Pistonul motorului diesel cu viteză medie constă dintr-un cap de piston și o parte de ghidaj (trunchiul), așa-numita "fustă" a pistonului.
În majoritatea modelelor de motoare, un material rezistent la uzură, care are proprietăți mecanice ridicate la temperaturi ridicate, este utilizat pentru a produce pistoanele. Această calitate este furnizată de fonta СЧ24-44, СЧ 28-48, СЧ 35-56, de înaltă frecvență 45-0, de înaltă frecvență 50-1,5.
Pentru a reduce masa pistonului și, în consecință, pentru a reduce forța de inerție, care cauzează solicitări suplimentare, pistoanele sunt fabricate din aliaje pe bază de aluminiu AM12, AK2 cu densitate scăzută și conductivitate termică ridicată. Cu toate acestea, aliajul de aluminiu are un coeficient de extindere liniar de 2 până la 2,5 ori mai mare comparativ cu fonta, deci pistoanele din aluminiu sunt instalate într-un cilindru de lucru cu un spațiu mare de instalare.
Oțelul este utilizat pentru fabricarea capetelor în designul compozit al pistoanelor de mare putere.
Presiunile la temperaturi ridicate nu sunt neapărat reduse prin utilizarea materialelor cu rezistență ridicată. Încărcările termice conduc în mod invariabil la acumularea anumitor deformări, indiferent de alegerea materialului. Deformarea admisă este definită ca fiind coeficientul tensiunii admisibile împărțit la modulul de elasticitate. Un material caracterizat printr-o rezistență ridicată la întindere nu are întotdeauna un avantaj față de un material cu o rezistență scăzută la tracțiune, dacă valorile modulului lor de elasticitate sunt egale. Printre caracteristicile importante care împiedică deformările termice ridicate se află o bună conductivitate termică, care asigură gradienți de temperatură nesemnificativi și un mic coeficient de dilatare termică.
Designul pistoanelor are un efect semnificativ asupra tensiunii termice. Răcirea pistoanelor este în mod inevitabil asociată cu revenirea căldurii percepute la uleiul care intră în contact cu ele. În fiecare piston, o parte din căldură este transferată pe pereții cilindrului și apoi pe apa de răcire sau pe aer prin filmul de ulei care separă pistonul și bucșa. În cele mai simple soluții constructive, acest mod de eliminare a căldurii este predominant. În plus, o parte mai mică a căldurii este îndepărtată de uleiul aruncat de pe carterul de pe suprafețele interioare ale trunchiului și capului pistonului. Pistoanele concepute pentru motoare de mare putere necesită o metodă mai eficientă de îndepărtare a căldurii. Creșterea corespunzătoare a transferului de căldură de la pistonul cu ajutorul pulverizare pe suprafața interioară a uleiului lubrifiant poate fi atins în cazul în care fluxul de ulei aranja dirijat ca un jet care curge din partea superioară a tijei de conectare.
Alte metode de răcire în crearea cavităților interioare ale capului pistonului sau a canalelor prin care curge țițeiul. Într-o serie de modele de pistoane, astfel de canale sunt proiectate pentru a le umple complet cu ulei. Pasajele sunt special concepute pentru secțiuni mici pentru a crește debitul de ulei și a obține astfel un coeficient de transfer de căldură ridicat. În alte modele, cavitățile mari sunt folosite cu pasaje largi, prin care pot trece atât uleiul, cât și aerul. Aceste cavități sunt doar parțial umplute cu ulei, care este zdruncinat în timpul mișcării pistonului. Acest tip de răcire cu pistoane este adesea numit un cocktail. Valorile locale ridicate ale ratei de deplasare a uleiului asigură un transfer bun de căldură. Exemple de soluții de proiectare diferite pentru pistoanele de răcire sunt prezentate în Figura 3.1.
Figura 3.1 - Răcirea pistoanelor
1 - prin pulverizare; 2 - fântâna; Cameră 3 camere; 4 - cu ajutorul unei bobine; 5 - cocktail; 6-camera (structură compozită)
Pentru a asigura o frecare minimă a trunchiului în jurul bucșei cilindrului, acesta trebuie să fie bine lubrifiat. Totuși, lubrifierea excesivă a suprafețelor de lucru și laterale ale inelului de compresie determină un consum crescut de ulei și o depunere intensă de carbon în caneluri.
Din carter, o mulțime de ulei este aruncat pe pereții cilindrilor, iar sarcina este să asigure raportul necesar între cantitatea de ulei care intră în trunchi și inele. Această reglare a alimentării cu ulei se realizează prin intermediul unor inele speciale de distribuție a uleiului.
Proiectarea pistoanelor din aliaje ușoare
În proiectarea fără răcire a pistoanelor, în care cea mai mare parte a căldurii este deviată către pereții cilindrului, pentru a se asigura o temperatură suficient de scăzută
temperatura zonei inelului, este necesar să se asigure o gamă largă de evacuări de căldură din partea inferioară. Un exemplu de proiectare reușită din acest punct de vedere este pistonul prezentat în Figura 3.2.
Figura 3.2 - Câmpul de temperatură al unui piston răcit prin pulverizare
Acest piston are o secțiune mare de tranziție de la partea inferioară către pereți și numai sub centura canelurilor inelelor secțiunea transversală scade drastic. Această soluție este tipică pentru pistoanele din aliaj ușor utilizate în motoarele de mare viteză. Pistoanele cu răcire cu jet de aer au, de asemenea, o formă similară.
Pentru îndepărtarea directă a căldurii din zona inelului de piston, se va recurge la plasarea în capul pistonului atunci când se toarnă o serpentină de răcire (Fig.3.3).
Această soluție este utilizată, de obicei, la fabricarea pistoanelor din aliaj de aluminiu și siliciu, proiectate pentru motoare de mare putere, cu un diametru cilindric mare. Bobina cu ulei pompat peste el acționează ca un agent de răcire și, așa cum se poate vedea din locația izotermelor, este o barieră de protecție împotriva căldurii între capul pistonului și centura inelară. Aceasta protejează centura inelelor de supraîncălzire și în același timp permite menținerea unei temperaturi suficient de ridicate a capului pistonului din partea laterală a camerei de ardere.
Figura 3.3 - Piston din aliaj ușor cu bobină de răcire.
Constructii de pistoane de tip compozit
La construirea pistoanelor cu motoare de mare putere, este necesar să se asigure o răcire efectivă a capului și protecția centurii inelului piston. Un exemplu de soluție optimă la această problemă poate fi proiectarea unui piston compozit, prezentat în figura 3.4.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: