Il pistone del motore è una delle parti più importanti e, naturalmente, il buon funzionamento del motore e la sua lunga durata dipendono dal materiale e dalla qualità dei pistoni. Questo articolo, più pensato per i principianti, descriverà tutto (beh, o quasi tutto) relativo al pistone, vale a dire: lo scopo del pistone, il suo dispositivo, i materiali e la tecnologia di produzione dei pistoni e altre sfumature.
Voglio avvertire subito i cari lettori che se ho già scritto qualche sfumatura importante associata ai pistoni, o alla tecnologia della loro fabbricazione, in un altro articolo, ovviamente non ha senso per me ripetermi in questo articolo. Metterò semplicemente il link appropriato, facendo clic sul quale il caro lettore, se lo desidera, potrà andare a un altro articolo più dettagliato e conoscere le informazioni necessarie sui pistoni in modo più dettagliato in esso.
A prima vista, a molti principianti può sembrare che il pistone sia una parte piuttosto semplice ed è impossibile trovare qualcosa di più perfetto nella sua tecnologia di produzione, forma e design. Ma in realtà non tutto è così semplice, e nonostante la semplicità esteriore della forma, i pistoni e le loro tecnologie di produzione sono ancora in fase di miglioramento, soprattutto sui più moderni motori forzati (di serie o sportivi) a regimi più elevati. Ma non anticipiamo noi stessi e iniziamo dal semplice al complesso.
Per cominciare, analizzeremo perché uno o più pistoni sono necessari in un motore, come è organizzato, quali forme di pistoni sono per motori diversi, e quindi passeremo senza problemi alle tecnologie di produzione.
A cosa serve un pistone del motore?
Il pistone, a causa del meccanismo a manovella (e - vedere la figura sotto), alternandosi nel cilindro del motore, ad esempio, spostandosi verso l'alto - per essere aspirato nel cilindro e comprimere la miscela di lavoro nella camera di combustione, nonché a causa di l'espansione dei gas combustibili scendendo nel cilindro, funziona, convertendo l'energia termica del combustibile combustibile in energia di moto, che contribuisce (attraverso la trasmissione) alla rotazione delle ruote motrici del veicolo.
Pistone del motore e forze che agiscono su di esso: A - forza che preme il pistone contro le pareti del cilindro; B è la forza che muove il pistone verso il basso; B è la forza trasmessa dal pistone alla biella e viceversa, G è la forza di pressione dei gas combustibili che fa scendere il pistone.
Cioè, infatti, senza pistone in un motore monocilindrico, o senza pistoni in un motore pluricilindrico, è impossibile spostare il veicolo su cui è installato il motore.
Inoltre, come si può vedere dalla figura, sul pistone agiscono diverse forze (inoltre, nella stessa figura non sono mostrate forze opposte che premono sul pistone dal basso verso l'alto).
E in base al fatto che diverse forze premono sul pistone e abbastanza fortemente, il pistone deve avere alcune proprietà importanti, vale a dire:
- la capacità di un pistone del motore di resistere all'enorme pressione dei gas che si espandono nella camera di combustione.
- la capacità di comprimere e resistere all'alta pressione del carburante comprimibile (soprattutto acceso).
- la capacità di resistere allo sfondamento dei gas tra le pareti del cilindro e le sue pareti.
- la capacità di trasferire un'enorme pressione alla biella, attraverso lo spinotto, senza rompersi.
- la capacità di non consumarsi a lungo per attrito contro le pareti del cilindro.
- la capacità di non rimanere incastrati nel cilindro dall'espansione termica del materiale di cui è composto.
- Il pistone del motore deve essere in grado di sopportare l'elevata temperatura di combustione del carburante.
- hanno una grande forza con una piccola massa per eliminare le vibrazioni e l'inerzia.
E questo non è tutti i requisiti per i pistoni, specialmente sui moderni motori ad alto numero di giri. Parleremo delle proprietà e dei requisiti utili dei pistoni moderni, ma prima diamo un'occhiata al dispositivo di un pistone moderno.
Come si vede in figura, un pistone moderno può essere suddiviso in più parti, ognuna delle quali ha un significato importante e proprie funzioni. Ma di seguito verranno descritte le principali parti più importanti del pistone del motore e inizieremo con la parte più importante e critica: dal fondo del pistone.
La parte inferiore (inferiore) del pistone del motore.
Questa è la superficie più alta e più caricata del pistone, che si affaccia direttamente nella camera di combustione del motore. E il fondo di qualsiasi pistone è caricato non solo con una grande forza di pressione dai gas che si espandono a una velocità incredibile, ma anche con un'elevata temperatura di combustione della miscela di lavoro.
Inoltre il fondo del pistone con il suo profilo determina la superficie inferiore della camera di combustione stessa e determina anche un parametro così importante come . A proposito, la forma del fondo del pistone può dipendere da alcuni parametri, ad esempio, dalla posizione delle candele o degli ugelli nella camera di combustione, dalla posizione e dalle dimensioni dell'apertura delle valvole, dal diametro delle piastre delle valvole - nella foto a sinistra sono ben visibili gli incavi per i piatti valvola nel fondo del pistone, che escludono le valvole di fondo di incontro.
Inoltre, la forma e le dimensioni del fondo del pistone dipendono dal volume e dalla forma della camera di combustione del motore o dalle caratteristiche della miscela aria-carburante immessa in essa, ad esempio su alcuni vecchi motori a due tempi, una caratteristica sporgenza -il pettine è stato realizzato sul fondo del pistone, svolgendo il ruolo di riflettore e guidando il flusso dei prodotti della combustione durante il soffio. Questa sporgenza è mostrata in figura 2 (la sporgenza sul fondo è visibile anche nella figura sopra, che mostra la disposizione del pistone). A proposito, la Figura 2 mostra anche il flusso di lavoro di un antico motore a due tempi e come la sporgenza sul fondo del pistone influenzi il riempimento con la miscela di lavoro e i gas di scarico (ovvero il miglioramento dello spurgo).
Motore motociclistico a due tempi - flusso di lavoro
Ma su alcuni motori (ad esempio su alcuni motori diesel), al contrario, è presente una rientranza rotonda sul fondo del pistone al centro, grazie alla quale aumenta il volume della camera di combustione e, di conseguenza, il rapporto di compressione diminuisce.
Ma poiché una rientranza di piccolo diametro al centro del fondo non è auspicabile per un riempimento favorevole con la miscela di lavoro (appaiono turbolenze indesiderate), su molti motori, le rientranze hanno cessato di essere realizzate sul fondo dei pistoni.
E per ridurre il volume della camera di combustione, è necessario realizzare i cosiddetti dislocatori, ovvero realizzare un fondo con una certa quantità di materiale, che si trova leggermente al di sopra del piano principale del fondo del pistone.
Bene, un altro indicatore importante è lo spessore del fondo del pistone. Più è spesso, più forte è il pistone e maggiore è il carico termico e di potenza che può sopportare per un tempo piuttosto lungo. E più sottile è lo spessore del fondo del pistone, maggiore è la probabilità di esaurimento o distruzione fisica del fondo.
Ma con un aumento dello spessore del fondo del pistone, la massa del pistone aumenta di conseguenza, il che è molto indesiderabile per i motori forzati ad alta velocità. E così i progettisti scendono a compromessi, cioè "catturano" la media aurea tra forza e massa e, naturalmente, cercano costantemente di migliorare le tecnologie di produzione dei pistoni per i motori moderni (ne parleremo più avanti).
Zona calda del pistone.
Come si può vedere nella figura sopra, che mostra la disposizione del pistone del motore, il piano superiore è la distanza dal fondo del pistone al suo anello di compressione più alto. Va tenuto presente che minore è la distanza dal fondo del pistone all'anello superiore, ovvero più sottile è lo strato superiore, maggiore sarà la tensione termica che subiranno gli elementi inferiori del pistone e più veloce si consumeranno.
Pertanto, per i motori forzati ad alta sollecitazione, è desiderabile rendere più spessa la parte superiore, ma ciò non è sempre fatto, poiché ciò può anche aumentare l'altezza e la massa del pistone, il che è indesiderabile per i motori forzati e ad alta velocità. Qui, oltre che con lo spessore del fondo del pistone, è importante trovare una via di mezzo.
Sezione di tenuta del pistone.
Questa sezione inizia dalla parte inferiore del piano superiore fino al punto in cui termina la scanalatura dell'anello del pistone più basso. Sulla sezione di tenuta del pistone sono posizionate le scanalature delle fasce elastiche e sono inserite le fasce stesse (compressione e rimovibili ad olio).
Le scanalature delle fasce elastiche non solo tengono in posizione le fasce elastiche, ma forniscono loro anche mobilità (a causa di determinati spazi tra gli anelli e le scanalature), che consente alle fasce elastiche di comprimersi e decomprimersi liberamente grazie alla loro elasticità (che è molto importante se il cilindro è usurato e ha una forma a botte) . Questo aiuta anche a premere le fasce elastiche contro le pareti del cilindro, il che elimina lo sfondamento del gas e contribuisce a una buona tenuta, anche se il cilindro è leggermente usurato.
Come si può vedere nella figura con il dispositivo a pistone, nella scanalatura (scanalature) destinata all'anello raschiaolio sono presenti dei fori per il riflusso dell'olio motore, che l'anello (o gli anelli) raschiaolio rimuove dalle pareti del cilindro quando il pistone si muove nel cilindro.
Oltre alla funzione principale (prevenire la fuoriuscita di gas) della sezione di tenuta, ha un'altra importante proprietà: è la rimozione (più precisamente la distribuzione) di parte del calore dal pistone al cilindro e all'intero motore. Naturalmente, per un'efficace distribuzione (rimozione) del calore e per impedire la fuoriuscita di gas, è importante che le fasce elastiche aderiscano abbastanza saldamente alle loro scanalature, ma soprattutto alla superficie della parete del cilindro.
Testa del pistone del motore.
La testa del pistone è un'area comune, che comprende il cielo del pistone e l'area di tenuta già descritta da me sopra. Più grande e potente è la testa del pistone, maggiore è la sua forza, migliore dissipazione del calore e, di conseguenza, più risorse, ma anche la massa è maggiore, il che, come accennato in precedenza, è indesiderabile per i motori ad alto numero di giri. E per ridurre la massa, senza ridurre la risorsa, è possibile aumentare la forza del pistone migliorando la tecnologia di produzione, ma ne scriverò di più in seguito.
A proposito, quasi dimenticavo di dire che in alcuni modelli di pistoni moderni realizzati in leghe di alluminio, nella testa del pistone è realizzato un inserto in ni-resist, cioè un bordo in ni-resist (ghisa speciale che è forte e resistente alla corrosione) viene versato nella testa del pistone.
In questo cerchio viene tagliata una scanalatura per l'anello del pistone di compressione più alto e più caricato. E sebbene a causa dell'inserto, la massa del pistone aumenti leggermente, la sua forza e resistenza all'usura aumentano in modo significativo (ad esempio, i nostri pistoni Tutaev domestici prodotti presso TMZ hanno un inserto non resistivo).
Altezza di compressione del pistone.
L'altezza di compressione è la distanza in millimetri misurata dal cielo del pistone all'asse dello spinotto (o viceversa). Pistoni diversi hanno altezze di compressione diverse e, naturalmente, maggiore è la distanza dall'asse del dito al fondo, maggiore è, e maggiore è, migliore è la compressione e minore è la probabilità di sfondamento del gas, ma anche maggiore è la forza di attrito e il riscaldamento del pistone.
Sui vecchi motori a bassa velocità ea bassa velocità, l'altezza di compressione del pistone era maggiore e sui moderni motori a velocità più elevate è diminuita. Anche qui è importante trovare una via di mezzo, che dipende dalla spinta del motore (maggiore è la velocità, minore è l'attrito e minore è l'altezza di compressione).
Gonna del pistone del motore.
La gonna è chiamata la parte inferiore del pistone (è anche chiamata parte guida). Il mantello include boss del pistone con fori in cui è inserito lo spinotto del pistone. La superficie esterna del mantello del pistone è la superficie di guida (supporto) del pistone e questa superficie, come le fasce elastiche, sfrega contro le pareti del cilindro.
Approssimativamente nella parte centrale del mantello del pistone sono presenti delle alette in cui sono presenti i fori per lo spinotto. E poiché il peso del materiale del pistone alle maree è maggiore che in altre parti della gonna, le deformazioni dovute all'effetto della temperatura nel piano delle borchie saranno maggiori che in altre parti del pistone.
Pertanto, per ridurre gli effetti della temperatura (e le sollecitazioni) sul pistone su entrambi i lati, parte del materiale viene asportato dalla superficie del mantello, approssimativamente per una profondità di 0,5-1,5 mm, e si ottengono piccoli avvallamenti. Questi incavi, chiamati raffreddatori, non solo aiutano ad eliminare gli effetti della temperatura e le deformazioni, ma impediscono anche la formazione di rigature, oltre a migliorare la lubrificazione del pistone mentre si muove nel cilindro.
Da notare inoltre che il mantello del pistone ha la forma di un cono (più stretto in alto vicino al fondo, più largo in basso), e nel piano perpendicolare all'asse dello spinotto ha la forma di un ovale. Queste deviazioni dalla forma cilindrica ideale sono minime, cioè hanno solo poche centinaia di mm (questi valori sono diversi: maggiore è il diametro, maggiore è la deviazione).
Il cono è necessario affinché il pistone si espanda uniformemente dal riscaldamento, perché nella parte superiore la temperatura del pistone è più alta e 
e maggiore dilatazione termica. E poiché il diametro del pistone in basso è leggermente più piccolo di quello in basso, quando si espande per riscaldamento, il pistone assumerà una forma vicina a un cilindro ideale.
Ebbene, l'ovale è progettato per compensare la rapida usura delle pareti della gonna, che si consumano più velocemente dove l'attrito è maggiore, ed è più alto nel piano di movimento della biella.
Grazie al mantello del pistone (più precisamente, la sua superficie laterale), è assicurata la posizione desiderata e corretta dell'asse del pistone rispetto all'asse del cilindro del motore. Con l'aiuto della superficie laterale della gonna, le forze trasversali vengono trasmesse al cilindro del motore dall'azione della forza laterale A (vedere la figura in alto nel testo, così come la figura a destra), che agisce periodicamente sul pistoni e cilindri, quando i pistoni vengono spostati durante la rotazione dell'albero motore (meccanismo manovella-biella).
Inoltre, grazie alla superficie laterale della gonna, il calore viene rimosso dal pistone al cilindro (oltre che dalle fasce elastiche). Maggiore è la superficie laterale della gonna, migliore è la dissipazione del calore, minori perdite di gas, minori colpi del pistone con una certa usura della boccola della testa superiore della biella (o con lavorazione imprecisa della boccola - vedere la figura sul a sinistra), tuttavia, come con tre anelli di compressione, e non due (ne ho scritto di più).
Ma se il mantello del pistone è troppo lungo, la sua massa è maggiore, si verifica più attrito sulle pareti del cilindro (nei pistoni moderni, al mantello viene applicato un rivestimento antifrizione per ridurre l'attrito e l'usura), e la massa e l'attrito in eccesso sono molto indesiderabile nei motori moderni (o sportivi) forzati ad alta velocità e quindi su tali motori la gonna iniziò gradualmente ad essere molto corta (la cosiddetta minigonna) e gradualmente se ne sbarazzò quasi - ecco come appariva il pistone a forma di T , mostrato nella foto a destra.
Ma i pistoni a forma di T presentano anche degli svantaggi, ad esempio, possono nuovamente avere problemi di attrito contro le pareti del cilindro, a causa dell'insufficiente superficie lubrificata di una gonna molto corta (ea basse velocità).
Più in dettaglio su questi problemi, nonché in quali casi sono necessari pistoni a forma di T con minigonna in alcuni motori e in quali non lo sono, ho scritto un articolo dettagliato separato. C'è anche scritto sull'evoluzione della forma del pistone del motore - ti consiglio di leggerlo. Ebbene, penso che abbiamo già capito il dispositivo dei pistoni e stiamo passando senza problemi alle tecnologie di produzione dei pistoni per capire quali pistoni realizzati in modi diversi sono migliori e quali sono peggiori (meno durevoli).
Pistoni per motori - materiali di fabbricazione.
Quando si sceglie un materiale per la fabbricazione di pistoni, vengono imposti requisiti rigorosi, vale a dire:
- Il materiale del pistone deve avere eccellenti proprietà antifrizione (antigrippaggio).
- Il materiale del pistone del motore deve avere una resistenza meccanica piuttosto elevata.
- il materiale del pistone deve avere una bassa densità e una buona conducibilità termica.
- Il materiale del pistone deve essere resistente alla corrosione.
- il materiale del pistone dovrebbe avere un basso coefficiente di dilatazione lineare ed essere il più vicino possibile o uguale al coefficiente di dilatazione del materiale delle pareti del cilindro.
Ghisa.
In precedenza, agli albori della costruzione di motori, fin dalle primissime automobili, motociclette e aerei (aeroplani), la ghisa grigia veniva utilizzata per il materiale dei pistoni (a proposito, anche per i pistoni dei compressori). Naturalmente, come qualsiasi materiale, la ghisa presenta sia vantaggi che svantaggi.
Tra i vantaggi, va notato una buona resistenza all'usura e una forza sufficiente. Ma il vantaggio più importante dei pistoni in ghisa installati nei motori con blocchi (o camicie) in ghisa è lo stesso coefficiente di dilatazione termica del cilindro del motore in ghisa. Ciò significa che le distanze termiche possono essere rese minime, cioè molto inferiori a quelle di un pistone in alluminio che opera in un cilindro in ghisa. Ciò ha permesso di aumentare significativamente la compressione e la risorsa del gruppo pistone.
Un altro vantaggio significativo dei pistoni in ghisa è una leggera (solo il 10%) diminuzione della resistenza meccanica quando il pistone viene riscaldato. Per un pistone in alluminio, la diminuzione della resistenza meccanica durante il riscaldamento è significativamente maggiore, ma ne parleremo più avanti.
Ma con l'avvento di motori più veloci, quando si utilizzano pistoni in ghisa, il loro principale svantaggio ha cominciato a manifestarsi alle alte velocità: una massa piuttosto grande rispetto ai pistoni in alluminio. E gradualmente sono passati alla produzione di pistoni in leghe di alluminio, anche nei motori con blocco in ghisa o manicotto, sebbene i pistoni in alluminio dovessero essere realizzati con traferri termici molto maggiori per eliminare il cuneo del pistone in alluminio in il cilindro in ghisa.
A proposito, in precedenza sui pistoni di alcuni motori veniva praticato un taglio obliquo della gonna, che forniva le proprietà elastiche della gonna del pistone in alluminio e la escludeva dall'inceppamento nel cilindro in ghisa - un esempio di tale pistone può essere visto sul motore della motocicletta IZH-49).
E con l'avvento dei moderni cilindri, o monoblocchi, completamente realizzati in alluminio, nei quali non sono più presenti canne in ghisa (cioè rivestite di nichel o), è diventato possibile realizzare anche pistoni in alluminio con traferri termici minimi , perché l'espansione termica di un cilindro in lega è diventata quasi la stessa di un pistone in lega.
leghe di alluminio. Quasi tutti i pistoni moderni sui motori di serie sono ora realizzati in alluminio (ad eccezione dei pistoni in plastica sui compressori cinesi economici).
Anche i pistoni in leghe di alluminio presentano sia vantaggi che svantaggi. Tra i principali vantaggi, va notato il peso ridotto del pistone in lega leggera, che è molto importante per i moderni motori ad alta velocità. Il peso di un pistone in alluminio, ovviamente, dipende dalla composizione della lega e dalla tecnologia di fabbricazione del pistone, perché un pistone forgiato pesa molto meno di uno realizzato con la stessa lega per fusione, ma scriverò di tecnologie a poco dopo.
Un altro vantaggio dei pistoni in lega leggera, che pochi conoscono, è una conduttività termica piuttosto elevata, che è circa 3-4 volte superiore alla conduttività termica della ghisa grigia. Ma perché ne vale la pena, perché con un'elevata conduttività termica e l'espansione termica non è proprio piccola, e dovrai e dovrai creare più spazi termici, a meno che ovviamente il cilindro non sia in ghisa (ma con i moderni cilindri in alluminio questo è non più necessario).
Ma il fatto è che l'elevata conduttività termica non consente al fondo del pistone di riscaldarsi di oltre 250 ° C, e questo contribuisce a un riempimento molto migliore dei cilindri del motore e, ovviamente, consente di aumentare ulteriormente il rapporto di compressione nei motori a benzina e quindi aumentare il loro potere.
A proposito, per rafforzare in qualche modo i pistoni fusi da una lega leggera, gli ingegneri aggiungono vari elementi di rinforzo al loro design, ad esempio rendono più spesse le pareti e il fondo del pistone e le sporgenze sotto lo spinotto del pistone vengono fuse di più massiccio. Bene, o fanno inserti dalla stessa ghisa, ne ho già scritto sopra. E, naturalmente, tutti questi rinforzi aumentano la massa del pistone e, di conseguenza, si scopre che un pistone più vecchio e più resistente in ghisa perde un bel po' di peso rispetto a un pistone in lega leggera, da qualche parte di 10- 15 percento.
E qui sorge la domanda per chiunque, il gioco vale la candela? Ne vale la pena, perché le leghe di alluminio hanno un'altra proprietà eccellente: rimuovono il calore tre volte meglio della stessa ghisa. E questa importante proprietà è indispensabile nei moderni motori ad alto numero di giri (potenziati e caldi), che hanno un rapporto di compressione piuttosto elevato.
Inoltre, le moderne tecnologie per la produzione di pistoni forgiati (su di loro poco dopo) aumentano notevolmente la resistenza e riducono il peso delle parti, e non è più necessario rinforzare tali pistoni con vari inserti o fusioni più massicce.
Gli svantaggi dei pistoni in leghe di alluminio includono: un coefficiente piuttosto elevato di dilatazione lineare delle leghe di alluminio, in cui è circa il doppio di quello dei pistoni in ghisa.
Un altro svantaggio significativo dei pistoni in alluminio è una diminuzione piuttosto ampia della resistenza meccanica all'aumentare della temperatura del pistone. Ad esempio: se un pistone in lega leggera viene riscaldato a trecento gradi, ciò comporterà una diminuzione della sua forza fino a due volte (di circa il 55-50 percento). E per un pistone in ghisa, quando viene riscaldato, la forza diminuisce significativamente meno - solo del 10-15%. Sebbene i pistoni moderni, realizzati in leghe di alluminio mediante forgiatura e non fusione, perdano forza molto meno quando riscaldati.
Su molti moderni pistoni in alluminio, la riduzione della resistenza meccanica e l'eccessiva dilatazione termica sono eliminate da tecnologie di produzione più avanzate che hanno sostituito la tradizionale fusione (ne parleremo più avanti), nonché speciali inserti di compensazione (ad esempio, gli inserti niresist di cui ho parlato sopra), che non solo aumentano la resistenza, ma riducono anche significativamente l'espansione termica delle pareti del mantello del pistone.
Pistone del motore - tecnologia di produzione.
Non è un segreto che nel tempo, per aumentare la potenza del motore, hanno gradualmente iniziato ad aumentare il rapporto di compressione e il regime del motore. E per aumentare la potenza senza troppi danni alla risorsa dei pistoni, le tecnologie per la loro fabbricazione sono state gradualmente migliorate. Ma iniziamo con ordine: con i tradizionali pistoni fusi.
Pistoni realizzati mediante fusione convenzionale.
Questa tecnologia è la più semplice e antica, è stata utilizzata fin dall'inizio della storia della costruzione di automobili e motori, da allora 
ryh pistoni in ghisa.
La tecnologia per la produzione di pistoni per i motori più moderni mediante fusione convenzionale non è quasi più utilizzata. Dopotutto, l'output è un prodotto che presenta difetti (pori, ecc.) che riducono significativamente la resistenza della parte. E la tecnologia della fusione convenzionale in uno stampo (chill mould) è piuttosto antica, è stata presa in prestito dai nostri antichi antenati, che hanno fuso asce di bronzo molti secoli fa.
E la lega di alluminio versata nello stampo ripete la forma dello stampo (matrice), quindi la parte deve ancora essere lavorata termicamente e su macchine, rimuovendo il materiale in eccesso, il che richiede molto tempo (anche su macchine CNC).
Stampaggio a iniezione.
La resistenza di un pistone realizzato mediante semplice fusione non è elevata, a causa della porosità del pezzo, e gradualmente molte aziende si sono allontanate da questo metodo e hanno iniziato a fondere pistoni sotto pressione, il che ha notevolmente migliorato la resistenza, poiché la porosità è quasi assente.
La tecnologia dello stampaggio ad iniezione differisce in modo significativo dalla tecnologia della fusione convenzionale degli assi dell'età del bronzo e, naturalmente, l'output è una parte più precisa e duratura, che ha una struttura leggermente migliore. A proposito, fondendo le leghe di alluminio sotto pressione in uno stampo (questa tecnologia è anche chiamata stampaggio liquido), non vengono fusi solo i pistoni, ma anche i telai di alcune motociclette e automobili moderne.
Tuttavia, questa tecnologia non è perfetta, e anche se prendi un pistone pressofuso e lo esamini, non troverai nulla sulla sua superficie, ma questo non significa che tutto all'interno sia perfetto. Infatti, nel processo di fusione, anche sotto pressione, non è esclusa la comparsa di vuoti interni e caverne (minuscole bolle) che riducono la resistenza del pezzo.
Tuttavia, lo stampaggio a iniezione di pistoni (stampaggio liquido) è significativamente migliore rispetto alla fusione convenzionale e questa tecnologia è ancora utilizzata in molte fabbriche nella produzione di pistoni, telai, parti del telaio e altre parti di automobili e motocicli. E per coloro che sono interessati a leggere più in dettaglio su come vengono realizzati i pistoni forgiati a liquido e sui loro vantaggi, allora leggiamo di loro.
Pistoni forgiati di un'auto (motocicletta).
Pistoni forgiati per auto domestiche.
Questa è attualmente la tecnologia più avanzata per la produzione dei moderni pistoni in lega leggera, che presentano molti vantaggi rispetto a quelli fusi e vengono installati sui più moderni motori ad alto numero di giri con un elevato rapporto di compressione. I pistoni forgiati realizzati da aziende rispettabili non hanno praticamente difetti.
Ma non ha senso per me scrivere in dettaglio sui pistoni forgiati in questo articolo, poiché ho scritto due articoli molto dettagliati su di loro, che chiunque può leggere cliccando sui link sottostanti.
Questo sembra essere tutto, se mi ricordo qualcos'altro su un dettaglio così importante come il pistone del motore, lo aggiungerò sicuramente, successo a tutti.
“Un moderno motore a combustione interna non è, per definizione, il prodotto più eccezionale in termini di tecnologia. Ciò significa che può essere migliorato all'infinito ”(Matt Trevitnick, presidente del fondo di venture capital della famiglia Rockefeller Venrock).
Un motore a pistone libero è un motore a combustione interna lineare, privo di bielle, in cui il movimento del pistone è determinato non da legami meccanici, ma dal rapporto tra le forze dei gas in espansione e il carico
Già a novembre di quest'anno entrerà nel mercato americano la Chevrolet Volt, un'auto elettrica con generatore di corrente a bordo. Volt sarà dotata di un potente motore elettrico che fa girare le ruote e di un compatto motore a combustione interna che ricarica solo una batteria agli ioni di litio esaurita. Questa unità funziona sempre alla velocità più efficiente. Questo compito è facilmente gestito da un motore a combustione interna convenzionale, abituato a un carico molto più pesante. Tuttavia, potrebbe presto essere sostituito da unità molto più compatte, leggere, efficienti ed economiche, appositamente progettate per funzionare come un generatore elettrico.
Quando si tratta di progetti fondamentalmente nuovi di motori a combustione interna, gli scettici iniziano ad arricciare il naso, annuiscono a centinaia di progetti pseudo-rivoluzionari che raccolgono polvere sugli scaffali e scuotono le sacre reliquie di quattro pentole e un albero a camme. Cento anni di dominio del classico motore a combustione interna convinceranno chiunque dell'inutilità dell'innovazione. Ma solo non professionisti nel campo della termodinamica. Questi includono il professor Peter Van Blarigan.
Energia bloccata
Uno dei concetti ICE più radicali della storia è il motore a pistoni liberi. La prima menzione nella letteratura specializzata risale agli anni '20. Immagina un tubo metallico con estremità cieche e un pistone cilindrico che scorre al suo interno. A ciascuna estremità del tubo è presente un iniettore per l'iniezione del carburante, le porte di ingresso e uscita. A seconda del tipo di carburante, possono essere aggiunte candele. E questo è tutto: meno di una dozzina delle parti più semplici e solo una: in movimento. Successivamente sono comparsi modelli ICE più sofisticati con un pistone libero (FPE), con due o anche quattro pistoni opposti, ma ciò non ha cambiato l'essenza. Il principio di funzionamento di tali motori è rimasto lo stesso: il movimento lineare alternato del pistone nel cilindro tra le due camere di combustione.
Teoricamente, l'efficienza FPE supera il 70%. Possono funzionare con qualsiasi tipo di combustibile liquido o gassoso, sono estremamente affidabili e perfettamente bilanciati. Inoltre, sono evidenti la loro leggerezza, compattezza e facilità di produzione. L'unico problema è: come rimuovere l'alimentazione da un tale motore, che è meccanicamente un sistema chiuso? Come sellare un pistone che corre veloce con una frequenza fino a 20.000 cicli al minuto? È possibile utilizzare la pressione di scarico, ma l'efficienza diminuisce notevolmente. Questo compito è rimasto irrisolvibile per molto tempo, sebbene i tentativi siano stati fatti regolarmente. Gli ultimi a rompersi i denti furono gli ingegneri della General Motors negli anni '60 mentre sviluppavano un compressore per un'auto sperimentale con turbina a gas. Campioni operativi di pompe marine basate su FPE all'inizio degli anni '80 furono prodotti dalla società francese Sigma e dal britannico Alan Muntz, ma non entrarono in produzione.
Forse nessuno avrebbe ricordato FPE per molto tempo, ma il caso ha aiutato. Nel 1994, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha incaricato gli scienziati del Sandia National Laboratory di studiare l'efficienza dei generatori di corrente a bordo basati su vari tipi di motori a combustione interna alimentati a idrogeno. Questo lavoro è stato affidato al gruppo di Peter Van Blarigan. Nel corso del progetto, Van Blarigan, che conosceva bene il concetto di FPE, è riuscito a trovare un'ingegnosa soluzione al problema della conversione dell'energia meccanica del pistone in elettricità. Invece di complicare il progetto, e quindi ridurre l'efficienza risultante, Van Blarigan è passato per sottrazione, chiedendo aiuto a un pistone magnetico e un avvolgimento di rame sul cilindro. Nonostante la sua semplicità, una tale soluzione sarebbe stata impossibile sia negli anni '60 che negli anni '70. A quel tempo non esistevano ancora magneti permanenti sufficientemente compatti e potenti. Tutto è cambiato nei primi anni '80 con l'invenzione di una lega a base di neodimio, ferro e boro.
Una singola parte combina due pistoni, una pompa del carburante e un sistema di valvole.
Per questo lavoro, al SAE World Congress of Automotive Engineers del 1998, Van Blarigan e i suoi colleghi Nick Paradiso e Scott Goldsborough hanno ricevuto l'Harry Lee Van Horning Honorary Award. L'ovvia promessa del generatore lineare a pistoni liberi (FPLA), come Van Blarigan chiamò la sua invenzione, convinse il Dipartimento dell'Energia a continuare a finanziare il progetto fino alla fase dell'unità sperimentale.
Ping pong elettronico
Il generatore lineare push-pull di Blarigand è un tubo di acciaio al silicio elettrico lungo 30,5 cm, con un diametro di 13,5 cm e del peso di poco più di 22 kg. La parete interna del cilindro è uno statore con 78 spire di filo di rame quadrato. Potenti magneti al neodimio sono integrati nella superficie esterna del pistone in alluminio. La carica di carburante e l'aria entrano nella camera di combustione del motore sotto forma di nebbia dopo una preliminare omogeneizzazione. L'accensione avviene in modalità HCCI: nella camera si verificano contemporaneamente molti microfocolai di accensione. FPLA non ha alcun sistema meccanico di distribuzione del gas: il pistone stesso svolge le sue funzioni.
Tromba di Frank Stelser
Nel 1981, l'inventore tedesco Frank Stelser dimostrò un motore a due tempi a pistoni liberi che aveva sviluppato nel suo garage dall'inizio degli anni '70. Secondo i suoi calcoli, il motore era più economico del 30% rispetto a un motore a combustione interna convenzionale. L'unica parte mobile del motore è un doppio pistone, che corre a un ritmo furioso all'interno del cilindro. Un tubo d'acciaio lungo 80 cm, dotato di un carburatore a bassa pressione di una motocicletta Harley-Davidson e di un'unità bobina di accensione Honda, secondo le stime approssimative di Stelzer, potrebbe produrre fino a 200 CV. potenza ad una frequenza fino a 20.000 cicli al minuto. Stelser ha sostenuto che i suoi motori potrebbero essere realizzati con semplici acciai e potrebbero essere raffreddati sia dall'aria che dal liquido. Nel 1981, l'inventore portò il suo motore al Salone Internazionale dell'Automobile di Francoforte nella speranza di attirare l'interesse delle principali case automobilistiche. All'inizio l'idea suscitò un certo interesse da parte delle case automobilistiche tedesche. Secondo gli ingegneri Opel, il motore prototipo ha dimostrato un'eccellente efficienza termica e la sua affidabilità era abbastanza ovvia: non c'era praticamente nulla da rompere. Ci sono otto parti in totale, di cui una mobile: un doppio pistone di forma complessa con un sistema di anelli di tenuta con un peso totale di 5 kg. Nel laboratorio Opel sono stati sviluppati diversi modelli teorici di trasmissione per il motore Stelser, compresi quelli meccanici, elettromagnetici e idraulici. Ma nessuno di essi è risultato essere sufficientemente affidabile ed efficace. Dopo il Motor Show di Francoforte, Stelser e la sua prole sono scomparsi dalla vista dell'industria automobilistica. Un paio di anni dopo, sulla stampa di tanto in tanto c'erano notizie sulle intenzioni di Stelser di brevettare la tecnologia in 18 paesi del mondo, dotare gli impianti di desalinizzazione in Oman e Arabia Saudita con i loro motori, ecc. Dall'inizio degli anni '90 , Stelser è scomparso per sempre dalla vista, sebbene il sito web sia ancora disponibile.
La potenza massima dell'FPLA è di 40 kW (55 cavalli) con un consumo medio di carburante di 140 g per 1 kWh. In termini di efficienza, il motore non è inferiore alle celle a combustibile a idrogeno: l'efficienza termica del generatore quando si utilizza l'idrogeno come combustibile e un rapporto di compressione di 30:1 raggiunge il 65%. A propano, un po 'meno - 56%. Oltre a questi due gas, l'FPLA digerisce gasolio, benzina, etanolo, alcol e persino olio vegetale usato con appetito.
Tuttavia, nulla viene dato con poco sangue. Se il problema della conversione dell'energia termica in energia elettrica è stato risolto con successo da Van Blarigand, il controllo del bizzarro pistone è diventato un serio mal di testa. Il punto morto superiore della traiettoria dipende dal grado di compressione e dalla velocità di combustione della carica di carburante. Infatti la frenatura del pistone avviene per la creazione di pressione critica in camera e la successiva autocombustione della miscela. In un motore a combustione interna convenzionale, ogni ciclo successivo è un analogo del precedente a causa dei rigidi collegamenti meccanici tra i pistoni e l'albero motore. In FPLA, la durata dei cicli e il punto morto superiore sono valori variabili. La minima imprecisione nel dosaggio della carica di carburante o l'instabilità della modalità di combustione provoca l'arresto del pistone o l'urto contro una delle pareti laterali.
Il motore Ecomotors si distingue non solo per le dimensioni e il peso modesti. Esternamente, l'unità piatta ricorda i motori boxer Subaru e Porsche, che offrono speciali vantaggi di layout sotto forma di un baricentro basso e della linea del cofano. Ciò significa che l'auto non sarà solo dinamica, ma anche ben controllata.
Pertanto, questo tipo di motore richiede un sistema di controllo elettronico potente e veloce. Crearlo non è così facile come sembra. Molti esperti considerano questo compito difficile. Harry Smythe, direttore scientifico del General Motors Propulsion Laboratory, afferma: “I motori a combustione interna a pistoni liberi hanno una serie di vantaggi unici. Ma per creare un'unità seriale affidabile, devi ancora imparare molto sulla termodinamica dell'FPE e imparare a controllare il processo di combustione della miscela. Gli fa eco il professore del MIT John Heywood: “Ci sono ancora molti punti bianchi in quest'area. Non è detto che si possa sviluppare un sistema di controllo semplice ed economico per FPE”.
Van Blarigan è più ottimista dei suoi coetanei. Sostiene che il controllo della posizione del pistone può essere fornito in modo affidabile attraverso la stessa coppia: lo statore e il guscio magnetico del pistone. Inoltre, ritiene che entro la fine del 2010 sarà pronto un prototipo di generatore completo con un sistema di controllo ottimizzato e un'efficienza di almeno il 50%. Una conferma indiretta dei progressi in questo progetto è la classificazione nel 2009 di molti aspetti delle attività del gruppo Van Blarigand.
Una parte significativa della perdita per attrito nei motori a combustione interna convenzionali è dovuta alla rotazione della biella rispetto al pistone. Le pedivelle corte ruotano con un angolo maggiore rispetto alle pedivelle lunghe. OPOC ha bielle molto lunghe e relativamente pesanti che riducono le perdite per attrito. Il design unico delle bielle OPOC non richiede l'uso di spinotti per i pistoni interni. Vengono invece utilizzate bussole concave radiali di grande diametro, all'interno delle quali scorre la testa di biella. Teoricamente, questo design dell'assieme consente di rendere la biella più lunga del solito del 67%. In un motore a combustione interna convenzionale, si verificano gravi perdite per attrito nei cuscinetti dell'albero a gomiti caricati durante la corsa di potenza. In OPOC, questo problema non esiste affatto: i carichi multidirezionali lineari sui pistoni interno ed esterno si compensano completamente a vicenda. Pertanto, invece di cinque cuscinetti di supporto dell'albero motore, OPOC ne richiede solo due.
Opposizione costruttiva
Nel gennaio 2008, il famoso venture capitalist Vinod Khosla ha declassificato uno dei suoi ultimi progetti, EcoMotors, una società creata un anno prima da John Coletti e Peter Hoffbauer, due riconosciuti guru della costruzione di motori. Il track record di Hoffbauer include molti sviluppi rivoluzionari: il primo turbodiesel per autovetture Volkswagen e Audi, il motore boxer per il Maggiolino, il primo diesel a 6 cilindri per Volvo, il primo diesel a 6 cilindri in linea Inline-Compact-V, installato per la prima volta in la Golf e la sua gemella VR6 costruita per Mercedes. John Coletti non è meno famoso tra gli ingegneri automobilistici. Per molto tempo ha guidato la divisione Ford SVT per lo sviluppo di serie speciali di auto caricate.
Il patrimonio complessivo di Hoffbauer e Coletti comprende oltre 150 brevetti, la partecipazione a 30 progetti per lo sviluppo di nuovi motori e 25 progetti per vetture di nuova produzione. EcoMotors è stato creato appositamente per commercializzare il turbodiesel boxer bicilindrico, due tempi, modulare di Hoffbauer con tecnologia OPOC.
Dimensioni ridotte, incredibile rapporto potenza/peso di 3,25 CV per 1 kg di massa (250 CV per 1 litro di volume) e spinta del serbatoio di 900 N m con un appetito più che modesto, la capacità di assemblare blocchi a 4, 6 e 8 cilindri da moduli separati: questi sono i principali vantaggi del modulo OPOC EM100 da 100 chilogrammi . Se i moderni motori diesel sono più efficienti del 20-40% rispetto ai motori a combustione interna a benzina, l'OPOC è più efficiente del 50% rispetto ai migliori turbodiesel. La sua efficienza calcolata è del 57%. Nonostante la sua fantastica carica, il motore Hoffbauer è perfettamente bilanciato e molto fluido.
In OPOC, i pistoni sono collegati all'albero motore posizionato centralmente tramite lunghe bielle. Lo spazio tra i due pistoni funge da camera di combustione. L'iniettore del carburante è al punto morto superiore e le porte di ingresso e scarico dell'aria sono al punto morto inferiore. Questa disposizione, abbinata a un turbocompressore elettrico, garantisce un lavaggio ottimale dei cilindri: non ci sono valvole o alberi a camme nell'OPOC.
Il turbocompressore è parte integrante del motore, senza il quale il suo funzionamento è impossibile. Prima di avviare il motore, il turbocompressore riscalda per un secondo una porzione di aria ad una temperatura di 100 °C e la pompa nella camera di combustione. Il diesel OPOC non ha bisogno di candelette e l'avviamento a basse temperature non è un problema. Allo stesso tempo, Hoffbauer è riuscito a ridurre il rapporto di compressione dal solito 19-22: 1 per i motori diesel a un modesto 15-16. Tutto ciò, a sua volta, porta ad una diminuzione della temperatura di esercizio nella camera di combustione e al consumo di carburante.
cavallo di Troia
Già oggi, EcoMotors dispone di tre unità boxer completamente pronte per la produzione di varie capacità: un modulo da 13,5 CV. (dimensioni - 95 mm / 155 mm / 410 mm, peso - 6 kg), 40 CV (95 mm / 245 mm / 410 mm, 18 kg) e modulo 325 CV. (400 mm / 890 mm / 1000 mm, 100 kg). Hoffbauer e Coletti intendono dimostrare una berlina di fascia media a cinque posti elettro-ibrida con un generatore diesel OPOC basato su uno dei modelli di massa già quest'anno. Il consumo medio di gasolio in questa vettura non supererà i 2 litri per cento in modalità elettrica e mista combinata. Di recente, EcoMotors ha aperto un proprio centro tecnico a Troy, Michigan, ed è già alla ricerca di una struttura idonea per avviare la produzione in serie dei propri motori. Nonostante la declassificazione del progetto, dalle viscere dell'azienda arrivano scarse informazioni. Apparentemente, Vinod Khosla ha deciso di tenere a bada le sue carte assassine per il momento.
Ci sono situazioni in cui il motore perde potenza, "troits", fumo grigio o nero esce dal tubo di scarico.
Le cause di tali malfunzionamenti possono essere la bruciatura della guarnizione della testata, la bruciatura di valvole o pistoni. Allo stesso tempo, l'olio entra nella camera di combustione, si forma fuliggine sulla canna del cilindro e sulle valvole, che le consuma più velocemente e le fasi di distribuzione del gas vengono disturbate. Il burnout della guarnizione contribuisce al rilascio di gas dall'esterno del motore, che è accompagnato da un forte fischio, oppure se si brucia tra i cilindri, i gas entrano in un altro cilindro, disturbando la miscela, poiché i cicli operativi differiscono tra i cilindri. Inoltre, il burnout della guarnizione è irto di miscelazione dell'olio motore con il liquido di raffreddamento del motore, a seguito del quale la miscela fa schiuma e il motore si ferma dopo un breve periodo di tempo e tutta questa schiuma ristagna in tutto il motore. Quando si verifica un esaurimento del pistone o una grave usura delle fasce elastiche, i gas di scarico entrano nel basamento, diluiscono l'olio, interrompendo così la lubrificazione di tutte le parti di sfregamento. Molti addetti alle stazioni di servizio, insieme ai proprietari di auto, controllano la compressione del cilindro e, se è normale, il cilindro è in ordine. Non è affatto così. Una buona compressione indica che funzionano solo le fasce elastiche dei pistoni di compressione, mentre le fasce raschiaolio possono svolgere male il loro lavoro, lasciando olio sui cilindri che si mescola alla miscela combustibile.
Per accertarsi di quale sia esattamente il problema, è necessario rimuovere la testata, rimuovere gli alberi a camme, ispezionare le condizioni delle valvole, delle guarnizioni dello stelo della valvola e dei pistoni, ovvero tutte le parti dovranno essere ispezionate visivamente. Questo processo è piuttosto laborioso e richiede tempo. Tutto può essere fatto invano se la causa di un tale malfunzionamento, ad esempio, risulta essere l'usura delle guarnizioni delle valvole, quando si sostituisce quale smontaggio della testata non è necessario. Per questi casi, c'è un modo complicato per fare a meno di rimuovere la testata.
L'auto è installata sul freno a mano, la ruota motrice è sollevata sul martinetto. Si consiglia di installare i cunei sotto le ruote, perché c'è un'alta probabilità che l'auto possa partire senza conducente. L'auto ingrana la marcia più vicina al rettilineo. Sulle trasmissioni a cinque velocità, questa è generalmente considerata terza o quarta marcia. Certo, puoi accendere qualsiasi altra marcia, ma per esperienza personale dirò che sarà difficile e lungo ruotare l'albero motore in questo modo.
Dopo che la marcia è innestata, impostiamo il pistone del primo cilindro del motore sulla corsa di compressione, svitiamo la candela e al suo posto installiamo il tubo del compressore. È auspicabile che il tubo si adatti perfettamente al foro della candela per individuare l'eventuale problema. Dopo aver sigillato il tubo, forniamo aria al cilindro e ascoltiamo. Quando tutto è in ordine, l'aria uscirà dal foro della candela. Quando la valvola di aspirazione si brucia, l'aria esce attraverso il filtro dell'aria e quando la valvola di scarico si brucia, rispettivamente, attraverso il tubo di scarico. Quando il pistone si brucia, che secondo me è la cosa peggiore che può accadere da tutto quanto sopra, l'aria esce dallo sfiato del sistema di ventilazione del basamento. Per non confondere la bruciatura del pistone con la bruciatura della valvola di aspirazione, scollegare il tubo di sfiato dal blocco cilindri, poiché è collegato direttamente al filtro dell'aria, e sarà ancora più semplice tirare semplicemente l'astina di livello dell'olio. Quando il primo cilindro è controllato, vai al secondo. E con gli stessi metodi controlleremo la funzionalità dei cilindri rimanenti.
I malfunzionamenti rilevati vengono eliminati sostituendo le parti con nuove. È meglio combinare la sostituzione delle guarnizioni degli steli delle valvole con la sostituzione delle guide delle valvole, e sarà ancora meglio se si cambiano anche le valvole. Un'opzione economica sarebbe quella di sostituire semplicemente almeno i cappucci e le guide e pulire la vecchia valvola dai depositi di carbonio, perché dopo aver sostituito i cappucci, le guide toccheranno presto e quindi dovrai riaprire la testata.
In fase di montaggio è necessario verificare lo stato della molla della valvola in modo che sia elastica e senza cedimenti e, se necessario, sostituirla con una nuova. La sostituzione delle fasce elastiche eliminerà solo brevemente il problema, poiché le nuove fasce sfregheranno contro i cilindri per il momento, il fumo blu scomparirà, ma durante la rettifica le fasce lasceranno molti graffi sulle camicie e nel tempo il motore "fumerà" di nuovo.
Ho sempre detto che se dovessi smontare la testata, vale la pena sostituire le valvole, le guarnizioni degli steli delle valvole e le guide delle valvole. Lavare anche il coperchio delle valvole con la testata con benzina, gasolio o cherosene, pulire le camere di combustione della testata con un ugello in filo metallico e smerigliare le valvole.
Al termine del lavoro, sostituire la guarnizione del coperchio valvole e le guarnizioni della testata con nuove, rivestirle di sigillante e montare il tutto, serrando tutti i bulloni con un certo momento.
La durata del motore e delle sue parti dipende al 99,9% dal conducente. Con un attento funzionamento, la risorsa del motore aumenterà sufficientemente e durerà a lungo. Se, come si suol dire, è iniziato il primo impulso di riparare il meccanismo di distribuzione del gas (fumo di scarico blu), allora puoi guidare ancora per un po ', non ci sarà una grande perdita di dinamica. Tale problema può ancora essere ritardato, ma quando c'è già una significativa perdita di potenza, sarà già necessario diagnosticare e riparare i malfunzionamenti rilevati.
L'alleggerimento del sistema KShM (meccanismo a manovella) può aggiungere i suoi vantaggi al funzionamento dell'intero motore nel suo insieme. Molti preparatori alleggeriscono non solo le bielle e l'albero motore, ma anche i pistoni stessi. Se vai oltre, puoi renderlo più facile e. Ma per un semplice profano, questa è un'informazione molto difficile da assimilare. Molti hanno sentito parlare dei pistoni dei motori, molti li hanno anche visti dal vivo, ma non capiscono perché alleggerirli! Oggi proverò a parlarti in parole semplici di questa procedura, e alla fine dell'articolo ci sarà una piccola istruzione per facilitare le opzioni fai-da-te standard. Quindi continua a leggere...
Questo fa parte del meccanismo KShM (meccanismo a manovella), che ha un solo scopo: pressurizzare il cilindro. Aumenta la pressione con i movimenti verso l'alto e, a sua volta, viene spinto da una biella, che è collegata all'albero motore. Questo design è noto a tutti e non è più nuovo. Se è buono o no è un'altra domanda, ma vale la pena notare che è estremamente piccolo.
Se vuoi capire il principio di funzionamento, prendi una normale siringa di plastica (da farmacia) per le infezioni da farmaci. Ha anche un pistone, a volte con uno strato gommato: imita praticamente il lavoro della nostra versione in metallo.
Ricordato: risolto, raggiunto una versione leggera.
Perché è necessario e perché è installato?
Se smonti tutto sugli scaffali, ottieni le seguenti informazioni.
1) L'alleggerimento consente al motore di funzionare a velocità più elevate, questo è utile per la messa a punto dei motori, ad esempio con. E come sai, alle alte velocità, la potenza aumenta.
2) Il motore prende velocità più velocemente, non ha bisogno di spendere energia per far girare pistoni pesanti.
3) Il motore funziona in modo più fluido, la detonazione è ridotta. Guarda un video breve ma informativo.
4) Si ritiene che la risorsa delle parti sia in aumento. Poiché i carichi subiti sono ridotti a causa della riduzione del peso del pistone.
Se riassumi il risultato intermedio, risulta: più veloce (velocità più elevate), avvio più sicuro da fermo, meno detonazione, più risorse.
Come avviene solitamente il sollievo?
Certo, voglio capire perché il peso è ridotto e cosa sacrifica il design?
Se osservi la struttura del pistone "ordinario", puoi vedere un cilindro cavo con un'altezza da circa 80 a 100 mm (queste sono dimensioni medie). Ecco com'erano all'alba della loro apparizione. Se eliminato a peso, risulta di circa 500-600 grammi. Cioè, mezzo chilo vola su e giù, attirando parte dell'energia su se stesso. E maggiore è la velocità, più energia devi spendere!
Ora una versione leggera, se la confronti con la "normale", allora:
In primo luogo, riducono l'altezza, (se prendiamo ancora una volta le dimensioni medie) - da 50 a 80 mm.
In secondo luogo, riducono il peso, ovviamente, va ben lontano dal ridurre l'altezza, ma questo non basta, tagliano anche i lati. Risulta il cosiddetto pistone leggero "a forma di T". "A forma di T" perché se la guardi da un lato ricorda la lettera "T", tra l'altro alcuni la chiamano "triangolare".
L'unica cosa che rimane invariata è la piattaforma superiore, a proposito, alcuni sono necessari quando.
Tali variazioni possono ridurre un peso decente, il peso medio della versione vestita è di circa 250 grammi. Il che è due volte più facile. E con 4 pezzi ci vuole più di 1 chilogrammo! Per un motore, questo è molto importante.
Come farlo da solo?
So che molte persone sono tormentate da una domanda del genere: come realizzare un pistone leggero da uno ordinario, ed è anche possibile?
Certo che è possibile, e alcuni artigiani macinano e tagliano l'eccesso nei loro garage. Tuttavia, vorrei sottolineare che abbiamo bisogno di dimensioni esatte per i tagli, nonché di "distribuzione del peso" e "bilanciamento".
Tagliare come al solito altezza e lati.
Il lavoro richiede molto tempo e precisione, se fai qualcosa di sbagliato, il pistone va in discarica. Pertanto, è meglio calcolare prima le dimensioni su un foglio di computer.
Dopodiché, puoi tagliare la parte indesiderata su una macchina speciale, oppure puoi tagliarla con una smerigliatrice o ugelli speciali per un trapano.
Ancora una volta, noto che il taglio deve essere preciso, altrimenti l'equilibrio del pistone sarà disturbato e il motore avrà una grande detonazione. Quindi, se non lo fai mai, devi contattare i "sintonizzatori" della tua città. Forse ci sono già passati.
E per esperienza personale, dirò che a volte è meglio acquistare un kit già pronto per la tua unità, sono venduti anche in grandi quantità sui siti Internet.
Il pistone del motore è una parte che ha una forma cilindrica ed esegue movimenti alternativi all'interno del cilindro. È una delle parti più caratteristiche del motore, poiché l'attuazione del processo termodinamico che si verifica nel motore a combustione interna avviene proprio con il suo aiuto. Pistone:
- percependo la pressione dei gas, trasferisce la forza risultante a;
- sigilla la camera di combustione;
- rimuove il calore in eccesso da esso.
La foto sopra mostra quattro colpi del pistone del motore.
Le condizioni estreme dettano il materiale del pistone
Il pistone viene azionato in condizioni estreme, le cui caratteristiche sono elevate: pressione, carichi inerziali e temperature. Ecco perché i principali requisiti per i materiali per la sua fabbricazione includono:
- elevata resistenza meccanica;
- buona conducibilità termica;
- bassa densità;
- coefficiente insignificante di dilatazione lineare, proprietà antifrizione;
- buona resistenza alla corrosione.
I pistoni possono essere:
- lancio;
- forgiato.
Le caratteristiche del design del pistone sono determinate dal suo scopo
Le principali condizioni che determinano il design del pistone sono il tipo di motore e la forma della camera di combustione, le caratteristiche del processo di combustione che vi si svolge. Strutturalmente il pistone è un elemento monoblocco, costituito da:
- teste (in basso);
- parte di tenuta;
- gonne (parte guida).
Il pistone di un motore a benzina è diverso da un motore diesel? Le superfici delle teste dei pistoni dei motori a benzina e diesel sono strutturalmente diverse. In un motore a benzina, la superficie della testa è piatta o vicina ad essa. A volte vengono realizzate delle scanalature che contribuiscono alla completa apertura delle valvole. Per i pistoni dei motori dotati di un sistema di iniezione diretta del carburante (SNVT), è caratteristica una forma più complessa. La testa del pistone in un motore diesel è significativamente diversa da un motore a benzina: a causa dell'esecuzione di una camera di combustione di una determinata forma al suo interno, viene fornita una migliore formazione di turbolenza e miscela.
La foto mostra lo schema del pistone del motore.
Fasce elastiche: tipi e composizione
La parte di tenuta del pistone comprende fasce elastiche che forniscono un collegamento stretto tra il pistone e il cilindro. Le condizioni tecniche del motore sono determinate dalla sua capacità di tenuta. A seconda del tipo e dello scopo del motore, vengono selezionati il numero di squilli e la loro posizione. Lo schema più comune è uno schema di due anelli di compressione e uno raschiaolio.
Le fasce elastiche sono realizzate principalmente in ghisa sferoidale grigia speciale, che ha:
- alti indicatori stabili di forza ed elasticità alle temperature di esercizio per l'intera vita utile dell'anello;
- elevata resistenza all'usura in condizioni di intenso attrito;
- buone proprietà antifrizione;
- la capacità di irrompere rapidamente ed efficacemente sulla superficie del cilindro.
Lo scopo principale dell'anello di compressione è impedire ai gas della camera di combustione di entrare nel carter del motore. Carichi particolarmente pesanti cadono sul primo anello di compressione. Pertanto, nella produzione di fasce elastiche per i pistoni di alcuni motori a benzina forzata e di tutti i motori diesel, viene installato un inserto in acciaio che aumenta la resistenza delle fasce elastiche e consente la massima compressione. La forma degli anelli di compressione può essere:
- trapezoidale;
- a forma di barile;
- tconical.
L'anello raschiaolio è responsabile della rimozione dell'olio in eccesso dalle pareti del cilindro e ne impedisce l'ingresso nella camera di combustione. Si distingue per la presenza di numerosi fori di drenaggio. Alcuni anelli sono progettati con espansori a molla.
La forma della guida del pistone (altrimenti, il mantello) può essere a forma di cono oa forma di botte, che permette di compensare la sua dilatazione al raggiungimento di elevate temperature di esercizio. Sotto la loro influenza, la forma del pistone diventa cilindrica. La superficie laterale del pistone è rivestita con uno strato di materiale antifrizione per ridurre le perdite per attrito; a tale scopo viene utilizzata grafite o bisolfuro di molibdeno. I fori delle alette nel mantello del pistone consentono di fissare lo spinotto del pistone.
Un'unità composta da un pistone, una compressione, anelli raschiaolio e uno spinotto è comunemente chiamata gruppo pistone. La funzione del suo collegamento con la biella è assegnata a uno spinotto in acciaio, che ha una forma tubolare. Ha requisiti per:
- minima deformazione durante il funzionamento;
- elevata resistenza sotto carico variabile e resistenza all'usura;
- buona resistenza agli urti;
- piccola massa.
- fissato nelle boccole del pistone, ma ruotante nella testa della biella;
- fissato nella testa della biella e ruotante nelle boccole del pistone;
- rotazione libera nei mozzi del pistone e nella testa della biella.
Le dita installate secondo la terza opzione sono chiamate mobili. Sono i più apprezzati perché la loro lunghezza e circonferenza si usurano in modo trascurabile e uniforme. Con il loro utilizzo, il rischio di grippaggio è ridotto al minimo. Inoltre, sono facili da installare.
Rimozione del calore in eccesso dal pistone
Oltre a notevoli sollecitazioni meccaniche, il pistone è soggetto anche agli effetti negativi di temperature estremamente elevate. Il calore viene rimosso dal gruppo pistone:
- sistema di raffreddamento dalle pareti del cilindro;
- la cavità interna del pistone, quindi - lo spinotto e la biella, nonché l'olio che circola nel sistema di lubrificazione;
- miscela aria-carburante parzialmente fredda fornita ai cilindri.
- spruzzi d'olio attraverso uno speciale ugello o foro nella biella;
- nebbia d'olio nella cavità del cilindro;
- iniezione di olio nella zona degli anelli, in un apposito canale;
- circolazione dell'olio nella testa del pistone attraverso una bobina tubolare.
Video su un motore a quattro tempi: il principio di funzionamento:
