ICEピストン。 装置と目的
エンジンのシリンダー内で燃焼する混合気は、熱エネルギーを放出します。 そして、クランクシャフトを回転させる機械的な動作に変わります。 このプロセスの重要な要素はピストンです。
この詳細は、一見したように見えるほど原始的ではありません。 彼を単純なプッシャーと見なすのは大きな間違いです。
ピストンはシリンダー内にあり、そこで往復運動します。
ピストンが上死点 (TDC) に向かって移動すると、燃料混合物が圧縮されます。ガソリン内燃機関では、最大圧力に近い瞬間に点火します。ディーゼル エンジンでは、高圧縮により直接点火が発生します。
燃焼中に形成されるガスの圧力が上昇すると、ピストンが反対方向に押し出されます。 ピストンと連動して連接するコネクティングロッドが動き、ピストンが回転します。 したがって、圧縮ガスのエネルギーはトルクに変換され、トランスミッションを介して車の車輪に伝達されます。
燃焼中、ガスの温度は2度に達します。 燃焼は爆発性であるため、ピストンには強い衝撃荷重がかかります。
極度の負荷と極限に近い動作条件では、その製造に使用される設計と材料に特別な要件が必要です。
ピストンを設計する際には、考慮すべき重要な点がいくつかあります。
- 長い耐用年数を確保する必要性、したがって部品の摩耗を最小限に抑える必要性。
- 高温運転でのピストンの焼損を防ぎます。
- ガスの侵入を防ぐために最大限の密閉を確保します。
- 摩擦による損失を最小限に抑えます。
- 効率的な冷却を確保します。
ピストンの材料には、いくつかの特定の特性が必要です。
- かなりの強さ;
- 可能な最大熱伝導率;
- 耐熱性と急激な温度変化に耐える能力。
- 良好なシールを確保するために、熱膨張係数は小さく、シリンダーの対応する係数にできるだけ近くする必要があります。
- 耐食性;
- 減摩特性;
- パーツが重すぎないように密度を低くします。
これらすべての要件を理想的に満たす素材がまだ作成されていないため、妥協案を使用する必要があります。 内燃機関用のピストンはねずみ鋳鉄とシリコン (シルミン) を含むアルミニウム合金でできています。 ディーゼルエンジン用の複合ピストンでは、ヘッドが鋼でできていることがあります。
鋳鉄は非常に強く、耐摩耗性があり、強い熱によく耐え、減摩特性と小さな熱膨張を備えています。 ただし、熱伝導率が低いため、鋳鉄ピストンは 400°C まで加熱できます。 ガソリンエンジンでは、過早着火を引き起こす可能性があるため、これは受け入れられません。
したがって、ほとんどの場合、自動車の内燃エンジン用のピストンは、少なくとも 13% のシリコンを含むシルミンからスタンピングまたは鋳造によって作られます。 純粋なアルミニウムは、加熱すると膨張しすぎて摩擦や擦り傷が増えるため、適していません。 これらは、疑わしい場所でスペアパーツを購入するときに出くわす可能性のある偽物である可能性があります. これを防ぐには、信頼できる業者に連絡してください。
アルミニウム合金製のピストンは軽量で熱伝導が良いため、その加熱は 250 °C を超えません。 これは、ガソリンで作動する内燃機関に非常に適しています。 シルミンの耐摩擦特性も非常に優れています。
同時に、この素材には欠点がないわけではありません。 温度が上がると耐久性が低下します。 また、加熱すると大幅な線膨張が発生するため、ヘッドの周囲のシールを維持し、圧縮を低下させないように、追加の対策を講じる必要があります。
グラスの形をしたパーツで、ヘッドとガイドパーツ（スカート）で構成されています。 頭部では、底部とシール部を区別することができます。
ボトム
それはピストンの主な作用面であり、膨張するガスの圧力を感知します。 その表面は、ユニットのタイプ、ノズル、キャンドル、バルブ、および特定の CPG デバイスの配置によって決まります。 ガソリンを使用するICEの場合、バルブの欠陥を避けるために、追加のカットアウトを使用して平らまたは凹面にします。 凸状の底は強度を高めますが、熱伝達を増加させるため、めったに使用されません。 凹面により、小さな燃焼室を編成し、ディーゼルユニットで特に重要な高い圧縮比を提供できます。
シール部
これは頭の側面です。 ピストンリング用の溝が円周に作られています。
圧縮リングはシールの役割を果たし、圧縮ガスの漏れを防ぎ、オイルスクレーパーは壁から潤滑剤を取り除き、燃焼室に入るのを防ぎます。 オイルは溝の穴を通ってピストンの下に流れ、その後オイルサンプに戻ります。
底の端と上部リングの間の側面のセクションは、火または熱ゾーンと呼ばれます。 最大の熱効果を経験するのは彼です。 ピストンの焼損を防ぐため、このベルトは幅広に作られています。
ガイド部
往復運動時にピストンがたわみません。
熱膨張を補償するために、スカートは曲線または円錐形に作られています。 側面には、通常、減摩コーティングが適用されます。
内部にはボスがあります - ヘッドが置かれるピストンピン用の穴のあるXNUMXつの流入。
側面では、ボスの領域に小さなくぼみが作られ、熱変形とスクラッチの発生を防ぎます。
ピストンの温度領域は非常にストレスがかかるため、その冷却の問題は非常に重要です。
ピストンリングは、熱を除去する主な方法です。 それらを通して、余分な熱エネルギーの少なくとも半分が除去され、シリンダー壁に伝達され、次に冷却ジャケットに伝達されます。
もう XNUMX つの重要なヒートシンク チャネルは潤滑剤です。 シリンダー内のオイルミスト、コネクティングロッドの穴からの給油、オイルノズルによる強制噴射などの方法が用いられます。 油を循環させることで、XNUMX分のXNUMX以上の熱を取り除くことができます。
さらに、熱エネルギーの一部は、シリンダーに入った可燃性混合気の新しい部分を加熱するために費やされます。
リングは、シリンダー内で必要な量の圧縮を維持し、熱の大部分を取り除きます。 そして、それらは内燃エンジンのすべての摩擦損失の約 XNUMX 分の XNUMX を占めています。 したがって、内燃機関の安定した動作のためのピストンリングの品質と状態の重要性を過大評価することはほとんどできません。
通常、XNUMX つのリングがあります。上部に XNUMX つの圧縮リング、下部に XNUMX つのオイル スクレーパーです。 ただし、リングの数が異なるオプションがあります-XNUMXつからXNUMXつまで。
シルミンの上部リングの溝は、耐摩耗性を高める鋼製インサートで行われることがあります。
リングは特殊グレードの鋳鉄で作られています。 このようなリングは、高強度、弾性、耐摩耗性、低摩擦係数を特徴とし、その特性を長期間保持します。 モリブデン、タングステン、その他の金属を添加すると、ピストン リングの耐熱性が向上します。
新しいものは研削が必要です。リングを交換した場合は、激しい運転条件を避けて、必ずしばらく内燃エンジンを運転してください。そうしないと、ラップされていないリングが過熱して弾力性を失い、場合によっては破損する可能性があります。その結果、シールの破損、動力の損失、燃焼室への潤滑油の侵入、ピストンの過熱および焼損が発生する可能性があります。
