршневые кольца в совокупности с канавками в поршне и зазорами в них выполняют функции лабиринтного уплотнения.

Лабиринтное уплотнение представляет собой систему полостей, сообщающихся узкими щелями. Течение газов через эти полости и щели сопровождается расходом энергии на трение и образованием вихрей. В результате этого в системе полостей устанавливается давление, падающее ступенями до давления окружающей среды, что обусловливает течение газа с небольшой скоростью и, следовательно, с небольшим расходом.

Поршневые кольца прижимаются к стенкам цилиндров под действием сил упругости и давления газов со стороны поршневых канавок.

Давление газа над поршнем в цилиндре равно р. Часть газа, проходящего под первым поршневым кольцом, расширяется в зазоре до давления р1. Поступив далее в пространство между первым и вторым кольцами, газ расширяется до давления р. Затем давление газа последовательно падает до р2, p’sи р3 и, наконец, до p’s, и газ поступает в нижнюю часть цилиндра.

Число компрессионных колец, особенно в быстроходных двигателях, может быть ограничено двумя-тремя. Применение большего числа поршневых ко-лец (пять-шесть) в дизеле объясняется необходимостью уменьшения утечки сжимаемого воздуха при пуске.

Для плотного прилегания поршневого кольца к зеркалу цилиндра необходимо неравномерное распределение давлений по его окружности. Последнее достигается применением специальной технологии при изготовлении колец. При этом в свободном состоянии кольца имеют некруглую форму. Необходимость неравномерного распределения давлений по окружности поршневых колец вызывается тем, что по мере их износа начальное распределение давлений кольца изменяется так, что больше всего давление падает у замка кольца. Вследствие этого концы кольца могут даже отходить от стенок цилиндра.

При таком распределении давлений долговечность кольца увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с кольцом, имеющим равномерное распределение давления на стенки цилиндров. Кроме того, уменьшается расход масла и склонность к вибрациям и сохраняется необходимая плотность прилегания колец к цилиндру, даже при значительном их износе.

Поршневые кольца - обзорная статья

По назначению поршневые кольца разделяются на маслосъемные и компрессионные. Порыв газов из камеры сгорания в картер предотвращают компрессионные поршневые кольца. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана, этот вырез называется замком. Проникновению масла из картера в камеру сгорания препятствуют маслосъемные поршневые кольца. Основная их задача снимать излишки масла со стенки цилиндра. В отличие от компрессионных колец маслосъемные кольца имеют сквозные прорези, а устанавливают их ниже уровня компрессионных колец.

Использование узких поршневых колец является общим направлением в конструкциях высококачественных поршней. Тонкое кольцо будет уменьшать трение между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра, и предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя. Но стоит отметить, что такие кольца из-за высоких рабочих температур и повышенных усилий, оказываемых на стенки, вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхности самих колец (о компрессии двигателя читаем здесь).

Конструкция верхнего кольца является  немаловажным фактором при использовании специальных поршней. Характеристики двигателя будут лучше при условии, что верхнее кольцо расположено высоко на поршне. Это достигается  за счет того, что в перемычке между кольцами будет захвачен меньший объем недоступных газов.  В случае, когда кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня,  может разрушиться от перегрева тонкая перемычка над канавкой кольца.

В очень жестких условиях работает верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой. Основная задача верхнего кольца при очень высоких давлениях и в окружении высокотемпературных газов обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности. По истечении миллионов циклов кольцо должно сохранять возможность уплотнения и упругость. Эти особенности поршневых колец определяет  технология производства и металлургические особенности. Материал, из которого делают кольца, должен быть с низким коэффициентом трения и коэффициент износа.

Ковкий чугун один из первых материалов, из которого делали поршневые кольца. Этот материал хорошо сочетается с чугуном, который в свою очередь используется в блоках цилиндров. Его пористая структура позволяет уменьшить износ и удерживает масло. Помимо ковкого чугуна широкое распространение получила его производная — пластичный чугун.  Этот материал имеет свойства чугуна при этом упруго деформироваться, что в свою очередь существенно облегчает установку поршневых колец.

Для форсированных двигателей требуются кольца с более высокими параметрами. Были найдены другие материалы, в частности на чугун стали наносить слой хрома (имеется в виду твердый хром). Впервые такие кольца использовались в самолетостроении. Именно здесь при очень высоких давлениях и температурах кольца с хромовым покрытием отлично противостояли истиранию и заеданию. Помимо этого хромированные кольца устойчивы к износу. Но есть и недостаток, эти кольца очень твердые, поэтому отверстия цилиндров должны быть сделаны точно.

На следующем этапе были сделаны поршневые кольца из нержавеющей стали. Стоит отметить, что кольца из нержавеющей стали это те же хромированные кольца, только с большим содержанием хрома. Для увеличения срока службы были сделаны кольца с молибденовым покрытием. Такие кольца стали основными в форсированных моторах, они легко прирабатываются и более долговечны. При установке колец на форсированный двигатель необходимо учитывать ряд факторов, которые помогут существенно увеличить срок службы изделия, например ширина колец. При оборотах двигателя более 6000 обычно ставят кольца шириной 1,59 мм. Использовать более тонкие кольца можно в случае, когда главнее характеристики мотора, а не его долговечность.

Конструкция верхних компрессионных колец

Помимо, материалов из которого сделаны кольца, есть еще факторы, которые определяют как хорошо будет работать кольцо в разных режимах эксплуатации: расположение кольца на поршне и его конструкция.  Как пример можно привести кольцо, которое имеет небольшое перекручивание, что в свою очередь позволяет ускорить приработку колец со стенками цилиндров. Важным типом компрессионного кольца является кольцо с L-образным участком. Такие кольца способны развивать дополнительное усилие, которое прикладывается к стенкам цилиндров при высоком давлении.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца

Второе компрессионное кольцо служит для дополнительного уплотнения вслед за верхним маслосъемным кольцом. Это кольцо следит за газами, которые уходят мимо верхнего кольца. Второе компрессионное кольцо действует по типу скребка, помогая маслосъемному кольцу не допустить попадания излишков масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

С 60-х годов получили большое распространение второе компрессионные кольца  «без зазора». Стали изготавливаться кольца без видимого зазора для газов. При использовании таких колец сокращалось время обкатки.  Также для успешного функционирования форсированных моторов важны маслосъемные кольца, в частности при использовании низко-октанового топлива.

Все о поршневых кольцах Видео

Рекомендую прочитать:

Уплотнение поршней

  Поршневые кольца по назначению делятся на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца предупреждают прорыв газов в картер двигателя в процессах сжатия и расширения, а также из картера в цилиндров процессе впуска. Кроме того они служат для отвода тепла от поршня. Кольца нагреваются от соприкосновения с горячими газами, канавками поршня, а также от трения о зеркало цилиндра. Во время работы давление колец на стенки цилиндра увеличивается за счет того, что газы дополнительно прижимают его к стенкам цилиндра. Существуют также поршни с дополнительными отверстиями для еще большего прижатия кольца за счет сгоревших газов.

  Поршневые кольца обычно изнашиваются гораздо раньше других деталей двигателя и именно их выход из строя определяет ресурс работы двигателя до ремонта. Поэтому конструкции колец и их производству уделяется повышенное внимание. Большинство поршневых колец изготавливают индивидуальной отливкой из легированного чугуна, затем обрабатывают по копиру для придания такой формы которая после установки в цилиндр обеспечивает заданную эпюру давления. При мелкосерийном производстве, например при ремонтных работах, отливается маслота (цилиндр заданной формы), которая затем обрабатывается по копиру и разрезается на отдельные кольца.

  Известно что по мере износа давление кольца в зоне его замка снижается быстрее, чем в других зонах, В зоне 50-70 градусов от замка давление увеличивается. Поэтому для увеличения срока службы, а также для предотвращения радиальных вибраций форму кольца в свободном состоянии выбирают так, чтобы при установке в цилиндр в зоне замка давление было в несколько раз больше среднего (до 2.8) По мере износа давление в месте замка снижается но остается достаточно высоким, что существенно увеличивает их ресурс. Современные кольца чаще выполняют с увеличением давления замка в 1.6-1.8 раз.

  Для увеличения ресурса поверхность верхнего компрессионного кольца, на которое действует повышенное давление газов покрывается пористым хромом, молибденом или другим износостойким материалом. Для лучшей при работки наружная поверхность выполняется конической (с углом до 10 градусов) или бочкообразной. Но при этом существенно увеличивается их стоимость.В массовом производстве для улучшения герметичности,особенно в период обкатки, применяются торсионные кольца. К кольце делаются прямоугольные или конические проточки. В верхнем компрессионном кольце проточка делается внутри сверху. При этом обеспечивается высокий ресурс. Во втором кольце проточка делается внизу снаружи. Компрессионное кольцо с наружной проточкой частично выполняет роль маслосъемного кольца. При установке кольца в цилиндр оно сжимается, обеспечивая повышенное давление в нижней части кольца и, следовательно, более быструю приработку в этой части. Для предотвращения залегания колец в канавках при отложении смол торцовые поверхности выполняются коническими.

  Одним из основных показателей, характеризующих уровень износа и межремонтный пробег, является расход моторного масла на угар. Поэтому особое внимание уделяется конструкции маслосъемных колец. Один из вариантов чугунное кольцо со стальным расширителем в виде спиральной пружины. Другой, более часто встречающийся вариант-два стальных кольца и два расширителя, прижимающие кольца к цилиндру и к стенкам канавки. Существуют бифункциональные стальные расширители, обеспечивающие заданное давление на торцы канавки и на стенки цилиндра. Тонкие стальные как компрессионные, так и маслосъемные кольца с хромированной поверхностью обеспечивают хорошее прилегание к цилиндру даже при нарушении его геометрической формы, например при сильном износе или некачественно ремонте. Поэтому их часто применяют при ремонтных работах.

  Для компенсации линейного расширения кольца выполняют разрезными. У большинства колец замок прямой. Чтобы уменьшить прорыв газов, иногда замок разрезают под небольшим углом или делают его ступенчатым. Однако при этом существенно усложняется производство. В двухтактных двигателях с контурной продувкой предусматривается такая фиксация колец, чтобы кольцо в зоне замка не попадало на впускное и продувочные окна цилиндра. Для фиксации кольца от поворота в поршень запрессовывается стопор.

  Увеличение мощности двигателя    на главную        0-100 км/ч    0-100  

Детали поршневой группы

Детали поршневой группы воспринимают силу давления газов и передают ее шатуну. Эта группа деталей обеспечивает уплотнение рабочей полости цилиндра. К деталям поршневой группы относится поршень с поршневыми кольцами и поршневой палец.

Условия работы поршня характеризуются большими механическими и тепловыми нагрузками. Трение поршня о стенки цилиндра вызывает механический износ поршня, а воздействие на его поверхность газов высокой температуры, содержащих агрессивные соединения, — эрозионный и коррозийный износ.

Надежная работа поршня может быть обеспечена только при выполнении определенных обязательных требований как к материалу поршня, так и к его конструкции. Материал поршня должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при высоких температурах; хорошими антифрикционными свойствами; высокой теплопроводностью; низким коэффициентом линейного расширения и антикоррозионной стойкостью.

Конструкция поршня в сочетании с элементами конструкции цилиндра должна обеспечить высокую жесткость при малой массе; надежную герметизацию рабочей полости цилиндра; долговечность; малый расход масла; минимальную тепловосприимчивость днища поршня и хороший отвод теплоты от днища поршня.

К основным элементам поршня относятся днище и боковые стенки. Днища поршней могут иметь разнообразную форму. В современных карбюраторных двигателях днище 284 поршня выполняется обычно плоским. В днище поршней дизелей часто выполняется камера сгорания. Днище поршня непосредственно воспринимает давление газа.

На боковых стенках поршня размещены основные конструктивные элементы Поршневой группы. В стенках поршня проточены канавки для поршневых колец и обработаны бобышки для установки поршневого пальца. Боковые стенки поршня должны быть жесткими и прочными при минимально возможной массе поршня.

Основные размеры поршня обусловлены конструктивными соображениями.

Поршневой палец относится к числу наиболее нагруженных деталей кривошипношатунного механизма. Он подвергается действию сил давления газов и сил инерции, а также нагревается теплотой, передающейся от поршня и выделяющейся при трении пальца во втулке шатуна и в бобышках поршня. Поршневой палец представляет собой

гладкий цилиндрический стержень. Для снижения массы он выполняется пустотелым.

Поршневые кольца обеспечивают герметичность рабочей полости цилиндра, отвод теплоты от головки поршня и предотвращают перекачку масла из картера в камеру сгорания. Поршневые кольца современных двигателей работают в тяжелых условиях, характеризующихся воздействием высокого давления и температуры газов, сил инерции и трения.

По назначению поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Основное назначение компрессионных колец заключается в уплотнении рабочей полости цилиндра. Наиболее простую форму имеют кольца прямоугольного сечения. Кольца других форм применяются для обеспечения лучшей прирабатываемости и приспособляемости к поверхности цилиндра. Кольца трапецеидального сечения менее склонны к пригоранию. Маслосъемные кольца предназначены для снятия излишнего масла с поверхности цилиндра и предотвращения его проникновения в камеру сгорания. Для всех форм колец характерна малая опорная поверхность, что обеспечивает достаточно высокое давление кольца на стенку цилиндра, необходимое для эффективного удаления смазочного материала.

Для изготовления поршней применяют литейные и деформируемые алюминиевые сплавы типа АЛ и А К. Для изготовления чугунных поршней используют серые и ковкие чугуны.

Поршневые пальцы форсированных двигателей изготовляют из легированных, пригодных для цементации, сталей 15Х, 20 X, 20Х2Н4А, 12ХНЗА, 18Х2Н4МЛ (ГОСТ 4543-71 *). В менее нагруженных двигателях применяют углеродистую сталь 45 (ГОСТ 1050-74**) с последующей закалкой с нагревом токами высокой частоты.

Широкое распространение для изготовления поршневых колец получил серый перлитный чугун. В настоящее время для производства поршневых колец применяют смеси, получаемые методами порошковой металлургии. В состав таких смесей входит железо, медь и графит.

Тепловоз ТЭ3 | Поршень, поршневые кольца и шатун

Поршень. Поршень непосредственно воспринимает нагрузку от газов, образующихся в цилиндре при сгорании топлива, и передает это усилие через шатун на коленчатый вал. В двухтактных двигателях особенно с прямо-точно-щелевой продувкой создание герметичного уплотнения картера решается сложно. Конструкция бесшпилечного поршня (рис. 12) лучше обеспечивает герметизацию картера, чем поршень с бобышками.

Поскольку у двухтактных дизелей усилия, действующие на поршень, все время направлены к н. м. т., силы инерции не вызывают напряжений растяжения в шатуне и его болтах, а следовательно, применение чугунных (более тяжелых) поршней, увеличивающих силы инерции, не вызывает необходимости усиления шатуна и его деталей.

Рис. 12. Поршень бесшпнлечный: 1 - поршень; 2,3 - маслосрезывающие поршневые кольца; 4 - стопорное кольцо; 5 - нижняя плнта, 6, 16 - регулировочные прокладки; 7 - втулка; 8 - поршневой палец, 9 - ползушка; 10 - пружина, 11-вставка, 12-уплотнительные (компрессионные) хромированные кольца, 13-верхняя плнта, 14 - винт; 15 - штифт; 17 - уплотнительные (компрессионные) кольца с бронзовой вставкой, 18 - болт; К - канал для слива масла из полости охлаждения головки поршня

В верхней части поршня установлены четыре уплотнительных кольца. Два уплотнительных кольца 12 хромированные из высокопрочного чугуна. Два других уплотнительных (компрессионных) кольца 17 выполнены с запрессованными в них бронзовыми вставками для прирабатываемое™ колец к зеркалу втулки. В нижней части поршня расположены три маелосрезы-вающих кольца 2 и 3. Маслосрезывающие кольца так же, как и компрессионные 17, выполнены из специального чугуна и покрыты оловом для улучшения приработки их к зеркалу втулки.

Для понижения тепловой напряженности поршневой группы поршень и пояс уплотнительных колец в области головки поршня охлаждаются маслом. Масло подается по каналам в стержень шатуна и через ползушку, которая уплотняет сочленение поршень - верхняя головка шатуна, попадает в полость между головкой поршня и верхней плитой вставки. Омывая внутреннюю поверхность головки поршня, масло охлаждает его. Масло выходит из поршня через отверстия в плите и во вставке, попадая в масляный картер по каналу К- Из верхнего поршня масло выбрасывается инерционными силами через сливной канал. Верхняя часть поршня (головка) имеет жаростойкое хромовое покрытие.

Верхний и нижний поршни конструктивно одинаковы, но не взаимозаменяемы, так как они по форме днища (камеры сгорания) симметричны, а по юбке верхний не имеет приливов («бороды»). Верхние опорные плиты и вставки верхних и нижних поршней также не взаимозаменяемы из-за зеркального расположения пазов для слива охлаждающего масла.

Поршень, перемещаясь со средней скоростью 7,2 м/с и передавая на шатун усилие около 300 кН (30 тс), должен в то же время обеспечивать такую герметизацию, при которой выпускные газы и воздух при его сжатии в цилиндре не попадали бы в картер дизеля. 0,1.

Камера сгорания поршня имеет чечевичную форму. Ребрами на внутренней поверхности донышка поршень опирается на вставку. Опорные ребра выполнены в виде двух незамкнутых колец для прохода масла, охлаждающего днище поршня. По геометрической форме образующей поршень выполнен идентично поршням шпилечной конструкции, устанавливаемых ранее на дизелях (вариант ЗА). Расположение компрессионных и маслосрезывающих колец соответствует поршню варианта ЗА.

Поверхность юбки поршня покрыта тонким слоем (0,03-0,05 мм) кадмия иди олова для прирабатываемости ее к втулке. Антифрикционный слой не допускает задирообразования при длительной работе. Юбка поршня выполнена удлиненной, так как, находясь в в. м. т., поршень должен закрывать выпускные окна и иметь большую устойчивость от опрокидывания относительно поршневого пальца.

Чугунная вставка 11в сборе с плитами 5 и 13 и прокладками установлена в поршень и зафиксирована стопорным кольцом 4. Верхняя опорная плита крепится к вставке двумя винтами 14 и имеет запрессованный ступенчатый штифт 15, который фиксирует поршень, плиту 13 и вставку 11 так, чтобы масляные каналы в плите и вставке совпадали, а также определяет положение поршня в цилиндре относительно форсунок. Под верхней плитой установлены прокладки 16 для регулировки линейной величины камеры сжатия. Расстояние между поршнями, находящимися в цилиндре в собранном состоянии с шатунами (в наиболее сближенном положении), называется линейной величиной камеры сжатия. Эта величина играет важную роль в рабочем процессе двигателя, поэтому ее установку и проверку следует проводить тщательно. Нормально линейная величина камеры сжатия 4,4-4,8 мм.

В верхней части внутри вставки установлена ползушка 9, которая пружиной 10 прижимается к сферической поверхности верхней головки шатуна. К нижней части вставки двумя болтами 18 крепится нижняя плита 5, под которой установлены прокладки 6 для регулировки зазора между плитой 5 и стопорным кольцом 4.

Для правильной сборки поршней на плитах и вставках клеймят буквы В (для деталей верхнего поршня) и Н (для деталей нижнего поршня).

В двухтактных двигателях поршень выполняет функции газораспределения. Положение верхнего кольца на нем определяет фазы распределения, поэтому верхнее рабочее кольцо двухтактного двигателя поставлено в тяжелые условия, так как оно испытывает большую тепловую напряженность из-за высокой температуры газов в момент начала открытия поршнем продувочных и выпускных окон. Особенно в тяжелых условиях находится нижний выпускной поршень, который омывается все время горячими газами, в то время как верхний, так называемый «продувочный», периодически в момент открытия продувочных окон охлаждается воздухом.

Температура и другие параметры, при которых протекает рабочий процесс, определяют нагрев головки поршня и верхних поршневых колец, а следовательно, и их работоспособность. Рациональная форма днища поршня должна способствовать хорошему смесеобразованию и сгоранию.

Работоспособность (надежность) поршневой группы зависит от многих факторов. В частности, от эффек: тивности способов отвода тепла от днища поршня и создания благоприятных условий для работы поршневых колец. Через поршень может отводиться до 7-8% тепла, вводимого с топливом в цилиндр двигателя. Очень важен подбор соответствующих антифрикционных качеств трущейся пары: поршень - кольцо с одной стороны зеркало - втулки цилиндров с другой, и хорошие условия их прирабатываемости с третьей. Надежность поршневой группы зависит от геометрических размеров поршня, конусности его головки, формы юбки поршня (правильный выбор зазоров между втулкой и юбкой поршня, допускающих тепловое расширение поршня). Отсутствие эллиптичности, конусности и граненности зеркала втулки цилиндра, обеспечение хорошего прилегания к зеркалу втулки поршневых колец способствуют хорошей их приработке и устраняют прорыв газа в картер. Нельзя забывать и о качестве материалов, применяемых для изготовления поршней и колец и их способности выдерживать длительную динамическую и статическую нагрузки при повышенной температуре без накопления остаточных деформаций, теплопроводности, коэффициента линейного расширения, механических свойств и др.

Поршневые кольца. По назначению поршневые кольца делятся на два типа: компрессионные и маслосрезы-вающие. Компрессионные кольца уплотняют камеру сгорания за счет упругих свойств самого кольца и действия газов, поступающих из камеры сгорания. Давление газов создает основное усилие прижатия кольца к стенкам зеркала втулки цилиндра. Сила упругости собственно кольца невелика и не может предохранить цилиндр от прорыва газов. Ширина канавки под поршневое кольцо имеет важное значение, так как масса кольца прямо зависит от этого размера. Массу кольца нежелательно увеличивать, так как под действием инерционных сил создаются условия для разработки (разбивания) канавок по ширине. Это явление весьма значительно проявляется в четырехтактных дизелях. В двухтактных дизелях оно несущественно. Компрессионные кольца устанавливаются в верхней части поршня, маслосрезывающие- ниже компрессионных или ниже поршневого пальца. У дизеля два нижних поршневых кольца служат для срезания (съема) масла с зеркала втулки цилиндра (поэтому они называются мас-лосрезывающими) и тем самым препятствуют попаданию его в камеру сгорания, а следовательно, закоксова нию компрессионных колец, смолоот-ложениям, ухудшению рабочего процесса и дымлению. Состояние масло-срезывающих колец определяет расход масла, идущего на угар.

В течение последних лет (годы после прекращения выпуска тепловозов ТЭЗ) нагрузка на двигатель непрерывно возрастает и достигает по среднему эффективному давлению (ре) для двухтактных дизелей более 1,1 МП а (11 кгс/см2), что привело к снижению срока службы поршневых колец. Учитывая это, по дизелю 10Д100 проводятся непрерывные работы, направленные на повышение срока службы поршневых колец. Поскольку поршневые кольца дизеля 2Д100 полностью унифицированы с 1 ОД 100, то такие кольца поступают и их будут ставить на дизели 2Д100.

Во время эксплуатации поршневые кольца должны быть стойки к задирам, абразивному и коррозионному износам. Коррозионный износ происходит вследствие образования кислот при сгорании топлива с высоким содержанием серы. От абразивного или пылевого износа дизель защищен воздухоочистителями, которые всегда должны быть в хорошем состоянии.

Верхнее маслосрезывающее кольцо, кроме съема масла, выполняет функцию уплотнительного кольца, предотвращающего попадание выпускных газов или наддувочного воздуха в картер дизеля при положении нижнего или верхнего поршня в наружной мертвой точке. Кольца выполнены из специального чугуна.

Два компрессионных кольца (устанавливаемые в 1-й и 3-й ручьи нижнего поршня и в 1-й ручей верхнего поршня) изготовлены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и легированы хромом, никелем, молибденом и марганцем; химический состав по Мп, Сг, № и Мо является обязательным, по остальным элементам-факультативным (табл. 1). Для проверки качества материала от каждой плавки от заготовки вырезают пластины. Заготовки до взятия образцов после предварительной обработки подвергают искусственному старению.

Обточка заготовки до ее нарезки на отдельные кольца производится по заданной эпюре кольца. Рабочую Таблица

цилиндрическую поверхность колец хромируют и покрывают приработоч-ным слоем дисульфид-молибденовой композиции. Изготовленные из таких заготовок компрессионные кольца хромируют. Хромированные кольца по наружному цилиндру имеют маслоудер-живающие канавки и медь-дисульфид-молибденовое приработочное покрытие.

Два других компрессионных кольца изготовлены из специального чугуна и термически обработаны. Для лучшей прирабатываемости колец к зеркалу втулки цилиндра в кольца запрессованы бронзовые пояски с последующим лужением оловом и образованием (до лужения) двустороннего конуса в обе стороны от бронзового пояска (конус 1+0'5 ). Для обеспечения плавного прохождения компрессионными кольцами кромок выпускных и продувочных окон на цилиндрической поверхности у замков кольца снимают фаски на длине ~60 мм.

Кольца проверяют на прилегание к плите (равномерно не менее 50% площади каждой торцовой поверхности) . Цилиндрическую поверхность кольца проверяют на прилегание ее к поверхности контрольного калибра диаметром 207 +<ш мм, допускается два просвета длиной не более 100 мм и не ближе 55 мм от замка. Каждое кольцо проверяют на отсутствие коробления, пропуская его через щель 7,95+0'02 мм, образованную двумя параллельными плитами при вертикальном их положении (кольцо проходит через щель под действием собственного веса). Упругость колец проверяют на ленточном приборе, стягивающем кольцо грузом 60-70 Н (6-7 кгс) до зазора в замке 1+0,2 мм. Зазор в замке в свободном состоянии должен быть 24-32 мм, при браковочном в эксплуатации-18 мм. Зазор в замке в рабочем состоянии 1 -1,4 мм.

Маслосрезывающие поршневые кольца обоих типов (кольца с прорезью для стока масла и уплотняющие маслосрезывающие кольца) имеют острую кромку, направленную на съем масла с зеркала втулки, т. е. в сторону движения поршня от внутренней мертвой точки (в. м. т.). Масло, снимаемое кольцами со стенок цилиндра, стекает по прорезям и отверстиям в поршне вовнутрь поршня и далее в картер двигателя. При обратном движении поршня (закругленной кромкой в сторону камеры сгорания) масло с зеркала втулки цилиндра не срезается, кольцо как бы скользит по маслу, не соскабливая его.

Следует отметить, что при сборке поршней с шатунами или замене одного из них необходимо, чтобы в одном комплекте (группа поршень - шатун любого из коленчатых валов) вес их отличался не более чем на 5,00 Н, а вес поршней-не более 2,50 Н. Изготавливают три группы шатунов и две группы поршней.

Поршневой палец 8 (см. рис. 12) изготовлен из стали 12ХН2А, цементирован, твердость НЕС 58-63. Палец пустотелый, плавающего типа, установлен свободно (с зазором) в отверстия вставки, в которые запрессованы бронзовые втулки. Во время работы палец проворачивается. Преимущество такой конструкции-равномерный износ поверхности. Осевое перемещение пальца ограничено специальными выступами на внутренней поверхности юбки поршня.

В двухтактных двигателях поршневой палец прижимается к одной стороне и знакопеременные усилия отсутствуют, благодаря чему создаются неблагоприятные условия, так как качательное движение не обеспечивает создание масляного клина. У дизеля 2Д100 этот недостаток устранен тем, что на рабочей поверхности бронзовой втулки выполнены спиральные канавки специального профиля. Во втулке всего 32 канавки с шагом 1600 мм, направление спирали произвольное (левое или правое).

Шатун. Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу, превращая возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленчатого вала. Силы от сгорания топлива в цилиндре и силы от сжимаемого в цилиндре воздуха воздействуют на шатун, стремясь его согнуть (сжать). Шатун двухтактного дизеля испытывает пульсирующие нагрузки, т. е. переменные по величине, но не меняющие знака. Кроме высокой прочности, жест~ кости и износоустойчивости в сочле-нениях, шатун должен иметь малую массу, Чтобы испытывать минимальные силы инерции.

У двигателя 2Д100 со встречно-движущимися поршнями и с двумя шатунами для выбора оптимальных габаритных размеров дизеля по высоте верхний шатун короче нижнего. Вообще принято в современных быстроходных двигателях длину шатуна задавать как функцию радиуса кривошипа: А,= = /?/£, где £-длина шатуна между осями верхней и нижней головок; /?-радиус кривошипа. Эта величина колеблется в пределах 113,8-114,3. Следует иметь в виду, что уменьшение длины шатуна приводит к увеличению нормального давления поршня на стенку втулки цилиндра. Шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки.

Верхней головкой шатун соединен с поршнем при помощи поршневого пальца.

⇐Рама, блок и втулка цилиндра | Тепловоз ТЭ3 | Коленчатые валы, их подшипники и антивибратор⇒

Какие поршневые кольца лучше? обзор видов и материалов

  • Сегодня мы узнаем, что называется автомобильными поршневыми кольцами двигателя, каково их основное предназначение, а также, какие существуют разновидности данных компонентов силовой установки
  • ЧТО ТАКОЕ ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА. ОСОБЕННОСТИ, РАЗНОВИДНОСТИ И ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильными поршневыми кольцами двигателя, каково их основное предназначение, а также, какие существуют разновидности этих немаловажных компонентов силовой установки. Кроме того, расскажем про особенности, из каких материалов изготавливают поршневые кольца и чем различаются детали друг от друга. В заключении поговорим о том, что такое компрессионные и маслосъемные кольца, для чего они нужны и какую роль играют эти ключевые элементы той или иной силовой установки транспортного средства.

Итак, что же такое автомобильные поршневые кольца и какие они бывают? Поршневыми кольцами называются специальные кольца незамкнутого типа, которые имеют небольшой зазор с своем строении и посажены в канавки поршней силовой установки того или иного транспортного средства.

Все поршневые кольца подразделяются на два основных вида: на маслосъемные и компрессионные. Чтобы понимать, для чего нужны поршневые кольца автомобилю, необходимо знать, как они функционируют.

Об это и другом мы подробно поговорим в нашей статье, чтобы понять, какие задачи выполняют эти ключевые элементы двигателя автомобиля.

 

ЧТО ТАКОЕ ТУРБОНАДДУВ. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

 

ЧТО ТАКОЕ КОНТРАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Справочно заметим, что на сегодняшний день некоторые автопроизводители на примере компании “БМВ“, уже изначально создают силовые установки с повышенным расходом моторного масла, на так называемый угар, в связи со специфической конструкцией поршневых колец.

Делается это в первую очередь для того, чтобы максимально снизить потери в процессе функционирования мотора на трения, а также ради меньшего износа цилиндро-поршневой группы.

Кроме того, из-за такой необычной конструкции элементов двигателя, моторное масло, как бы освежается и тем самым увеличивается межсервисный интервал обслуживания.

{banner_adsensetext}

1. Из какого материала изготавливают поршневые кольца

Большинство поршневых колец изготавливается из распространенного материла в автомобилестроении – чугуна. Структура данного материала дает возможность кольцам удерживать моторное масло, тем самым уменьшать износ силовой установки.

Наиболее популярной разновидностью чугуна в производстве поршневых колец является ковкий чугун, который в народе называют еще пластичным. Такой вид чугуна обладает множеством положительных качеств, самое главное из которых – это способность упруго деформироваться.

Это качество облегчает процесс установки колец в канавки поршней

Следующий тип материала, из которого изготавливают поршневые кольцанержавеющая сталь. Данный материал является усовершенствованным видом хромированных чугунных колец. Сама по себе нержавейка материал, который содержит определенное количество хрома. Такие кольца почти ничем не отличаются по свойствам от хромированных. В отличие от колец изготовленных из чугуна, стальные элементы способны лучше противостоять высокой температуре, а такжеее резкому перепаду.Кроме вышеописанных материалов существует еще один, который был создан с целью увеличения срока службы колец, а также обеспечения их ускоренной приработки. Этот материал называется молибден. Основа такого материала – чугун, а внешняя поверхность состоит из молибденового покрытия. В отличие от хрома, молибден обладает противоизносными свойствами и имеет большую сопротивляемость механическим воздействиям. На сегодняшний день большинство современных двигателей компонуются поршневыми кольцами из молибдена, так как они более надежны, долговечны чем стальные и чугунные, а также легко прирабатываются к узлам силовой установки.

{banner_yandexblokrtb1}

2. Верхние комрессионные кольца двигателя

Что такое компрессионные кольца? Это разновидность поршневых колец двигателя автомобиля, которые предотвращают проникновение или прорыв газов из камеры сгорания цилиндров в картер силовой установки.

Как правило, наружный диаметр таких колец в свободном состоянии будет меньше внутреннего диаметра цилиндра.

Заметим, что небольшой участок компрессионных колец, специально срезан, такой вырез в этих деталях называется замком.

Заметим, что в природе существует большое множество конфигураций компрессионных колец, причем эти отличия на глаз порой трудно различить. Например, кольцо такого вида может иметь специальное небольшое перекручивание, то есть верхняя и нижняя поверхности детали не будут лежать плоско в канавке поршня, а они имеют вид слегка наклоненных. Таким образом, благодаря такой конструкции, верхний и нижний край лицевой поверхности вступают в контакт с отверстием цилиндра.Как правило, компрессионные кольца производители конструируют таким образом, чтобы максимально ускорить их приработку поверхности к стенкам цилиндров, а также помочь уплотнению детали в верхней и нижней плоскостях канавки, которая служит специально для кольца. Отметим, что параметр перекручивания кольца достаточно мал и в большинстве случаев эта конструкторская особенность делается при помощи стачивания фаски, расположенной на внутреннем крае детали силовой установки.

{banner_adsensetext}

3. Маслосъемное и второе компрессионное кольца двигателя

Что такое маслосъемные кольца? Это разновидность поршневых колец, которые препятствуют проникновению моторного масла из картера двигателя в камеру сгорания иобеспечивающие снятие излишек масла со стенок цилиндра. Кольца такого типа устанавливают в силовой установке ниже уровня компрессионных. Главным конструкторским отличием маслосъемных колец от компрессионных является наличие у первых специальных сквозных отверстий.

Кроме вышеописанных колец, есть еще один тип, который называется вторым компрессионным. Главной задачей этого элемента двигателя является дополнительное уплотнение верхнего маслосъемного кольца.

Как правило, второе кольцо контролирует только газы, которые направляются мимо верхнего кольца, а давление с температурой при этом разнятся от показателей для верхнего компрессионного кольца.

Поэтому к материалам и конструкции 2-го компрессионного кольца предъявляются менее требовательные запросы при производстве, так как эти параметры не являются критичными для его основных функций.

Таким образом, 2-ое кольцо выполняет функцию, которая помогает маслосъемному кольцу избавится от лишнего моторного масла на стенках цилиндров. Этот процесс уберегает силовую установку от возникновения детонации, благодаря предотвращению попадания излишнего масла в камеру сгорания.

Как мы отмечали ранее, некоторые модели компрессионных колец специально изготавливаются слегка скошенными. Это делается для того, чтобы максимально содействовать функционированию маслосъемного кольца. Скос на таких кольцах, как правило, расположен у верхнего края детали.

Принцип работы основного или первого компрессионного кольца осуществляется таким образом, что оно двигается поверх моторного масла при движении вверх в рабочей области цилиндра и удаляет, как скребок излишки технической жидкости при движении вниз.

В том случае, если удаление масла по какой то причине основным кольцом невозможно, то второе кольцо расположенное за маслосъемным в принудительном порядке удаляет все оставшееся масло с поверхности стенок цилиндров.

Обратите внимание

Справочно заметим, что сегодня можно встретить в продаже вторые компрессионные кольца без специального зазора. Данные элементы обладают новой и современной конструкцией, которая так и называется “без зазора“.

Однако отметим, что изготовить кольцо полностью без зазора практически невозможно, так как мы просто потом их не сможем установить на поршень и при этом оно еще будет нерегулируемым, даже в том случае, если будут совсем небольшие отклонения формы отверстия цилиндра от окружности.

Поэтому кольца без зазора” оснащены специальным отверстием или разрезом, просто оно настолько минимально для отвода газов из камеры сгорания, что они проходят мимо элемента. Справочно для наглядности,ниже на изображении продемонстрирован диапазон зазоров в замках поршневых колец.

Благодаря новым технологиям при производстве поршневых колец, которые не обладают выраженными зазорами, узлы двигателя автомобиля благодаря им способны быстрее притереться друг к другу в процессе обкатки.

При этом силовая установка способна выдавать чуть большую мощность при диагностике на стенде. Как правило, потребность в беззазорных поршневых кольцах напрямую зависит от того, как функционируют другие кольца мотора. В том случае, если компрессионное кольцо верхнего вида дает качественное уплотнение, то 2-ое, которое без зазора уже особо не играет никакой роли в процессе работы двигателя. Однако в реальности, на современных моторах, 2-ое компрессионное кольцо, которое идет без зазора действительно может быть средством для получения большей мощности и отдачи от силовой установки.

Источник: https://bazliter.ru/engine/print:page,1,629-chto-takoe-porshnevye-kolca-osobennosti-raznovidnosti-i-dlya-chego-nuzhny.html

Все о поршневых кольцах

По назначению поршневые кольца разделяются на маслосъемные и компрессионные. Порыв газов из камеры сгорания в картер предотвращают компрессионные поршневые кольца. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана, этот вырез называется замком. Проникновению масла из картера в камеру сгорания препятствуют маслосъемные поршневые кольца. Основная их задача снимать излишки масла со стенки цилиндра. В отличие от компрессионных колец маслосъемные кольца имеют сквозные прорези, а устанавливают их ниже уровня компрессионных колец.

Использование узких поршневых колец является общим направлением в конструкциях высококачественных поршней.

Тонкое кольцо будет уменьшать трение между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра, и предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя.

Но стоит отметить, что такие кольца из-за высоких рабочих температур и повышенных усилий, оказываемых на стенки, вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхности самих колец (о компрессии двигателя читаем здесь).

Конструкция верхнего кольца является  немаловажным фактором при использовании специальных поршней. Характеристики двигателя будут лучше при условии, что верхнее кольцо расположено высоко на поршне.

Это достигается  за счет того, что в перемычке между кольцами будет захвачен меньший объем недоступных газов.

  В случае, когда кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня,  может разрушиться от перегрева тонкая перемычка над канавкой кольца.

Важно

В очень жестких условиях работает верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой. Основная задача верхнего кольца при очень высоких давлениях и в окружении высокотемпературных газов обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности.

По истечении миллионов циклов кольцо должно сохранять возможность уплотнения и упругость. Эти особенности поршневых колец определяет  технология производства и металлургические особенности.

Материал, из которого делают кольца, должен быть с низким коэффициентом трения и коэффициент износа.

Ковкий чугун один из первых материалов, из которого делали поршневые кольца. Этот материал хорошо сочетается с чугуном, который в свою очередь используется в блоках цилиндров.

Его пористая структура позволяет уменьшить износ и удерживает масло. Помимо ковкого чугуна широкое распространение получила его производная — пластичный чугун.

  Этот материал имеет свойства чугуна при этом упруго деформироваться, что в свою очередь существенно облегчает установку поршневых колец.

Для форсированных двигателей требуются кольца с более высокими параметрами. Были найдены другие материалы, в частности на чугун стали наносить слой хрома (имеется в виду твердый хром). Впервые такие кольца использовались в самолетостроении.

Именно здесь при очень высоких давлениях и температурах кольца с хромовым покрытием отлично противостояли истиранию и заеданию. Помимо этого хромированные кольца устойчивы к износу.

Но есть и недостаток, эти кольца очень твердые, поэтому отверстия цилиндров должны быть сделаны точно.

На следующем этапе были сделаны поршневые кольца из нержавеющей стали. Стоит отметить, что кольца из нержавеющей стали это те же хромированные кольца, только с большим содержанием хрома. Для увеличения срока службы были сделаны кольца с молибденовым покрытием.

Такие кольца стали основными в форсированных моторах, они легко прирабатываются и более долговечны. При установке колец на форсированный двигатель необходимо учитывать ряд факторов, которые помогут существенно увеличить срок службы изделия, например ширина колец. При оборотах двигателя более 6000 обычно ставят кольца шириной 1,59 мм.

Использовать более тонкие кольца можно в случае, когда главнее характеристики мотора, а не его долговечность.

Конструкция верхних компрессионных колец

Помимо, материалов из которого сделаны кольца, есть еще факторы, которые определяют как хорошо будет работать кольцо в разных режимах эксплуатации: расположение кольца на поршне и его конструкция.

 Как пример можно привести кольцо, которое имеет небольшое перекручивание, что в свою очередь позволяет ускорить приработку колец со стенками цилиндров. Важным типом компрессионного кольца является кольцо с L-образным участком.

Такие кольца способны развивать дополнительное усилие, которое прикладывается к стенкам цилиндров при высоком давлении.

Второе компрессионное и маслосъемное кольца

Второе компрессионное кольцо служит для дополнительного уплотнения вслед за верхним маслосъемным кольцом. Это кольцо следит за газами, которые уходят мимо верхнего кольца. Второе компрессионное кольцо действует по типу скребка, помогая маслосъемному кольцу не допустить попадания излишков масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

Видео

Источник: http://autoepoch.ru/avtoazbuka/vse-o-porshnevyx-kolcax.html

Поршневые кольца: виды, назначение и особенности выбора

Исправная работа всех систем, узлов и деталей обеспечивает безопасность на дороге. Не стоит недооценивать важность любых мелочей в автомобильной конструкции, особенно, если дело касается силового агрегата, ведь даже выпавший болтик способен повлечь за собой массу неприятностей, в том числе вывести из строя дорогостоящий механизм.

  • В двигателе внутреннего сгорания немаловажную роль играют поршневые кольца, их износ напрямую влияет на функциональность мотора, провоцируя потерю производительности и чрезмерное потребление моторного масла и горючего.
  • Если возник вопрос замены элементов, важно правильно выбрать детали на замену, ведь ошибки при подборе могут привести к неприятным последствиям для двигателя впоследствии ремонта.

Назначение поршневых колец

Цилиндр в ДВС являет собой рабочую камеру объёмного вытеснения, где поршень, имеющий цилиндрическую форму и близкий по размерам с цилиндром, совершает внутри него возвратно-поступательные движения, обеспечивая расширение сжатых газов, являющихся продуктами горения топливовоздушной смеси.

Несмотря на практически герметичное соединение и плотное соприкосновение поверхностей, между данными элементами всё же остаётся небольшой зазор.

Допускать попадание газов, образовавшихся как следствие процесса горения и моторного масла из картера нельзя, зачем и нужны поршневые кольца, препятствующие этому.

Совет

Так, задачей компрессионных колец является предотвращение проникновения газов из камеры в картер путём поддержания герметичности. Маслосъёмные кольца призваны воспрепятствовать попаданию в картер масла, регулируя его количество на стенках цилиндра.

Небольшое проникновение газов наблюдается даже при использовании высококачественных колец на исправном агрегате, но это является нормой.

Условия работы элементов конструкции жёсткие, так, высокие температуры и трение, присущие функционированию двигателя, со временем провоцируют их износ.

При этом изношенные детали пропускают большее количество газов, поэтому если своевременно не озадачиться их заменой, вероятен капремонт силового агрегата.

Функционал поршневых колец обеспечивает:

  1. Герметичное прилегание поверхностей поршня и цилиндра.
  2. Нужное количество масла на стенках цилиндра, достаточное для скольжения, но не проникающее в камеру.
  3. Препятствие перегреву и коррозии поршней путём отвода тепла от них к стенкам цилиндра.

Высококачественные поршневые кольца тонкие, поскольку тогда они обеспечивают отсутствие вибраций поршней при функционировании силового агрегата на высоких оборотах, а также снижают трение со стенкой цилиндра. Для маломощного мотора используют и широкие, они вполне справятся с задачей, а стоить будут дешевле.

Какие материалы применяются для изготовления поршневых колец

Сегодня рынок автозапчастей не испытывает дефицита и способен предложить потребителю огромный выбор поршневых колец всех мастей, отличающихся по качеству и цене.

Играет роль и производитель, поскольку известные бренды используют только высококачественные материалы и инновационные технологии, изготавливая продукцию на современном оборудовании. С учётом затрат на производство на дешевизну не стоит и надеяться, при этом важно остерегаться подделок.

Есть также не самые передовые производители автозапчастей, но также выпускающие качественную продукцию по средней цене.

Озадачившись вопросом, как правильно выбрать поршневые кольца, стоит обращать внимание не только на их диаметр, но и ознакомиться с ассортиментом материалов, из которых изготавливаются детали.

От свойств материала зависят такие характеристики элементов, как долговечность и показатели производительности, ведь детали вынуждены работать в экстремальных условиях.

Так, при выборе первого компрессионного кольца важно учитывать особенности его работы в условиях масляного голодания, сопровождающегося повышенной температурой. К ним предъявляются высокие требования по термо- и износостойкости, чаще всего материалом служит чугун с молибденовым покрытием.

При изготовлении поршневых колец применяются:

  1. Чугун. Состав материала позволяет хорошо сдерживать масло, что продлевает срок службы элемента.
  2. Пластичный чугун имеет те же базовые свойства сплава, а также отличается возможностью упругой деформации, что значительно облегчает монтаж.
  3. Хром. Покрытие хромом чугунных изделий обеспечивает термостойкость и противоизносные качества.
  4. Легированная сталь стала применяться сравнительно недавно, она покрывается пористым хромом или оловом, что обеспечивает лучшее сопротивление высоким температурам, чем у чугуна.
  5. Молибден. Чугун, покрытый молибденом, применяется на сегодняшний день чаще благодаря возможности увеличения ресурса и рабочих характеристик деталей.

Верхнее кольцо, которое отвечает за регулирование подачи масла, покрывают хромом, оловом или нитридами при помощи плазменного напыления. Также может использоваться керамическое покрытие, наносящееся методом вакуумного нанесения.

На качестве материала лучше не экономить, поскольку низкосортные изделия «горят на работе» с высокой скоростью, так что автовладельцу придётся с регулярной периодичностью заниматься заменой элементов.

Чтобы обезопасить себя от подделки, лучше приобретать изделия в специализированных центрах или у надёжных дилеров.

Конструкция поршневых колец

Для многих современных моторов на поршень приходится по три кольца, имеющих чуть больший диаметр, чем поршень, при этом часть элементов вырезана.

Вырез, по сути, представляющий собой расстояние между двумя концами незамкнутых колец, называют замком. Поверх поршня элементы ставят так, чтобы замки не были выстроены на одном уровне.

Прорези являются атрибутом всех типов колец и служат цели скомпенсировать тепловые расширения, присущие металлам под действием высоких температур.

Цельная конструкция элементов только повышала бы и без того наличествующую нагрузку на поршни и цилиндры. Тепловой зазор составляет 0.6-0.3 мм., боковой зазор с поверхностью поршня 0.08-0.04 мм. При несоблюдении допустимых значений производительность мотора будет снижена. Эффективность функции отвода тепла обеспечена именно зазорами.

Двухтактные бензиновые агрегаты с кривошипно-камерной продувкой используют только компрессионные кольца. Поперечное сечение обычно выполнено в прямоугольной форме, край же имеет или цилиндрический профиль, или фаску.

Маслосъёмные кольца могут быть конструктивно представлены литыми с прорезью из чугуна либо составными из стали. Составной элемент являет собой тонкие кольца (верхнее и нижнее), а также два расширителя (радиальный и осевой). Стальные кольца используют чаще чугунных, что обусловлено низкой себестоимостью продукции.

Виды поршневых колец

Элементы, посаженные в поршневых канавках, различаются зависимо от их предназначения. Поршневые кольца бывают компрессионные, цель которых препятствовать просачиванию газов в картер и маслосъёмные, удаляющие лишнюю смазку с поверхностей цилиндров.

Комплекты деталей могут включать их разное количество, в старых двигателях доходило и до семи элементов, сегодня чаще всего используется набор из трёх элементов, устанавливаемых в такой последовательности:

  1. Верхнее компрессионное кольцо.
  2. Второе компрессионное.
  3. Маслосъёмное кольцо, состоящее из трёх частей (верхняя и нижняя пластинки, между которыми располагается тангенциальный расширитель).

На спорткарах с форсированными моторами, предполагающими функционирование на высоких оборотах, часто комплект представлен в виде двух элементов.

При этом зависимо от марки и модификации авто с бензиновым двигателем могут быть использованы прочие варианты.

Автопроизводители в стремлении совершенствования конструкции прибегают к разным конструктивным решениям, повышая характеристики элементов.

Верхнее компрессионное

У поршневых колец этого типа имеется наружный диаметр чуть больше, чем у цилиндра, для помещения внутрь оснащаются замком, а их поверхность отличается гладкостью. Модификаций деталей этого типа много, они отвечают за приработку со стенками цилиндров. Тогда, когда в основе элемента использована перекрученная структура, обеспечивается наиболее плотное прилегание в канавке цилиндра.

Нижнее и маслосъёмное

Второе компрессионное кольцо, находящееся посередине имеет более тесный контакт с канавкой, а его задача заключается в создании препятствия для попадания газов и масла. То есть деталь обеспечивает нормализацию количества смазки между верхним элементом и маслосъёмным, тогда как последнее в полной мере удаляет масло со стенок.

В отличие от компрессионных колец, маслосъёмное оснащено сквозными прорезями, способствующими отводу смазки, устанавливается элемент ниже предыдущих деталей.

Современные силовые агрегаты предполагают наличие одного кольца для каждого поршня, раньше применяли больше, а на бензиновых двухтактных моторах с кривошипно-камерной продувкой данный компонент конструкции вовсе отсутствует, поскольку в нём нет необходимости (в таких агрегатах масло сгорает вместе с горючим).

Какие кольца лучше

Производители предлагают потребителю большое количество вариантов, на рынке автозапчастей можно найти самые разные детали, исполненные при помощи различных материалов. Автомобилисту, не сталкивающемуся с выбором элементов сложно определить, какие поршневые кольца лучше поставить.

Материалы, применяемые в конструкции, покрытие, допуски, а также геометрия колец отличны у разных вариаций, это нужно учитывать при подборе.

Максимальная нагрузка при функционировании мотора приходится на верхнее кольцо, потому они обычно изготовлены из высокопрочного чугуна и покрываются хромом либо молибденом с целью повышения износостойки и снижения трения при контактах с поверхностью цилиндра.

Немаловажную роль играет и производитель деталей, какой из них является самым лучшим — вопрос спорный. Сегодня в их разнообразии может потеряться даже бывалый автомобилист. Чтобы хоть немного сориентироваться при покупке стоит обратить внимание на рейтинг производителей:

  1. Glico – мировой лидер по производству автозапчастей. Страна производитель – Германия. Стоимость изделий высока, но качество сравнимо с оригинальными деталями. Компанией выпускаются запчасти более чем для 5000 марок двигателей.
  2. AE – известнейший бренд, среди огромного ассортимента продукции есть и уникальные детали для французских авто. Страна происхождения — Великобритания.
  3. NE – германская компания выпускает бюджетные поршневые кольца достойного качества, является поставщиком на конвейер к японским автомобилям Хонда, Мазда, Хендай, Киа, Ниссан, Митцубиси, Тойота, Субару, Сузуки и пр..
  4. Kolbenschmidt – германский производитель выпускает фильтры и детали моторной группы высокого качества.
  5. Mahle Original – изготовитель деталей поршневых групп очень высокого качества, ценник недешёвый. Завод компании находится в Германии, откуда ведутся и поставки на конвейер Ауди, БМВ, Форд, Фиат, Хонда, Хендай, Ниссан, Опель, Шкода, Тойота, Фольксваген и других.
  6. SKF – шведская компания, являющаяся одним из крупнейших производителей в мире подшипников, систем смазки и мехатроники. Производство ведётся более чем на 140 предприятиях в 32 странах.
  7. Ashika – ассортимент итальянской торговой марки включает моторную группу. Изделия подходят для ремонта ТС азиатского, европейского и американского происхождения, производятся оригинальные запчасти для автомобилей Хендай, Дэо, Киа.
  8. Goetze – известный производитель поршневых колец, как и бренд Nural, под которым выпускаются поршни и цилиндры для различных видов двигателей, принадлежит германскому концерну Federal-Mogul. Продукция поступает на сборочные конвейеры мировых автогигантов Форд, БМВ, Фиат, Рено и других.

Следует отметить, что рынок автозапчастей полон подделок на многие известные бренды, зарекомендовавшие себя высоким уровнем качества. Чтобы уберечься от покупки фальсификата, лучше приобретать изделия у проверенных дилеров, официальных представителей, имеющих на всю реализуемую продукцию сертификаты и предоставляющих документы по первому требованию покупателя.

Источник: https://drivertip.ru/tovary/kak-vybrat-porshnevye-kolca.html

Поршневые кольца двигателя

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца предотвращают порыв газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольце называют замком.

Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровня компрессионных. Они в отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.

Одним из материалов, использованных для поршневых колец – чугун. Его структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна – пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна и может упруго деформироваться, что облегчает установку колец.

Поршневые кольца, сделанные из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути, нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома. И такие кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец. Нержавеющая сталь также имеет способность противостоять высокой температуре, превосходящую хромированный чугун. 

Для увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки созданы молибденовые кольца. Его основа из чугуна с молибденовым покрытием.

Молибден обладает многими противоизносными свойствами хрома, а в некоторых случаях может иметь большую сопротивляемость износу.

С течением времени молибденовые кольца стали основными в двигателях, так как они долговечны, относительно легко прирабатываются и более надежны.

Существует много конфигураций верхнего компрессионного кольца и различия трудно уловимы. К примеру, кольцо может иметь преднамеренное небольшое перекручивание. Другими словами, верхняя и нижняя поверхности кольца не лежат плоско в канавке для кольца, а слегка наклонены, и только верхний или нижний край лицевой поверхности контактирует с отверстием цилиндра.

Обратите внимание

Кольца сконструированы таким образом, чтобы ускорить приработку поверхностей поршневых колец и стенок цилиндров и помогать уплотнению кольца в верхней и нижней частях канавки для кольца. Величина перекручивания кольца очень мала и оно обычно делается путем стачивания фаски на внутреннем крае кольца.

Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего маслосъемного кольца. Из-за этого второе кольцо обычно «следит» только за газами, которые проходят мимо верхнего кольца, а давление и температура отличаются от значений для верхнего компрессионного кольца. Соответственно материалы и конструкция второго кольца являются менее критичными.

Однако, второе кольцо имеет важную дополнительную функцию: оно помогает маслосъемному кольцу, действуя как «скребок», предотвращает попадание излишнего масла в камеру сгорания и возникновение детонации.

Некоторые вторые компрессионные кольца специально сделаны скошенными, чтобы содействовать работе маслосъемного кольца, а скос наименьший у верхнего края кольца.

При этом оно стремится двигаться поверх масла при движении вверх в цилиндре и будет удалять масло при движении вниз.

Если удаление масла является проблемой, то такой тип кольца принудительно удаляет масло, хотя второе кольцо с плоской поверхностью вместе с маслосъемным кольцом «нормального» усилия — это все, что нужно.

Второе компрессионное кольцо без зазора является новой конструкцией. Используемый здесь термин «без зазора» в чем-то неправильный, т. к.

вообще невозможно изготовить кольцо полностью без зазора — его будет невозможно установить на поршень, и кольцо будет нерегулируемым даже при самых малых отклонениях формы отверстия цилиндра от окружности.

Важно

Не смотря на это, кольцо можно сделать без видимого зазора для газов, проходящих мимо кольца.

При использовании этих колец двигатель прирабатывается быстрее в процессе обкатки, и он выдает немного большую мощность при проверке на стенде.

Потребность в беззазорных кольцах зависит от того, как работают другие кольца. Если верхнее компрессионное кольцо обеспечивает качественное уплотнение, то беззазорное второе компрессионное кольцо менее важно. В реальности дело обстоит не так и второе беззазорное компрессионное кольцо может быть средством при получении большей мощности.

Если Вам понравился материал, поставьте, пожалуйста, лайк в вашей социальной сети.

Источник: https://cto-torsion.by/nashe-sto/vidy-rabot/remont-dvigatelya/porshnevye-koltsa-dvigatelya

Из каких материалов изготавливают качественные поршневые кольца| Информация, эксплуатация, обслуживание

Информация

26.01.2015

Из каких материалов изготавливают качественные поршневые кольца

Базовые моменты изготовления поршневых колец будут рассмотрены в статье, а также будут указаны основные материалы для их изготовления.

Современные модификации поршневых колец производятся из перлитного чугуна высокого качества. Этот материал очень хорошо себя зарекомендовал в области мотостроения, поэтому производители очень часто используют именно его.

Перлитный чугун обладает повышенными показателями по антифрикции и износостойкости, которые достигаются при помощи мелких частичек пластинчатого графита.

Именно такая структура позволяет достигать отличных антифракцийных показателей.

Чугунные кольца на этапах своего производства подвергаются обдирке, после чего их искусственно состаривают. Процесс старения происходит исключительно при высоких температурах (более 500 градусов Цельсия).

Поршневые кольца, используемые в самых важных узлах мотосредства, изготавливают методом литья в кокили. Этот способ хорош тем, что после отливки детали получаются практически идеальной формы с минимальными припусками, поэтому финишная обработка сводится к минимуму, ускоряя процесс изготовления поршневых колец.

Те поршневые детали, которые будут эксплуатироваться в узлах с обильной смазкой, очень часто производят из специального состава стали, который носит название пружинная.

Этот материал поддается закаливанию, для чего заготовки опускаются в печи, где постоянно поддерживается температура до 500 градусов Цельсия.

Эти поршневые кольца не могут использоваться в цилиндрах, у которых стенки не отличаются повышенной прочностью.

Реже, но можно встретить поршневые кольца из кованой бронзы, причем бронза может быть абсолютно разных марок, а также из бронзы стандарта БрБ2, которую еще называют бериллиевая.

Некоторые модели поршневых колец могут подвергаться дополнительной обработке по копиру. Если используется этот метод, то каждую деталь точат и фрезеруют, доводя ее размеры до нужных параметров.

Совет

Далее изготавливается замок, для чего в форме создается прорез, а затем концы кольца сводятся, и проводится обработка обеих поверхностей (внутренней и наружной).

Чтобы качественно провести этап обработки, применяют специальные круглошлифовальные станки.

Весь процесс изготовления поршневых колец строго регламентирован. Когда происходит накатка, деталь укладывается в определенную канавку на вращающейся части агрегата. Тыльная сторона кольца обрабатывается роликом, установка которого в станок выполняется определенным образом.

При этом самое максимальное давление создается на обратной от замка стороне поршневого кольца. В результате этого появляется определенная пружинистость кольца, которое стремится выпрыгнуть наружу.

После того как закончена обработка тыльной стороны, поддаются шлифовке торцы и наружная часть поршневого кольца.

Весь процесс обработки поршневого кольца на круглошлифовальном станке называется нагартовкой. В результате подобной обработки происходят изменения во внутренней структуре детали.

Если рассматривать физическую природу процесса, то можно отметить появление такого параметра, как напряжение сжатия, которое задается изначально и строго контролируется изготовителями.

Сжатие должно иметь значение, противоположное напряжению растяжения, поэтому в тот момент, когда происходит установка кольца на поршень, этот параметр строго контролируется. Положительным моментом такого метода считается возможность увеличения габаритных размеров детали без абсолютной потери внешнего давления в структуре заготовки в целом.

Обратите внимание

Но эти этапы не являются завершающими. После них еще идет притирка, происходящая в эталонном цилиндре. Этот узел создан специально для того, чтобы проверить, насколько точно деталь прилегает и какие имеются зазоры. Все эти параметры должны точно соответствовать нормативным значениям, иначе поршневое кольцо не сможет попасть в продажу.

Описанные этапы могут иметь отличия, поскольку каждое производство и каждый изготовитель вносит свои коррективы, учитывая назначения поршневых колец и условия их будущей эксплуатации.

Рекомендуемые товары

15.09.2015Обслуживание аккумулятора для скутера

Свинцово-кислотные аккумуляторы для мототехники производятся двух типов: обслуживаемые и необслуживаемые. Они могут продаваться в заряженном и сухозаряженном состоянии. В последнее время появились еще гелевые

Источник: https://www.moto-scuter.ru/staty/Iz_kakikh_materialov_izgotavlivayut_kachestvennye_porshnevye_koltsa/

Выбор поршневых колец

большинством качеств чугуна, а кроме этого, он может гнуться перед разрушением, что облегчает установку колец.

Эти кольца приемлемы для использования, но форсированные двигатели требуют немного большего, чем быть просто приемлемыми. Так как уровень требовании с годами возрастает, то были найдены другие, более эффективные (и более дорогие) материалы. Одним из первых было нанесение слоя хрома на чугун.

Эти кольца не используют обычный полированный хром, который применяется для бамперов и колпаков колес, а обрабатываются твердым хромом.

Эти кольца были впервые использованы в самолетостроении, где они были необходимы для того, чтобы найти материал, который будет противостоять истиранию и заеданию даже при очень высоких температурах поверхности и высоких давлениях. Также твердый хром очень устойчив к износу.

Хромированные кольца имеют один недостаток; так как они являются очень твердыми; конструкторы двигателей должны использовать точные технологии обработки отверстий цилиндров, чтобы добиться оптимальной работы.

Поршневые кольца, сделанные только из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути, нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома.

И нет ничего особенного в том, что кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец.

Важно

Нержавеющая сталь также имеет способность к противостоянию высокой температуре, превосходящую хромированный чугун.

При попытках увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки были созданы молибденовые кольца. Такое кольцо является обычно кольцом с основой из чугуна с молибденовым покрытием на своей поверхности.

Молибден имеет многие противоизносные свойства хрома, а в некоторых случаях он может иметь даже большую сопротивляемость износу.

С течением времени молибденовые кольца стали, вероятно, основными в форсированных двигателях, так как они долговечные, относительно легко прирабатываются и более надежные.

В заключение рассмотрим керамические поршневые кольца фирмы TRW. Керамическая технология является быстро про1рессирующей, и опыт показал, что при ее применении можно получить необычное поршневое кольцо и увеличить срок службы цилиндров. Однако, если рассмотреть керамическое покрытие отдельно от поверхности кольца, то оно может нанести неисправимые повреждения на стенках цилиндров.

Керамическое кольцо включает в себя неметаллический материал, который очень твердый и износостойкий. Не советуем применять эти кольца, пока не будет достоверных результатов из применения в двигателях.

Источник: https://StudFiles.net/preview/1940527/page:7/

Ремонт двигателя. Кольцевая дорожка

.

Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные. Первые уплотняют камеру сгорания и передают теплоту от поршня в блок (гильзу цилиндра). Вторые препятствуют попаданию масла в камеру сгорания.

Уплотнение компрессионными кольцами происходит за счет прижатия кольца к цилиндру силами упругости материала кольца и давления газов, проникающих из камеры сгорания в заколечное пространство через зазоры.

При частичных нагрузках давление в камере сгорания уменьшается, и основное значение в уплотнении приобретают упругие свойства материала и форма кольца. Высокая температура, разумеется, снижает его упругость.

Совет

Надежность уплотнения зависит и от формы цилиндра (овальность, корсетность), препятствующей плотному прилеганию кольца к цилиндру. Кроме того, неровности сопрягаемых поверхностей, износ цилиндра в зоне остановки колец, износ поршневых канавок и соответствующих поверхностей колец вызывают их вибрацию в осевом и радиальном направлениях, что приводит к усталостному разрушению колец.

На первое поршневое кольцо приходятся самые большие нагрузки.

Оно работает при температуре 180 — 210 °C, и поскольку масляный слой в зоне остановки поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) практически отсутствует, в поверхностных слоях кольца, контактирующих с цилиндром, температура существенно выше — из-за трения.

Увеличение теплового зазора между поршнем и цилиндром при износе вызывает качание поршня при перекладках в верхней и нижней (НМТ) мертвых точках, что придает боковой поверхности кольца бочкообразную форму. Это помогает его всплытию на масляном слое в средней части цилиндра.

  • Второе кольцо работает в более благоприятных условиях, поскольку температура поршня в его зоне значительно ниже (150 — 170 °C), горячих газов меньше, а масляный слой толще.
  • Маслосъемное кольцо меньше подвержено тепловым нагрузкам, однако оно должно регулировать подачу масла к компрессионным кольцам так, чтобы его хватало для смазки, но в камеру сгорания проникало как можно меньше.
  • На долю поршневых колец приходится 40 — 50% всех механических потерь на трение в двигателе, причем на первое компрессионное кольцо — 60%, на второе — 30%, на маслосъемное — 10% затрат энергии на трение колец.

Компрессионные кольца бензиновых двигателей обычно изготавливают из специальных марок чугуна, изредка — из стали (например, кольца диаметром 100 мм для ЗИЛов и УАЗов).

Первое компрессионное кольцо, как правило, прямоугольной формы, но в некоторых случаях на внутреннем диаметре делается довольно большая фаска, создающая напряжение изгиба кольца и улучшающая съем масла.

Такая конструкция принята на «москвичевских» кольцах, а также на изготовленных фирмой Goetze для «Волг» и УАЗов (и подходящих для ГАЗ-53). При установке зарубежных колец необходимо обращать внимание на их правильное положение — верх определяется по надписи «ТОР».

Наружная рабочая поверхность кольца должна иметь покрытие из хрома, обладающего необходимой твердостью и низким коэффициентом трения. Высокая температура плавления хрома не дает произойти «схватыванию» материалов кольца и цилиндра при отсутствии масла в зоне остановки кольца.

Хромовое покрытие должно быть толщиной не менее 0,1 мм (без приборов толщину покрытия можно увидеть на фаске на торце в замке кольца, правда, на отечественных кольцах фаска, как правило, отсутствует или завалена, т.к.

делается вручную; за рубежом эта операция выполняется на специальных шлифовальных станках, вследствие чего фаска чистая, хорошая, и видна толщина хрома).

Хром должен иметь матовый цвет, получаемый при соответствующей гальванической обработке. Это так называемый «пористый» хром, который несколько мягче жесткого, блестящего, лучше прирабатывается и удерживает в микропорах масло, отчего снижаются трение и износ покрытия.

Обратите внимание

В процессе работы покрытие все равно изнашивается, поэтому чем оно толще (в определенных пределах), тем дольше служит.

(Здесь возникает вопрос о различных противоизносных, металлоплакирующих и антифрикционных добавках в масло, но это тема другого разговора.

) Износ хромового покрытия вызывает повышение трения кольца, ускоренный износ основного металла кольца, снижение компрессии и увеличение расхода масла.

Торцы кольца в замке должны быть ровными и хорошо прилегающими друг к другу при сжатии кольца, фаска — маленькой и аккуратной.

При несоблюдении этих требований увеличивается прорыв горячих газов в зоне стыка, вызывающий местный перегрев и повышенный износ кольца.

В случае общего перегрева поршня (например, при перегреве двигателя) возможно исчезновение теплового зазора в замке и, как следствие, задиры и поломки кольца и цилиндра.

Остальные поверхности кольца чаще всего бывают фосфатированы. Это противоизносное и антикоррозионное покрытие должно быть глубоким, что определяется по плотному черному цвету, без просветов основного металла.

Возможны и другие виды покрытий рабочей поверхности, например, молибденовые — снижающие трение, термостойкие (молибден выдерживает температуру до 2620 °C), а также металлокерамические и керамические, наносимые в вакууме или газовых средах с помощью плазменных технологий. Такие покрытия в массовом производстве встречаются достаточно редко и только за рубежом.

При замене колец без ремонта блока или гильз применяются кольца без хрома, т. к. он плохо прирабатывается к поверхности с высокой чистотой, образующейся при длительной работе колец. Если хромированные кольца устанавливаются в работавший цилиндр, то при обкатке двигателя применяются специальные масла, обеспечивающие ускоренную приработку в первую очередь поршневых колец.

Второе компрессионное кольцо решает две задачи: уплотнения зазора между поршнем и цилиндром от газов, проникших за первое кольцо; снятия масла, проникшего за маслосъемное кольцо (не полностью, а пропустив его в количестве, необходимом для смазки первого кольца, то есть деталь играет роль и компрессионного, и маслосъемного колец).

Важно

Это кольцо работает при более низких температурах и наличии достаточного количества масла на трущейся поверхности, поэтому в бензиновых двигателях, как правило, рабочая поверхность кольца не покрывается хромом — оно целиком фосфатируется или покрывается каким-либо другим противоизносным слоем, например, оловом. Материал кольца практически у всех производителей — специальный чугун.

Для выполнения маслосъемной функции рабочая поверхность кольца имеет проточку с острой кромкой или делается в форме конуса с очень малым углом (так называемое «минутное» кольцо, которое также может иметь проточку на рабочей поверхности или на внутренней — вызывающую искривление кольца и образование на рабочей поверхности острой кромки). Cпецифическая форма кольца требует его правильной установки на поршень. «Минутные» кольца для бензиновых двигателей, более сложные и дорогие, наша промышленность не выпускает. За рубежом делают кольца всех типов.

Сравнивая особенности конструкции второго компрессионного кольца, т.е.

способы образования маслосъемной кромки, можно отметить положительный момент у колец с наружной проточкой и «минутных»: у них, по сравнению с кольцами, имеющими проточку на внутренней поверхности, не искажаются плоскости прилегания кольца к сопрягаемым поверхностям канавок поршня. Благодаря этому канавка не деформируется, улучшается теплоотвод от поршня и повышается ресурс цилиндропоршневой группы.

Окончательно конструкцию кольца можно подобрать только опытным путем, проводя ресурсные испытания. Обращаясь к опыту ведущих мировых производителей, можно сказать, что они чаще применяют «минутные» кольца с проточкой или без нее.

У нас для «Волг» продаются кольца фирмы Goetze «минутного» типа. Для ВАЗов применяется второе компрессионное кольцо прямоугольной формы с проточкой по рабочей поверхности.

При выборе комплекта колец нужно обратить особое внимание на стык и покрытие, как было указано выше.

Перейдем к маслосъемному кольцу. Из всего комплекта колец оно работает в наиболее легких условиях — как по температуре, так и по условиям смазки. Его задача — регулировать количество масла, поступающего к компрессионным кольцам, обеспечивая смазку первого компрессионного кольца, но не допуская при этом излишнего поступления масла в камеру сгорания.

Чаще всего используются два конструктивных исполнения кольца — коробчатого типа и сборной конструкции.

Совет

Коробчатое кольцо изготавливают из чугуна. Оно имеет на рабочей поверхности два пояска, снимающих масло с поверхности цилиндра. Пояски бывают различной формы, например, прямоугольные (двигатель типа 412) или трапециевидные с разным направлением уклона.

Для увеличения жесткости кольца, повышающей степень съема масла, внутри устанавливают пружинный расширитель.

Кольцо сборной конструкции состоит из двух стальных колец, которые удерживаются в канавке расширителями различной конструкции. Каждое из колец работает в какой-то степени независимо друг от друга, повышая тем самым маслосъемные свойства этого типа конструкции.

Однако при износе хромового покрытия на рабочей кромке происходит резкое увеличение коэффициента трения при контакте стального кольца с чугуном цилиндра в зоне остановки кольца в ВМТ и НМТ, и там появляется ступенька, приводящая к вибрации кольца и прогрессирующему износу кольца и цилиндра, а в зоне ВМТ — еще и компрессионных колец (на этот сложный процесс значительное влияние оказывают свойства масла и его температура).

Коробчатое кольцо такого дефекта не имеет, т. к. изготавливается из чугуна (коэффициент трения пары «чугун-чугун» равен 0,15, а пары «сталь-чугун» — 0,18). При износе хромового покрытия это кольцо меньше изнашивает цилиндр и не создает уступа, как стальное.

Вне зон ВМТ и НМТ, когда увеличивается скорость поршня, происходит всплытие колец на масляной пленке, пропадает контакт колец с поверхностью цилиндра. Износ исчезает, что хорошо видно при осмотре поверхности цилиндра.

Для двигателей, имеющих небольшую наработку (как правило, у машин, находящихся в личном пользовании), конструкция маслосъемного кольца безразлична, здесь решающим фактором является качество хромового покрытия. А вот для двигателей с большой наработкой (у автомобилей, используемых в коммерческих целях) более предпочтительно использование маслосъемных колец коробчатого типа.

Остальные поверхности маслосъемного кольца, как правило, фосфатируются.

General Motors, Volkswagen, Mercedes-Benz, Fiat, BMW, Chrysler, Porsche чаще применяют в двигателях легковых машин коробчатые кольца, Ford и Renault — сборные. В зависимости от задач применяются как коробчатые, так и сборные и другие виды маслосъемных колец.

Обратите внимание

Для дизелей применяются только коробчатые маслосъемные кольца. В связи с повышенной теплонапряженностью дизельной цилиндропоршневой группы необходимо еще более тщательно контролировать качество используемых деталей. Здесь доверие «левшам» стоит значительно дороже.

После замены колец наступает важный момент — обкатка двигателя. В это время пара трения «кольцо-цилиндр» требует особого внимания, т.к. поверхность кольца, покрытая хромом (особенно хромом низкого качества), усиленно снимает поверхностный слой цилиндра, где при окончательной обработке нанесены риски для создания маслоудерживающей сетки.

В нашей стране и за рубежом давно применяются различные обкаточные масла или добавки в рабочие масла, способствующие ускоренному созданию микрорельефа со сглаженными вершинами (за счет физико-химических реакций в наиболее нагруженных зонах). Конечно, необходимо тщательно соблюдать требования производителей масел и добавок.

Оптимальная поверхность, без выступающих элементов, испытывает меньшие контактные нагрузки. По ней более равномерно распределяется масляная пленка, выдерживающая большие давления, которые возникают во время работы. Таким образом, ускоренная приработка колец и поверхности цилиндра — залог увеличенного ресурса двигателя.

Мы рассмотрели лишь основные моменты работы колец. Многофакторность функционирования системы «поршень-кольца-масло-температура двигателя-тип рабочего процесса» требует анализа работы каждого элемента в различных условиях эксплуатации.

Источник: http://5koleso.ru/articles/garazh/remont-dvigatelya-kolcevaya-dorozhka

Как определить, что залегли поршневые кольца? ᐉ Ответы экспертов Техничка Экспресс

Поршневые кольца в современном авто предназначены для компенсации небольшого зазора, имеющегося между поршнем и цилиндром, создания достаточного уплотнения и надежной герметизации камеры сгорания. Они ставятся в специально предназначенные для этого канавки на поршне ДВС. В этой статье мы разберемся, как определить, что залегли поршневые кольца, а также более подробно рассмотрим их работу.

Конструктивные особенности

Данный элемент подвижен: в процессе эксплуатации он способен немного сжиматься и разжиматься. Эту функцию ему придает специальная прорезь-замок. Такое конструктивное решение не дает отработавшим газам попадать в картер мотора, а моторному маслу – в камеру сгорания.

По назначению детали делятся на две группы:

  • Компрессионные;
  • Малосъемные.

Признаки неисправности

Как правило, первыми дают сбой малосъемные кольца, немного позже выходят из строя и компрессионные. Выявить проблему сложно по следующим изменениям в работе транспортного средства:

  • Движок на холодную стал заводиться с трудом;
  • Появился синий масляный дым при работе ДВС;
  • ДВС не может работать на максимальной мощности;
  • Снизилась компрессия в цилиндрах;
  • Автомобиль стал потреблять больше моторного масла.

Если вы заметили несколько перечисленных выше признаков, советуем вам измерить компрессию мотора. При залегании поршневых колец степень сжатия топливно-воздушной степени снижается.

Почему это происходит?

Предлагаем вам разобраться с причинами проблемы, чтобы понять, как можно продлить срок безремонтной эксплуатации запчасти.

К описываемой неисправности чаще всего приводит постепенное скопление нагара и коксование в камере сгорания. Этому способствуют следующие факторы:

  • Длительные перегрузки ДВС;
  • Использование низкокачественной смазки;
  • Игнорирование рекомендованных сроков замена масла;
  • Некорректная работа двигателя;
  • Эксплуатация авто без достаточного предварительного прогрева.

Профилактические меры

Дополнительно в профилактических целях можно использовать специальные присадки, которые добавляются в масло или топливо. Они мягко очищают камеру сгорания от нагара, но могут применяться лишь для предотвращения проблемы, поскольку не в силах справиться с толстым слоем отложений.

Вам нужны качественные комплектующие для ремонта автомобиля? Интернет-магазин «Техничка-Экспресс» предлагает полный ассортимент автозапчастей для легковых и грузовых авто. Здесь вы подберете все необходимое!

Поршневые кольца - обзор

1.10 Рыночные возможности

Ниже перечислены несколько часто обсуждаемых рыночных возможностей и некоторая соответствующая информация об аспектах роста, связанных с MIM и его будущим.

Потребители, сотовые телефоны и компьютеры продолжают расти. Сравнение раздела 2007 и 2009 годов показывает более широкое использование MIM в портативных устройствах, от сотовых телефонов до портативных компьютеров. Компоненты небольшие, сложные и прочные, применяются в переключателях, кнопках, петлях, защелках и декоративных устройствах.Поскольку большая часть сборки находится в Азии, производство запчастей переместилось в Азию, чтобы сократить количество линий поставок.

Огнестрельное оружие подверглось быстрой эскалации после выборов Обамы в ноябре 2008 года на пост президента США из-за опасений новых ограничительных законов об оружии; хотя эта волна прошла в Северной Америке, временный всплеск компенсировал экономический спад, наблюдаемый во многих других областях. Военные закупки компонентов огнестрельного оружия начали замедляться. Однако более мелкие производители огнестрельного оружия начали использовать MIM.

Промышленные, ручные и бытовые инструменты остаются прочными и устойчивыми и включают клапаны, водопровод, распылитель, гаечные ключи, мультитулы, мельницы для перца, ножницы, дисковые пилы, пистолеты для забивания гвоздей и аналогичные устройства.

Автомобильные приложения для MIM начали расти с использованием в турбокомпрессорах, топливных форсунках, компонентах управления (крепления часов, входные замки, ручки и рычаги) и подъемниках клапанов. Это началось в США для приложений Buick и Chrysler, но лидерство перешло в Японию с приложениями Honda и Toyota от интегрированных поставщиков (Nippon Piston Rings) для турбонагнетателей и клапанов.Впоследствии европейские магазины MIM подхватили материалы и приложения, открывшиеся благодаря более мощным, но меньшим двигателям, и эта волна стала глобальной. Есть много жалоб на производство автомобильных запчастей, но оно генерирует большие объемы продаж, которые помогают снизить все затраты и улучшить отрасль. Все ожидания заключаются в том, что MIM продолжит расти в автомобильном секторе.

Медицинские приложения растут на основе первых эндоскопических устройств и станут огромными по мере того, как MIM получит широкое распространение.

Большая часть недавнего роста пришлась на малоинвазивные хирургические инструменты и роботизированные устройства. Ранние разочарования были связаны со временем, чтобы получить квалификацию, и относительно небольшими партиями многих хирургических инструментов. Теперь адаптация к рынку показывает, что гораздо более высокие цены позволяют производить рентабельное производство MIM меньшими партиями. Например, с имплантатами коленного сустава в США производится один миллион замен в год, так что это привлекательная возможность. Однако есть левое и правое колено и около 12 дизайнов или стилей.Таким образом, фрагментация показывает в среднем 40 000 единиц дизайна в год, а поскольку на этом рынке есть три лидера, любая компания может заказывать только 12 000 каждой детали в год. Это приложение для MIM с небольшим объемом производства. Однако цены допускают продажи, которые могут достигать 4 миллионов долларов за дизайн. Пока только несколько фирм MIM занимаются производством имплантатов, в то время как многие ищут заказы на ручные хирургические инструменты. Минимально инвазивные хирургические инструменты - отличная возможность для MIM.Устройства с микропроцессорами часто используются для новых генетических датчиков (микростолбы, микротекстуры и микромассивы). Это будут небольшие устройства, которые потенциально могут использоваться в огромных количествах для экспресс-анализа крови и выявления заболеваний.

Стоматология в этой области давно назрела, и сегодня существует несколько фирм, занимающихся изготовлением ортодонтических скоб. Тем не менее, новые конструкции инструментов и ручных инструментов открыли особые возможности для дизайна с микрочипами.Таким образом, MIM переходит от своей сильной исторической позиции в области ортодонтических скоб к ручным инструментам и специальным эндодонтическим хирургическим устройствам.

Аэрокосмические приложения для MIM демонстрируются в течение 30 лет. Сейчас начинается новая волна усилий, вызванная соображениями стоимости и предполагаемой экономией с помощью MIM. В этой сфере действует около десятка фирм. Как и в медицине, объемы производства часто невелики, порядка 10 000 штук в год, но цены за единицу высоки.

Применение освещения для MIM ограничено тугоплавкими металлами и керамикой, и разработки в этой области находятся в руках большой тройки - Sylvania, Philips и General Electric. После стольких ранних усилий жизнеспособность MIM находится под серьезным сомнением из-за снижения стоимости и использования конкурирующих светодиодных устройств. Были показаны крепления для светодиодных устройств из меди с помощью MIM, но стоимость, вероятно, будет работать против MIM.

Спортинговые приложения существуют уже 20 лет, но, похоже, затраты в этой области не соответствуют MIM, и распространение MIM остается небольшим.Прошлые успехи включали в себя металлические опоры для футбольных наколенников, корпусов дротиков, клюшек для гольфа и беговых уток.

Приложения для ювелирных изделий являются новыми для MIM и потенциально могут быстро расти по мере того, как будут приняты альтернативные материалы (не золотые и не серебряные). К ним относятся титан, полированная нержавеющая сталь, тантал и даже бронза.

Размер рынка для некоторых из них довольно велик, в то время как другие, не перечисленные выше, могут вырасти, но ключевые игроки находятся в Азии, и сомнительно, что новые участники могут сыграть роль.

На конференциях обсуждаются будущие возможности, возникающие в результате исследований и разработок (НИОКР). Некоторые из ведущих возможностей включают композиты со сверхвысокой теплопроводностью (например, медь-алмаз) для теплоотводов. Демонстрационные образцы, достигающие теплопроводности 580 Вт / (мК), были продемонстрированы японской фирмой MIM для использования в суперкомпьютерах, высокопроизводительных серверах, радиолокационных системах с фазированной антенной решеткой, военной электронике, гибридных системах управления транспортными средствами, игровых компьютерах и других приложениях, требующих высокой мощности. вычисление производительности.Одно из таких устройств изображено на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Медное устройство теплопередачи MIM, используемое для электронного охлаждения.

Фотография любезно предоставлена ​​Lye King Tan.

Связанная область находится в конструкциях паровых камер, обычно из меди, где закрытая внутренняя камера из пористого металла используется для применения технологии тепловых трубок для решения аналогичной проблемы, требующей рассеивания тепла вокруг электроники.

Аналогичным образом, еще одна область - это радиаторы для светодиодов, где для монтажа полупроводников используются медные массивы, с отчетами о 100-граммовых массивах с ценой всего $ 0.75 на крепление; эти демонстрации в основном пришли из Азии.

Микроминиатюрный MIM для медицинских малоинвазивных хирургических инструментов - это область развития, включающая очень маленькие компоненты для концевых манипуляторов, таких как резаки, захваты и средства доставки лекарств. Большинство из них изготовлено из нержавеющей стали, а образцы компонентов продаются по цене от 2 до 15 долларов за штуку. На рис. 1.5 показан один пример, использованный при ремонте плеча.

Рис. 1.5. Медицинский имплантат MIM из нержавеющей стали.

Фотография любезно предоставлена ​​Федерацией порошковой промышленности.

Другие микроминиатюрные приложения MIM включают компоненты для сотовых телефонов, компьютеров, портативных электронных устройств и ручных стоматологических инструментов для эндодонтического использования и чистки зубов. Ожидается, что имплантаты, такие как зубные штифты, компоненты для выравнивания связок, реконструкция слухового канала (уха), доставка лекарств, сердечные клапаны, искусственные колени, плечи и бедра, будут стоить миллиард долларов, но потребуют значительных усилий и ресурсов для понимать; Stryker и Medtronic наладили внутреннее производство, Zimmer и Biomed решили работать с несколькими магазинами MIM, а Accellent решила получить полную квалификацию для любых приложений на индивидуальной основе.

Микроматрицы с сотнями и тысячами контактов, штифтов или отверстий для одноразовых устройств типа «лаборатория на чипе» используются при анализе крови, оценке заболевания, анализе ДНК для прогнозирования заболевания и тестах на белок; к 2013 году объем продаж рынка биочипов достигнет 3,8 миллиарда долларов, и в настоящее время проводятся серьезные исследования в поддержку этих усилий. У Hewlett-Packard и Государственного университета Орегона есть небольшой центр MIM, изучающий варианты, но деятельность также продолжается в Германии, Сингапуре и Японии.

Титановые биосовместимые структуры, например, для прикрепления тканей, имплантаты, хирургические инструменты, имплантаты инструментов и даже спортивные приспособления, представляют собой еще одну область развития. Около 19 фирм имеют тот или иной вариант титана, но лишь немногие из них сосредоточились на медицинском качестве. Пористый титан MIM предлагает возможность инфузии гидроксиапатита (кости); Пример устройства MIM для зубных имплантатов показан на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Титановый зубной имплантат, сформированный MIM, со специально созданной пористой областью для прорастания кости.

Фотография любезно предоставлена ​​Эриком Барилом.

Еще одним примером являются аппаратные инструменты из инструментальной стали, такие как резьбонарезные устройства для чугунных водопроводных или водопроводных труб, ручные инструменты, клапаны и фитинги, ручки, формовочные инструменты, сверла, штампы. Кроме того, с использованием Ковара разрабатываются герметичные корпуса для микроэлектроники, позволяющие герметизировать стекло по металлу. На рис. 1.7 показан пример части MIM, герметизированной свинцом. Этот дизайн обычно продается по 30 долларов за штуку.

Рис. 1.7. Герметичный микроэлектронный корпус «Ковар» с присоединенными к нему стеклометаллическими герметизированными выводами.

Компонент любезно предоставлен Иминь Ли.

Применяется в аэрокосмической отрасли для корпусов из суперсплавов меньшего размера, таких как IN 625, 713, 718, 723 или Hastelloy X, где высокая детализация, хорошая обработка поверхности и сложность формы являются финансово привлекательными для военных и коммерческих приложений. Polymer Technologies, Maetta Sciences, PCC Advanced Forming, Parmatech, Advanced Materials Technology, Advanced Powder Processing и несколько других компаний позиционируют себя в этой области.

Из этого общего числа компаний большинство практикуют MIM.Распределение годовых продаж для 366 фирм PIM показано на рис. 1.8. Этот график показывает, что почти половина из них маленькие, с годовым объемом продаж менее 1 миллиона долларов. Это разбиение, которое примерно основано на трехкратном размере шага, начиная со 100000 для небольших фирм и увеличиваясь, чтобы показать пять фирм PIM с суммой более 30 миллионов долларов.

Рис. 1.8. Диаграмма распределения продаж для глобальных фирм MIM, показывающая, что объем продаж находится в диапазоне от 1 до 3 миллионов долларов в год, и более половины фирм имеют годовой объем продаж менее 1 миллиона долларов.

Markus Söderfjäll Print II.pdf

% PDF-1.6 % 1 0 объект > эндобдж 3832 0 объект > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 3553 0 объект > эндобдж 3833 0 объект > поток 2017-03-29T16: 50: 49 + 01: 002017-03-31T16: 59: 06 + 02: 002017-03-31T16: 59: 06 + 02: 00 Устройство = Xerox5000A4, CustomPageSize = True, Duplex = False, Collate = CollateDEF, PrepsScreening = valueKodak Preps Version 5.3.3 (595) application / pdf

  • Markus Söderfjäll Print II.pdf
  • uuid: 29514a8c-8f2a-4df5-8a3c-2984dbc8f95duuid: 179cf12d-6164-4765-a741-98ed3cf07246 конечный поток эндобдж 39 0 объект > эндобдж 3834 0 объект > эндобдж 3840 0 объектов > эндобдж 3841 0 объект > эндобдж 3842 0 объект > эндобдж 3843 0 объект > эндобдж 3844 0 объект > / Шрифт >>> / Повернуть 0 / StructParents 0 / Тип / Страница >> эндобдж 3845 0 объект > поток BT / P> BDC / CS0 cs 0 scn / TT0 1 Тс 10.삠 + v! A {Bhk 5YliFe̓T?} YV- ަ xBm̒N (} H) &, #

    Охлаждение поршня

    Охлаждение поршня

    Hannu Jääskeläinen

    Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
    Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

    Abstract : Необходимо контролировать максимальную температуру поршня, чтобы предотвратить преждевременный износ поршня и повреждение двигателя. Поршень может охлаждаться струей масляного распылителя, направляемой в нижнюю часть поршня, или маслом, протекающим через охлаждающий канал или галерею, встроенную в поршень.

    Температура поршня

    Для предотвращения преждевременного износа и выхода поршня из строя и последующего повреждения двигателя необходимо контролировать максимальную температуру поршня - или, более конкретно, определенных ключевых областей поршня, таких как канавка верхнего кольца и обод барабана. Около 3-5% энергии топлива в покоящихся камерах сгорания и 6-8% в камерах вихревого типа передается на поршень. Если поршень не охлаждается, до 60% этого тепла может проходить через область поршневого кольца в рубашку охлаждения.Дополнительное тепло передается через юбку в рубашку охлаждающей жидкости и от нижней части поршня через брызги / туман масла к маслу картера [371] . Если поршень охлаждается маслом, значительная часть этого тепла уносится маслом, уменьшая относительное количество, которое проходит через область кольца. На фиг.1 показано влияние этой теплопередачи в поршне бензинового двигателя и поршне [3466] дизельного двигателя с масляным охлаждением.

    Рисунок 1 .Максимальное распределение температуры в поршне дизельного двигателя с бензиновым и масляным охлаждением

    (Источник: Mahle)

    Температура поршня бензинового двигателя самая высокая в центре днища поршня и снижается к верхней поверхности. Для поршней дизельных двигателей и бензиновых двигателей DI с поршнем в форме чаши максимальная температура возникает на краю чаши, а оттуда падает к центру чаши и к верхней площадке. В дизельных двигателях температурный профиль по окружности обода камеры в значительной степени определяется количеством и ориентацией отверстий для впрыска, давлением впрыска, временем и продолжительностью впрыска, а также геометрией камеры сгорания.Самые высокие температуры вокруг обода чаши возникают в местах, которые совпадают с центром горящих форсунок дизельного топлива. В результате неравномерного ввода тепла через эти «лепестки горения» характерен волнообразный температурный профиль. Разница между максимальной и минимальной температурой по окружности обода чаши в некоторых случаях может превышать 40 ° C.

    Тепловая нагрузка на поршень и результирующий температурный профиль влияют на работу поршня и, если превышаются максимальные пределы температуры, могут привести к отказу компонентов и повреждению двигателя.Три критических эффекта: [3466] :

    • Усталостная прочность поршня. Повышенная температура поршня снижает сопротивление усталости поршня. В некоторых алюминиевых поршневых сплавах потеря сопротивления усталости может достигать 80% по сравнению со свойствами при комнатной температуре. Черные металлы менее чувствительны при температурах до 400 ° C.
    • Если температура в области поршневого кольца становится слишком высокой, это может привести к пластической деформации и повышенному износу, особенно в первой канавке поршневого кольца.Кроме того, закоксовывание смазки может привести к отложению нагара в кольцевой канавке, который может действовать как изолятор или вызывать прилипание кольца.
    • Радиальная деформация поршня. Это влияет на шум, потери на трение и зазоры между поршнем и другими компонентами. Если не соблюдаются достаточные зазоры во всех возможных условиях работы двигателя, это может привести к заклиниванию поршня или контакту с клапанами.

    Некоторые типичные значения температуры для поршней легковых автомобилей: [3466] :

    • Центр днища поршня (бензиновый двигатель, левый впрыск) 270–310 ° C
    • Чаша днища поршня (бензиновый двигатель, прямой впрыск) 270–350 ° C
    • Обод чаши (дизельный двигатель, непосредственный впрыск) 350–400 ° C
    • Опорная поверхность 200–250 ° C
    • Отверстие под палец (зенит) 200–250 ° C
    • Верхняя кольцевая канавка (струйное охлаждение, канал охлаждения соляного керна) 200–280 ° C
    • Канавка верхнего кольца (охлаждаемая опора кольца) 180–230 ° C
    • Канал охлаждения (зенит) 250–300 ° C

    Основная причина охлаждения поршня - это контроль температуры в нескольких из вышеперечисленных ключевых областей.Температуры поршней масштабируются в зависимости от выходной мощности двигателя, так что во избежание чрезмерных температур поршня выходная мощность двигателя может быть ограничена соображениями температуры поршня, рис. 2. На этом рисунке показана номинальная мощность на единицу площади поршня (π · отверстие 2 / 4) для двигателей, обследованных в 1990-е годы [371] .

    Рисунок 2 . Мощность двигателя на единицу площади поршня для двигателей примерно 1990-х годов

    Примечание: для диаметра отверстия / хода ~ 1, 1,0 МВт / м 2 ~ 10 кВт / л

    В приложениях с более низкой удельной мощностью, оснащенных алюминиевыми поршнями, проводимость материала высока, а площадь поверхности, контактирующая с гильзой, достаточно велика, чтобы поршень можно было эксплуатировать без охлаждения или с масляной струей, направленной на дно поршня без превышения максимального размера поршня. температуры.В случае поршней из черных металлов это, как правило, невозможно из-за меньшей площади поверхности, контактирующей с гильзой, и низкой теплопроводности материала; масляное охлаждение необходимо [371] .

    ###

    Патент США на конструкцию для установки поршневого кольца Патент (Патент № 9,109,699, выдан 18 августа 2015 г.)

    ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ

    Настоящая заявка испрашивает приоритет корейской патентной заявки № 10-2012-0118110, поданной 10 октября.23, 2012, полное содержание этой заявки включено в настоящий документ для всех целей посредством этой ссылки.

    ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    1. Область изобретения

    Настоящее изобретение в целом относится к конструкции для установки поршневого кольца и, в частности, к конструкции для установки поршневого кольца, которое, когда Поршневые кольца установлены вокруг головки поршня, что позволяет торцевым зазорам, образованным в поршневых кольцах, вращаться на различных участках в направлении по окружности головки поршня, тем самым предотвращая совмещение концевых зазоров и, таким образом, уменьшая выброс картерного газа.

    2. Описание предшествующего уровня техники

    Обычно явление «прорыва» возникает, когда небольшое количество топливно-воздушной смеси выходит между стенкой цилиндра и поршнем во время нормальной работы двигателя внутреннего сгорания, а топливо - воздушная смесь называется «картерным газом».

    Такой прорыв случается в большинстве автомобилей, а поршневое кольцо и моторное масло выполняют функцию уплотнения, чтобы свести к минимуму прорыв.

    РИС. 1 показана конструкция для установки поршневых колец согласно известному уровню техники.

    Ссылаясь на фиг. 1, множество кольцевых канавок 1, , , сформировано вдоль окружного направления головки поршня 1 , и поршневые кольца 2 соответственно вставлены в кольцевые канавки , , и . Здесь поршневое кольцо имеет торцевой зазор 2, , и в виде частично разрезанного участка. Поршневые кольца 2 свободно вращаются в кольцевых канавках 1 a при нормальной работе двигателя.

    Однако, когда концевые зазоры поршневых колец совпадают друг с другом во время вращения, количество картерного газа значительно увеличивается, вызывая турбообрастание и ухудшение характеристик при последующей обработке.

    Для решения этой проблемы была предложена технология, в которой стопоры формируются в кольцевых канавках, чтобы предотвратить вращение поршневых колец. Однако в этом случае, поскольку поршневые кольца не могут вращаться, происходит односторонний износ поршня и прилипание поршневых колец, и, следовательно, на поршне возникает явление задира.

    Информация, раскрытая в этом разделе «Предпосылки изобретения», предназначена только для улучшения понимания общей предпосылки изобретения и не должна восприниматься как подтверждение или любая форма предположения, что эта информация составляет предшествующий уровень техники, уже известный специалисту в данной области. Изобразительное искусство.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Соответственно, настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеупомянутых проблем, возникающих в предшествующем уровне техники, и настоящее изобретение пытается предложить конструкцию для установки поршневого кольца, которое, когда множество поршневых колец установленный вокруг головки поршня, позволяет торцевым зазорам, образованным в поршневых кольцах, вращаться на различных участках в направлении по окружности головки поршня, тем самым предотвращая совмещение концевых зазоров по линии и, таким образом, уменьшая выброс картерного газа.

    Различные аспекты настоящего изобретения обеспечивают конструкцию для установки поршневого кольца, установленного вокруг головки поршня поршня, при этом поршневое кольцо имеет торцевой зазор между обеими его торцевыми сторонами, причем конструкция включает кольцевую канавку, сформированную по окружности. головки поршня с направляющей выемкой, образованной по окружности в наружной стенке кольцевой канавки в определенном сечении, при этом поршневое кольцо вставлено с возможностью вращения в кольцевую канавку, и направляющий выступ, образованный на внутренней окружности поршневого кольца и предусмотрен в секции направляющей выемки, так что направляющий выступ вращается внутри секции, при этом конструкция сконфигурирована так, что, когда множество поршневых колец соответственно установлено в направляющих выемках вокруг головки поршня, участки вращения концевых зазоров поршневые кольца не совмещены друг с другом.

    Направляющий выступ может быть образован на торцевой стороне поршневого кольца.

    Направляющий выступ может быть образован на обеих торцевых сторонах поршневого кольца.

    Конструкция может быть сконфигурирована так, что, когда множество поршневых колец установлено вокруг головки поршня, участок направляющей выемки в одной кольцевой канавке не совпадает с участками направляющих выемок в другой кольцевой канавке.

    Конструкция может быть сконфигурирована так, что, когда множество поршневых колец установлено вокруг головки поршня, секции направляющих выемок, сформированные в соответствующих кольцевых канавках, обеспечиваются через равные интервалы в направлении по окружности головки поршня.

    В соответствии с настоящим изобретением направляющий выступ предусмотрен в части направляющей выемки, так что направляющий выступ примыкает к торцевому зазору поршневого кольца, так что соответствующие участки вращения концевых зазоров соответствующих поршневых колец делают не перекрываются друг с другом, даже когда поршневые кольца вращаются, тем самым уменьшая выброс картерных газов.

    Способы и устройства по настоящему изобретению имеют другие особенности и преимущества, которые будут очевидны или изложены более подробно на прилагаемых чертежах, которые включены в данный документ, и в следующем подробном описании, которые вместе служат для объяснения определенных принципов. настоящего изобретения.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    ФИГ. 1 представляет собой вид, показывающий состояние головки поршня, снабженной поршневыми кольцами с концевыми зазорами, выровненными друг относительно друга, согласно известному уровню техники;

    РИС. 2 - вид спереди, показывающий состояние примерной головки поршня, оснащенной поршневыми кольцами согласно настоящему изобретению;

    РИС. 3 - вид в разрезе, показывающий состояние примерной головки поршня, оснащенной поршневым кольцом согласно настоящему изобретению;

    РИС.4 - вид, показывающий состояние головки поршня и поршневого кольца, показанных на фиг. 3 в разобранном виде;

    РИС. 5A и 5B - виды, поясняющие конструкции направляющих пазов в соответствии с количеством поршневых колец, которые должны быть установлены в соответствии с настоящим изобретением;

    РИС. 6 показаны два вида головки поршня по фиг. 2 с двумя поршневыми кольцами, взятыми по линиям A-A и B-B соответственно; и

    ФИГ. 7 показаны три вида головки поршня по фиг.2 с тремя поршневыми кольцами, которые расположены по линиям A-A, B-B и C-C соответственно.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

    Теперь будет сделана подробная ссылка на различные варианты осуществления настоящего изобретения (-ий), примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах и описаны ниже. Хотя изобретение (-я) будет описано в связи с примерными вариантами осуществления, следует понимать, что настоящее описание не предназначено для ограничения изобретения (-ий) этими примерными вариантами осуществления.Напротив, изобретение (я) предназначены для охвата не только примерных вариантов осуществления, но также различных альтернатив, модификаций, эквивалентов и других вариантов осуществления, которые могут быть включены в сущность и объем изобретения, как определено прилагаемыми претензии.

    Конструкция для установки поршневого кольца, показанная на фиг. 2-7 обычно включает в себя монтажную конструкцию для поршня 10 и поршневого кольца 18 .

    В частности, поршень , 10, включает кольцевую канавку , 14, в окружном направлении, а кольцевая канавка предусмотрена на его внешней стенке с направляющей выемкой , 16, в определенном сечении или заданной угловой области по окружности из них.Поршневое кольцо 18 имеет направляющий выступ 20 на внутренней периферийной поверхности. Поршневое кольцо вставлено с возможностью вращения в кольцевую канавку , 14, , так что направляющий выступ 20 предусмотрен в секции направляющей выемки , 16, , так что направляющий выступ перемещается и вращается внутри секции.

    Здесь монтажная конструкция сконфигурирована так, что, когда множество поршневых колец 18 установлено вокруг головки поршня 12 , участок вращения торцевого зазора 18 a сформирован в определенном поршневом кольце или выбранное одно из поршневых колец не перекрывается с концевыми зазорами 18 a других поршневых колец 18 .

    РИС. 2 представляет собой вид спереди, показывающий состояние головки поршня 12 , снабженной поршневыми кольцами 18 согласно настоящему изобретению, фиг. 3 представляет собой вид в разрезе, показывающий состояние головки поршня 12 , снабженной поршневым кольцом 18 согласно настоящему изобретению, а фиг. 4 представляет собой вид, показывающий состояние поршневой головки 12 и поршневого кольца 18 , показанных на фиг. 3 в разобранном виде.

    Как показано на фиг.2-4, поршень , 10, снабжен цилиндрической поршневой головкой , 12, на своей верхней стороне, в которой по меньшей мере две кольцевые канавки , 14, образованы в его окружном направлении. Направляющая выемка , 16, в форме выреза сформирована по окружности на внешней стенке кольцевой канавки , 14, в пределах определенного сечения или заданной угловой области.

    Здесь участок направляющей выемки , 16, может быть разделен на подсекции с определенным или заранее заданным углом в окружном направлении кольцевой канавки , 14, .Диапазон угла наклона частей направляющих выемок , 16, может варьироваться в зависимости от количества поршневых колец , 18, , которые должны быть установлены.

    Поршневое кольцо 18 имеет на своей внутренней поверхности направляющий выступ 20 , который выступает в сторону кольцевой канавки 14 . Поршневое кольцо 18 вставлено в кольцевую канавку 14 таким образом, что направляющий выступ 20 находится внутри секции направляющей выемки 16 , так что направляющий выступ 20 может перемещаться только внутри секции направляющей выемки 16 .

    То есть, поскольку направляющий выступ 20 предусмотрен внутри участка направляющей выемки 16 , когда поршневое кольцо 18 вращается вдоль кольцевой канавки 14 , при повороте направляющий выступ 20 , которое будет вращаться вместе с поршневым кольцом 18 , входит в зацепление с обеими ступенчатыми частями направляющей выемки и прекращает вращение на этих участках, так что поршневое кольцо 18 также перестает вращаться.

    В частности, концевые зазоры 18, , , , сформированные в соответствующих поршневых кольцах 18, , сформированы так, что при вращении поршневых колец концевые зазоры 18, , , перемещаются и вращаются в пределах различных участков вращения.

    Таким образом, участки вращения концевых зазоров 18 a , сформированные в соответствующих поршневых кольцах 18 , не перекрываются друг с другом, так что во время нормальной работы двигателя концевые зазоры 18 a не могут совпадать друг с другом, что позволяет избежать увеличения количества картерных газов.

    Направляющий выступ 20 может быть образован на конце поршневого кольца 18 . То есть направляющий выступ 20, может быть сформирован на одной торцевой стороне или другой торцевой стороне поршневого кольца 18 , где образуется торцевой зазор 18 a .

    Однако, как показано на фиг. 3 и 4, направляющий выступ 20 может быть сформирован на обеих торцевых сторонах поршневого кольца 18 , где образуется торцевой зазор 18 a .

    То есть монтажная конструкция согласно настоящему изобретению сконфигурирована таким образом, что торцевой зазор 18 a формируется вблизи направляющего выступа 20 , чтобы сделать участки вращения соответствующих направляющих выступов разными, тем самым естественным образом предотвращая перекрытие торцевых зазоров 18 a.

    РИС. 5A и 5B - виды, поясняющие конструкции направляющих пазов , 16, в соответствии с количеством поршневых колец 18 , которые должны быть установлены согласно настоящему изобретению. Фиг. 6 показаны два вида головки поршня 12, на фиг. 2 с двумя поршневыми кольцами 18 , которые выполнены по линиям A-A и B-B, соответственно, и фиг. 7 показаны три вида головки поршня 12, на фиг. 2 с тремя поршневыми кольцами 18 , которые взяты по линиям A-A, B-B и C-C соответственно.

    Ссылаясь на фиг. 5A, 5 B, 6 и 7 , монтажная конструкция изобретения может быть сконфигурирована так, что, когда множество направляющих углублений 16 сформировано вокруг головки поршня 12 , секции, вдоль которых Направляющие выемки , 16, сформированы не совпадающими друг с другом в окружном направлении головки поршня 12 .

    Когда множество направляющих углублений , 16, сформировано вокруг головки поршня , 12, , секции направляющих углублений , 16, могут быть предусмотрены с равными интервалами в окружном направлении головки поршня , 12, .

    То есть, когда два поршневых кольца 18 установлены, как показано на фиг. 5A и 6, каждая из секций направляющих углублений , 16, может быть образована под углом 180 ° в окружном направлении кольцевой канавки 14 . Однако секции направляющих углублений , 16, также могут быть образованы под углом, который немного меньше 180 °, чтобы предотвратить скрытое перекрытие торцевых зазоров 18 и , если это возможно.

    Кроме того, когда три поршневых кольца 18 установлены, как показано на фиг.5B и 7, каждая из секций направляющих углублений , 16, может быть сформирована под углом 120 ° в продольном направлении кольцевой канавки 14 . Однако секции направляющих углублений , 16, также могут быть сформированы под углом, который немного меньше 120 °, чтобы предотвратить скрытое перекрытие торцевых зазоров 18 и , если это возможно.

    Как изложено в предшествующем описании, направляющий выступ предусмотрен в части направляющей выемки таким образом, что направляющий выступ примыкает к торцевому зазору поршневого кольца, так что соответствующие участки вращения концевых зазоров соответствующего поршня кольца не перекрываются друг с другом даже при вращении поршневых колец, тем самым снижая выброс картерных газов.

    Для удобства объяснения и точного определения в прилагаемой формуле изобретения термины верхний, передний и т. Д. Используются для описания признаков примерных вариантов осуществления со ссылкой на положения таких признаков, как показано на фигурах.

    Вышеупомянутые описания конкретных примерных вариантов осуществления настоящего изобретения были представлены в целях иллюстрации и описания. Они не предназначены для того, чтобы быть исчерпывающими или ограничивать изобретение точными раскрытыми формами, и очевидно, что многие модификации и вариации возможны в свете приведенных выше идей. Примерные варианты осуществления были выбраны и описаны, чтобы объяснить определенные принципы изобретения и их практическое применение, чтобы, таким образом, дать возможность другим специалистам в данной области техники создавать и использовать различные примерные варианты осуществления настоящего изобретения, а также его различные альтернативы и модификации. Предполагается, что объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами. .

    Federal-Mogul покупает промышленного производителя поршневых колец

    В предыдущих статьях этой серии была рассмотрена роль оксида железа и атомов свободного кислорода в процессах вагранки. Оба эти фактора являются важными факторами для литейных производств, стремящихся максимизировать работу вагранки. Предполагая, что образование оксида железа внутри вагранки было устранено и противодействовано, следующим шагом операторов является внесение изменений, необходимых для максимизации термического КПД вагранки.

    Во время цикла плавки вагранки кокс сжигается для выделения тепла.Максимальное тепловыделение происходит в канале фурмы или немного выше него. Поскольку дутьевой воздух ниже уровня фурмы не содержит кислорода, там не происходит горения кокса; следовательно, ниже уровня фурмы тепло не выделяется. Следовательно, вся тепловая энергия ниже уровня фурмы должна передаваться из горячей зоны каналов канала фурмы.

    Капли расплавленного железа, опускающиеся через горячую зону, обеспечивают механизм теплопередачи. Тепло отводится от капель во время их спуска на дно вагранки, передавая тепло находящимся там коксу и шлаку.Большее расстояние между уровнем фурмы и днищем вагранки приводит к контакту большего количества кокса и шлака с расплавленными каплями. Эта важная деталь конструкции купола, т. Е. Высота фурмы над леткой, будет рассмотрена более подробно.

    Тепловая энергия, выделяемая коксом, зависит от количества кокса. При заданном расходе кокса выделяется конечное количество тепловой энергии. Тепловой КПД вагранки определяет, как доступная тепловая энергия распределяется между явным теплом для расплавленного чугуна и потерянным теплом для вагранки; выхлопные газы, шлак и др.

    Остаточный шлак - это жидкость, и поэтому он передает тепло корпусу вагранки и огнеупору намного быстрее, чем куски кокса. Объем остаточного шлака внутри вагранки практически неизвестен для большинства вагранок. Признаки скопления жидкого шлака и достижения уровня фурмы являются обычным явлением. Обычно уровень фурмы находится почти на 40 дюймов выше летки, разделение, которое приводит к большим объемам нежелательного шлака, присутствующего внутри рабочих вагранок.

    Регулировка гидравлического давления. Объем удерживаемого шлака внутри вагранки регулируется гидравлическим соотношением, создаваемым высотой металлической перемычки, в зависимости от противодавления внутри вагранки, давящего на слой шлака, и веса шлака, давящего на расплавленный чугун резервуар, созданный металлической плотиной. Металлическая перемычка образует железный резервуар, который необходимо вытолкнуть из летки, прежде чем более легкий шлак сможет выйти из летки. Другими словами, сила, воздействующая на резервуар с расплавленным металлом, представляет собой давление, создаваемое внутри вагранки под действием дутьевого воздуха и веса шлака на поверхности расплавленного металла.

    Противодавление в печи обычно не измеряется ни на одной вагранке. Однако, когда для этого прилагаются чрезвычайные усилия, зарегистрированное давление значительно отличается от рабочего противодавления, зарегистрированного приборами, предоставленными производителем купола. Указанные нормальные противодавления включают сопротивление воздушному потоку из-за ограниченной конструкции фурм, фурменных труб, воздушной камеры и т.д. указанное противодавление купола.Операторы купола в течение многих лет вводились в заблуждение из-за ошибочных показаний давления.

    Большинство куполов содержат «предохранительные фурмы», которые представляют собой дренажные отверстия, благодаря которым давление струи ограничивается тонкими алюминиевыми пластинами; спроектирован так, чтобы мгновенно плавиться и открываться для потока металла, если жидкое железо поднимается до уровня, на котором установлены эти пластины. Обычно предохранительные фурмы устанавливаются примерно на 14-17 дюймов ниже уровня фурм с водяным охлаждением.

    Купольные конструкции не позволяют легко измерить внутреннее давление, создаваемое воздушной струей.Производители куполов должны изменить это и включить простые порты давления, которые обеспечат точное давление внутри купола и облегчат точную регулировку высоты металлической плотины.

    Оптимизация потока металла. Одним из методов определения внутреннего рабочего противодавления является установка манометра через алюминиевую «выгорающую» пластину в предохранительной фурме. Проблема, с которой сталкивается большинство вагранок с этой технологией, заключается в том, что предохранительная фурма быстро забивается шлаком во время запуска расплава, поэтому можно получить только быстрое представление о внутреннем давлении.Но можно получить противодавление, полученное во время прожига слоя перед плавлением, и сравнить его с «нормальным» показанием противодавления. Таким образом, можно установить взаимосвязь между фактическим противодавлением внутри купола и «нормальным» противодавлением в куполе.

    Шлак, образующийся во время цикла плавки, накапливается в вагранке в соответствии с гидравлическим соотношением; «Высота металлической плотины» дает примерно пять унций на дюйм высоты плотины и компенсируется внутренним противодавлением, создаваемым дутьевым воздухом и массой шлака на расплавленном металле.

    Потери тепловой энергии в остаточный шлак составляют основную часть всех тепловых потерь. Тем не менее, немногие вагранки связаны с высоким уровнем остаточного шлака. Это должно измениться. Необходимо обратить внимание операторов на то, чтобы минимизировать объем остаточного шлака внутри вагранок.

    Фактическое внутреннее противодавление указывает на наличие максимального давления в 2–8 унций. Для определения типичных давлений необходимы дополнительные измерения. Но пять унций противодавления компенсируют один дюйм металлической дамбы. Большинство вагранок работают с чрезмерно высокой металлической плотиной, создавая условия остаточного шлака, близкие к уровню фурмы, которые сегодня затрудняют плавление вагранок.

    Купольные операторы на заметку: проверьте высоту металлической перемычки в вашей печи и проверьте время появления шлака после разливки. Время является точным индикатором уровня удерживаемого шлака (стремитесь к 7-8 минутам) и правильной высоты дамбы.

    Управление объемами шлака. После отводки вагранки расплавленный металл возвращается в вагранку и устанавливает свою высоту над леткой по отношению к высоте металлической перемычки. Вступает в действие ранее обсужденный гидравлический баланс.Шлак не может выйти из летки до тех пор, пока не будет преодолен гидравлический баланс.

    После разливки шлак продолжает накапливаться внутри вагранки до тех пор, пока весь расплавленный чугун не будет вытеснен из вагранки. В этот момент шлак с меньшей плотностью вытекает из летки и достигается установившийся уровень остаточного шлака.

    Время, необходимое для вытекания шлака после отвода, служит хорошим индикатором уровня удерживаемого шлака внутри вагранки и необходимости уменьшения высоты металлической перемычки. Многие купола не зашлаковываются в течение часа и более.Несложные расчеты покажут объем шлака внутри вагранки. Операторы вагонетки должны понимать, что объем шлака отнимает тепло у плавящегося чугуна.

    В слое остаточного шлака происходит множество нежелательных химических реакций шлак / металл. Большой объем остаточного шлака способствует продолжительному времени контакта, которое расплавленная капля выдерживает во время движения вниз. Что касается удаления кремния из расплавленного чугуна извести, то в одном случае уменьшение металлической перемычки на два дюйма значительно снизило потери кремния.

    Купола с металлической перемычкой соответствующей высоты должны позволять шлаку вытекать из летки в течение 10 минут.

    Уровни остаточного шлака определяют потери тепла / тепло, отбираемое металлическими каплями. Нисходящие капли расплавленного металла непрерывно нагревают весь шлак, оставшийся внутри вагранки. Незначительное снижение уровня остаточного шлака внутри вагранок привело к увеличению температуры металла на 75 ° F и еще большему. Купола эффективно работают с диаметром от 2 до 3 дюймов. металлические плотины.

    Регулировка давления в куполе. Позже в этом году Mastermelt представит конструкцию подвижной металлической перемычки для передних коробок купола, которая может подниматься и опускаться при колебаниях внутреннего противодавления. Это устройство нельзя использовать до тех пор, пока химический состав шлака не будет доведен до совершенства для удаления оксида железа. Должен существовать свободно текучий, нелипкий, некоркий шлак, чтобы огнеупоры подвижной дамбы могли скользить по себе, не разрывая соприкасающиеся поверхности. Этот тип ваграночного шлака сегодня производится на раскисленных вагранках, но это малоизвестный процесс.Тем не менее, это важный аспект новой технологии подвижных металлических плотин.

    Шлак, образующийся во время обычных циклов плавки вагранки, возникает из расплавленной золы / остатка кокса, расплавленного приставшего песка и грязи, побочных продуктов окислительных реакций, происходящих внутри вагранки, и расплавленной извести. Коксовая зола - это в основном кремнезем SiO 2 , и она составляет примерно 8% от веса кокса.

    Побочные продукты окисления, содержащиеся в шлаке, в основном представляют собой SiO 2 и MnO. Многие купола работают с потерей на окисление кремния / марганца 35%.Известь добавляется для снижения температуры плавления составного шлака. При деокислении в шлаке содержится меньше кремнезема, что позволяет уменьшить объем добавляемой извести.

    Тепловой КПД купола. К обзору:
    1) Скорость кокса определяет количество тепла, доступного для плавления и перегрева чугуна.
    2) Высота металлической перемычки определяет объем шлака внутри вагранки.
    3) Определите высоту металлической плотины, используя фактические рабочие данные с купола.
    4) Весь материал, кокс и остаточный шлак ниже уровня фурмы нагревается за счет отвода тепла от металлических капель.
    5) Остаточный шлак должен быть минимизирован.
    6) Обработка металла Mastermelt DeOX снижает количество шлаков, образующихся во время цикла плавки вагранки, на 62% или более.

    В статьях этой серии будет более подробно рассмотрено образование шлака в ЭФ и вагранках. Факторы конструкции купола, влияющие на термический КПД, будут продолжать изучаться. Высота фурмы над леткой, очень важный параметр конструкции купола, будет тщательно пересмотрена.

    В конце будут представлены оптимальная эксплуатация вагранки и оптимальная техника эксплуатации вагранки.

    Рон Бейерстедт - президент Mastermelt LLC . Свяжитесь с ним по телефону [email protected]

    Это третий в серии отчетов, посвященных конструкции вагранки, практике вагранки и технологическим решениям вагранки. См. Также:

    Максимизация производительности купола , FM&T, март 2021 г.
    Контроль условий купольного плавления , FM&T Апрель 2021 г.

    Экспериментальный термический анализ поршня и стенки цилиндра дизельного двигателя

    Знание температуры поршня и стенок цилиндра необходимо для оценки термических напряжений в различных точках; это дает дизайнеру идею позаботиться о более слабой площади поперечного сечения. Наряду с этим, эта температура также позволяет рассчитать тепловые потери через поршень и стенку цилиндра. Предложенная методика была успешно применена к четырехтактному дизельному двигателю с непосредственным впрыском и водяным охлаждением, и она позволяет оценить температуру поршня и стенок цилиндра.Описанная здесь методология сочетает численное моделирование, основанное на моделях МКЭ, и экспериментальные процедуры, основанные на использовании термопар. Цели этого исследования - измерить деформацию поршня, температуру и радиальные термические напряжения после термической нагрузки. Чтобы проверить достоверность модели теплопередачи, измерьте температуру прямым измерением с помощью провода термопары в нескольких точках на стенке поршня и цилиндра. Чтобы предотвратить запутывание проводов термопары, был спроектирован подходящий проход.Соответствующие усредненные тепловые граничные условия, такие как коэффициенты теплопередачи, были установлены на разных поверхностях для модели FE. В исследование включены эффекты теплопроводности материала поршня, поршневых колец и стенки камеры сгорания. Результаты показывают изменение температуры, напряжений и деформации в различных точках поршня.

    1. Введение

    Для правильного функционирования дизельного двигателя внутреннего сгорания требуется точное распределение температуры поршня, поскольку температура поршня имеет важное влияние на процесс зажигания двигателя, задержку зажигания, скорость горения, тепловой КПД и выработку загрязняющие вещества.Знание теплообмена в двигателях внутреннего сгорания важно для понимания таких систем [1, 2]. Он способствует разработке и проектированию двигателей, моделированию процессов и сокращению выбросов. В двигателе поршень испытывает высокие нагрузки из-за давления в камере сгорания и тепловой нагрузки, которые возникают в процессе сгорания и из-за огромного температурного градиента между потоками впускного и выхлопного газа [3–6], поэтому важно гарантировать долговечность таких компонентов двигателя, как поршень, поршневые кольца, клапаны и стенка цилиндра, чтобы избежать деформации корпуса двигателя и улучшить конструкцию двигателя, связанную с весом и потреблением вспомогательной энергии.В случае поршня и цилиндра двигателя такие знания необходимы для полного понимания теплового потока, температуры и распределения этих параметров. Обычной процедурой, используемой некоторыми авторами, является аппроксимация средней температуры распределения с помощью одного или нескольких (очень немногих) локальных измерений, полученных с помощью термопар [1, 7]. Эти подходы неявно предполагают ошибки, которые могут быть приемлемы для тепловых балансов, но могут привести к неопределенностям в циклах моделирования или анализах распределения температуры.Многие из этих моделей включают температуру боковых стенок газа в качестве переменной для получения теплового потока через стенки цилиндра [8]. Было предложено множество математических моделей, включая корреляции, основанные на анализе размерностей, которые получили широкое распространение. Хотя модели предлагают разные тепловые потоки, их эволюция в течение цикла аналогична. Кроме того, коды метода конечных элементов (FEM), используемые для моделирования теплопередачи, требуют оценки температуры для обеспечения граничных условий, при которых сходимость достигается посредством итерационного процесса [7].Конечно-элементная модель бензинового искрового двигателя успешно разработана и смоделирована, в ней проанализирована теплопередача во время процесса сгорания и получено распределение температуры по основному компоненту двигателя [9]. Кроме того, термический анализ требует температуры стенки на стороне газа для оценки распределения температуры и термомеханического поведения компонентов с использованием термобарьерного покрытия [10–13]. Другие исследователи, выявив одну корреляцию для одного малогабаритного двигателя с воздушным охлаждением [14], признают, что эти параметры корреляции не действительны для другого малогабаритного двигателя с воздушным охлаждением с аналогичными характеристиками [15].В большинстве анализов теплопередачи температура внешней поверхности, от которой отводится тепло, не измеряется. Это относится к двигателям с водяным охлаждением, где эта температура часто считается равной температуре охлаждающей жидкости или рассчитывается на основе гипотез, характерных для двигателей с водяным охлаждением [16] и обычно предполагающих постоянную температуру для всех рабочих точек. Этот подход не может быть экстраполирован на двигатели с воздушным охлаждением, поскольку температурное поле на внутренней поверхности изменяется в зависимости от условий эксплуатации [17].Некоторые исследования, касающиеся теплопередачи в двигателях с воздушным охлаждением, были опубликованы, и большинство из них касается двухтактных двигателей и / или двигателей с искровым зажиганием [18–20].

    В данной статье предлагается методика оценки температур в стенках поршня и цилиндра, деформаций корпуса поршня и радиальных напряжений четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя с водяным охлаждением и прямым впрыском. Эти температуры были получены путем моделирования и экспериментальной установки с помощью термопар и других датчиков, а также других расчетов, специфичных для этого двигателя.

    2. Описание двигателя и методика проведения экспериментов

    Экспериментальные исследования проводились на четырехтактном одноцилиндровом двигателе с прямым впрыском (DI) с воспламенением от сжатия. Основные характеристики этого двигателя приведены в таблице 1, а вид поршня и цилиндра в разрезе показан на рисунке 1. Экспериментальные измерения охватывали четыре различных режима нагрузки, а именно: холостой ход, половинная нагрузка, три четверти нагрузки и полная нагрузка. нагрузка на двигатель. Температура поршня может быть оценена прямым измерением с помощью термопары, а также с помощью численного метода, который состоит из метода конечных элементов.Цель состоит в том, чтобы получить обобщенный метод (FEM) для анализа температурного поля, деформации поршня и соответствующих термических напряжений, так что смоделированные температуры должны быть проверены прямыми измерениями температур.

  • 9064 9064 9064 Двигатель с водяным охлаждением
  • 907

  • Спецификация Тип Спецификация Тип

    Охлаждение Класс двигателя с водяным охлаждением Модель AV1 Номинальная мощность 5 л.с.553 Номинальная частота вращения (об / мин) 1500

    Габаритные размеры стандартного двигателя 617 × 504 × 843 ()

    9064 В этой работе использовались семь термопар, в которых четыре термопары были установлены на внутренней поверхности поршня, а три - на стенке цилиндра, как показано на рисунке 2. Координаты этих семи узловых точек, к которым были прикреплены термопары, показаны в таблице 2.В двигателе экспериментальной установки поршень изготовлен из алюминиевого сплава MSFC-388-T5 с теплопроводностью 136 Вт / мК.

    9064 (радиально)

    Для прямого измерения температуры на внутренней поверхности поршня был разработан механизм с четырьмя стержнями, который показан на рисунке 3. С помощью этого механизма с четырьмя стержнями провода термопары безопасно выходят из камеры двигателя.Полная экспериментальная установка показана на рисунке 4. Путем установки термопары в семи точках на поршне и стенке цилиндра было определено изменение температуры поршня и стенки цилиндра без нагрузки, половинной нагрузки, трех четвертей нагрузки и условий полной нагрузки. Для анализа напряжений и деформации поршня были выбраны две секции 1-1 и 2-2, как показано на рисунке 1.



    3. Термомеханический анализ КЭ

    Метод основан на подразделении структуры в элементы с математически определенными характеристиками.Затем символы сложной структуры решаются с помощью компьютера с использованием матричной алгебры. Входные данные состоят из условий нагружения структурных элементов или ограничений сетки с физическими свойствами материала. Термическая нагрузка включает в себя начальные расчеты температур с использованием граничных условий на стороне газа, стороне охлаждающей жидкости и стороне воздуха поршневого цилиндра. Анализ, представленный в этой статье, разделен на два раздела: распределение температурного поля и термические напряжения.Метод конечных элементов с треугольным элементом используется для сведения вариационной формулировки к системе алгебраических уравнений. Получены выражения для расчета узловых температур и соответствующих термических напряжений на каждом элементе. Построение метода конечных элементов начинается с вариационной постановки задачи, а затем с использованием функции правильной формы разрабатывается ряд алгебраических уравнений, которые равны количеству узловых элементов в области задачи. Затем, минимизируя приближенную функцию, составляется набор управляющих уравнений для поршня и цилиндра в сборе.Эти уравнения решаются с помощью компьютера. Компьютерный алгоритм и программный код FORTRAN разработаны для решения этих уравнений с целью нахождения неизвестных параметров, то есть температуры в различных узловых точках поршня. Компьютерная программа основана на передаче тепла посредством теплопроводности, конвекции, умножения матриц, инверсии матриц, теплового потока и жесткости. С помощью этой подпрограммы и основной программы были рассчитаны температуры и поле теплового потока. Было выполнено математическое моделирование уравнения проводимости, уравнения конвекции и уравнения контактной теплопередачи, которые показаны ниже.

    Обобщенное управляющее дифференциальное уравнение теплопроводности можно представить в виде [7, 21] где - теплопроводность в радиальном () и осевом () направлениях соответственно. - теплопроводность на единицу объема. плотность материала. теплоемкость материала. это температура. время.

    Вариационная формулировка для проводящей границы может быть представлена ​​как [7, 21] где = матрица жесткости.

    Обобщенное управляющее дифференциальное уравнение для контактной границы можно представить в виде [7, 21] Вариационная формулировка контактной границы между двумя элементами () и () может быть записана как При его дальнейшем решении аналогично тому, как это было сделано для конвективной границы, было обнаружено, что вариационный интеграл теплообмена на контактной границе после дифференцирования по температуре контактной поверхности дает набор линейных уравнений как вклад в глобальную систему уравнений.Рассмотреть возможность Обобщенное управляющее дифференциальное уравнение для тепловой конвекции можно представить в виде [7, 21] Вариационная формулировка конвективной границы может быть представлена ​​в виде где На основе (2), (5) и (9) вариационный интеграл теплопередачи в целом выводится и представляется следующим образом: Это уравнение в популярной форме может быть записано как Здесь матрица проводимости, матрица конвекции, вектор-столбец неизвестной температуры во всех узловых точках и вектор-столбец известной величины.Все вышеперечисленные матрицы представляют собой глобальную матрицу размера (), где - количество узлов. Вектор-столбец имеет размер (). Из (11) следует определить температуры во всех узлах поршня, которые должны быть представлены на рисунках 7–10.

    После прогнозирования температуры во всех узлах поршня, радиальное тепловое напряжение будет проанализировано с помощью (12), (13) и (14), чтобы показать радиальную деформацию, угловую деформацию и осевую деформацию, соответственно следующим образом: Таким образом, зависимость напряжения от деформации может быть представлена ​​в матричной форме, как показано на где - матрица положения, = радиальное напряжение, = угловое напряжение и = осевое напряжение.После инверсии матрицы положений поместите значение этого в приведенное выше уравнение и найдите напряжения во всех узлах поршня. Рассмотреть возможность где = термическое напряжение, тепловая деформация и простая деформация; - коэффициент Пуассона, равный 0,33 и.

    Из (12), (14) и (19) были рассчитаны радиальное смещение, осевое смещение и радиальные термические напряжения во всех узлах поршня, которые представлены на рисунках 11–16.

    3.1. Формулировка методом конечных элементов для проверки теплового баланса

    Эта формулировка может использоваться для проверки теплового баланса проблемы.Уравновешенное количество тепла проверяется на точность и удовлетворяется результатом, наблюдая, что количество тепла, подаваемого на газовую сторону поршня, равно количеству тепловых потерь как на водяной, так и на воздушной стороне поршня.

    Рассмотрим одну сторону элемента, имеющую две узловые точки, которые обращены к границе, где тепло подается или отклоняется. Формулировка уравнения следующая.

    Обобщенное уравнение теплопередачи от соединительных поверхностей представляется следующим образом: где где Из (22) составляется уравнение теплопередачи, которое представляется следующим образом: Используя (24), можно легко определить теплопередачу через различные поверхности.Теплопередача от поршня через сторону камеры сгорания, воздух и воду обозначена, и, соответственно.

    4. Разработка геометрической модели и модели КЭ

    Геометрическая модель поршня была разработана на основе геометрии реального объекта. Свойства геометрических объектов позволили определить такие параметры, как диаметр поршня, диаметр отверстия под поршневой палец и размеры канавок поршневых колец.

    Окончательная модель CAD представлена ​​на рисунке 1.В этой модели предполагалось некоторое геометрическое упрощение, в том числе пропущенные изгибы с малым радиусом на кромке днища и боковой поверхности головки поршня. Наконец, геометрическая модель была дискретизирована на тетраэдрические конечные элементы. Такие элементы пришлось применить из-за сложной формы поршня. Размер конечных элементов был различным в соответствующих сечениях поршня; элементы большего размера использовались для днища и юбки поршня, тогда как элементы меньшего размера применялись вблизи масляных каналов.Общее количество узлов и элементов в четвертной части поршневой модели КЭ равнялось 311 и 272 соответственно. На рис. 5 представлена ​​дискретная модель поршня FE.


    5. Термические граничные условия

    Термические граничные условия состоят из применения коэффициента конвективной теплопередачи и общей температуры, и они применяются к днищу поршня, сторонам контакта поршневого кольца, площадкам канавки поршневого кольца и поршню под давлением. корончатые поверхности. Коэффициенты температуры и теплопередачи в камере сгорания во всех условиях нагружения были определены на основе данных, представленных в предыдущей исследовательской работе [7, 13], которые представлены в таблице 3.Принятый коэффициент теплопередачи на контактных поверхностях (коэффициент теплопередачи на поршне под поверхностью днища) = 174,3 Вт / м 2 k, (коэффициент теплопередачи на площадках кольца и верхней и нижней стороне юбки поршня) = 2905,4 Вт / м 2 k, (коэффициент теплопередачи на площадках кольца и контактных поверхностях юбки поршня) = 20 Вт / м 2 k, (коэффициент теплопередачи между поршневыми кольцами и контактными поверхностями стенки цилиндра) = 38346 Вт / м 2 k , (коэффициент теплопередачи между контактными поверхностями поршня и стенки цилиндра) = 2324 Вт / м 2 k, (коэффициент теплопередачи через стенку цилиндра к воде) = 1859.2 Вт / м 2 k, а температура со стороны воды () составляла 120 ° C, а со стороны картера двигателя () составляла 80 ° C.


    Узловая точка 1 2 3 4 5 6 7 0,0360 0,0360 0,0360 0,0 0.0480 0,0480 0,0480
    (осевое) (м) 0,0075 0,0375 0,0675 0,075 0,090

    Параметр Случай 4 Случай 3 Случай 2 Случай 1
    (полная нагрузка) (половинная нагрузка) (половинная нагрузка) ) (без нагрузки)

    (сторона горения) ° C 1000 800 600 400
    (сторона горения) w / m 2 290.5 232,4 174,3 116,2

    6. Результаты

    Распределение температуры и поле теплового потока были изучены с помощью конечно-элементного анализа с использованием тепловых граничных условий. Для проверки правильности модели теплопередачи был принят подход к тепловому балансу. Согласно принципу преобразования энергии, в установившемся режиме тепло, поступающее в поршень со стороны газа, равно теплу, отведенному воде, и теплу, отведенному воздуху.На рис. 6 показано изменение тепла, полученного () поршнем от горячих газов, тепла, отводимого в воду (), и тепла, потерянного в воздух (), при четырех различных условиях тепловой нагрузки. Кажется, что тепло, получаемое от горячего газа, увеличивается с увеличением температуры сгорания двигателя (). Точно так же тепло, отводимое воде, и тепло, отводимое воздуху, увеличивается с увеличением температуры сгорания двигателя. Здесь, в настоящем анализе, уравнение теплового баланса удовлетворяется для всех различных условий нагружения, которые показаны на рисунке 6.На рисунке 6 можно увидеть, что ошибка очень мала между теплом, подводимым () газами сгорания, и теплом, отводимым к воде () и воздуху (). Он представляет собой равномерный процент на протяжении всех испытаний, показанных в таблице 4. Как и ожидалось, в установившемся режиме скорость теплопередачи увеличивается с увеличением нагрузки двигателя, при этом максимум наблюдается при полной нагрузке. На рисунках 7–10 показано распределение температуры. В результате анализа авторы обнаружили, что максимальная температура возникает на головке поршня, потому что она подвергается воздействию горячих газов в камере сгорания, в то время как минимальная температура возникает на конце картера поршня, на который воздействует воздух.Эти колебания температуры в основном ответственны за развитие температурного напряжения, вызывающего появление трещин в корпусе поршня. Экспериментальная установка установила и измерила температуры с помощью датчиков температуры в семи контрольных точках (узловых точках), где были установлены датчики температуры, показанные в таблице 5. Как и ожидалось, для всех условий нагрузки смоделированная и экспериментально измеренная температура увеличивалась с условиями нагрузки двигателя, с максимум наблюдается при полной нагрузке.

    кВт тепла 906 ч 9048 151.186 9048 151.186 136 9048 151.186 9048 9048 136 136 9048 151.186

    Условия нагрузки Полная нагрузка Три четверти нагрузки Половинная нагрузка Без нагрузки

    2023,937 1292,542 708,397 286,428
    Отвод тепла в воду () кВт / ч 1708,947 1043,344 511.921 128.177
    Тепло, отводимое в воздух () кВт / ч 314,883 249,107 196,388 158,163

    9038 9037 9037 9037 9037 Узловая пт. Моделируемая температура (° C) Экспериментальная температура (° C)
    Полная нагрузка Третья четвертая нагрузка Половинная нагрузка Без нагрузки Полная нагрузка Три четверти нагрузки Половинная нагрузка Без нагрузки

    1 121.684 118.974 116.803 115.229 122 115 110 109
    2 132.963 126643 9064 9048 9048 9048 12048 12048 12048 12048 9048 126.262 9048 9048 9048 12048 12048 120
    3 182,095 157,871 138,458 124,383 195 165 146 130
    4 .799 208.686 166.104 135.219 250 196 155 125
    5 169.761 9048 115
    6 133.163 127,587 123,119 119,88 120 115 110 105
    7 25 119.911 118.838 118.06 108 103 100 100









    9021

    Неравномерное изменение температуры является единственной причиной возникновения термической деформации в корпусе поршня. Первоначально температура поршня составляет 25 ° C, и предполагается, что изначально термическая деформация отсутствует и напряжения присутствуют.Здесь при анализе сначала получается смещение для каждого элемента и удовлетворяется уравнение совместимости. Поскольку деформация всего элемента является CST, она постоянна и предполагается, что она находится в центре тяжести элемента. Таким образом, элемент либо расширяется, либо сжимается из-за изменения температуры, чтобы поддерживать постоянную деформацию всего элемента. Термические деформации связаны с напряжениями с помощью закона линейной изотермической упругости Гука. Таким образом, возникающее термическое напряжение напрямую зависит от средней температуры.Настоящий анализ двух различных участков корпуса поршня выбран для изучения поведения напряжения. Одна часть на корпусе поршня выбрана рядом с днищем поршня (часть 1), имеющая 7 узлов, а другая - в нижней части корпуса (часть 2), имеющая 7 узлов. На рисунках 11 и 12 показаны радиальные смещения узловых точек по отношению к радиусу поршня при четырех тепловых нагрузках на участке 1 и участке 2 соответственно. Было обнаружено, что радиальные смещения узлов этих секций изменяются в порядке возрастания от центра к окружности поршня во всех четырех режимах нагружения.И замечено, что смещение секции 1 больше, чем смещение секции 2 из-за высокой температуры. На рисунках 13 и 14 показано вертикальное смещение узловых точек относительно радиуса поршня при четырех тепловых нагрузках на сечениях 1 и 2 соответственно. На рисунках 13 и 14 показано резкое изменение величины и направления вертикального смещения узловых элементов. Это потому, что каждый элемент стремится поддерживать свойство постоянной деформации. Если узел расширяется для определенного элемента, он должен сжиматься для другого элемента.На рисунках 15 и 16 показано изменение радиальных напряжений по отношению к радиусу поршня при четырех тепловых нагрузках на участках 1 и 2 соответственно. Эти напряжения возникают в теле из-за высокой температуры. На рисунках 15 и 16 показано резкое изменение величины и направления радиального напряжения. Как уже говорилось, это происходит потому, что каждый элемент стремится сохранять свойство постоянной деформации. Таким образом, он подвергается одновременному расширению или сжатию между двумя соседними элементами. Однако, рассматривая очень большое количество элементов, эти резкие колебания напряжения могут быть устранены и может быть получена более непрерывная кривая.Обычно при высокой температуре поршень слегка деформируется в направлении наружу, и это показано на рисунке 17. В этом анализе деформация в корпусе поршня наблюдалась в условиях полной нагрузки. Максимальное значение смещения составляет приблизительно 8 × 10 -5 метра, и оно было обнаружено ближе к сторонам контакта поршневого кольца из-за низкой прочности этой части поршня.


    7. Выводы

    По мере увеличения нагрузки двигателя температура поршня и стенки цилиндра увеличивается экспоненциально и имеет положительную зависимость.Была оценена температура поршня для каждого испытанного режима нагрузки двигателя, и было получено хорошее согласие с ожидаемыми результатами. Эти результаты также согласуются с описанными в технической литературе.

    Предложенная методика также может быть расширена для определения температур других компонентов камеры сгорания, конечно, с учетом ее особенностей. Эти температуры вместе с экспериментальными измерениями и расчетными оценками могут быть использованы для получения интегральной модели потерь в тепловом двигателе для анализируемого двигателя.Разработка этой интегральной модели теплопередачи является предметом текущих исследований.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Технико-экономические аспекты запуска выбранного силового агрегата при низких температурах окружающей среды

    3.1 Износ цилиндров и поршней при запуске дизельного двигателя при низких температурах

    Согласно Бернхардту [12], коррозия гильзы цилиндра происходит в первую очередь во время запуска двигателя при низких температурах, поскольку тогда происходит неизбежная конденсация вредных соединений на стенках гильзы.К таким активным соединениям относятся, прежде всего, кислоты: муравьиная, уксусная, азотная, угольная и серная. Наибольший износ гильзы происходит в ее верхней части, поскольку в этой зоне верхнее поршневое кольцо испытывает самое высокое давление сгорания, которое прижимает его к отделке. Из-за этого остается минимальный слой масла, который легко смывается топливом или разрушается агрессивными веществами - происходит химическая коррозия покрытия. Кроме того, верхнее поршневое кольцо, прижимающееся к отделке, удаляет продукты коррозии и обнажает дополнительные слои металла, подвергая их повреждению.

    Автор работы полагал, что износ поршневой группы имеет характеристики конгломерата видов износа. Это окислительный износ в сочетании с абразивным износом, возникающий на поверхности цилиндра, поршня и колец. Поршневая группа смазывается разбрызгиванием, а масло распределяется по кольцам. Холодное масло обеспечивает меньшее разбрызгивание и менее равномерное распределение масла по поверхности трения. Возвратно-поступательное движение не позволяет образовывать прочную смазочную пленку.Пыль, которая намного тверже металла, вызывает микрорезание поверхностей трения, особенно колец и поршня. Несмотря на это, доля коррозионного износа весьма значительна, особенно в верхних зонах цилиндра (вокруг контакта первого кольца с цилиндром в ZG). Это вызвано влиянием горячих выхлопных газов, облегчающих процесс истирания из-за высокой температуры поверхностного слоя и вызывающих коррозию материала цилиндра, поршня и поршневых колец.

    Согласно исследованию Bernhardt et al. [13] в двигателях с воспламенением от сжатия при нормальной работе в основном наблюдается трение скольжения. При низких температурах из-за высокого внутреннего трения смазочных материалов (высокая вязкость) частота вращения компонентов двигателя не может быть такой высокой, как у двигателей, работающих при нормальных температурах. Это вызывает работу с сухим трением из-за недостаточного оттока масла из масляных каналов.

    W. Балист утверждает, что типичный износ охлаждаемого двигателя показывает крайние значения только в районе верхнего и нижнего положения возврата поршневого кольца.Микулин в своей работе представил разные мнения исследователей относительно степени износа цилиндров при запуске холодного двигателя [14]. Итак, по мнению Р. В. Кугеля, один пуск при температуре окружающего воздуха 283 К равняется износу цилиндра, который происходит через 50 км пробега, при 273 К - 80 км, а при 263 К - 150 км. Я. Павловский считает, что запуск двигателя при температуре окружающей среды 253 К равен износу после пробега около 1000 км, а Д.М. Левин считает, что один запуск и прогрев двигателя при температуре стенки цилиндра 255 К равен воздействия 210 км, а при температуре 278 К - 80 км.По словам Д. П. Вилкановой, каждый запуск холодного двигателя после ночной остановки на морозе вызывает износ, например, при движении автомобиля от 180 до 200 км. Однако Д. Дж. Демьянов считает, что один пуск и разминка синонимичны пробегу 15–17 км [7]. Согласно Линдлу и Шмитцу [10], во время одного холодного пуска компоненты двигателя изнашивались как за 4 часа и 50 минут работы в нормальных условиях. В том же источнике указано, что расход при холодном запуске и прогреве двигателя составляет 60% от общего расхода, при котором двигатель подлежит капитальному ремонту.По данным США, износ двигателя при холодном пуске составляет примерно 45% от общего эксплуатационного расхода.

    F. S. osavio в своей статье описал исследование влияния низкотемпературного пуска на износ гильзы цилиндра. Работы проводились на двигателе с воспламенением от сжатия ЯМЗ-204. Все исследование проводилось в три цикла. Первая серия экспериментов проводилась на холодном двигателе со средней температурой 258–253 К. Пуск производился с использованием пусковой жидкости НИАТ ПŻ-25.Всего было выполнено 100 пусков (с перерывами между пусками 6 и 17 ч), при этом при пуске холодного двигателя он прогревался на холостом ходу на 16,6 с -1 до 308-313 К. Время работы составляло 5. мин.

    Вторая серия экспериментов включала выполнение того же количества пусков при температуре воздуха и масла 258–253 К, но с предварительно нагретым водяным блоком двигателя до 298 К и его работой в течение 5 мин на тех же оборотах холостого хода. при 320 К.

    В третьей серии экспериментов, включающей 100 пусков, пуски холодных двигателей проводились при температуре около 253 К.После запуска двигатель проработал всего 10 с, пока не появились постоянные обороты. Сравнение величины износа первого и третьего циклов выявило динамику процесса износа холодного двигателя при прямом пуске, а затем и самостоятельной работе после прогрева на холостом ходу. Это позволило нам определить, в какой из этих двух периодов компоненты двигателя подверглись наибольшему износу.

    Максимальный износ цилиндров в первом цикле составил 30 мкм, средний износ - 12,3 мкм, а средний максимальный износ верхней части цилиндров за 100 холодных пусков - 25.8 мкм.

    Износ цилиндров самовоспламеняющегося двигателя ЯМЗ-204, дающий право на капитальный ремонт, составил 500 мкм. Машина с таким расходом доходила до 70 000 км пробега. Если предположить, что температура 258–253 К будет сохраняться в течение 4 месяцев в течение года, то за этот период износ гильзы цилиндра при пуске составит 8% от общей величины износа двигателя.

    Результаты второго цикла испытаний после 100 пусков с подогревом блока двигателя горячей водой показали, что максимальный износ цилиндров составил 12.8 мкм, средний износ составлял 4,4 мкм, а средний максимальный износ верхней части предварительно нагретого двигателя составлял 8,3 мкм. Таким образом, пусковой износ частично прогретого двигателя оказался примерно в три раза меньше пускового износа при пуске и прогреве холодного двигателя [7].

    Результаты испытаний, полученные в третьем цикле экспериментов после 100 пусков холодного двигателя без дальнейшего прогрева на холостом ходу, показали, что максимальный износ цилиндра составил 18,9 мкм, средний - 9 мкм, а средний максимум верхней части - 12.2 мкм. Сравнение стартового износа двигателя в период пуска и прогрева на холостом ходу (первый цикл) с износом во время единственного пускового периода (третий цикл) показывает, что примерно половина износа приходится на пуск. период увеличения, т. е. 12,9 мкм при общем расходе 25,8 мкм.

    Проведенные автором испытания двигателя ЗД-6 с воспламенением от сжатия также показали значительное влияние температуры воздуха на износ деталей при пуске. В данной работе интенсивность расхода пара поршневого цилиндра при пуске и нагреве определялась методом содержания железа в масле.Масло отбирали при различных температурах окружающей среды от 245 до 305 К через 1, 3 и 5 мин после пуска двигателя. После запуска двигатель прогревался за 20 с −1 за 15 мин. Всего было выполнено 160 последующих пусков в летних и зимних условиях.

    Исследования показали, что поршневые кольца, расположенные выше, изнашиваются больше, чем кольца, расположенные ниже. Расход в летних условиях примерно в 3–4 раза ниже, чем в зимних.

    Л.А.Суриков представил испытания на износ при пуске и прогреве и сравнил их с износом, возникающим при пуске двигателя с теплой подготовкой (заполнение системы охлаждения горячей водой). Испытания проводились на двигателе Д12А-375А при температуре окружающей среды 233–253 К. Износ деталей двигателя оценивали по содержанию железа в моторном масле. Образцы масла были взяты из системы смазки, сожжены и концентрация железа определена колориметрическим методом. Износ при пуске и прогреве оценивался по образцам, взятым до и после 20 пусков.Расход при 233 К был вдвое выше, чем при 248 К. В двигателе, система охлаждения которого была заполнена горячей водой, расход был примерно на 20% меньше, чем в двигателе без подготовки тепла [15].

    По данным Григорьева и Павлиского [16], износ цилиндров при одном холодном пуске двигателя при общем износе составляет:

    1. -

      для 6-цилиндрового дизеля объемом 11,15 дм 3 : от 8,5 до 12,7% от общего эксплуатационного расхода, что соответствует износу этих деталей зимой после 63.6 км,

    2. -

      для 8-цилиндрового дизельного двигателя объемом 11,15 дм 3 : от 8,9 до 13,4% от общего эксплуатационного расхода, что соответствует расходу за 63,4 км зимой.

    Совершенно другие результаты по износу узла поршень – цилиндр были получены Белоусовым [7]. В 1975–1978 годах автором были проведены эксплуатационные испытания двух тракторов МТЗ-80, оснащенных системой электрического пуска, для обеспечения гарантированного пуска двигателей Д-240 до температуры 243 К без предварительного нагрева.

    Тракторы оснащены пусковым устройством с легковоспламеняющейся жидкостью в аэрозольном баллоне и аккумуляторными батареями ЗСТ-225ЭР с улучшенными вольт-амперными характеристиками. Система смазки была заполнена концентрированным зимним маслом типа M-4z (6 Вт M6Wz), а система охлаждения - антифризом M-40. В июне 1978 г. были проведены технические испытания для проверки состояния деталей и их износа после эксплуатации. Осмотр поверхности гильз цилиндров и поршней показал их нормальное техническое состояние.На нем не было заусенцев и царапин, а поршневые кольца уплотнения и скребка были подвижными. Результаты микрометра гильз цилиндров показали, что их размеры в разных плоскостях не выходят за пределы допуска номинального размера, который составляет 110 + 0,6 мм.

    Измеренный наружный диаметр поршней не выходил за пределы допуска. В результате осмотра и микрометра поршней, гильз цилиндров, поршневых колец и других деталей двигателя было установлено, что запуск дизелей в зимних условиях без предварительного нагрева в рабочих условиях сохраняет надежность, износостойкость и долговечность деталей.

    По данным других авторов [17,18], при анализе работ, посвященных стендовым испытаниям на износ деталей двигателя при пуске при низких температурах, было установлено, что те испытания, в которых большие эквиваленты износа при пуске были получены методом без прогнозирования притирки после каждого пуска микрозубцов. Это означает, что после запуска двигатель не прогревался за счет своей автономной работы, что могло бы вызвать попадание микрозубцов. Запуск двигателя при наличии целых микрозубцов на трущихся поверхностях приведет к износу этих поверхностей в 5–11 раз больше, чем при нормальном износе.Поэтому основная опасность для долговечности двигателя заключается не в пуске, а в длительном пуске двигателя в неотапливаемом состоянии.

    Влияние нагрузки двигателя после запуска при низких температурах на его износ исследовала Головина А.М. [11]. Цитируемый автор исследования работал на двигателе с воспламенением от сжатия типа А-41. Система охлаждения была заполнена антифризом М-40, а масло в масляном поддоне разбавлено бензином А-72. Испытания проводились при средней температуре окружающей среды 263 и 253 К.Саморазогрев двигателя после пуска до температуры 323 К производился на холостом ходу и при нагрузке, равной 75% от номинальной. Номинальная частота вращения 29 с −1 была определена во всех испытаниях. Износ определялся методом искусственных оснований, которыми наносились гильзы и верхние уплотнительные кольца поршня. Отметки на рукавах оценивали в четырех зонах. Исследования показали, что износ в первой зоне по окружности цилиндра в процессе пуска и прогрева двигателя на холостом ходу и с нагрузкой 0.75% от номинала при 263 и 253 K окружающий воздух неравномерно. Такой характер распределения износа в верхней зоне можно объяснить тем, что в процессе пуска прогрева температура втулки по периферии разная и кольца вращаются. Анализ приведенных данных показывает, что потребление при пуске и нагреве под нагрузкой в ​​2–2,5 раза ниже, чем при пуске и холостом ходе: при 263 К и при 253 К. Кроме того, износ при пуске и нагреве под нагрузкой. при 253 К меньше износа при пуске и холостом ходу при 263 К.Приведенные результаты показывают, что нагрев двигателя под нагрузкой значительно снижает износ колец по сравнению с нагревом двигателя на холостом ходу. Кольца и верхняя зона втулок изнашиваются при нагрузке на двигатель на 253 К меньше, чем на холостом ходу при 263 К.

    Зависимость скорости износа от времени работы двигателя исследовали Брызик и Хенейн [9]. Испытания проводились на двигателе SW 680 с воспламенением от сжатия. Износ поршневой группы определяли по концентрации железа в пробах масла.Температура окружающего воздуха во время испытаний составляла 286–290 К. Высокая скорость износа, имевшая место в начальный период пуска, начала снижаться в конце первой минуты. Скорость износа увеличивалась при увеличении интервалов между пусками с 15 мин до 3 ч. Достаточно быстрое снижение скорости износа объясняется тем, что пуски проводились при положительных температурах воздуха и интервалы между последующими пусками были небольшими. В таких условиях из-за малой вязкости масла при пуске интенсивность его введения в поршневую группу за 20 с −1 = const достигла 0.11–0,13 г с –1 в течение 30 с после пуска.

    На данном этапе рассмотрения стоит отметить, что другие авторы [4], хотя и занимаются этим вопросом исследования в отношении гораздо более технологически продвинутых силовых установок, подчеркивают значительное влияние запусков двигателей при низких температурах окружающей среды на экономические исследования. период.

    В отечественной и зарубежной литературе [9,10,12,17] широко распространено мнение, что на износ при пуске и прогреве двигателя приходится 50–75% общего износа, особенно расход при низких температурах окружающий воздух.В статье представлен ряд взглядов разных авторов на износ основных узлов двигателя при пуске и прогреве при низких температурах.

    При испытании на износ деталей двигателей внутреннего сгорания может использоваться классификация, используемая исследователями для данного типа объектов [10,12,15,19], согласно которой механический, механо-молекулярный и механико-коррозионный износ выдающийся. В каждом из этих типов можно выделить ряд подтипов износа, характерных для взаимодействия различных компонентов двигателя.Механический износ можно разделить на абразивный (при наличии механических примесей), износ вследствие пластической деформации, усталостный износ. Абразивный износ сопровождает работу многих деталей двигателя в процессе его эксплуатации. В этом случае продукты износа и другие абразивные частицы неизбежно попадают между поверхностями трущихся деталей вместе с загрязненным воздухом или смазкой. Эти твердые частицы деформируют поверхность трения деталей, создавая на них царапины разной ширины и глубины и даже места, где происходит крошение материала.

    Механико-молекулярный износ, сопровождающийся явлением переноса металлических частиц с одной взаимодействующей поверхности на другую, часто происходит при взаимодействии поверхностей различных частей двигателя, особенно в местах недостаточной смазки. К этому типу износа относятся затраты тепла, связанные с сильным нагревом поверхности трения при высоких давлениях и высоких скоростях скольжения сопрягаемых деталей. Молекулярное взаимодействие увеличивается с повышением температуры. Его размер зависит от структуры и твердости материалов, связанных с поверхностью.Эти типы износа возникают, когда поршни взаимодействуют с гильзой цилиндра.

    Механически-коррозионный износ можно разделить на износ из-за окисления и износ в агрессивных средах. Это механический износ, усугубляемый явлениями коррозии. Среди прочего это происходит на стенках цилиндров. Каждый из этих типов износа может возникать как ведущий или связанный в зависимости от условий эксплуатации двигателя.

    Помимо упомянутых типов износа, существуют другие, которые обычно считаются независимыми типами износа: кавитационный, эрозионный [2,5,20,21].В двигателях кавитационный износ происходит в гильзах цилиндров, коренных подшипниках, распылителе и других компонентах. Эрозионный износ проявляется в отрыве частиц материала от поверхности в результате движения относительно этих поверхностей и контакта с ними жидкой или газовой средой. Среди прочего, эрозионный износ возникает в поршневых кольцах двигателя.

    Следовательно, детали двигателей внутреннего сгорания подвержены различным, чаще всего обширным, видам износа, характерным для их материалов и условий эксплуатации.

    Результаты испытаний и теоретические соображения показывают, что большинство механических потерь в поршневых двигателях вызвано трением в узле поршень-кольцо-цилиндр, и среди этих потерь подавляющее большинство возникает из-за трения поршневых колец о гильзу цилиндра.

    Аналогичным образом, согласно Bernhardt et al. [13], коррозионный износ гильз цилиндров происходит в основном во время запуска двигателя при низких температурах; с этого момента происходит неизбежная конденсация вредных соединений на стенках цилиндров.К таким активным соединениям в первую очередь относятся: муравьиная, уксусная, угольная и серная кислоты.

    Stouffer et al. В [3] электрохимическая коррозия в условиях недостаточной смазки рассматривается как основная причина явления износа при пуске при низких температурах. Кроме того, вода, скопившаяся в масляном поддоне, оказывает большое влияние на расход. Он вызывает коагуляцию и гидролиз других ингибиторов, содержащихся в масле, что ухудшает его смазывающие свойства. Кроме того, это приводит к засорению маслопроводов в результате выпадения осадков.При запуске при 263 К холодное масло достигает верха цилиндров до 180 с, а при 253 К до 230 с. Обзор показывает, что сборка поршневых колец при низких температурах подвержена как механическому, так и коррозионному износу.

    3.2 Испытания на износ системы поршень – цилиндр при низких температурах окружающей среды

    В этом разделе представлены испытания на износ цилиндров и поршней при низких температурах окружающей среды. Испытания состояли из пяти серий по 359 пусков двигателя при 268 К, по 150 пусков в каждой серии.Двигатель после прогрева работал на максимальных оборотах, от холостого хода до максимальных оборотов. Продолжительность теста составляла 3–5 мин. Тепловое состояние двигателя определялось на основе температуры моторного масла (измеренной в масляном картере), температуры охлаждающей жидкости (измеренной в водяном коллекторе) и температуры окружающей среды (воздуха в низкотемпературной камере). ). Дальнейшие пуски производились после достижения той же температуры моторного масла, охлаждающей жидкости и воздуха.

    Испытания проводились на дизельном масле ИЗ-35 и моторном масле Селектол Супер Плюс.Система охлаждения была залита антифризом Borygo. После каждой серии запусков двигатель разбирали, детали подвергали детальному осмотру и микрометрическим измерениям. Перед каждой серией пусков проверяли форсунки, давление впрыска которых устанавливали в соответствии со стандартом. Результаты сведены в Таблицу 1 и показаны на Рисунках 1 и 2.

    Таблица 1

    Максимальные значения износа гильз цилиндров (собственное исследование)

    Количество пусков Номер цилиндра
    1 2 3 4 5 6 Среднее значение
    Максимальный износ гильз цилиндров (мм)
    Перед испытанием 0.000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
    150 0,050 0,035 0,040 0,040 0,055 0,040 0,043
    150–300 0,020 0.015 0,010 0,015 0,015 0,025 0,017
    300–450 0,013 0,008 0,028 0,09 0,014 0,019 0,015
    450–600 0,016 0,012 0.019 0,015 0,013 0,014 0,015
    600–750 0,066 0,049 0,025 0,045 0,057 0,068 0,052

    Рисунок 1

    Характерное ослабление пары поршень – цилиндр после 750 пусков.

    Рисунок 2

    Средний износ гильз цилиндров после 750 пусков.

    На рисунке 1 показана характеристика люфта комбинации поршень-цилиндр. Характерный зазор определяется как разница между размером цилиндра и размером поршня, измеренным в 12,5 мм от нижнего края поршня в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала.

    Граничный зазор для двигателя 359 составлял 0,3 мм. Как видно из рисунка, зазоры после 750 пусков находятся в пределах от 0,115 мм для второго цилиндра до 0,17 мм для шестого цилиндра, т.е. не достигли предельного значения. На рисунке 2 показан средний износ гильз цилиндров после 750 пусков. Этот расход колеблется от 0,038 мм для второго цилиндра до 0,058 мм для шестого цилиндра. Средний износ поршня после 750 пусков показан на рисунке 3. Он колебался от 0.От 03 мм для четвертого и шестого поршней до 0,12 мм для второго поршня.

    Рисунок 3

    Средний износ поршня после 750 пусков.

    В случае второго цилиндра двигателя произошел ускоренный износ поверхности гильзы цилиндра в результате неконтролируемого нарушения непрерывности масляной пленки между верхним уплотнительным кольцом и поверхностью цилиндра. Это тесно связано с протеканием процесса сгорания и увеличением среднего рабочего давления в этом цилиндре.Шестицилиндровые рядные двигатели полностью сбалансированы с точки зрения сил и моментов инерции первого и второго порядка. Таким образом, с учетом координатных измерений геометрии узла ГД и высокой точности обработанных рабочих поверхностей и рельефа шероховатости с большой долей вероятности можно сказать, что усиление износа двух гильз цилиндров произошло. под влиянием быстрого протекания процесса горения. Этот факт был подтвержден измерениями доз топлива всех цилиндров, подаваемых в камеру сгорания, что свидетельствует об увеличении количества подаваемого топлива для цилиндра 2 более чем на 10%.Такое изменение параметров работы двигателя приводит к увеличению давления, работающего в этом цилиндре, и неравномерному распределению удельного давления уплотнительных колец на поверхность цилиндра. Этот факт подтверждается измерениями структуры материалов и стереометрией формы. Наличие таких режимов работы позволяет оценить влияние увеличения рабочего давления среды в камере сгорания на увеличение износа гильзы цилиндра и других механизмов главного двигателя в сборе.В конечном итоге это приведет к нелинейному всплеску износа и повреждению двигателя.

    В таблице 1 приведены максимальные значения износа гильзы цилиндра для последующих серий пусков. Наибольший износ гильзы цилиндра происходит на пятом пусковом цикле и составляет 0,052 мм.

    В количественном отношении среднее значение максимального потребления является самым высоким для серии запусков 600–750. Это было соответственно для отдельных температур: 0,078 мм для температуры 258 К, 0.052 мм для 268 К и 0,046 мм для температуры 273 К. Также было выполнено пять серий из 359 пусков двигателя при температурах 273, 268, 263 и 258 К по 150 пусков в каждой серии. Испытания проводились, как описано ранее, для температуры 268 К. Результаты показаны на рисунке 4. Имитационные модели будут включены в дальнейшие исследования.

    Рисунок 4

    Среднее значение максимального износа гильз цилиндров.

    Самый низкий износ произошел на центральных цилиндрах.

    Сравнивая эти значения со средним значением износа гильзы цилиндра (не приведенным в статье), было замечено, что правильность сохраняется. Увеличение количества запусков привело к увеличению степени износа, а снижение температуры запуска привело к увеличению степени износа. Изменились только значения расхода. Среднее значение максимального расхода гильз цилиндров составляло от 18,9% для первой серии из 150 запусков при 258 K до 36,8% для 750 запусков при 273 K.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *