Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Цилиндры двигателя

Цили́ндр  двигателя внутреннего сгорания является рабочей камерой объемного вытеснения. Во время работы двигателя внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев.

Внутренняя часть цилиндра — втулка или гильза цилиндра.

Наружная часть — рубашка двигателя.

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра называется зеркалом. Зеркало это рабочая часть цилиндра, поэтому она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование) и поэтому выбирают следующие типы материалов для гильз цилиндров. На зеркале цилиндра наносится специальный рельеф, который способствует снижению трения между поршнем, поршневыми кольцами и цилиндром, благодаря удерживанию моторного масла на стенках.

В современных двигателях внутреннюю поверхность цилиндров подвергают отбеливающему переплаву лазером, что способствует образованию белого чугуна высокой твердости.

Ресурс таких цилиндров намного выше и не требует ремонтных размеров.

Гильзы цилиндров отливают из чугуна высокой прочности или специальных сталей. Иногда на алюминиевые гильзы цилиндров наносят гальваническое покрытие хромом.

 

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается неравномерно, поэтому маховик должен обладать большим моментом инерции. В многоцилиндровом двигателе вращение коленчатого вала происходит равномернее, так как рабочие ходы в различных цилиндрах не совпадают друг с другом. Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем равномернее вращается коленчатый вал. Нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма в многоцилиндровом двигателе изменяется более плавно, чем в одноцилиндровом.

Цилиндры двигателя могут быть расположены следующим образом: вертикально в один ряд – однорядные, двигателя автомобилей ВАЗ-2107 «Жигули», ГАЗ-52-04, ГАЗ-3102 «Волга» и др., под углом a к вертикали, двигатель автомобиля Москвич 2140; в два ряда V-образные, двигателя автомобилей ГАЗ-53А,ЗИЛ-130, КаМаз 5320 и др.

Дефекты гильз цилиндров

Гильзы цилиндров изнашиваются вследствие трения между поршнем и зеркалом (внутренней стенкой цилиндра). Как правило повышенный износ может происходить вследствие таких причин:

— не достаточно масла на стенках цилиндров

-двигатель долго не работал, и все масло стекло в картер

-применение масла не соответствующей вязкости

— коррозия, возникает вследствии применения воды, как охлаждающей жидкости

-сколы, царапины возникают вследствие не правильного монтажа, демонтажа ( все действия по съемке гильз цилиндров нужно проводить согласно правил специальным съемником)

-при не правильной эксплуатации двигателя

 

Методы обработки для устранения дефектов

Дефекты устраняются такими методами обработки как: шлифовка, фрезировка, напыление, наплавка, хонингование.

Хонингование 

Хонингование — вид абразивной обработки материалов с применением хонинговальных головок (хонгов). В основном применяется для обработки внутренних цилиндрических отверстий (от 2 мм) путём совмещения вращательного и поступательно-возвратного движения хона с закреплёнными на нём раздвижными абразивными брусками с обильным орошением обрабатываемой поверхности смазочно-охлаждающей жидкостью. Один из видов чистовых и отделочных обработок резанием. Позволяет получить отверстие с отклонением от цилиндричности до 5 мкм и шероховатостью поверхности Ra=0.63÷0.04.

Обработка отверстий в различных деталях в том числе в деталях двигателя (отверстий блоков цилиндров, гильз цилиндров, отверстий кривошипной и поршневой головок шатунов, отверстий шестерен) и т. д. При обработке хонингованием обеспечивается стабильное получение точных отверстий и требуемых параметров шероховатости обработанной поверхности. Зеркало цилиндров должно иметь не совсем гладкую поверхность, так как масло будет стекать и не оставатся между парой трения, что будет приводить к износу, поэтому делается как бы меленькая насечка. В ней остаються частички масла , которые обеспечивают хорошую работу цилиндр-поршень и приводит к увеличению ресурса деталей.

что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

В статье подробно рассмотрены ключевые детали автомобильного двигателя – поршень и цилиндр. Уделено внимание их конструкции, функциям, условиям работы, возможным проблемам при эксплуатации и путям их решения.

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.


Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.


Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными двигателями, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр» существенно снижаются.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.


Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.



Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

  • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
  • Посадочные места под гильзу деформируются
  • Днища поршней оплавляются и прогорают
  • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
  • На теле поршней возникают различные повреждения
  • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
  • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. Все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.


Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

  • Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
  • Регулярно проводить диагностику автомобиля
  • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Цилиндры двигателя внутреннего сгорания | ЖЕЛЕЗНЫЙ-КОНЬ.РФ

Цилиндры являются наиболее ответственными элементами двигателя внутреннего сгорания [рис. 1]. Внутренняя часть цилиндра (5) образует рабочую часть, ограничиваемую его боковыми стенками, а также головкой цилиндра (1) и днищем поршня (14). Помимо этого, боковые стенки цилиндра также играют роль направляющих поршня (в процессе его возвратно-поступательного движения), поэтому внутренняя рабочая поверхность, то есть зеркало цилиндра, подвергается тщательной обработке.

Рис. 1. Поперечный разрез тракторного двигателя Д-144 воздушного охлаждения.

1) – Головка цилиндра;

2) – Форсунка;

3) – Впускной трубопровод;

4) – Выпускной трубопровод;

5) – Цилиндр;

6) – Картер маховика;

7) – Топливный фильтр;

8) – Картер двигателя;

9) – Щуп-масломер;

10) – Поддон картера;

11) – Коленчатый вал;

12) – Распределительный вал;

13) – Шатун;

14) – Поршень.

Цилиндры нагреваются вследствие воздействия на них горячих газов, а также за счёт трения поршневых колец и поршня. С целью сохранения температуры стенок цилиндров в допустимых пределах, при которых бы обеспечивались нормальные условия наполнения и смазывания, используется воздушное либо жидкостное охлаждение цилиндров [рис. 1] и [рис. 2].

Рис. 2. Разрез тракторного двигателя Д-240 жидкостного охлаждения.

1) – Шатун;

2) – Маслосъёмные кольца;

3) – Уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами;

4) – Камера сгорания и днище поршня;

5) – Валик коромысел;

6) – Клапан;

7) – Тарелка клапана;

8) – Сухари;

9) – Пружина клапана;

10) – Направляющая втулка клапана;

11) – Гильза цилиндра;

12) – Стойка валика коромысел;

13) – Регулировочный винт;

14) – Контргайка;

15) – Коромысло;

16) – Штанга;

17) – Головка цилиндров;

18) – Прокладка;

19) – Вентилятор;

20) – Шкив привода вентилятора;

21) – Шестерня привода распределительного вала;

22) – Шестерня привода распределительного вала;

23) – Шкив коленчатого вала;

24) – Шестерня привода распределительного вала;

25) – Шестерня привода масляного насоса;

26) – Уплотнение поддона картера;

27) – Шестерня привода масляного насоса;

28) – Маслоприёмник;

29) – Распределительный вал;

30) – Толкатель;

31) – Уплотняющее резиновое кольцо;

32) – Поршневой палец;

33) – Поддон картера;

34) – Коленчатый вал;

35) – Вкладыш для коренного подшипника;

36) – Прилив для коренного подшипника;

37) – Маховик;

38) – Блок-картер;

39) – Крышка;

40) – Колпак.

Стенки цилиндра подвержены значительному износу в процессе работы двигателя, вследствие чего блок-картеры автомобильных и тракторных двигателей изготавливаются со вставными гильзами. Гильзы используют двух типов:

1) – Сухие вставные гильзы [рис. 3, в)];

2) – Мокрые вставные гильзы [рис. 3, б)].

Сухие гильзы устанавливаются по всей длине цилиндра либо только в верхней его части, которая подвержена максимальному износу. У сухой гильзы толщина стенки составляет 2-4 мм. Окончательная обработка поверхности сухой гильзы осуществляется только после её запрессовки в блок-картер.

Рис. 3. Гильзы цилиндров.

а) – Гильзы цилиндров двигателя Д-240;

б) – Установка мокрой гильзы в блок-картер с центровкой в двух поясах;

в) – Установка сухой гильзы в блок-картер;

г) – Установка мокрой гильзы в блок-картер с центровкой в одном поясе;

1) – Центровочный пояс гильзы;

2) – Зеркало гильзы цилиндров;

3) – Центровочный пояс гильзы;

4) – Буртик;

5) – Жидкостная рубашка блок-картера;

6) – Прокладка головки цилиндров;

7) – Гильза цилиндров;

8) – Блок-картер;

9) – Уплотняющее резиновое кольцо;

10) – Вставка;

11) – Уплотняющая медная прокладка.

Как правило, для двигателей грузовых автомобилей и тракторов используются мокрые гильзы, что не только упрощает процесс литья блок-картера, но и позволяет применять более износостойкие материалы, а также повышать теплоотвод и уменьшать неравномерность нагрева, снижать трудоёмкость ремонта (замена изношенных гильз может осуществляться без демонтажа двигателя с шасси).

Недостатки использования мокрых гильз:

1) – Снижение жёсткости блок-картера;

2) – Необходимость дополнительного уплотнения жидкостной рубашки;

3) – Вероятность возникновения кавитационного разрушения.

Установка мокрой гильзы в гнездо блок-картера производится таким образом, чтобы предотвратить утечку жидкости из водяной рубашки в поддон картера и цилиндр. Помимо этого, должно учитываться возможное изменение длины гильзы в процессе её нагревания либо охлаждения.

При установке мокрой гильзы её нижний посадочный поясок уплотняется резиновыми кольцами, которые ставятся в нижнем пояске гильзы в выточке (ЗИЛ-130, ЯМЗ-238, СМД-60, А-41) либо в выточке, расположенной в блок-картере (СМД-14, Д-50, Д-240). В некоторых двигателях уплотнение гильзы выполняется с использованием двух (А-41, СМД-60, ЗИЛ-130) либо трёх (ЯМЗ-238) резиновых колец.

Установка мокрой гильзы в блок-картер (двигатель Д-240) показана на [рис. 3, а), б)]. Гильза цилиндра (7) в верхней части опирается буртиком (4) на основание цилиндрической выточки, расположенной на верхней плоскости блок-картера (8). В нижней (горизонтальной) перегородке блок-картера, в пояске для монтажа гильзы, изготовлена кольцевая выточка, в которую производится установка уплотняющего резинового кольца (9). Данное кольцо несколько выступает над поверхностью пояска, но в процессе установки гильзы в блок-картер происходит его обжатие, что создаёт надёжное уплотнение между блок-картером и гильзой. Торец гильзы также несколько выступает над поверхностью блок-картера, за счёт чего обеспечивается лучшее обжатие прокладки (6) в процессе крепления головки цилиндра, а также надёжное уплотнение, которое препятствует прорыву газов из цилиндра.

Для дизельных двигателей мокрые гильзы цилиндров изготавливаются из легированного либо серого перлитного чугуна. Как правило, внутренняя поверхность мокрой гильзы подвергается закалке ТВЧ (токами высокой частоты). Для некоторых тракторных дизельных двигателей рядного типа (СМД-14, Д-240) изготавливаются незакалённые гильзы из легированного чугуна.

Широкое применение в карбюраторных двигателях (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130) нашли чугунные мокрые гильзы (7) [рис. 3, г)] с запрессованной износостойкой вставкой (10), расположенной в верхней части. Данные гильзы монтируются в блок-картер с центровкой в одном (двигатель ЗМЗ-53) либо двух поясах (двигатель ЗИЛ-130). К недостаткам этих гильз можно отнести невысокий ресурс в тяжёлых эксплуатационных условиях, высокую стоимость, сложность в изготовлении и ремонте.

В современных карбюраторных двигателях используются монометаллические мокрые гильзы, выполненные из хромофосфористого чугуна. Уплотнение гильз с центровкой в одном нижнем поясе (двигатель ЗМЗ-53) осуществляется посредством медной прокладки (11), которая устанавливается под торцевой поверхностью буртика. Данная прокладка также применяется для регулирования положения гильзы (7) по высоте блок-картера (8).

С целью уплотнения газового стыка верхняя торцевая плоскость гильзы выполняется фасонной, а также устанавливается с выступанием над плоскостью разъёма блока на 0,05-0,15 мм (зависит от вида уплотняющей прокладки и размерности двигателя).

В дизельных двигателях с воздушным охлаждением (Д-21А1, Д-144) используются ребристые чугунные цилиндры (5) [рис. 1]. Рёбра цилиндров, как правило, изготавливаются посредством литья, без применения механической обработки. В основном, верхний торец делается в виде плоской кольцевой поверхности. Он обычно контактирует с соответствующей кольцевой поверхностью днища головки (1), тем самым обеспечивая уплотнение газового стыка. Между картером (8) и нижним торцом опорного бурта устанавливаются металлические прокладки, которые служат не только для уплотнения, но и для регулировки надпоршневого зазора.

17*

Похожие материалы:

Цилиндр

Цилиндр двигателя — обработанное отверстие в блоке цилиндров, внутри которого движется поршень. В случае, если блок цилиндров выполнен из алюминия, внутрь цилиндра впрессовывается вставка-гильза из тугоплавкого материала.

Классический пример цилиндра — оружейный ствол. Пуля, как поршень, движется вдоль его стенок под воздействием энергии расширяющихся газов

Двигатели, основанные на применении поршня, движущегося внутри закрытого ложа цилиндрической формы, известны с давних пор. На этом принципе еще два века назад строились «двигатели горячего воздуха», к примеру, двигатель Стирлинга, или еще более старые тепловые машины. Применительно к автомобилю мы знакомы с цилиндром как с частью двигателя внутреннего сгорания. Однако и таких двигателей разных конструкций наберется не менее двух десятков. Но, несмотря на явные различия во внешнем виде и конструкции, их объединяет одна общая исходная деталь – цилиндр. Она может быть разной формы, и даже не цилиндрической. Тем не менее, она есть всегда.

Цилиндр как основа двигателя

В цилиндре происходят все важнейшие процессы получения и преобразования энергии, необходимой для движения автомобиля. Цилиндр, по сути, связующее звено двух энергий: в нем энергия сгорания топлива переходит в энергию движения, вращающего коленчатый вал.

Поршень и цилиндр

Цилиндр во время работы испытывает колоссальные нагрузки.  С одной стороны это высокая температура и давление расширяющихся газов, с другой стороны высокая скорость движения поршня, которая достигает  8 метров в секунду.

При сгорании топлива в цилиндрах образуется такое огромное количество тепловой энергии, что двигатель приходится охлаждать даже когда на улице -25 градусов

Этот процесс можно сравнить с оружейным выстрелом, где пороховые газы толкают пулю, разгоняющуюся в стволе, (кстати, тоже имеющем форму цилиндра) до дульной скорости от 300 до 1000 метров в секунду, в зависимости от длины ствола. К тому же с огромной частотой, как, например, в пистолете-пулемете «Венус», до  2500 выстрелов в минуту.

И если на спортивном автомобиле группа цилиндров должна выдержать один рекордный заезд, то в обычном легковом автомобиле от цилиндров требуется работа в течение многих лет, без потери мощности, динамики и других показателей.

Поэтому инженеры автомобильных компаний вынуждены постоянно решать две основные проблемы, связанные с надежностью цилиндров – отвод тепла и смазывание поверхности, вдоль которой движется поршень.

Конструкция цилиндра

В первых двигателях внутреннего сгорания каждый цилиндр находился внутри отдельного корпуса. Такая конструкция сохранилась и в наши дни и используется, к примеру, при создании мотоциклетных двигателей. В этом случае она не утратила актуальности, потому что для охлаждения открытых со всех сторон двигателей мотоциклов применяется воздух. В автомобильных двигателях все цилиндры объединены в единый прочный корпус, который называется блоком цилиндров.

Для того, чтобы цилиндр двигателя мог выдерживать высоки нагрузки он выполняется из прочного материала — чугуна или специальной стали с различными присадками. Ради снижения веса современные блоки часто делают из алюминия. В этом случае внутренняя часть цилиндра выполняется в виде прочной стальной гильзы, запрессованной в блок.

Внутренняя поверхность цилиндра, непосредственно контактирующая с движущимся поршнем,  выполняется из металла со специальными добавками для повышения прочности.

Внешняя часть цилиндра, составляющая единое целое с корпусом блока, называется рубашкой. Внутри рубашки по каналам циркулирует охлаждающая жидкость.

Чтобы облегчить поршню скольжение внутри цилиндра, разработчики BMW предложили покрывать стенки цилиндров Никасилом — специальным сплавом, позволяющим обходиться без гильз в алюминиевом блоке

В двухтактных двигателях цилиндры имеют несколько иную конструкцию и отличаются от цилиндров четырехтактных двигателей наличием окон – впускных и продувочных. Помимо этого в нижней части цилиндра двухтактного двигателя имеется пластина для создания нижнего рабочего пространства под поршнем.

Системы охлаждения цилиндров

Для отвода избыточного тепла от цилиндра двигателя предусмотрена система охлаждения, которая может быть либо воздушной, либо жидкостной.

Воздушное охлаждение

Цилиндры двигателя с воздушным охлаждением снаружи покрыты множеством ребер, которые обдуваются встречным или созданным искусственно посредством воздухозаборников потоком воздуха, отводящим тепло от цилиндра.

Причудливый рисунок на внутренней поверхности цилиндра называется хоном, потому что для его нанесения используется хонинговальный станок

Жидкостное охлаждение

При жидкостном (чаще называемом водяным) охлаждении цилиндры снаружи  омываются циркулирующей в толще блока охлаждающей жидкостью. Нагретые цилиндры отдают часть тепла жидкости, которая в дальнейшем попадает в радиатор,  охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Система смазки цилиндров

Качественное смазывание стенок – вторая по значимости проблема после отвода тепла. Если цилиндр не смазывать изнутри, поршень попросту заклинит, что приведет к немедленному разрушению двигателя.

Для удержания стабильной масляной пленки на зеркале (внутренней поверхности) цилиндров, он подвергается хонингованию – нанесению микросетки на внутреннюю стенку. Благодаря наличию такой сетки на стенках всегда присутствует слой масла, что снижает трение (поршень-цилиндр), отводит излишки тепла и увеличивает в разы пробег до капитального ремонта.

Нестандартные покрытия цилиндра

Разработчики применяют новейшие технологии и материалы для упрочнения  зеркала цилиндра и его износостойкости.

Самый большой объем автомобильного двигателя – 117 литров. Такой огромный объем реализован в двигателе карьерного самосвала с 24 цилиндрами

Так внедрение кристаллов кремния в зеркало цилиндра многократно подняло ресурс двигателя, но одновременно и повысило требования к качеству масла и соблюдению температурного режима. Первые двигатели, созданные с применением этой технологии, были непригодными для ремонта и слишком дорогими. Дальнейшие разработки в этой области позволили несколько улучшить ситуацию в плане ремонтопригодности. Вместо того чтобы покрывать специальным составом поверхность цилиндров, выточенных в толще металла, в блок начали устанавливать подлежащие замене гильзы с напылением кремния.

Типовые технические характеристики цилиндров автомобильных двигателей

  • Диаметр цилиндра
  • Высота цилиндра
  • Рабочий объем – объем цилиндра от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки движения поршня.
  • Полный объем цилиндра – объем камеры сгорания и рабочего объема вместе.
  • Степень сжатия — определяется делением  полного объема цилиндра на объем камеры сгорания.  Этот критерий показывает, во сколько раз сжата горючая смесь в цилиндре. От увеличения степени сжатия в цилиндре увеличивается давление на поршень  при сгорании топлива, а значит, возрастает мощность силовой установки в целом. Увеличение этого параметра очень выгодно, так как от такого же количества смеси можно получить больший КПД.

Масло в цилиндре двигателя: причины неисправности

 23.04.2018

Как известно, двигатель внутреннего сгорания состоит из большого количества нагруженных деталей и узлов. При этом для нормальной работы сопряженных поверхностей (пар трения) необходимо подавать на такие поверхности смазку. Моторное масло в двигателе служит для защиты, смазывания, охлаждения, а также для удаления продуктов износа.

 

В норме масло, которое смазывает различные элементы ДВС, не должно в избытке попадать в камеру сгорания. Другими словами, в исправном моторе допускается только незначительное проникновение смазки в камеру сгорания двигателя. Однако в процессе эксплуатации силовой установки нередко возникают различные отклонения и поломки.

 

Неполадки приводят к тому, что масло начинает усиленно расходоваться, нарушается работа системы зажигания (свечи зажигания в масле), камера сгорания загрязняется маслом, двигатель коксуется и т.д.  Далее мы поговорим о том, почему смазка оказывается в цилиндре двигателя и свечи заливает маслом, а также какой может быть причина подобной неисправности.

 

Почему моторное масло попадает в камеру сгорания

 

Итак, водитель может обнаружить, что свечи зажигания в масле, двигатель дымит сизым дымом, повышен расход масла, а также силовой агрегат  хуже заводится, может троить, несколько теряется мощность мотора и т.д.

 

Не удивительно, что смазка в камере сгорания отрицательно сказывается на работе ДВС. Если иначе, угар моторного масла (в цилиндре двигателя смазочная жидкость сгорает в тот момент, когда в цилиндре происходит сжигание топливно-воздушной смеси) не только требует постоянного контроля уровня и долива смазочной жидкости, но и постепенно выводит двигатель из строя.

 

 

 

 

Вполне очевидно, что данную проблему нужно решать как можно быстрее, чтобы избежать более серьезных последствий. Теперь давайте рассмотрим, почему происходит попадание масла в камеру сгорания.

 

Прежде всего, верным признаком такой неполадки является наличие масла на свечах зажигания. Если просто, в том случае, когда электроды в смазке, это говорит о том, что замасливания свечей напрямую указывает об избыточном проникновении смазочного материала в цилиндр двигателя.

 

Что касается причин, в списке основных специалисты выделяют следующие:

 

  • возникли проблемы с направляющими клапанов или сальниками клапанов;
  • неисправны сами клапана;
  • залегли или износились поршневые кольца;
  • в двигателе допущен перелив моторного масла;
  • имеются проблемы с вентиляцией катера;

 

Далее рассмотрим указанные неисправности по порядку. Как правило, износ внутренней поверхности направляющих клапанов приводит к появлению сильного люфта между стрежнем клапана и направляющей втулкой. В результате масло из ГБЦ попадает в камеру сгорания и замасливает свечи зажигания.

 

Реже проблемным участок становится направляющая втулка клапана, которая выходит из тела ГБЦ. Обычно такая ситуация возникает в том случае, если направляющие уже ранее менялись, однако ставились не ремонтные увеличенные размеры, а стандартные.

 

Если говорить о сальниках клапанов, указанные детали выполнены из резины. Со временем сальник твердеет, теряет эластичность и начинает пропускать масло в цилиндры. Также быстро вывести из строя сальники клапанов способен перегрев ДВС.

 

В списке симптомов, указывающих на проблемы с сальниками клапанов, отмечено присутствие масла на резьбе свечи зажигания, а также появление синего маслянистого выхлопа на холодном моторе. При этом после прогрева ДВС интенсивность дымления снижается или полностью исчезает.

 

Кроме потери эластичности сальников вполне возможно, что произошло растяжение обжимной пружины, пружина может соскакивать с тела сальника и т.д. Бывает и так, что сальник «отрывается» от направляющей втулки. Если втулка изношена, клапан начинает работать таким образом, что прижим приходится только на одну сторону. В результате кромка сальника отгибается, позволяя тем самым маслу попадать в камеру сгорания.

 

Именно по этой причине выполнять замену маслосъемных колпачков  нецелесообразно в случае сильного износа втулок или стержней клапанов. Дело в том, что даже новые сальники клапанов не смогут нормально работать и быстро выйдут из строя, то есть расход масла после ремонта не упадет.

 

 

 

 

Еще отметим, что также изнашиваются и сами клапана. Если говорить о масле в цилиндрах, тогда проблема связна со стержнем клапана. Износ стержня приводит к тому, что появляется увеличенный зазор между направляющей и стержнем клапана. Масло в этом случае через неплотности «стекает» в цилиндр. Для эффективного решения проблемы необходима замена клапанов, а также во многих случаях и направляющих втулок клапанов.

 

Что касается цилиндров и поршней, в этом случае во время движения поршня трение возникает между стенкой цилиндра и поршневыми кольцами. Поршневые кольца устанавливаются на поршне и необходимы для уплотнения зазоров между поршнем и стенками цилиндров.

 

Для того чтобы добиться смазки и одновременно избежать попадания масла в камеру сгорания, на поршень ставится так называемое маслосъемное кольцо, которое «снимает» смазку со стенки цилиндра при движении поршня. Если же кольца изношены или имеются дефекты зеркала цилиндра, тогда моторное масло буквально затягивается в камеру сгорания.

 

 

 

 

Признаками проблем с кольцами  является скопление моторного масла на резьбе свечей зажигания, а также на изоляторе. Чтобы точнее определить неисправность, рекомендуется замерить компрессию в цилиндрах двигателя. Если компрессия низкая, в такой ситуации одним из возможных решений будет замена поршневых колец. Еще достаточно часто меняются и сами поршни, так как на них вполне могут треснуть перегородки под кольца.

 

Высокий уровень масла в двигателе возникает как после перелива смазки, так и в случае попадания антифриза/тосола или большого количества топлива в масляную систему. Если дело в обычном превышении уровня, тогда лишнее масло из двигателя нужно откачать.

 

В случае, когда в масляную систему попадает горючее или антифриз, двигателю нужен срочный ремонт. При этом важно понимать, что как ОЖ, так и горючее крайне негативно влияет на свойства смазочного материала. Это значит, что двигатель с такой неисправностью дальше эксплуатировать нельзя, так как высока вероятность его сильного износа и даже заклинивания.

 

Система вентиляции картера в норме нейтрализует скопление картерных газов и нормализует показатель давления в картере. Если вентиляция не работает должным образом, давление повышается, что и приводит к попаданию масла в камеру сгорания.

 

В результате поршневые кольца не могут «снять» лишнее масло со стенок цилиндров, смазка попадает в камеру сгорания, происходит замасливание свечей и т.д.

 

Что в итоге

 

Как видно, масло в цилиндрах двигателя может появляться по разным причинам. При этом во всех случаях наблюдается повышение расхода смазки, появляется сизый дым из выхлопной трубы, а также отмечается наличие смазочного материала на свечах зажигания.

 

Добавим, что обычно свечи, залитые маслом, становятся причиной затрудненного пуска ДВС, пропусков зажигания и троения двигателя. Масло в этой ситуации приходится постоянно доливать, свечи нуждаются в очистке или частой замене, причем такие действия все равно не решают основной проблемы.

 

Важно понимать, что избытков масла в камере сгорания быть не должно. В противном случае двигатель будет подвержен повышенному износу, камера сгорания загрязняется, страдают седла и тарелки клапанов, а также элементы ЦПГ. По этой причине необходимо своевременно выявить и устранить причину появления масла в цилиндре двигателя.

Почему 0,5-литровые цилиндры двигателя идеальны?

Почему 500-кубовый цилиндр становиться стандартом для двигателей внутреннего сгорания?

Десять лет тому назад, или около того, команда ученых немецкого университета установила, что 500 кубических сантиметров являются идеальным объемом для цилиндров двигателя внутреннего сгорания. 500-кубовый цилиндр с длиной хода больше, чем диаметр ствола, показывает преимущества в процессе горения путем минимизации отношения величины внутренней поверхности к объему, когда поршень приближается к верхней мертвой точке. Стремясь оптимизировать мощность и экономию топлива при одновременном снижении выбросов, три местных гиганта автомобильной промышленности – BMW Group, Mercedes-Benz и Volkswagen Group – немедленно присоединились к «клубу 500» со своими усиленными, длинноходными двигателями с прямым впрыском. Fiat Chrysler, Jaguar Land Rover и Volvo также подали заявки на членство в этом клубе. Со временем и другие бренды непременно вступят в игру, в частности потому, что объем цилиндров в 500 кубических сантиметров прекрасно соответствует существующим глобальным уставам налогообложения. В то время как гибридные и электрические двигатели будут продолжать свое правое дело в увеличении пробега и уменьшении вредных выбросов в окружающую среду, обновленные версии 139-летнего двигателя Николауса Отто с 500-кубовыми цилиндрами будут продолжать выполнять тяжелую работу.

На данный момент компания BMW является наиболее восторженным сторонником 500-сантиметровых цилиндров в своих трех-, четырех- и шестицилиндровых бензиновых и дизельных двигателях, как в тех, которые уже в производстве, так и в тех, которые находятся только на стадии разработки. Новейшая серия бензиновых двигателей BMW TwinPower Turbo, которая была запущена в Mini Cooper Hardtop модели 2015 года, объединяет в себе 82-миллиметровый ствол и 94,6-милимитровую длину хода, а также прямой впрыск топлива (подробнее о системе прямого впрыска топлива, читайте здесь), переменный хронометраж роботы впускных и выпускных клапанов, и переменную систему подъема впускного клапана. Такой модельный подход позволяет 60-процентную общность составляющих частей трех бензиновых двигателей и от 30 до 40 процентов общности с соответствующими двумя дизельными двигателями.

Следует отметить, что во всем этом имеет значение не только 500-кубовый объем цилиндра, но и размеры, которые приводят к такому объему. Ствол малого диаметра сокращает путь пламени, необходимый для потребления топливно-воздушной смеси и уменьшает гашение пламени в периферии ствола. При меньших поршнях и более компактной камере сгорания меньше потери тепла в системе охлаждения. Небольшой ствол влечет за собой общее сокращение блока цилиндра и скромное увеличение его высоты, что делает удобным установку мощных двигателей в ограниченное пространство.

Одна сложность, с которой нужно справиться энтузиастом, это более низкая предельно допустимая частота оборотов двигателя. Зато в обмен на это мы получаем лучший пробег и повышенную гибкость, приходящуюся на более широкий разброс между крутящим моментом и пиками мощности.

Сравнительная таблица цилиндров двигателя разной величины

Давайте взглянем на два разных подхода к получению мощности. 6,2-литровый двигатель AMG V-8 от компании Mercedes-Benz использует старый подход, который вряд ли доживет до 2025 года. На замену ему придет двигатель новой волны, – 4,0-литровый V-8 – который вскоре распространится во все AMG. 

Цилиндры и блок-картеры автомобильных двигателей

Цилиндр представляет собой одну из главных деталей порш­невого двигателя. Внутренняя полость цилиндра составляет осно­ву рабочей полости, в которой осуществляются все тепловые про­цессы, связанные с преобразованием тепловой энергии топлива в механическую работу.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляю­щими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями. Поэтому длина образующих цилиндра предопределяется величиной хода поршня.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпорш-невой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляе­мый для изготовления цилиндров, должен обладать большой меха­нической прочностью, а сама конструкция стенок повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа (абразивного, коррозионного и некоторых разновидностей эрозии), уменьшающих срок службы цилиндров (Износ цилиндров автомобильных двигателей является следствием комплексного воздействия на стенки многочисленных физических и химиче­ских быстротекущих процессов, которые по характеру проявления разделяют­ся на три основных вида износа: эрозивный, возникающий вследствие меха­нического истирания, схватывания и других разрушающих процессов при непосредственном контакте металлических трущихся поверхностей; корро­зионный, возникающий при всякого рода окислительных процессах на поверх­ностях трения; абразивный, вызывающий разрушение поверхностей трения при наличии между ними твердых или, как говорят, абразивных частичек, в том числе и продуктов износа). Материалы, применяемые для изготовле­ния цилиндров, должны обладать хорошими литейными свой­ствами и легко обрабатываться на станках.

В соответствии с этими требованиями в качестве основного материала для цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь и алюминие­вые сплавы.

Цилиндры из алюминиевых сплавов с внутренней стороны покрывают слоем пористого хрома толщиной 0,1—0,15 мм. Слой пористого хрома, имеющий канальчатую поверхность, хорошо удерживает смазку и обладает повышенной износостойкостью. Такой метод изготовления легких износостойких цилиндров используется иногда для мотоциклетных и автомобильных двигателей малого литража.

При использовании более дорогих материалов цилиндры чаще всего делают комбинированными, т. е. состоящими из двух метал­лов. Для внутренних стенок, образующих рабочую поверхность цилиндра, в этих случаях применяют наиболее износостойкие мате­риалы. Например, сталь или высоколегированный аустенитный чугун, содержащий 14—15% никеля, 6—7% меди и 2—4% хрома. Аустенитный никельмедистохромистый чугун-нирезист отличается от перлитного чугуна высокой коррозионной стойкостью, хорошей сопротивляемостью истиранию при ограниченной смазке и другими положительными свойствами.

Чтобы уменьшить потери на трение и обеспечить необходимое уплотнение надпоршневой полости, внутренние стенки цилиндров тщательно обрабатывают. По возможности им придают строго цилиндрическую форму, а рабочую поверхность доводят до высо­кой степени чистоты. Внутреннюю поверхность стенок называют зеркалом цилиндра.

Высокая температура газов в надпоршневой полости цилиндра и сравнительно большое количество тепла, выделяющегося при трении поршня и поршневых колец о зеркало цилиндра, вызывают интенсивный нагрев стенок, вследствие чего возникает необходи­мость в постоянном отводе от них тепла. Практически это достигает­ся непрерывным охлаждением стенок цилиндров жидкостью или воздухом. Даже кратковременное прекращение такого охлаждения связано с аварией цилиндра и выходом из строя двигателя. Быстро наступающий перегрев неохлаждаемых стенок приводит к «схваты­ванию» трущихся поверхностей или к заклиниванию поршня в ци­линдре, возможному обрыву шатуна и другим большим разруши­тельным последствиям.

Температура стенок цилиндров на прогретом двигателе под­держивается в пределах 100—150°С. Более высокую температуру имеют при этом стенки верхней зоны цилиндров, омываемые наибо­лее горячими газами. В двигателях с воздушным охлаждением отдельные участки верхней зоны цилиндров нагреваются до 170— 180°С, а средняя температура их стенок всегда бывает выше, чем при жидкостном охлаждении.

Повышенный нагрев стенок приводит к излишнему подогреву поступающего в цилиндры свежего заряда и уменьшению его весо­вого содержания. Двигатели развивают при этом заметно меньшую мощность. Однако нельзя и переохлаждать цилиндры. При темпера­туре ниже 100°С на стенках возможна конденсация паров воды. А так как в продуктах сгорания наряду с парами воды и другими химическими соединениями содержится некоторое количество сер­нистого газа, то создаются благоприятные условия для образования серной кислоты, коррозирующей стенки цилиндров, вследствие чего износ их резко возрастает.

В зависимости от способа охлаждения конструкция цилиндров и всего двигателя приобретает свои характерные особенности.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают инди­видуально, а для увеличения теплоотвода наружная поверхность их оребряется (рисунок). Следовательно, при воздушном охлаждении цилиндр, строго говоря, состоит из двух конструктивных элементов: гильзы или, как ее называют иногда, втулки и оребрения. Размер ребер и межреберных промежутков выбирают из условий, чтобы оребрение оказывало возможно меньшее сопротивление потоку охлаждающего воздуха и в то же время было достаточно развитым и обеспечивало нужную интенсивность теплоотвода. В существую­щих конструкциях площадь поверхности оребрения цилиндра примерно в 10 раз превышает площадь его зеркала в зоне оребрения.

 

 

 

Оребряемой поверхности гильзы, как показано на рисунке а и б, придают цилиндрическую или коническо-цилиндрическую форму. Чаще применяются гильзы с цилиндрической средней частью и с конической формой ее периферийных зон (см. рисунок б). Это способст­вует выравниванию температуры как по окружности, так и по высоте цилиндра, в частности уменьшает перепад температур в зоне пере­хода от оребренной части цилиндра к неоребренной. Утолщение стенок гильзы в верхней и нижней ее зонах повышает также общую жесткость цилиндра, а уменьшение толщины стенок гильзы в сред­ней части увеличивает сечение воздушных каналов, что способ­ствует лучшему теплоотводу.

В двигателях с воздушным охлаждением применяют как цельно­металлические, так и комбинированные цилиндры. Цельнометалли­ческие цилиндры изготовляют из чугуна, реже их делают сталь­ными, а в малых двигателях применяют также алюминиевые сплавы с хромированной поверхностью зеркала. Ребра отливают вместе с гильзой или нарезают на станках. Чаще используют первый, наиболее простой и экономически выгодный метод. Комбинирован­ные цилиндры представляют собой чугунную или стальную основу с ребрами из алюминиевых сплавов, получаемых методом литья (см. рисунок г), или же алюминиевую оребрснпую основу с запрессо­ванной в нее, например, чугунной гильзой (рисунок е). В таких цилиндрах высокая износостойкость сочетается с хорошим теплоот-водом, так как теплопроводность алюминиевых сплавов в 3—4 раза выше теплопроводности чугуна. Более высокими качествами обла­дают биметаллические цилиндры, получаемые методом заливки ребер, обеспечивающим монолитность их соединения с основой цилиндра.

Многоцилиндровые двигатели с воздушным охлаждением снаб­жают общим для всех цилиндров картером. Примером здесь может служить двигатель автомобиля «Запорожец».

Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением в отличие от рассмотренных оребрениых изготовляют с двойными стенками, что значительно усложняет их конструкцию. Внутренние стенки образуют у них гильзу цилиндра, а внешние более тон­кие— его рубашку. Стенки рубашки охватывают гильзовую часть цилиндра так, что между ними образуется полость, используе­мая для циркуляции охлаждающей жидкости.

Из соображений облегчения ремонта и увеличения срока службы цилиндров с жидкостным охлаждением их в большинстве случаев изготовляют комбинированными, с короткими вставками или со вегавками па всю длину зеркала цилиндра и с легкосъемными гиль­зами.

 

 

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.


Newer news items:

Older news items:


поршень и цилиндр | инженерное дело

Поршень и цилиндр , в машиностроении, скользящий цилиндр с закрытой головкой (поршень), который возвратно-поступательно перемещается в немного большей цилиндрической камере (цилиндре) под действием давления жидкости или против него, как в двигателе или насосе. Цилиндр паровой машины ( qv ) закрыт пластинами с обоих концов, с возможностью прохождения штоком поршня, жестко прикрепленного к поршню, через одну из торцевых крышек с помощью сальника и набивки. коробка (паронепроницаемое соединение).

Цилиндр двигателя внутреннего сгорания закрыт на одном конце пластиной, называемой головкой, и открыт на другом конце, чтобы обеспечить свободное колебание шатуна, который соединяет поршень с коленчатым валом. Головка блока цилиндров содержит свечи зажигания в двигателях с искровым зажиганием (бензиновых) и обычно топливную форсунку в двигателях с воспламенением от сжатия (дизельных); на большинстве двигателей клапаны, контролирующие подачу свежих топливовоздушных смесей и отвод сгоревшего топлива, также расположены в головке.

Подробнее по этой теме

Бензиновый двигатель

: Двигатели поршневые

Большинство бензиновых двигателей относятся к поршнево-поршневым двигателям возвратно-поступательного действия. Основными элементами поршнево-цилиндрового двигателя являются …

На большинстве двигателей цилиндры представляют собой гладко обработанные отверстия в основном структурном элементе двигателя, известном как блок, который обычно изготавливается из чугуна или алюминия.На некоторых двигателях цилиндры имеют гильзы (гильзы), которые можно заменить в случае их износа. В алюминиевых блоках используются вкладыши из центробежного чугуна, которые помещаются в форму при разливке алюминия; Эти вкладыши не подлежат замене, но их можно переточить.

Поршни обычно снабжены поршневыми кольцами. Это круглые металлические кольца, которые входят в канавки на стенках поршня и обеспечивают плотную посадку поршня внутри цилиндра. Они помогают обеспечить уплотнение для предотвращения утечки сжатых газов вокруг поршня и предотвращения попадания смазочного масла в камеру сгорания.

Важной характеристикой двигателя внутреннего сгорания является его степень сжатия, определяемая как общий объем камеры сгорания с полностью выдвинутым поршнем (максимальный объем), деленный на общий объем с полностью сжатым поршнем (минимальный объем). Фактическая степень сжатия на практике несколько меньше. Более высокая степень сжатия обычно обеспечивает лучшую производительность двигателя, но для этого требуется топливо с лучшими антидетонационными характеристиками.

Тесно связана со степенью сжатия характеристика, известная как смещение — i.е., — изменение объема (измеряемого в кубических дюймах или кубических сантиметрах) камеры сгорания, которое происходит при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое. Смещение связано с номинальной мощностью двигателя.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​Эми Тикканен.

Двигатель внутреннего сгорания — Конструкция двигателя внутреннего сгорания — цилиндр, топливо, коленчатый вал и поршень

В двигателях внутреннего сгорания

обычно используется возвратно-поступательное движение, хотя газовая турбина , , ракетные и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания.Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним прикреплены другие компоненты, которые увеличивают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала. Топливо должно поступать в цилиндр, а выхлоп, образованный взрывом топлива, должен обеспечивать выход из цилиндра.Также должно производиться зажигание или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями сжатия, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство цилиндра. Сжатие вызывает нагревание воздуха; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается. Давление , создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, тяжелее, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогостоящего топлива.Дизельные двигатели обычно используются в больших транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, вызывающей взрыв топлива в цилиндре. Этот газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива.

В двигателе цилиндр размещен внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива.Внутри цилиндра находится поршень, который точно соответствует цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму вверху и полую внизу. Поршень прикреплен через шатун, установленный в полой нижней части, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение. Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека похожа на поршень.От колена до стопы нога действует как шатун, который прикрепляется к коленчатому валу с помощью кривошипа или педального узла велосипеда. Когда сила прикладывается к верхней части ноги, эти части начинают двигаться. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога делает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые удары. Поскольку двигатель также должен всасывать топливо и снова выпускать топливо, большинство двигателей используют четыре хода для каждого цикла, который совершает поршень.Первый ход начинается, когда поршень оказывается в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра. По мере его опускания в цилиндре создается вакуум . Это потому, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство. Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой блока цилиндров увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот ход называется тактом впуска.

Следующий ход, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова подталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо в более тесное и тесное пространство. Сжатие топлива в верхней части цилиндра вызывает нагревание воздуха, что также нагревает топливо. Сжатие топлива также облегчает воспламенение и делает взрыв более мощным. У расширяющихся газов взрыва меньше места, а это означает, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы уйти.

В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, который толкает поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал. Последний ход, такт выпуска, снова поднимает поршень вверх, который вытесняет выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан. Эти четыре удара также обычно называют «сосание, сжатие, удар и удар». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, комбинируя их с тактами сжатия и увеличения мощности.Это позволяет создать более легкий и мощный двигатель — по сравнению с размером двигателя — требующий менее сложной конструкции. Но двухтактный цикл — менее эффективный метод сжигания топлива. Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя. Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах, и с небольшими инструментами.

Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. В дизельных двигателях топливо подается непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра. Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении , составляющем примерно 14 частей воздуха на каждую часть бензина.Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз по цилиндру, втягивает топливо в цилиндр. Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность посадки. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан.Затем бензин сжимается в цилиндр следующим движением поршня в ожидании воспламенения.

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, которые действуют вместе в точно рассчитанной по времени последовательности для приведения в движение коленчатого вала. Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, в котором каждая нога помогает другой, создавая мощность для управления велосипедом и подтягивая друг друга в цикле движений. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двух- и двенадцатицилиндровые двигатели.Число цилиндров влияет на рабочий объем двигателя, то есть на общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два конца из металла , называемые электродами, которые проходят вниз в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания.Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток перескакивает с одного электрода на другой, создавая искру.

Этот электрический ток исходит от батареи . Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива. Поэтому он проходит через трансформатор , который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток можно направить на свечу зажигания.

Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна направляться в каждый цилиндр по очереди.Последовательность срабатывания цилиндров должна быть рассчитана так, чтобы, пока один поршень находился в рабочем такте, другой поршень находился в такте сжатия. Таким образом, сила, действующая на коленчатый вал, может поддерживаться постоянной, что позволяет двигателю работать плавно. Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем плавнее будет работать двигатель.

Время срабатывания цилиндров регулируется распределителем.Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания через провода, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители — это, по сути, вращающиеся роторы, которые по очереди пропускают ток в каждый провод. Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разряде просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность подзарядки аккумулятора, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в аккумулятор.

Поршень или поршни толкают коленчатый вал вниз и вверх, вызывая его вращение. Это преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала возможно, потому что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть участок, установленный под углом к движению вверх и вниз положения . На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также установлены под углом друг к другу, что позволяет им действовать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает его поршень вверх.

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он поддерживает постоянное движение коленчатого вала. Это необходимо в четырехтактном двигателе, поскольку поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода. Маховик обеспечивает импульс для переноса коленчатого вала во время его движения до тех пор, пока он не получит следующий рабочий ход. Это достигается за счет инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект стремится оставаться в движении.Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

Когда коленчатый вал вращается, его движение можно адаптировать для самых разных целей, прикрепив шестерни, , ремни или другие устройства. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, или двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии.К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в последовательности с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее более или менее форму яйца, с длинным и коротким концом. К распределительному валу крепится несколько кулачков в зависимости от количества цилиндров двигателя. Сверху кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отклоняться от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают стержни назад к клапану, снова закрывая его.В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением кулачка, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя. Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня над портами или отверстиями в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Коленчатый вал может приводить в действие еще два компонента: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое быстро приведет к перегреву двигателя и даже к расплавлению, если он не будет должным образом рассеян или отведен.Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Есть два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода , которую часто смешивают с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температуру кипения и воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, перекачивается вокруг двигателя через ряд каналов, содержащихся в рубашке.Затем вода циркулирует в радиаторе, который содержит множество трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубке, дополнительно снижая температуру воды. И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. В большинстве мотоциклов, многих небольших самолетов и других машин, движение которых производит большое количество ветра , используются системы с воздушным охлаждением.В них металлические ребра прикреплены к цилиндрам снаружи, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит через ребра, тепло, передаваемое к металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение деталей друг относительно друга вызывает сильное трение , которое вызывает нагревание и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал в нижней части двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла. Насос подает масло по каналам и отверстиям к различным частям двигателя. Поршень также оснащен резиновыми маслосъемными кольцами в дополнение к компрессионным кольцам для перемещения масла вверх и вниз по внутренней части цилиндра. В двухтактных двигателях масло используется в составе топливной смеси, что обеспечивает смазку двигателя и устраняет необходимость в отдельной системе.


Двигатели внутреннего сгорания с безкольцевыми угольными поршнями

Двигатели внутреннего сгорания будут сконструированы с цилиндрами и поршнями без колец, изготовленными из легких углеродно-углеродных композитных материалов, в соответствии с предложением. Это предложение является логическим продолжением предыдущего исследования, которое показало, что двигатели, которые содержат углеродные / углеродные поршни с обычными металлическими поршневыми кольцами, работающими в обычных металлических цилиндрах, работают лучше, чем двигатели с обычными поршнями из алюминиевого сплава.Наблюдаемое улучшение рабочих характеристик (измеряемое как увеличение срока службы поршня во время высокопроизводительной работы) можно объяснить, главным образом, низким тепловым расширением углерод-углеродного композита. Углеродно-углеродные поршни могут продолжать работать при тепловых нагрузках, которые вызывают заедание алюминиевых поршней или повреждение от задиров из-за чрезмерного теплового расширения и термической деформации.

Помимо чрезвычайно низкого коэффициента теплового расширения, углерод-углерод примерно на 30 процентов легче алюминия, что обеспечивает преимущество уменьшения возвратно-поступательной массы (меньшая возвратно-поступательная масса может потенциально снизить силы вибрации и увеличить число оборотов в минуту.возможность). Углерод-углеродный композит также имеет преимущество перед алюминием в том, что он полностью сохраняет прочность и жесткость при комнатной температуре при высоких температурах. Более того, прочность, тепловое расширение и теплопроводность углерод-углеродных композитов можно регулировать путем ориентации углеродных волокон и выбора типа волокна, типа матрицы и методов обработки.

Ствол цилиндра, ламинированный углеродом / углеродом, в этом однопоршневом двигателе (или блок цилиндров, ламинированный углеродом / углеродом в многопоршневом двигателе) будет содержать поршень без кольца из углерода / углерода.

Кольца необходимы на алюминиевых поршнях для уплотнения зазора, который должен существовать между поршнем и стенкой цилиндра, чтобы компенсировать дифференциальное тепловое расширение материала поршня и цилиндра (обычно чугунная втулка в алюминиевом блоке). Хотя холодный зазор можно несколько уменьшить, заменив поршень углеродистым углеродом, кольца все же потребуются для получения эффективного уплотнения. Преимущество потенциально достижимо в четырехтактном двигателе, поскольку более плотная посадка поршня уменьшает так называемый «объем щели» или зазор между поршнем и стенкой цилиндра над верхним кольцом.Топливная смесь, попадающая в этот зазор, не сгорает и расходуется как несгоревший углеводород. Если бы металлический блок был снабжен углеродно-углеродной втулкой, холодный зазор можно было бы еще больше уменьшить, но достичь минимального зазора может быть сложно, поскольку на форму втулки могут влиять термически индуцированные деформации в окружающем металлическом блоке (там также существуют вопросы относительно того, как втулка может содержаться в блоке). Если, с другой стороны, металлический блок цилиндров и гильза должны быть заменены блоком цилиндров, полностью сделанным из углерод-углерод, разница в тепловом расширении между материалами поршня и цилиндра будет практически устранена, как и возможность теплового искажения. любого компонента.Тогда зазор может быть уменьшен до абсолютного минимума. Работа без колец, которая устранила бы источник трения, снижающего мощность, теперь может рассматриваться как интригующая возможность. В конечном итоге в четырехтактном двигателе могут потребоваться кольца, чтобы минимизировать прорыв газов сгорания и / или контролировать расход масла; однако объем щели, который является основной причиной выбросов углеводородов, будет устранен во всем диапазоне рабочих температур двигателя, и характеристики кольца потенциально могут быть улучшены из-за меньшего раскачивания поршня в канале ствола.Работа без колец может оказаться особенно привлекательной для двухтактных двигателей с высокой частотой вращения / мин, где не требуются маслосъемные кольца и может быть допустимо относительно большее количество прорывов.

Для простоты на рисунке показан одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, который может быть построен в соответствии с этой концепцией (возможны также многоцилиндровые и четырехтактные двигатели). Цилиндр будет изготавливаться из углерод-углеродного композита, помещенного между металлической головкой с воздушным охлаждением и металлическим картером.Этот узел будет удерживаться вместе болтами с длинной головкой, которые будут проходить через головку и через (или рядом) цилиндр из угля / угля в резьбовые отверстия в картере. Цилиндр из углеродного / углеродного цилиндра может быть соединен с картером с помощью уплотнительного кольца, а с головкой — с помощью прокладки головки блока цилиндров.

Блок цилиндров может быть изготовлен с использованием одной или нескольких из многих возможных конфигураций волокон в углеродном / углеродном материале. Самая простая и экономичная конфигурация представляет собой набор слоев, в котором все волокна выровнены перпендикулярно оси отверстия цилиндра.Низкая по своей природе межслойная прочность углеродно-углеродного блока не будет серьезной проблемой, потому что зажимающая сила, прикладываемая болтами с головкой, будет сводить на нет растягивающие напряжения поперечного слоя в ламинате. В принципе, эта конфигурация, вероятно, может быть выбрана для сохранения зазора поршень / цилиндр с жесткими допусками, поскольку в ней будут использоваться две особенности углеродных волокон, которые очень привлекательны для этого применения: высокая продольная теплопроводность (для некоторых волокон выше, чем у меди. ) и близкое к нулю продольное тепловое расширение.Такая конфигурация минимизирует тепловое расширение канала цилиндра, одновременно увеличивая теплопроводность наружу через цилиндр к окружающему воздуху. На практике также потребуются некоторые ориентированные по окружности волокна для обеспечения армирования против кольцевых напряжений, но доля таких волокон должна быть минимизирована.

Изготовление цилиндра цилиндра может начаться с укладки слоев в пресс-форму, которая может включать внутреннюю пресс-форму размером примерно с отверстие цилиндра.В качестве альтернативы, перед карбонизацией отверстие цилиндра может быть обработано несколько заниженного размера. В любом случае при первоначальном формировании отверстия внутренние края всех слоев будут подвергаться воздействию пропиточных материалов, которые будут наноситься на этапах уплотнения. В конце концов, отверстие цилиндра будет обработано почти до конечного диаметра, а затем внутренняя поверхность цилиндра будет обработана в процессе уплотнения и нанесения покрытия для уменьшения трения и защиты от окисления. Затем цилиндр хонинговался до окончательного диаметра.

Эта работа была выполнена Филипом О. Рэнсоном из Langley Research Center . Дополнительная документация отсутствует.

Это изобретение принадлежит НАСА, и была подана заявка на патент. Запросы относительно неисключительной или исключительной лицензии на его коммерческую разработку следует направлять по адресу

Патентный советник,

Исследовательский центр Лэнгли;
(757) 864-3521.

См. LAR-15094.


Еще из SAE Media Group

NASA Tech Briefs Magazine

Эта статья впервые появилась в августовском выпуске журнала NASA Tech Briefs за август 2002 года.

Другие статьи из архивов читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Цилиндр, поршень и топливо для ДВС!

Hi Minh Thanh ..

Вы можете использовать алюминий из старого поршня от автомобиля, так как алюминий имеет сплав внутри. Расплавить старый поршень и вылить в стальную трубу. Дайте ему остыть, тогда у вас есть поршневой материал для создания поршня на токарном станке.

Материал поршневых колец найти несложно: Старый распредвал или тормозной диск из автомобиля.

Формула размера поршневого кольца:
Толщина поршневого кольца: Диаметр: 25 = Толщина поршневого кольца.
Высота поршневого кольца: Толщина = Высота.
Кольцевой зазор: толщина x 4 = кольцевой зазор. (Не устанавливается в отверстие цилиндра! При установке в отверстие цилиндра зазор кольца меньше. Правило о зазоре кольца: зазор 0,0889 мм на 25,4 мм диаметра цилиндра. Пример: 101,6 мм (отверстие) x 0,0889 мм = Минимальный зазор 0,35 мм.)

Важно помнить: диаметр поршня не должен совпадать с диаметром цилиндра.Также диаметр поршня немного меньше диаметра цилиндра при холодном двигателе. Когда двигатель работает, поршень будет горячим и расширяться до диаметра, близкого к диаметру цилиндра. Если диаметр поршня совпадает с диаметром цилиндра, он застрянет в цилиндре, когда двигатель горячий. Настоящий поршень немного сужается, а верхняя часть поршня меньше его юбки.

Когда я создавал поршень, я взял расчет теплового расширения, выбранного коэффициентом расширения материала.Я установлю диапазон температур от 150 до 250 градусов Цельсия и рассчитаю конечный диаметр поршня, когда двигатель горячий. Затем я поворачиваю на токарном станке правильный диаметр, когда поршень холодный, через некоторое время настраиваю его до нужного диаметра наждачной бумагой. Я предпочитаю конический поршень: юбка поршня примерно того же диаметра, что и отверстие цилиндра, а верхняя часть поршня имеет размер диаметра, когда поршень холодный. Когда поршень горячий, это будет «параллельный» поршень. Погуглите это: Как рассчитать коэффициент теплового расширения.

Стенка цилиндра должна быть заштрихована, чтобы на ней было много масляных карманов, тогда поршневое кольцо / цилиндр прослужит долго.

, УКАЗЫВАЮЩИЙ О БЫСТРОСКОРОСТНОМ МНОГОЦИЛИНДРОВОМ ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Индикатор, заявленный как единственное известное устройство для надежного и экономичного получения составных индикаторных диаграмм, отображающих мощность, смещение и влияние нижнего контура на высокоскоростные многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, широкая область применения для таких инструмент, способствующий развитию высокоскоростных двигателей, позволяющий точно исследовать процессы в цилиндрах двигателя, которые давно стали очевидными, поскольку обычный индикатор выходит из строя при частоте вращения двигателя выше 300 об. / мин.вечера. из-за инерционного воздействия на его карандашный механизм и барабан. Из-за большой потребности в получении точных индикаторных карточек при высоких оборотах двигателя было решено сконструировать устройство, которое будет создавать диаграммы с небольшим или нулевым эффектом инерции для цилиндров двигателя, работающего на любой скорости, и производить эти диаграммы доступны для немедленного анализа, без использования фотографических или других процессов.

Вкратце, стандартный индикатор малой скорости с барабаном 1½ дюйма.в диаметре напрямую соединяется стандартным штуцером с той частью устройства, внутри которой находится небольшой тарельчатый клапан, который открывается на очень небольшой интервал каждого цикла двигателя и который при открытии завершает сообщение между коллектором двигатель и индикатор. Цилиндр индикатора заполнен густым смазочным маслом, чтобы обеспечить надлежащее уплотнение для поршня индикатора и минимизировать перенос газа в цилиндр двигателя или из него во время каждого цикла двигателя.

Движение барабана контролируется струной, намотанной на шкив и соединенной с траверсой устройства, которое можно рассматривать как копию поршня двигателя, но которое перемещается только на один ход за каждые 800 ходов поршня двигателя и дает очень медленное возвратно-поступательное движение к барабану индикатора, тем самым сводя на нет эффекты инерции.Крейцкопф управляется регулируемым по длине шатуном и градуированным кривошипно-шатунным механизмом, образующим цепь, имеющую характеристики, точно такие же, как у цепи, которая управляет поршнем двигателя. Поскольку длина шатуна может изменяться, соотношение штока и его кривошипно-шатунного механизма может быть точно таким же, как соотношение между соответствующими частями двигателя. Направляющая крейцкопфа может быть отрегулирована для имитации смещения цилиндров, если такое смещение существует, и устройство можно сделать доступным для использования на всех типах двигателей внутреннего сгорания и для соотношений шатуна и кривошипа, варьирующихся от 3¾ до 1. и 5½ к 1.

Вал устройства, проходящий вертикально вверх от другого вала, приводимого в движение с частотой вращения двигателя, вращается с половинной частотой вращения двигателя. Горизонтальный вал, на котором установлен ручной кривошип, приводится во включенное сцепление с частотой вращения коленчатого вала 1/40. Этот горизонтальный вал приводит в движение вертикальный вал, к которому через червячную передачу прикреплен градуированный кривошипно-шатунный диск с уменьшением от 20 до 1; Таким образом, при включенном сцеплении этот диск приводится в движение двигателем на 1/800 частоты вращения двигателя и приводит в действие шатун устройства.При выключенном сцеплении ступенчатый кривошипно-шатунный диск может приводиться в движение рукояткой в ​​любом направлении.

Включены подробные сведения и иллюстрации конструкции, применения, процедуры и эксплуатации. Индикатор успешно работает более 500 часов. тестирования и исследовательской работы в Университете штата Огайо. Составная индикаторная диаграмма, полученная в течение большого количества циклов двигателя, которые по отдельности обычно не похожи, является явным преимуществом по сравнению с чем-либо еще опробованным, поскольку диаграмма строится на глазах инженера-испытателя.

Основы работы поршневого двигателя

Многие люди всю свою жизнь водят машину, даже не понимая, как работают машины. У этих знаний есть много преимуществ. Курсы обучения водителей отлично подходят для обучения людей правилам дорожного движения, но многие из них даже не охватывают основы механики.

Большинство автомобилей на дорогах сегодня имеют двигатели внутреннего сгорания.Это тип поршневого двигателя, в котором поршни используются для преобразования давления в движение. Хотя это может показаться сложным, самый простой способ понять ваш двигатель — изучить различные части и то, что они делают во время этих циклов.

Преимущества понимания вашего двигателя

Есть много причин иметь фундаментальное представление о том, как работает двигатель вашего автомобиля. Во-первых, это даст вам преимущество при покупке автомобиля, потому что вы сможете сравнивать разные автомобили в зависимости от того, что находится под капотом.Когда вы владеете собственным автомобилем, знание двигателя поможет облегчить обслуживание автомобиля и устранение механических неисправностей.

Точно так же, если вам когда-нибудь понадобится сдать автомобиль в ремонт, знакомство с двигателем поможет вам понять, какие работы необходимо выполнить и почему. Вы также можете определить, действительно ли в некоторых предлагаемых ремонтах нет необходимости.

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания

В основе двигателя автомобиля лежат цилиндры.У большинства машин их четыре, шесть или восемь штук. Внутри каждого цилиндра находится поршень, который скользит вверх и вниз и при этом вращает коленчатый вал, прикрепленный к коробке передач, которая, в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля. Цилиндры также оснащены клапанами, которые впускают воздух и топливо и позволяют выходить выхлопным газам. Топливо внутри двигателя воспламеняется свечами зажигания, и это сгорание приводит в движение поршни.

Четырехтактный цикл

Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены многие современные легковые и грузовые автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу, и эти четыре стадии — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск.Поскольку в автомобилях обычно есть по крайней мере четыре цилиндра, которые запускаются последовательно, цилиндры всегда проходят разные стадии цикла, а это означает, что всегда есть поршень, приводящий в действие коленчатый вал.

  • Цикл впуска : Во время цикла впуска впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень движется вниз по цилиндру, и вакуум, создаваемый движениями поршня вниз, всасывает воздух и топливо в камеру сгорания цилиндра.
  • Цикл сжатия : Как только поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается и сжимает воздух и топливо внутри камеры сгорания.
  • Цикл сгорания : Поршни всегда движутся вверх и вниз, поскольку поршень движется вверх, он сжимает воздух и топливо в камере сгорания. Как только это происходит, свеча зажигания используется для воспламенения топлива и воздуха, и в результате взрыв толкает поршень обратно вниз.
  • Выпускной цикл : Во время последней стадии цикла выпускной клапан открывается, когда поршень достигает дна цилиндра, и оставшееся топливо и воздух выпускаются из камеры сгорания.

Знание основ работы двигателя транспортного средства полезно при покупке и обслуживании автомобиля, и это может даже помочь вам диагностировать проблемы, когда что-то идет не так. Изучение двигателя вашего автомобиля — лишь один из компонентов комплексного обучения водителей, но во многих случаях эти знания могут помочь вам выбраться из затора.

Чтобы узнать больше о своей машине и получить навыки вождения, которые обеспечат безопасность вас и других людей на дороге, запишитесь на занятия в школе вождения Western Slope в Литтлтоне.Мы являемся лучшим в регионе институтом вождения как для начинающих, так и для опытных водителей.

Что такое двигатель внутреннего сгорания (ДВС)? | Ан

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

В данной статье описывается принцип работы, узлы и типы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — это известный тип двигателя, который также известен как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — это механическая машина, которая сжигает топливо в другом пространстве, чем паровой двигатель, который горит вне двигателя.В двигателе внутреннего сгорания в качестве рабочего тела используется бензин, дизельное топливо, водород, метан и пропановое газовое топливо. Этот тип двигателя выделяет газ под высоким давлением и температурой. Двигатель внутреннего сгорания использует входящую энергию в виде топливовоздушной смеси для осуществления процесса сгорания внутри камеры сгорания. Изменения температуры и давления топливовоздушной смеси воздействуют на поршень двигателя, вызывая полезную работу.

Эта сила заставляет детали двигаться с определенной скоростью, преобразовывая химическую энергию топлива в механическую энергию (мощность).На приведенной ниже диаграмме представлен этот процесс.

В зависимости от этого механизма двигатель внутреннего сгорания может выдавать 0,01 кВт при 20×103 кВт. Электрическая мощность IC составляет 1 кВт, а тепловая мощность прибл. 2,5 кВт. Эти двигатели имеют КПД от 20 до 26%, а КПД — около 92%.

Большинство двигателей внутреннего сгорания разработаны для транспортных средств и требуют мощности около 102 кВт. В подходящем двигателе внутреннего сгорания используется совместимый принцип поршневой цилиндр, при котором поршни (сделанные из стальных сплавов) в цилиндре открываются вперед и назад.Мощность передается на ведущий вал через шатун и коленчатый вал двигателя. Клапан регулирует поток газов к двигателю и от него. Было обнаружено, что двигатель ICE очень хорошо работает с высоким электрическим КПД, чем другие традиционные системы выработки электроэнергии, используемые в отелях и жилых отелях.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри цилиндра. После этого тепловая энергия смеси топлива и воздуха сразу преобразуется в механическую энергию.В двигателе внутреннего сгорания топливо воспламеняется и горит внутри двигателя. Затем двигатель преобразует часть энергии, вырабатываемой при сгорании, в работу. Двигатель внутреннего сгорания имеет подвижный поршень и неподвижный цилиндр. Расширяющийся газ толкает поршень и вращает коленчатый вал. Наконец, это движение кривошипа приводит в движение колеса разных автомобилей через систему передач.

Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД по сравнению с другими двигателями ЕС. Когда двигатель работает одновременно в машинах внутреннего сгорания, он может запускать цикл с каждого такта.Когда этот ход двигателя возвращается к своей исходной скорости, это означает, что цикл 1 st был завершен. ICE имеет 4 этапа для выполнения цикла 1 st , как описано ниже:

Ход всасывания: На этом этапе дым двигателя (воздух) дается в правильных пропорциях.

Ход сжатия: На первой стадии сжатия смесь топлива и газа сжимается внутри камеры в верхней части поршня.

Стадия расширения: На этой стадии сгорание топливовоздушной смеси осуществляется свечой зажигания вверху и внутри камеры сгорания цилиндра двигателя. Когда топливно-воздушная смесь горит, она быстро увеличивает давление из-за расширения сгорания внутри цилиндра. Затем повышающееся давление приводит в действие поршень двигателя внутри цилиндра с высокой энергетической силой. Вращает коленчатый вал. Коленчатый вал затем вращает подключенный двигатель для передачи механической энергии.

Exhaust Stroke: На этом этапе газы сгорания удаляются из цилиндра двигателя, вводится новая воздушно-топливная смесь, и весь цикл повторяется.

Типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Эти двигатели имеют впускной и выпускной клапаны на головке блока цилиндров. В двигателе также есть топливная форсунка и управляемая система зажигания. Двигатель цикла Отто — это двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы с четырьмя или двумя тактами поршня, который перемещается вверх и вниз внутри цилиндра.В общем, четырехтактные автомобильные двигатели преобразуют химическую энергию в механическую, сжигая бензин или другие виды топлива. Вырабатываемое тепло преобразуется в механическую энергию за счет прижатия поршня вниз внутри цилиндра. Шатун, соединенный с поршнем, передает эту энергию в энергию вращения кривошипа.

В настоящее время существует два типа двигателей внутреннего сгорания:

1) Двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель

Основная статья: Si Engine

Двигатель с искровым зажиганием входит в состав наиболее распространенных типов двигателей внутреннего сгорания.Эти двигатели также известны как бензиновые двигатели. Подача и методы зажигания двигателя с искровым зажиганием и двигателя CI различаются. В двигателе SI топливо смешивается с воздухом и впрыскивается внутрь цилиндра во время процесса впуска. После процесса сжатия топливовоздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания и вызывает возгорание. Во время рабочего такта расширение газообразных продуктов сгорания выталкивает поршень.

Наиболее распространенными типами двигателей внутреннего сгорания являются 4-тактные двигатели, это означает, что поршню требуется 4 хода для завершения цикла.Этот процесс состоит из четырех стадий: впуска, сжатия, сгорания и такта мощности или выпуска.

2) CI Двигатель

Основная статья: Дизельный двигатель

Двигатель с воспламенением от сжатия входит в состав наиболее известных типов двигателей внутреннего сгорания. Он также известен как дизельный двигатель.

Работа двигателя CI очень похожа на двигатель SI. При работе этого двигателя внутреннего сгорания воздух втягивается внутрь камеры, а затем поршень сжимает ее.Затем дизельный двигатель впрыскивает топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозой и сжигает его.

Детали двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются:

1. Цилиндр
  • Цилиндр изготавливается из стальных или алюминиевых сплавов.
  • Внутри цилиндра поршень движется вперед и назад для передачи энергии.
  • Это повысит давление и температуру внутри цилиндра двигателя.
2. Головка блока цилиндров
  • Он закреплен на верхней стороне цилиндра двигателя.
  • Изготовлен из стальных или алюминиевых сплавов.
  • Производится методом литья.
  • Медная или асбестовая прокладка подается в цилиндр, а затем в головку цилиндра для обеспечения герметичности.
3. Поршень
  • Поршень из алюминиевых сплавов.
  • Важной функцией поршня является передача мощности, создаваемой искровым зарядом, на шатун.
4. Поршневые кольца
  • Поршневое кольцо представляет собой круговое кольцо, изготовленное из обычного стального сплава.
  • Поршневое кольцо указывает на канавки по окружности поршня.
  • Поставляются 2 комплекта уплотнительных колец, где самое верхнее уплотнительное кольцо может препятствовать попаданию продуктов сгорания в нижнюю часть, а нижнее уплотнительное кольцо может предотвращать утечку масла в цилиндр двигателя.
  • Может сохранять эластичность даже при высоких температурах.
  • Поршневая набивка снабжена герметичным уплотнением.
5. Клапаны
  • Клапаны входят в состав важнейших узлов двигателя внутреннего сгорания.
  • Двигатель имеет два клапана (впускной и выпускной).
  • Поставляется в головке блока цилиндров.
  • Впускные клапаны используются для подачи свежей смеси в газовый баллон.
  • Клапаны входят в состав наиболее важных узлов двигателя внутреннего сгорания.
  • А клапан выхлопных газов цилиндра используется для отвода продуктов сгорания из цилиндра двигателя.
6. Шатун
  • Это соединение между поршнем и коленчатым валом.
  • Функция шатуна заключается в передаче усилия между поршнем и коленчатым валом.
  • Механическая функция шатуна — передача усилия между поршнем и коленчатым валом.
7. Коленчатый вал
  • Изготавливается из специального стального сплава.
  • Коленчатый вал входит в состав важных узлов двигателя внутреннего сгорания.
  • Основная функция коленчатого вала заключается в передаче вращательного движения поршня через шатун для определения скорости вращения.
8. Картер двигателя
  • Картер из чугуна.
  • Это фиксирует двигатель на его цилиндре и коленчатом валу.
  • Также используется с резервуаром для смазки (место хранения).
9. Маховик
  • IC — это большое жесткое колесо, установленное на коленчатом валу двигателя.
  • Функция рулевого колеса — поддерживать постоянную скорость.
  • Накапливает дополнительную энергию во время накопления энергии и обеспечивает дополнительную энергию во время такта сжатия.

Математическое моделирование двигателя внутреннего сгорания

В этом разделе мы обсудим выполнение различного математического моделирования различных параметров двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения двигателя 3600 об / мин.Это математическое моделирование приводится ниже.

  • Эффективное давление тормозных средств

  • Удельный расход топлива

В приведенной ниже таблице представлены рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания при различных оборотах двигателя.

В чем разница между бензиновым и дизельным двигателями?

  • Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель извлекает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания.Дизельные двигатели отпускаются только во время такта впуска.
  • Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Простой в эксплуатации, легкий, недорогой, имеет более высокие трудозатраты и низкие затраты на техническое обслуживание.
  • Дизельные двигатели работают на дизельных мотоциклах. Трудно запустить, дороже и тяжелее, меньше затрат на рабочую силу и техническое обслуживание.
  • Тепловой КПД бензинового двигателя составляет около 26%. Он имеет высокую скорость, которая используется в легковых автомобилях. Тепловой КПД дизельного двигателя составляет около 40%.Эти типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют тихоходные двигатели. Эти двигатели используются в большегрузных транспортных средствах.

Применение двигателя внутреннего сгорания

1) Двигатель внутреннего сгорания в основном используется в дорожных и тяжелых транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т. Д.

2) Также используется в самолетах.

3) Эти типы двигателей используются в разных мотоциклах.

4) Двигатели внутреннего сгорания, используемые на морских судах.

4) Устройства IC находят хорошее применение в небольших бытовых приборах, таких как газонокосилки, цепные пилы и переносные двигатели-генераторы.

5) Эти двигатели внутреннего сгорания имеют более высокий КПД, чем ECE (двигатель внешнего сгорания).

6) Эти типы двигателей используют генераторы, которые используются в гидроэлектростанциях. В гидроэлектростанциях эти двигатели используются для производства электроэнергии.

7) Эти двигатели используются в автомобилях BMW.

В этой статье подробно описывается работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его различных компонентов.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *