Tłok silnika jest jedną z najważniejszych części i oczywiście pomyślne działanie silnika i jego długa żywotność zależą od materiału i jakości tłoków. W tym artykule, bardziej przeznaczonym dla początkujących, zostanie opisane wszystko (no lub prawie wszystko), co jest związane z tłokiem, a mianowicie: przeznaczenie tłoka, jego konstrukcja, materiały i technologia wytwarzania tłoków i inne niuanse.
Chcę od razu ostrzec drodzy czytelnicy, że jeśli jakiś ważny niuans związany z tłokami, lub z technologią ich wytwarzania, pisałem już bardziej szczegółowo w innym artykule, to oczywiście nie ma sensu, abym się w tym powtarzał artykuł. Po prostu umieszczę odpowiedni link, klikając, w który drogi czytelnik, w razie potrzeby, może przejść do innego bardziej szczegółowego artykułu i bardziej szczegółowo zapoznać się z niezbędnymi informacjami na temat tłoków.
Na pierwszy rzut oka wielu początkujących może pomyśleć, że tłok to dość prosta część i nie da się wymyślić czegoś doskonalszego pod względem technologii produkcji, kształtu i konstrukcji. Ale w rzeczywistości wszystko nie jest takie proste i pomimo zewnętrznej prostoty kształtu, tłoki i technologie ich wytwarzania wciąż są ulepszane, zwłaszcza w najnowocześniejszych (seryjnych lub sportowych) silnikach wymuszonych o wyższych obrotach. Ale nie wychodźmy przed siebie i zacznijmy od prostych do złożonych.
Na początek przeanalizujemy, do czego służy tłok (tłoki) w silniku, jak działa, jakie są kształty tłoków dla różnych silników, a następnie płynnie przejdziemy do technologii wytwarzania.
Do czego służy tłok silnika?
Tłok, ze względu na mechanizm korbowy (i - patrz rysunek poniżej), poruszający się ruchem zwrotnym w cylindrze silnika, na przykład poruszający się do góry - w celu zassania cylindra i ściśnięcia mieszaniny roboczej w komorze spalania, a także ze względu na rozprężanie gazów palnych poruszających się w dół w cylindrze wykonuje pracę, zamieniając energię cieplną spalanego paliwa na energię ruchu, która przyczynia się (poprzez przekładnię) do obrotu kół napędowych pojazdu.
Tłok silnika i działające na niego siły: A - siła dociskająca tłok do ścian cylindra; B - siła przesuwająca tłok w dół; B to siła przenoszona z tłoka na korbowód i odwrotnie, G to siła ciśnienia spalin, która przesuwa tłok w dół.
Oznacza to, że w rzeczywistości bez tłoka w silniku jednocylindrowym lub bez tłoków w silniku wielocylindrowym ruch pojazdu, na którym zainstalowany jest silnik, jest niemożliwy.
Ponadto, jak widać na rysunku, na tłok działa kilka sił (również przeciwne siły napierające na tłok od dołu do góry nie są pokazane na tym samym rysunku).
A biorąc pod uwagę fakt, że na tłok działa kilka sił i dość mocno, tłok musi mieć kilka ważnych właściwości, a mianowicie:
- zdolność tłoka silnika do wytrzymania ogromnego ciśnienia gazów rozprężających się w komorze spalania.
- zdolność do kompresji i wytrzymania wysokiego ciśnienia sprężonego paliwa (zwłaszcza na).
- zdolność do przeciwstawiania się przebiciu gazów między ściankami cylindra a jego ścianami.
- możliwość przeniesienia ogromnego ciśnienia na korbowód, poprzez sworzeń tłokowy, bez pękania.
- zdolność nie zużywania się przez długi czas od tarcia o ściany cylindra.
- możliwość nie zaklinowania się w cylindrze na skutek rozszerzalności cieplnej materiału, z którego jest wykonany.
- tłok silnika musi być w stanie wytrzymać wysoką temperaturę spalania paliwa.
- mają wysoką wytrzymałość przy niewielkiej wadze, aby wyeliminować wibracje i bezwładność.
A to nie wszystkie wymagania stawiane tłokom, zwłaszcza w nowoczesnych silnikach wysokoobrotowych. Porozmawiamy więcej o użytecznych właściwościach i wymaganiach nowoczesnych tłoków, ale najpierw spójrzmy na urządzenie nowoczesnego tłoka.
Jak widać na rysunku, nowoczesny tłok można podzielić na kilka części, z których każda jest ważna i ma swoje własne funkcje. Ale poniżej zostaną opisane najważniejsze części tłoka silnika i zaczniemy od najważniejszej i krytycznej części - od dna tłoka.
Dno (dół) tłoka silnika.
Jest to najwyższa i najbardziej obciążona powierzchnia tłoka, skierowana bezpośrednio do komory spalania silnika. A dno każdego tłoka jest obciążone nie tylko dużą siłą docisku gazów rozprężających się z ogromną prędkością, ale także wysoką temperaturą spalania mieszaniny roboczej.
Ponadto dno tłoka swoim profilem określa samą dolną powierzchnię komory spalania, a także określa tak ważny parametr jak. Nawiasem mówiąc, kształt dna tłoka może zależeć od pewnych parametrów, na przykład od położenia świec lub wtryskiwaczy w komorze spalania, od położenia i wielkości otwarcia zaworu, od średnicy zaworu płytki - na zdjęciu po lewej wyraźnie widać wgłębienia na płytki zaworowe w dnie tłoka, które wykluczają stykanie się zaworów z dnem.
Również kształt i rozmiar dna tłoka zależy od objętości i kształtu komory spalania silnika lub od specyfiki podawania do niej mieszanki paliwowo-powietrznej - na przykład w niektórych starych silnikach dwusuwowych na dnie tłoka wykonano charakterystyczny występ grzbietowy, który pełni rolę reflektora i kieruje przepływem produktów spalania podczas przedmuchiwania. Występ ten pokazano na rysunku 2 (występ na dnie jest również widoczny na rysunku powyżej, gdzie pokazano układ tłoka). Nawiasem mówiąc, rysunek 2 pokazuje również przebieg pracy starożytnego silnika dwusuwowego i jak występ na dnie tłoka wpływa na napełnianie mieszanką roboczą i uwalnianie spalin (czyli na poprawę wydmuchu).
Silnik motocykla dwusuwowego – przepływ pracy
Ale w niektórych silnikach (na przykład w niektórych silnikach wysokoprężnych) na dnie tłoka pośrodku znajduje się okrągłe wycięcie, dzięki któremu zwiększa się objętość komory spalania i odpowiednio kompresja stosunek maleje.
Ale ponieważ wgłębienie o małej średnicy w środku dna nie jest pożądane dla korzystnego wypełnienia mieszaniną roboczą (pojawiają się niepożądane zawirowania), to w wielu silnikach wgłębienia w środku dna tłoków przestały być wykonywane.
Aby zmniejszyć objętość komory spalania, konieczne jest wykonanie tak zwanych wyporników, to znaczy wykonanie dna o określonej objętości materiału, który znajduje się nieco powyżej głównej płaszczyzny dna tłoka.
Cóż, kolejnym ważnym wskaźnikiem jest grubość dna tłoka. Im jest grubszy, tym mocniejszy jest tłok i tym większe obciążenie cieplne i mocy może wytrzymać dość długo. A im cieńsze dno tłoka, tym większe prawdopodobieństwo wypalenia lub fizycznego zniszczenia dna.
Ale wraz ze wzrostem grubości dna tłoka masa tłoka odpowiednio wzrasta, co jest bardzo niepożądane w przypadku wymuszonych silników wysokoobrotowych. I dlatego konstruktorzy idą na kompromis, to znaczy „łapią” złoty środek między wytrzymałością a wagą i oczywiście nieustannie starają się ulepszać technologie produkcji tłoków do nowoczesnych silników (o technologiach później).
Górna krawędź tłoka.
Jak widać na powyższym rysunku, który pokazuje konstrukcję tłoka silnika, próg czołowy to odległość od dna tłoka do jego najwyższego pierścienia dociskowego. Należy zauważyć, że im mniejsza odległość od dna tłoka do górnego pierścienia, czyli im cieńsza strefa górna, tym większe naprężenie termiczne będą odczuwane przez dolne elementy tłoka i tym szybciej będą zniszczyć.
Dlatego w przypadku silnie obciążonych silników wymuszonych pożądane jest pogrubienie górnej strefy, ale nie zawsze się to robi, ponieważ może to również zwiększyć wysokość i masę tłoka, co jest niepożądane w przypadku silników wymuszonych i wysokoobrotowych. Tutaj, podobnie jak przy grubości dna tłoka, ważne jest znalezienie środka.
Sekcja uszczelniająca tłoka.
Ta sekcja zaczyna się od spodu górnego progu do miejsca, w którym kończy się rowek najniższego pierścienia tłokowego. Rowki pierścieni tłokowych znajdują się na części uszczelniającej tłoka, a same pierścienie (ściskane i wyjmowane z oleju) są wkładane.
Rowki pierścieni nie tylko utrzymują pierścienie tłokowe w miejscu, ale również zapewniają ich mobilność (dzięki pewnym szczelinom między pierścieniami i rowkami), co pozwala pierścieniom tłokowym na swobodne ściskanie i rozszerzanie dzięki ich elastyczności (co jest bardzo ważne jeśli cylinder jest zużyty i ma kształt beczki) ... Przyczynia się to również do dociskania pierścieni tłokowych do ścianek cylindra, co eliminuje wydmuchiwanie gazu i przyczynia się do dobrego, nawet jeśli cylinder jest lekko zużyty.
Jak widać na rysunku z urządzeniem tłokowym, w rowku (rowkach) przeznaczonym na pierścień zgarniający olej znajdują się otwory do przepływu powrotnego oleju silnikowego, który pierścień (lub pierścienie) zgarniacza oleju usuwa ze ścianek cylindra, gdy tłok porusza się w cylindrze.
Oprócz głównej funkcji (zapobiegania przebiciu gazu) obszaru uszczelniającego, ma jeszcze jedną ważną właściwość – jest to odprowadzanie (a dokładniej rozprowadzenie) części ciepła z tłoka do cylindra i całego silnika. Oczywiście w celu efektywnego rozprowadzenia (odprowadzenia) ciepła i zapobieżenia przebijaniu się gazu ważne jest, aby pierścienie tłokowe były dość ciasno dopasowane do ich rowków, ale przede wszystkim do powierzchni ścianki cylindra.
Głowica tłoka silnika.
Głowica tłoka to wspólny obszar, który obejmuje dno tłoka i jego oraz obszar uszczelnienia opisany już przeze mnie powyżej. Im większa i mocniejsza głowica tłoka, tym wyższa jego wytrzymałość, lepsze odprowadzanie ciepła i odpowiednio dłuższy zasób, ale masa jest również większa, co, jak wspomniano powyżej, jest niepożądane w przypadku silników wysokoobrotowych. Aby zmniejszyć wagę, bez zmniejszania zasobów, możliwe jest zwiększenie wytrzymałości tłoka poprzez ulepszenie technologii produkcji, ale o tym bardziej szczegółowo napiszę później.
Swoją drogą prawie zapomniałem powiedzieć, że w niektórych konstrukcjach nowoczesnych tłoków ze stopów aluminium w denku tłoka wykonywana jest wkładka nirezist, czyli felga wykonana z nirezist (specjalne trwałe i odporne na korozję żeliwo). wlany do głowicy tłoka.
W tej obręczy wycięty jest rowek dla najwyższego i najbardziej obciążonego pierścienia tłokowego dociskowego. I choć dzięki wkładce masa tłoka nieznacznie wzrasta, to znacznie wzrasta jego wytrzymałość i odporność na zużycie (na przykład nasze domowe tłoki Tutaev, produkowane w TMZ, mają wkładkę nieodporną).
Wysokość tłoka dociskowego.
Wysokość ściskania to odległość w milimetrach od dna tłoka do osi sworznia tłokowego (lub odwrotnie). Różne tłoki mają różne wysokości sprężania i oczywiście im większa odległość od osi sworznia do dna, tym jest większa, a im większa, tym lepsze sprężanie i mniejsze prawdopodobieństwo przebicia gazu, ale także większa siła tarcia i nagrzewanie się tłoka.
W starszych silnikach wolnoobrotowych i niskoobrotowych wysokość sprężania tłoka była wyższa, a w nowoczesnych silnikach o wyższych obrotach stała się mniejsza. Tutaj również ważne jest znalezienie środka, który zależy od siły silnika (im wyższe obroty, tym mniejsze tarcie i niższa wysokość sprężania).
Spódnica tłoka silnika.
Spódnica nazywana jest dolną częścią tłoka (jest również nazywana częścią prowadzącą). Płaszcz zawiera piasty tłoka z otworem, w które wkładany jest sworzeń tłokowy. Powierzchnia zewnętrzna płaszcza tłoka jest powierzchnią prowadzącą (podpierającą) tłoka i ta powierzchnia, podobnie jak pierścienie tłokowe, ociera się o ścianki cylindra.
Wokół środka płaszcza tłoka znajdują się ucha z otworami na sworzeń tłoka. A ponieważ ciężar materiału tłoka na przypływach jest większy niż w innych częściach płaszcza, odkształcenia pod wpływem temperatury w płaszczyźnie występów będą większe niż w innych częściach tłoka.
Dlatego też, w celu zmniejszenia wpływu temperatury (i naprężeń) na tłok, część materiału usuwa się z obu stron powierzchni osłony, w przybliżeniu na głębokość 0,5-1,5 mm i uzyskuje się małe zagłębienia. Wgłębienia te, zwane lodówkami, nie tylko pomagają wyeliminować wpływ temperatury i odkształcenia, ale także zapobiegają powstawaniu zadrapań, a także poprawiają smarowanie tłoka podczas ruchu w cylindrze.
Należy również zauważyć, że płaszcz tłoka ma kształt stożka (u góry u dołu węższy, u dołu szerszy), a w płaszczyźnie prostopadłej do osi sworznia tłoka ma kształt owalu. Te odchylenia od idealnego kształtu cylindrycznego są minimalne, to znaczy mają tylko kilkaset mm (wartości te są różne - im większa średnica, tym większe odchylenie).
Stożek jest potrzebny, aby tłok rozszerzał się równomiernie od nagrzewania, ponieważ na górze temperatura tłoka jest wyższa, a 
Rozszerzalność cieplna jest również większa. A ponieważ średnica tłoka na dole jest nieco mniejsza niż na dole, to rozprężając się od nagrzewania, tłok przyjmie kształt zbliżony do idealnego cylindra.
Cóż, owal ma na celu skompensowanie szybkiego zużycia ścianek osłony, które zużywają się szybciej tam, gdzie tarcie jest wyższe i wyżej w płaszczyźnie ruchu korbowodu.
Dzięki płaszczowi tłoka (a dokładniej jego powierzchni bocznej) zapewnione jest pożądane i prawidłowe położenie osi tłoka względem osi cylindra silnika. Za pomocą bocznej powierzchni osłony siły boczne są przenoszone na cylinder silnika z działania siły bocznej A (patrz najwyższy rysunek w tekście, a także rysunek po prawej), który okresowo działa na tłoki i cylindry, gdy tłoki są przesuwane podczas obrotu wału korbowego (mechanizm korbowodu).
Ponadto, dzięki bocznej powierzchni płaszcza, ciepło jest odprowadzane z tłoka do cylindra (a także z pierścieni tłokowych). Im większa powierzchnia boczna osłony, tym lepsze odprowadzanie ciepła, mniejszy wyciek gazu, mniejsze stukanie tłoka przy niewielkim zużyciu tulei górnej głowicy korbowodu (lub przy niedokładnej obróbce tulei - patrz rysunek po lewej) , jednak jak z trzema pierścieniami dociskowymi, a nie dwoma (pisałem o tym bardziej szczegółowo).
Ale jeśli płaszcz tłoka jest zbyt długi, jego masa jest większa, powstaje większe tarcie o ścianki cylindra (w nowoczesnych tłokach, aby zmniejszyć tarcie i zużycie, zaczęto nakładać powłokę przeciwcierną na płaszcz) oraz nadwagę i tarcie jest bardzo niepożądane w wysokoobrotowych wymuszonych nowoczesnych (lub sportowych) silnikach, dlatego w takich silnikach spódnica była stopniowo bardzo krótka (tzw. Minispódnica) i stopniowo prawie się jej pozbyli - tak właśnie jest T Pojawił się tłok w kształcie, pokazany na zdjęciu po prawej stronie.
Ale tłoki w kształcie litery T mają również wady, na przykład ponownie mogą mieć problemy z tarciem o ścianki cylindra, z powodu niedostatecznie smarowanej powierzchni bardzo krótkiej osłony (i przy niskich obrotach).
Bardziej szczegółowo o tych problemach, a także o tym, w jakich przypadkach w niektórych silnikach potrzebne są tłoki w kształcie litery T z mini spódniczką, a w których nie są, napisałem osobny szczegółowy artykuł. Mówi też o ewolucji kształtu tłoka silnika - radzę to przeczytać. Cóż, myślę, że już rozpracowaliśmy urządzenie tłokowe i płynnie przechodzimy do technologii wytwarzania tłoków, aby zrozumieć, które tłoki wykonane na różne sposoby są lepsze, a które gorsze (mniej trwałe).
Tłoki do silników - materiały do produkcji.
Wybierając materiał do produkcji tłoków, stawiane są surowe wymagania, a mianowicie:
- materiał tłoka musi mieć doskonałe właściwości przeciwcierne (przeciwzatarciowe).
- materiał tłoka silnika musi mieć dość wysoką wytrzymałość mechaniczną.
- materiał tłoka musi mieć niską gęstość i dobrą przewodność cieplną.
- materiał tłoka musi być odporny na korozję.
- materiał tłoka powinien mieć niski współczynnik rozszerzalności liniowej i być możliwie bliski lub równy współczynnikowi rozszerzalności materiału ścianek cylindra.
Żeliwo.
Wcześniej, u zarania budowy silników, od czasów pierwszych samochodów, motocykli i samolotów (samolotów), jako materiał tłoków stosowano żeliwo szare (nawiasem mówiąc, także tłoki sprężarek). Oczywiście, jak każdy materiał, żeliwo ma zarówno zalety, jak i wady.
Z zalet należy zauważyć dobrą odporność na zużycie i wystarczającą wytrzymałość. Ale najważniejszą zaletą żeliwnych tłoków montowanych w silnikach z żeliwnymi blokami (lub tulejami) jest ten sam współczynnik rozszerzalności cieplnej, co żeliwny cylinder silnika. Oznacza to, że luzy termiczne można zminimalizować, czyli znacznie mniej niż w przypadku tłoka aluminiowego pracującego w cylindrze żeliwnym. Umożliwiło to znaczne zwiększenie kompresji i zasobów grupy tłoków.
Kolejnym znaczącym plusem tłoków żeliwnych jest niewielki (tylko 10%) spadek wytrzymałości mechanicznej po rozgrzaniu tłoka. Przy tłoku aluminiowym spadek wytrzymałości mechanicznej podczas nagrzewania jest zauważalnie większy, ale o tym poniżej.
Ale wraz z pojawieniem się bardziej obrotowych silników, gdy używano tłoków żeliwnych, ich główna wada zaczęła ujawniać się przy dużych prędkościach - dość dużej masie w porównaniu z tłokami aluminiowymi. I stopniowo przeszli na produkcję tłoków ze stopów aluminium, nawet w silnikach z żeliwnym blokiem lub tuleją, chociaż musieli wykonać aluminiowe tłoki o znacznie większych luzach termicznych, aby wyeliminować klin aluminiowego tłoka w żeliwny cylinder.
Nawiasem mówiąc, wcześniej na tłokach niektórych silników wykonano skośne nacięcie osłony, które zapewniło sprężyste właściwości osłony tłoka aluminiowego i wykluczyło jego zakleszczanie się w żeliwnym cylindrze - przykład takiego tłoka można zobaczyć na silniku motocykla IZH-49).
A wraz z pojawieniem się nowoczesnych cylindrów lub bloków cylindrów, całkowicie wykonanych z aluminium, w których nie ma już żeliwnych tulei (czyli pokrytych nikasilem lub), stało się możliwe wytwarzanie aluminiowych tłoków z minimalnymi luzami termicznymi, ponieważ rozszerzalność cieplna cylindra ze stopu stała się prawie taka sama jak i na tłoku ze stopu.
Stopy aluminium. Prawie wszystkie nowoczesne tłoki w silnikach seryjnych są teraz wykonane z aluminium (z wyjątkiem plastikowych tłoków w tanich chińskich sprężarkach).
Tłoki wykonane ze stopów aluminium mają również zalety i wady. Z głównych zalet należy zwrócić uwagę na niską masę tłoka ze stopu lekkiego, co jest bardzo ważne w przypadku nowoczesnych silników o dużej prędkości. Waga tłoka aluminiowego zależy oczywiście od składu stopu i technologii wykonania tłoka, bo tłok kuty waży znacznie mniej niż wykonany z tego samego stopu metodą odlewania, ale o technologiach napiszę nieco później.
Kolejną zaletą tłoków ze stopów lekkich, o której niewiele osób wie, jest dość wysoka przewodność cieplna, która jest około 3-4 razy wyższa niż przewodność cieplna żeliwa szarego. Ale dlaczego jest to godność, ponieważ przy wysokiej przewodności cieplnej i rozszerzalności cieplnej nie jest całkiem mała i będziesz musiał i będziesz musiał zrobić więcej luzów termicznych, chyba że oczywiście cylinder żeliwny (ale przy nowoczesnych cylindrach aluminiowych to nie jest dłużej konieczne).
A faktem jest, że wysoka przewodność cieplna nie pozwala na rozgrzanie dna tłoka do więcej niż 250 ° C, a to przyczynia się do znacznie lepszego wypełnienia cylindrów silnika i oczywiście pozwala na dalsze zwiększenie stopnia sprężania w silniki benzynowe, a tym samym zwiększyć ich moc.
Nawiasem mówiąc, aby jakoś wzmocnić tłoki odlane z lekkiego stopu, inżynierowie dodają do swojej konstrukcji różne elementy wzmacniające - np. pogrubiają ścianki i dno tłoka, a piasty pod sworzniem tłokowym są odlane bardziej masywny. Cóż, albo robią wkładki z tego samego żeliwa, pisałem już o tym powyżej. I oczywiście wszystkie te wzmocnienia zwiększają masę tłoka, a w efekcie okazuje się, że starszy i mocniejszy tłok, wykonany z żeliwa, traci na wadze w stosunku do tłoka ze stopów lekkich sporo, bo około 10 – 15 proc.
I tu pytanie nasuwa się każdemu, czy warto świecę? Warto, bo stopy aluminium mają jeszcze jedną doskonałą właściwość - odprowadzają ciepło trzy razy lepiej niż to samo żeliwo. Ta ważna właściwość jest niezbędna w nowoczesnych silnikach wysokoobrotowych (wymuszonych i gorących), które mają dość wysoki stopień sprężania.
Ponadto nowoczesne technologie produkcji kutych tłoków (o nich nieco później) znacznie zwiększają wytrzymałość i zmniejszają wagę części, a nie jest już wymagane wzmacnianie takich tłoków różnymi wkładkami lub bardziej masywnymi odlewami.
Wady tłoków wykonanych ze stopów aluminium to: dość duży współczynnik rozszerzalności liniowej stopów aluminium, w którym jest on około dwa razy większy niż tłoków wykonanych z żeliwa.
Kolejną istotną wadą tłoków aluminiowych jest dość duży spadek wytrzymałości mechanicznej przy wzroście temperatury tłoka. Na przykład: jeśli tłok ze stopu zostanie podgrzany do trzystu stopni, doprowadzi to do zmniejszenia jego wytrzymałości nawet o połowę (o około 55-50 procent). A dla tłoka żeliwnego, gdy się nagrzewa, wytrzymałość spada znacznie mniej - tylko o 10 - 15%. Chociaż nowoczesne tłoki wykonane ze stopów aluminium metodą kucia, a nie odlewania, tracą znacznie mniej wytrzymałości po podgrzaniu.
Na wielu nowoczesnych tłokach aluminiowych spadek wytrzymałości mechanicznej i zbyt dużą rozszerzalność cieplną niwelują bardziej zaawansowane technologie produkcji, które zastąpiły tradycyjne odlewanie (o tym poniżej), a także specjalne wkładki kompensacyjne (np. wkładki z ni- oprzeć się temu, o czym wspomniałem powyżej), które nie tylko zwiększają wytrzymałość, ale także znacznie zmniejszają rozszerzalność cieplną ścianek płaszcza tłoka.
Tłok silnika - technologia wytwarzania.
Nie jest tajemnicą, że z biegiem czasu, w celu zwiększenia mocy silników, stopniowo zaczęto zwiększać stopień sprężania i prędkość obrotową silnika. Aby zwiększyć moc bez większego uszczerbku na żywotności tłoków, stopniowo ulepszano technologie ich wytwarzania. Ale zacznijmy w kolejności - od konwencjonalnych tłoków odlewanych.
Tłoki wykonane metodą odlewania konwencjonalnego.
Ta technologia jest najprostsza i najstarsza, była stosowana od samego początku historii budowy samochodów i silników, nawet od czasów ne 
luźne tłoki żeliwne.
Technologia wytwarzania tłoków do najnowocześniejszych silników metodą konwencjonalnego odlewania prawie nie jest już stosowana. W końcu wyjście jest produktem, który ma wady (pory itp.), Które znacznie zmniejszają wytrzymałość części. A technologia zwykłego odlewania do formy (chłodnej formy) jest dość stara, została zapożyczona od naszych starożytnych przodków, którzy wiele wieków temu odlewali siekiery z brązu.
A stop aluminium odlany do formy chłodzącej powtarza kształt formy chłodzącej (matrycy), a następnie część nadal wymaga obróbki termicznej i maszynowej, usuwając nadmiar materiału, co zajmuje dużo czasu (nawet na maszynach CNC) .
Formowanie wtryskowe.
Wytrzymałość tłoka wykonanego prostą metodą odlewania nie jest wysoka, ze względu na porowatość części i stopniowo wiele firm odeszło od tej metody i zaczęło odlewać tłoki pod ciśnieniem, co znacznie poprawiło wytrzymałość, ponieważ prawie nie ma porowatość.
Technologia formowania wtryskowego znacznie różni się od technologii konwencjonalnego odlewania osi z epoki brązu i oczywiście efektem jest dokładniejsza i trwalsza część o nieco lepszej konstrukcji. Nawiasem mówiąc, odlewając stopy aluminium pod ciśnieniem do formy (technologia ta nazywana jest również tłoczeniem płynnym), odlewane są nie tylko tłoki, ale także ramy niektórych nowoczesnych motocykli i samochodów.
Jednak ta technologia nie jest idealna i nawet jeśli weźmiesz tłok formowany ciśnieniowo i zbadasz go, nie znajdziesz niczego na jego powierzchni, ale to nie znaczy, że w środku wszystko jest idealne. Rzeczywiście, w procesie odlewania, nawet pod ciśnieniem, mogą pojawić się wewnętrzne puste przestrzenie i wnęki (drobne pęcherzyki), które zmniejszają wytrzymałość części.
Mimo to formowanie wtryskowe tłoków (tłoczenie cieczą) jest znacznie lepsze niż konwencjonalne odlewanie, a technologia ta jest nadal stosowana w wielu fabrykach w produkcji tłoków, ram, części podwozi i innych części samochodów i motocykli. A kto jest zainteresowany, aby przeczytać bardziej szczegółowo o tym, jak powstają tłoki tłoczone cieczą i ich zaletach, to czytamy o nich.
Kute tłoki samochodu (motocykl).
Kute tłoki do samochodów krajowych.
Jest to najbardziej zaawansowana technologia produkcji nowoczesnych tłoków ze stopów lekkich, które mają wiele zalet w porównaniu z odlewanymi i które są instalowane w najnowocześniejszych silnikach wysokoobrotowych o wysokim stopniu sprężania. Kute tłoki renomowanych firm praktycznie nie mają wad.
Ale nie ma sensu pisać o kutych tłokach szczegółowo w tym artykule, ponieważ napisałem o nich dwa bardzo szczegółowe artykuły, które każdy może przeczytać, klikając poniższe linki.
Wydaje się, że to wszystko, jeśli pamiętam coś jeszcze o tak ważnym detalu, jakim jest tłok silnika, to na pewno dodam sukces wszystkim.
„Nowoczesny silnik spalinowy z definicji nie jest najwybitniejszym produktem pod względem technologicznym. Oznacza to, że można go ulepszać w nieskończoność ”- Matt Trevitnik, prezes funduszu venture capital Venrock rodziny Rockefellerów.
Silnik o swobodnym tłoku to liniowy silnik spalinowy pozbawiony korbowodów, w którym o ruchu tłoka decydują nie połączenia mechaniczne, ale stosunek sił rozprężających się gazów do obciążenia
Chevrolet Volt, pojazd elektryczny z pokładowym generatorem prądu, wejdzie na amerykański rynek w listopadzie tego roku. Volt będzie napędzany potężnym silnikiem elektrycznym, który kręci kołami, oraz kompaktowym silnikiem spalinowym, który ładuje tylko rozładowany akumulator litowo-jonowy. Ta jednostka zawsze działa z najbardziej wydajną prędkością. Z tym zadaniem bez trudu poradzi sobie zwykły silnik spalinowy, przyzwyczajony do znacznie większego obciążenia. Jednak wkrótce może zostać zastąpiony przez znacznie bardziej kompaktowe, lekkie, wydajne i tanie jednostki, specjalnie zaprojektowane do pracy jako generator elektryczny.
Jeśli chodzi o całkowicie nowe konstrukcje silników spalinowych, sceptycy zaczynają marszczyć nos, kiwają głową na setki pseudorewolucyjnych projektów, które zbierają kurz na półkach i wstrząsają świętymi reliktami czterech garnków i wałka rozrządu. Sto lat dominacji klasycznego silnika spalinowego przekona każdego o daremności innowacji. Ale nie profesjonaliści w dziedzinie termodynamiki. Należą do nich profesor Peter Van Blarigan.
Energia zablokowana
Jedną z najbardziej radykalnych koncepcji silników spalinowych w historii jest silnik z wolnym tłokiem. Pierwsze wzmianki o nim w literaturze specjalistycznej pochodzą z lat 20. XX wieku. Wyobraź sobie metalową rurę ze ślepymi końcami i przesuwającym się w niej cylindrycznym tłokiem. Na każdym końcu rury znajduje się wtryskiwacz do wtrysku paliwa, porty wlotowe i wylotowe. Świece zapłonowe można dodać w zależności od rodzaju paliwa. I to wszystko: mniej niż kilkanaście najprostszych części i tylko jedna - ruchoma. Później pojawiły się bardziej wyrafinowane modele silników spalinowych z wolnym tłokiem (FPE) - z dwoma lub nawet czterema przeciwstawnymi tłokami, ale to nie zmieniło istoty. Zasada działania takich silników pozostaje taka sama – posuwisto-zwrotny ruch liniowy tłoka w cylindrze pomiędzy dwiema komorami spalania.
Teoretycznie sprawność FPE przekracza 70%. Mogą pracować na dowolnym paliwie płynnym lub gazowym i są niezwykle niezawodne i doskonale wyważone. Ponadto oczywista jest ich lekkość, zwartość i łatwość wykonania. Jedyny problem to jak usunąć zasilanie z takiego silnika, który jest mechanicznie układem zamkniętym? Jak siodłać tłok poruszający się z częstotliwością do 20 000 cykli na minutę? Można zastosować ciśnienie spalin, ale wydajność dramatycznie spada. Problem ten przez długi czas pozostawał nierozwiązywalny, chociaż próby podejmowano regularnie. Inżynierowie General Motors byli ostatnimi, którzy złamali sobie zęby w latach 60. XX wieku, podczas opracowywania sprężarki do eksperymentalnego samochodu z turbiną gazową. Próbki eksploatacyjne pomp okrętowych na bazie FPE na początku lat 80. były produkowane przez francuską firmę Sigma i brytyjską firmę Alan Muntz, ale nie weszły one do produkcji seryjnej.
Być może nikt nie pamiętałby FPE przez długi czas, ale przypadek pomógł. W 1994 r. Departament Energii Stanów Zjednoczonych zlecił naukowcom z Sandia National Laboratory zbadanie wydajności pokładowych generatorów prądu opartych na różnych typach silników spalinowych napędzanych wodorem. Tę pracę powierzono zespołowi Petera Van Blarigana. W trakcie projektu Van Blariganowi, który doskonale znał koncepcję FPE, udało się znaleźć pomysłowe rozwiązanie problemu zamiany energii mechanicznej tłoka na energię elektryczną. Zamiast komplikować projekt, co oznacza zmniejszenie uzyskanej wydajności, Van Blarigan zastosował odejmowanie, wzywając do pomocy tłok magnetyczny i miedziane uzwojenie na cylindrze. Mimo swojej prostoty takie rozwiązanie nie byłoby możliwe w latach 60. czy 70. XX wieku. W tamtym czasie nie było jeszcze wystarczająco zwartych i mocnych magnesów trwałych. Wszystko zmieniło się na początku lat 80. wraz z wynalezieniem stopu na bazie neodymu, żelaza i boru.
Pojedynczy element łączy dwa tłoki, pompę paliwową i układ zaworowy.
Za tę pracę w 1998 roku Van Blarigan i jego koledzy Nick Paradiso i Scott Goldsboro zostali nagrodzeni Honorową Nagrodą Harry'ego Lee Van Horninga na Światowym Kongresie Inżynierów Samochodowych SAE. Oczywista obietnica generatora liniowego z wolnym tłokiem (FPLA), jak nazwał swój wynalazek Van Blarigan, przekonała Departament Energii do kontynuowania finansowania projektu aż do etapu instalacji pilotażowej.
Elektroniczny ping pong
Dwusuwowy generator liniowy Blarigana to rura wykonana z elektrotechnicznej stali krzemowej o długości 30,5 cm, średnicy 13,5 cm i wadze nieco ponad 22 kg. Wewnętrzna ściana cylindra to stojan z 78 zwojami kwadratowego drutu miedzianego. Silne magnesy neodymowe są zintegrowane z zewnętrzną powierzchnią aluminiowego tłoka. Wsad paliwa i powietrze po wstępnej homogenizacji dostają się do komory spalania silnika w postaci mgły. Rozpalanie odbywa się w trybie HCCI - w komorze jednocześnie pojawia się wiele mikroognisk rozpalania. FPLA nie posiada mechanicznego systemu dystrybucji gazu - jego funkcje pełni sam tłok.
Trąbka Franka Stelsera
W 1981 roku niemiecki wynalazca Frank Stelser zademonstrował wolnotłokowy dwusuwowy silnik, który rozwijał w swoim garażu od wczesnych lat 70-tych. Według jego obliczeń silnik był o 30% oszczędniejszy niż konwencjonalny silnik spalinowy. Jedyną ruchomą częścią silnika jest podwójny tłok, poruszający się w szaleńczym tempie wewnątrz cylindra. Stalowa rura o długości 80 cm, wyposażona w gaźnik niskociśnieniowy z motocykla Harley-Davidson i blok cewek zapłonowych Hondy, według przybliżonych szacunków Stelzera, mogła wytwarzać do 200 KM. moc z częstotliwością do 20 000 cykli na minutę. Stelser twierdził, że jego silniki mogą być wykonane z prostych stali i mogą być chłodzone zarówno powietrzem, jak i cieczą. W 1981 roku wynalazca przywiózł swój silnik na Międzynarodowe Targi Motoryzacyjne we Frankfurcie, mając nadzieję zainteresować wiodące firmy motoryzacyjne. Początkowo pomysł wzbudził zainteresowanie niemieckich producentów samochodów. Według inżynierów Opla prototypowy silnik wykazał się doskonałą sprawnością cieplną, a jego niezawodność była dość oczywista – praktycznie nie było tam nic do złamania. W sumie jest osiem części, z których jedna jest ruchoma - podwójny tłok o skomplikowanym kształcie z systemem pierścieni uszczelniających o łącznej wadze 5 kg. W laboratorium Opla opracowano kilka teoretycznych modeli przekładni dla silnika Stelsera, w tym mechanicznych, elektromagnetycznych i hydraulicznych. Jednak żaden z nich nie okazał się wystarczająco niezawodny i skuteczny. Po Salonie Samochodowym we Frankfurcie Stelser i jego pomysł zniknęli z pola widzenia przemysłu motoryzacyjnego. Przez kilka lat w prasie co jakiś czas pojawiały się doniesienia o zamiarach Stelsera, aby opatentować technologię w 18 krajach świata, wyposażyć w jego silniki zakłady odsalania wody w Omanie i Arabii Saudyjskiej itp. dostępne w internecie.
Maksymalna moc FPLA to 40 kW (55 koni) przy średnim zużyciu paliwa 140 g na 1 kWh. Pod względem wydajności silnik nie ustępuje wodorowym ogniwom paliwowym - sprawność cieplna generatora przy zastosowaniu wodoru jako paliwa i stopniu sprężania 30:1 sięga 65%. Na propanie trochę mniej - 56%. Oprócz tych dwóch gazów FPLA z apetytem trawi olej napędowy, benzynę, etanol, alkohol, a nawet zużyty olej roślinny.
Jednak nic nie jest podawane z niewielką ilością krwi. Jeśli problem zamiany energii cieplnej na energię elektryczną został pomyślnie rozwiązany przez Van Blarigana, to zarządzanie kapryśnym tłokiem stało się poważnym bólem głowy. Górny martwy punkt trajektorii zależy od stopnia sprężania i szybkości spalania wsadu paliwa. W rzeczywistości hamowanie tłoka następuje z powodu wytworzenia krytycznego ciśnienia w komorze i późniejszego samozapłonu mieszanki. W konwencjonalnym silniku spalinowym każdy kolejny cykl jest analogiczny do poprzedniego ze względu na sztywne połączenia mechaniczne między tłokami a wałem korbowym. W FPLA czas trwania tiku i górny martwy punkt są wartościami zmiennoprzecinkowymi. Najmniejsza niedokładność w dozowaniu wsadu lub niestabilność trybu spalania powoduje zatrzymanie tłoka lub uderzenie w jedną ze ścian bocznych.
Silnik Ecomotors wyróżnia się nie tylko skromnymi wymiarami i wagą. Zewnętrznie płaska jednostka przypomina bokserki Subaru i Porsche, które dają specjalne zalety układu w postaci nisko położonego środka ciężkości i linii maski. Oznacza to, że auto będzie nie tylko dynamiczne, ale także dobrze sterowane.
Dlatego ten typ silnika wymaga wydajnego i szybko działającego elektronicznego układu sterowania. Nie jest tak łatwo stworzyć, jak się wydaje. Dla wielu ekspertów to zadanie jest trudne. Harry Smythe, dyrektor naukowy General Motors Power Plant Laboratory, mówi: „Silniki spalinowe z wolnym tłokiem mają szereg wyjątkowych zalet. Aby jednak stworzyć niezawodną jednostkę masowo produkowaną, trzeba jeszcze dużo dowiedzieć się o termodynamice FPE i nauczyć się sterować procesem spalania.” Wtóruje mu profesor MIT John Haywood: „W tej dziedzinie wciąż jest wiele białych plam. Nie jest faktem, że FPE będzie w stanie opracować prosty i tani system sterowania.”
Van Blarigan jest bardziej optymistyczny niż jego koledzy. Twierdzi, że kontrolę położenia tłoka może niezawodnie zapewnić ta sama para - stojan i osłona magnetyczna tłoka. Ponadto wierzy, że pełnoprawny prototyp generatora z dostrojonym systemem sterowania i sprawnością co najmniej 50% będzie gotowy do końca 2010 roku. Pośrednim potwierdzeniem postępów w tym projekcie jest klasyfikacja w 2009 roku wielu aspektów działalności grupy Van Blarigan.
Znaczna część strat tarcia w konwencjonalnych silnikach spalinowych wynika z obrotów korbowodu względem tłoka. Krótkie korby obracają się bardziej niż długie korby. OPOC ma bardzo długie i stosunkowo ciężkie korbowody, które zmniejszają straty tarcia. Unikalna konstrukcja korbowodów OPOC nie wymaga stosowania sworzni tłokowych do tłoków wewnętrznych. Zamiast tego stosuje się promieniowe wklęsłe gniazda o dużej średnicy, wewnątrz których ślizga się głowica korbowodu. Teoretycznie taka konstrukcja zespołu umożliwia wydłużenie korbowodu o 67% niż zwykle. W konwencjonalnym silniku spalinowym podczas suwu roboczego występują poważne straty tarcia w obciążonych łożyskach wału korbowego. W OPOC ten problem w ogóle nie występuje - liniowe wielokierunkowe obciążenia na tłoku wewnętrznym i zewnętrznym w pełni się kompensują. Dlatego zamiast pięciu łożysk czopu wału korbowego OPOC wymaga tylko dwóch.
Konstruktywna opozycja
W styczniu 2008 roku znany inwestor venture capital Vinod Khosla zaprezentował jeden ze swoich najnowszych projektów, EcoMotors, założony rok wcześniej przez Johna Coletti i Petera Hoffbauera, dwóch znanych guru motoryzacji. Historia Hoffbauera obejmuje wiele przełomowych rozwiązań: pierwszy turbodiesel do samochodów osobowych Volkswagena i Audi, silnik typu bokser dla Garbusa, pierwszy 6-cylindrowy silnik wysokoprężny dla Volvo, pierwszy rzędowy 6-cylindrowy silnik wysokoprężny Inline-Compact-V po raz pierwszy w Golfie i jego bliźniaczym VR6 zbudowanym dla Mercedesa. John Coletti jest nie mniej znany wśród inżynierów motoryzacyjnych. Przez długi czas kierował działem Ford SVT zajmującym się rozwojem specjalnych serii pojazdów doładowanych.
Łączne aktywa Hoffbauer i Coletti to ponad 150 patentów, udział w 30 projektach dotyczących rozwoju nowych silników i 25 projektach dotyczących nowych pojazdów produkcyjnych. EcoMotors został stworzony specjalnie w celu komercjalizacji modułowego, dwucylindrowego, dwusuwowego, przeciwstawnego turbodiesla Hoffbauera z technologią OPOC.
Mały rozmiar, szalony stosunek mocy do masy 3,25 KM. na 1 kg masy (250 KM na 1 litr objętości) i ciągu zbiornika 900 Nm z ponad skromnym apetytem, możliwość montażu bloków 4-, 6- i 8-cylindrowych z osobnych modułów - to główne zalety 100-kilogramowego modułu OPOC EM100... Jeśli nowoczesne silniki wysokoprężne są o 20-40% bardziej wydajne niż silniki spalinowe benzynowe, to OPOC jest o 50% bardziej wydajny niż najlepsze turbodiesle. Jego obliczona wydajność wynosi 57%. Pomimo fantastycznego ładunku silnik Hoffbauera jest doskonale wyważony i bardzo płynnie pracuje.
W OPOC tłoki są połączone ze środkowym wałem korbowym za pomocą długich korbowodów. Przestrzeń między dwoma tłokami służy jako komora spalania. Wtryskiwacz paliwa znajduje się w górnym martwym punkcie, a wlot powietrza i wylot powietrza znajdują się w dolnym martwym punkcie. Ten układ, w połączeniu z elektryczną turbosprężarką, zapewnia optymalne czyszczenie cylindrów - OPOC nie ma zaworów ani wałka rozrządu.
Turbosprężarka jest integralną częścią silnika, bez której jej praca jest niemożliwa. Przed uruchomieniem silnika turbosprężarka podgrzewa porcję powietrza do 100°C przez jedną sekundę i pompuje ją do komory spalania. Diesel OPOC nie wymaga świec żarowych, a rozruch w niskich temperaturach nie stanowi problemu. W tym samym czasie Hoffbauerowi udało się zmniejszyć stopień sprężania ze zwykłego 19-22: 1 dla silników Diesla do skromnego 15-16. Wszystko to z kolei prowadzi do obniżenia temperatury pracy w komorze spalania i zużycia paliwa.
Koń trojański
Już dziś EcoMotors dysponuje trzema całkowicie gotowymi do produkcji jednostkami przeciwstawnymi o różnych mocach: moduł 13,5 KM. (wymiary - 95 mm / 155 mm / 410 mm, waga - 6 kg), 40 KM (95 mm / 245 mm / 410 mm, 18 kg) i moduł 325 KM (400 mm / 890 mm / 1000 mm, 100 kg). Hoffbauer i Coletti zamierzają w tym roku zademonstrować hybrydowy, pięciomiejscowy sedan klasy średniej z napędem elektrycznym i hybrydowym z generatorem diesla OPOC opartym na jednym z popularnych modeli. Średnie zużycie oleju napędowego dla tego samochodu nie przekroczy 2 litrów na sto w połączonym trybie elektrycznym i mieszanym. Firma EcoMotors niedawno otworzyła własne centrum techniczne w Troy w stanie Michigan i już poszukuje odpowiedniego obiektu do rozpoczęcia seryjnej produkcji swoich silników. Pomimo odtajnienia projektu, z głębi firmy pochodzą niezwykle skąpe informacje. Najwyraźniej Vinod Khosla postanowił na razie wstrzymać swoje zabójcze karty atutowe.
Sytuacje powstają, gdy silnik traci moc, z rury wydechowej wydobywa się niebieski lub czarny dym.
Przyczyną takich usterek może być wypalenie uszczelki głowicy cylindrów, wypalenie zaworów lub tłoków. W tym samym czasie olej dostaje się do komory spalania, na tulei cylindrowej i zaworach tworzą się osady węglowe, które szybciej je zużywają, a rozrząd zaworów jest zakłócony. Wypalenie uszczelki sprzyja ucieczce gazów z zewnątrz silnika, czemu towarzyszy głośny gwizd, lub jeśli wypali się między cylindrami, to gazy dostają się do innego cylindra, zaburzając mieszankę, ponieważ skoki robocze różnią się między cylindry. Ponadto wypalenie uszczelki jest obarczone mieszaniem oleju silnikowego z płynem chłodzącym silnik, w wyniku czego mieszanina pieni się i silnik gaśnie po krótkim czasie, a cała ta piana zalega w całym silniku. Kiedy dochodzi do wypalenia tłoka lub silnego zużycia pierścieni porno, spaliny dostają się do skrzyni korbowej, rozcieńczają olej, co w ten sposób zakłóca smarowanie wszystkich części trących. Wielu pracowników stacji serwisowych wraz z właścicielami samochodów sprawdza kompresję cylindra, a jeśli jest normalne, cylinder jest w porządku. Wcale tak nie jest. Dobra kompresja wskazuje na przydatność tylko pierścieni tłokowych kompresji, a jednocześnie pierścienie zgarniające olej mogą nie radzić sobie dobrze z ich pracą, pozostawiając olej na cylindrach, który miesza się z mieszaniną palną.
Aby upewnić się, o co dokładnie chodzi, należy zdjąć głowicę cylindrów, wyjąć wałki rozrządu, sprawdzić stan zaworów, uszczelek trzonków zaworów i tłoków, czyli wszystkie części będą musiały zostać sprawdzone wizualnie. Ten proces jest dość pracochłonny i czasochłonny. Wszystko można zrobić na próżno, jeśli przyczyną takiej awarii były na przykład zużyte uszczelki zaworów, przy ich wymianie demontaż głowicy cylindrów nie jest konieczny. W takich przypadkach istnieje sprytny sposób na obejście się bez zdejmowania głowicy cylindrów.
Samochód montowany jest na hamulec ręczny, koło napędowe podnoszone jest na podnośniku. Wskazane jest założenie pod koła klinów, ponieważ istnieje duże prawdopodobieństwo, że auto może odjechać bez kierowcy. Samochód włącza bieg bliższy bezpośredniemu. W skrzyniach pięciobiegowych jest to ogólnie uważane za trzeci lub czwarty bieg. Można oczywiście dołączyć dowolny inny bieg, ale z własnego doświadczenia powiem, że obracanie w ten sposób wałem korbowym będzie trudne i długie.
Po włączeniu przekładni ustawiamy tłok pierwszego cylindra silnika na suw sprężania, odkręcamy świecę zapłonową i w jej miejsce montujemy wąż kompresora. Wskazane jest, aby wąż był dobrze dopasowany do otworu świecy zapłonowej, aby zlokalizować problem, jeśli występuje. Po zamknięciu węża doprowadzamy powietrze do cylindra i słuchamy. Gdy wszystko będzie w porządku, powietrze ucieknie z powrotem przez otwór świecy zapłonowej. Kiedy zawór wlotowy wypali się, powietrze wychodzi przez filtr powietrza, a gdy zawór wydechowy wypali się odpowiednio przez rurę wydechową. Gdy wypali się tłok, co moim zdaniem jest najgorszą rzeczą, jaka może się przydarzyć z powyższego, powietrze wychodzi przez odpowietrznik układu wentylacji skrzyni korbowej. Aby nie pomylić wypalenia tłoka z wypaleniem zaworu wlotowego, odłącz wąż odpowietrzający od bloku cylindrów, ponieważ jest on bezpośrednio podłączony do filtra powietrza, a jeszcze łatwiej będzie po prostu wyciągnąć prętowy wskaźnik poziomu oleju . Po sprawdzeniu pierwszego cylindra przejdź do drugiego. I tymi samymi metodami sprawdzimy przydatność pozostałych cylindrów.
Znalezione usterki są eliminowane poprzez wymianę części na nowe. Wymianę uszczelek trzonków zaworów najlepiej połączyć z wymianą prowadnic zaworów, a będzie jeszcze lepiej, jeśli zawory również zostaną wymienione. Tanią opcją byłoby po prostu wymienić chociaż dekielki i prowadnice oraz oczyścić stary zawór z nagaru, bo po wymianie korków prowadnice też zapukają i wtedy trzeba ponownie otworzyć głowicę.
Podczas montażu należy koniecznie sprawdzić stan sprężyny zaworowej, aby była szczelna i nie osiadała oraz w razie potrzeby wymienić ją na nową. Wymiana pierścieni szyjących wyeliminuje problem tylko na krótki czas, gdyż nowe pierścienie będą ocierały się o cylindry podczas gdy szary dym zniknie, ale podczas szlifowania pierścienie pozostawią duże zadrapania na tulejach i z czasem silniku znowu "pale".
Zawsze mówiłem, że jeśli trzeba zdjąć głowicę, to należy wymienić zawory, uszczelki trzonków zaworów i prowadnice zaworów. Umyj również pokrywę zaworów wraz z głowicą cylindrów benzyną, olejem napędowym lub naftą, wyczyść komory spalania głowicy cylindrów dyszą z drutu metalowego i zeszlifuj zawory.
Po zakończeniu pracy wymień uszczelkę pokrywy zaworów i uszczelki głowicy cylindrów na nowe, pokryj je uszczelniaczem i zmontuj wszystko, dokręcając wszystkie śruby do określonego momentu.
Trwałość silnika i jego części zależy w 99,9% od kierowcy. Przy starannej obsłudze zasoby silnika wystarczająco wzrosną i będą trwać długo. Jeśli zaczęło się jak mówią, pierwsza potrzeba naprawy mechanizmu dystrybucji gazu (szary dym z wydechu), to można jeździć przez chwilę, nie będzie dużej utraty dynamiki. Taki problem można jeszcze opóźnić, ale gdy już nastąpi znaczna utrata mocy, to już będzie konieczne zdiagnozowanie i naprawa wykrytych usterek.
Uproszczenie systemu KShM (mechanizmu korbowego) może dodać jego zalety do pracy całego silnika jako całości. Wielu tunerów nie tylko rozjaśnia korbowody i wał korbowy, ale także same tłoki. Jeśli pójdziesz dalej, możesz ułatwić i. Ale dla zwykłego człowieka na ulicy jest to bardzo trudna do przyswojenia informacja. Wielu słyszało o tłokach silnika, wielu nawet widziało je na żywo, ale po co je rozjaśniać - nie rozumieją! Dzisiaj postaram się opowiedzieć Wam prostymi słowami o tej procedurze, a na końcu artykułu znajdzie się mała instrukcja ułatwiająca standardowe opcje własnymi rękami. Więc przeczytaj ...
Jest to część mechanizmu KShM (mechanizmu korbowego), który ma tylko jeden cel - doprowadzenie ciśnienia do cylindra. Wytwarza ciśnienie poprzez ruchy w górę, a to z kolei jest popychane przez korbowód, który jest połączony z wałem korbowym. Ten projekt jest znany wszystkim i nie jest już nowy. Czy jest dobry czy nie, to inna sprawa, ale warto zauważyć, że jest niezwykle mały.
Jeśli chcesz zrozumieć, jak to działa, weź zwykłą plastikową (apteczną) strzykawkę na infekcje narkotykowe. Posiada również tłok czasami z gumowaną warstwą - praktycznie imituje pracę naszej metalowej wersji.
Zapamiętany - zorientowany, przyszedł do lekkiej wersji.
Dlaczego jest potrzebny i dlaczego jest zainstalowany?
Jeśli zdemontujesz wszystko na półkach, otrzymasz tę informację.
1) Lightening pozwala silnikowi pracować na wyższych obrotach, jest to przydatne do tuningu silników, na przykład z. A jak wiadomo, przy dużych prędkościach moc wzrasta.
2) Silnik przyspiesza szybciej, nie musi tracić energii na rozkręcanie ciężkich tłoków.
3) Silnik pracuje płynniej, stukanie jest zredukowane. Obejrzyj krótki, ale edukacyjny film.
4) Istnieje opinia, że zasoby części rosną. Ponieważ doświadczane obciążenia są zmniejszone dzięki zmniejszeniu masy tłoka.
Podsumowując wynik pośredni, okazuje się - szybciej (większe obroty), pewniejszy start z przestoju, mniej detonacji, więcej zasobów.
Jak zwykle pojawia się ulga?
Oczywiście chcę zrozumieć, dlaczego waga jest zmniejszona i co poświęca projekt?
Jeśli spojrzymy na budowę „normalnego” tłoka, zobaczymy pusty cylinder o wysokości około 80 do 100 mm (są to przeciętne wymiary). Tak byli u zarania ich pojawienia się. Jeśli zrzucisz go na wagę, otrzymasz około 500 - 600 gramów. Oznacza to, że funt leci w górę iw dół, ściągając na siebie część energii. A im więcej rewolucji – tym więcej energii musisz wydać!
Teraz lekka wersja, jeśli porównasz ją ze „zwykłą”, to:
Po pierwsze, wysokość jest zmniejszona (jeśli ponownie weźmiemy średnie wymiary) - od 50 do 80 mm.
Po drugie zmniejszają wagę, oczywiście znacznie odbiegają od spadku wysokości, ale to nie wystarczy, boki też są odcięte. Okazuje się, że tak zwany lekki tłok w kształcie litery T. „Kształt litery T”, bo patrząc z jednej strony, przypomina literę „T”, a niektórzy nazywają ją „trójkątną”.
Jedyne, co pozostaje niezmienione, to górna platforma, nawiasem mówiąc, niektóre są potrzebne, kiedy.
Takie odmiany mogą zmniejszyć przyzwoitą wagę, średnia waga wersji ubraniowej to około 250 gramów. Co jest dwa razy łatwiejsze. A przy 4 sztukach zajmuje ponad 1 kilogram! Jest to bardzo ważne dla silnika.
Jak to zrobić samemu?
Wiem, że wiele osób dręczy takie pytanie - jak zrobić lekki tłok ze zwykłego i czy generalnie jest to możliwe?
Oczywiście jest to możliwe, a niektórzy rzemieślnicy mielą i odcinają nadmiar w swoich garażach. Chciałbym jednak zauważyć, że potrzebne są dokładne wymiary cięć, a także „rozkład masy” i „wyważenie”.
Jak zwykle odetnij wysokość i boki.
Praca jest bardzo pracochłonna i precyzyjna, jeśli coś zrobisz źle, tłok trafia na wysypisko. Dlatego lepiej najpierw obliczyć wymiary na papierze komputerowym.
Następnie możesz odciąć część, której nie potrzebujesz na specjalnej maszynie, lub możesz ją odciąć za pomocą szlifierki lub specjalnych nasadek do wiertarki.
Ponownie zaznaczam, że cięcie musi być dokładne, inaczej równowaga tłoka będzie zaburzona i silnik będzie miał dużą detonację. Więc jeśli nigdy tego nie zrobisz, musisz skontaktować się z „tunersami” w swoim mieście. Być może już przez to przeszli.
I z własnego doświadczenia powiem, że czasami lepiej jest kupić gotowy zestaw do swojego urządzenia, są one również sprzedawane w dużych ilościach na stronach internetowych.
Tłok silnika to cylindryczny element, który porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym wewnątrz cylindra. Jest to jedna z najbardziej charakterystycznych części silnika, ponieważ realizacja procesu termodynamicznego zachodzącego w silniku spalinowym następuje właśnie przy jego pomocy. Tłok:
- dostrzegając ciśnienie gazów, przenosi powstałą siłę na;
- uszczelnia komorę spalania;
- usuwa z niego nadmiar ciepła.
Zdjęcie powyżej pokazuje cztery uderzenia tłoka silnika.
Ekstremalne warunki dyktują materiał tłoka
Tłok pracuje w ekstremalnych warunkach, których charakterystyczne cechy są wysokie: ciśnienie, obciążenia bezwładnościowe i temperatury. Dlatego główne wymagania dotyczące materiałów do jego produkcji obejmują:
- wysoka wytrzymałość mechaniczna;
- dobra przewodność cieplna;
- niska gęstość;
- nieznaczny współczynnik rozszerzalności liniowej, właściwości przeciwcierne;
- dobra odporność na korozję.
Tłoki mogą być:
- rzucać;
- podrobiony.
Cechy konstrukcyjne tłoka zależą od jego przeznaczenia
Głównymi warunkami determinującymi konstrukcję tłoka są rodzaj silnika i kształt komory spalania, cechy zachodzącego w nim procesu spalania. Strukturalnie tłok jest elementem jednoczęściowym, składającym się z:
- głowy (dna);
- część uszczelniająca;
- spódnice (część prowadząca).
Czy tłok silnika benzynowego różni się od diesla? Powierzchnie głowic tłoków silników benzynowych i wysokoprężnych są strukturalnie różne. W silniku benzynowym powierzchnia głowicy jest płaska lub blisko niej. Czasami powstają w nim rowki, przyczyniające się do pełnego otwarcia zaworów. W przypadku tłoków silników wyposażonych w system bezpośredniego wtrysku paliwa (SNVT) charakterystyczny jest bardziej złożony kształt. Głowica tłoka w silniku wysokoprężnym znacznie różni się od benzynowego - dzięki wykonaniu komory spalania w zadanym kształcie zapewniona jest lepsza turbulencja i formowanie mieszanki.
Na zdjęciu schemat tłoka silnika.
Pierścienie tłokowe: rodzaje i skład
W części uszczelniającej tłoka znajdują się pierścienie tłokowe, które zapewniają szczelne połączenie tłoka z cylindrem. O stanie technicznym silnika decyduje jego szczelność. W zależności od rodzaju i przeznaczenia silnika wybierana jest liczba pierścieni i ich lokalizacja. Najpopularniejszym schematem jest schemat z dwoma pierścieniami sprężającymi i jednym pierścieniem zgarniającym olej.
Pierścienie tłokowe wykonane są głównie ze specjalnego żeliwa sferoidalnego szarego, które posiada:
- wysokie stabilne wskaźniki wytrzymałości i elastyczności w temperaturach roboczych przez cały okres użytkowania pierścienia;
- wysoka odporność na zużycie w warunkach intensywnego tarcia;
- dobre właściwości przeciwcierne;
- możliwość szybkiego i sprawnego docierania do powierzchni cylindra.
Głównym celem pierścienia dociskowego jest zapobieganie przedostawaniu się gazów z komory spalania do skrzyni korbowej silnika. Szczególnie duże obciążenia są przyłożone do pierwszego pierścienia dociskowego. Dlatego przy produkcji pierścieni do tłoków niektórych silników benzynowych o dużej mocy i wszystkich silników wysokoprężnych instalowana jest stalowa wkładka, która zwiększa wytrzymałość pierścieni i pozwala zapewnić maksymalny stopień sprężania. W kształcie pierścienie zaciskowe mogą być:
- trapezowy;
- rurowy;
- stożkowy.
Pierścień zgarniający olej odpowiada za usuwanie nadmiaru oleju ze ścianek cylindra i zapobieganie jego przedostawaniu się do komory spalania. Wyróżnia się obecnością wielu otworów drenażowych. Niektóre pierścienie są zaprojektowane z ekspanderami sprężynowymi.
Kształt części prowadzącej tłoka (inaczej osłony) może być stożkowy lub beczkowaty, co umożliwia skompensowanie jego rozszerzania się przy osiąganiu wysokich temperatur pracy. Pod ich wpływem kształt tłoka staje się cylindryczny. W celu zmniejszenia strat tarcia powierzchnia boczna tłoka pokryta jest warstwą materiału przeciwciernego, w tym celu stosuje się grafit lub dwusiarczek molibdenu. Otwory w płaszczu tłoka służą do zabezpieczenia sworznia tłokowego.
Zespół składający się z tłoka, pierścieni dociskowych, pierścieni zgarniających olej i sworznia tłokowego jest zwykle nazywany grupą tłoków. Funkcję jego połączenia z korbowodem przypisuje się stalowemu sworzniu tłokowemu, który ma kształt rurowy. Nałożone są na nią wymagania:
- minimalne odkształcenie podczas pracy;
- wysoka wytrzymałość przy zmiennym obciążeniu i odporność na zużycie;
- dobra odporność na wstrząsy;
- niska waga.
- są zamocowane w występach tłoka, ale obracają się w głowicy korbowodu;
- są zamocowane w głowicy korbowodu i obracają się w występach tłoka;
- swobodnie obracający się w piastach tłoka i w głowicy korbowodu.
Palce zainstalowane zgodnie z trzecią opcją nazywane są pływającymi. Są najbardziej popularne ze względu na ich niewielkie i równomierne zużycie na całej długości i obwodzie. Dzięki ich stosowaniu zminimalizowane jest ryzyko zatarcia. Ponadto są łatwe w montażu.
Usuwanie nadmiaru ciepła z tłoka
Oprócz znacznych naprężeń mechanicznych na tłok negatywnie wpływają również ekstremalnie wysokie temperatury. Ciepło jest usuwane z grupy tłoków:
- układ chłodzenia ze ścian cylindra;
- wewnętrzna wnęka tłoka, a następnie - sworzeń tłokowy i korbowód, a także olej krążący w układzie smarowania;
- częściowo zimna mieszanka paliwowo-powietrzna dostarczana do cylindrów.
- rozpryskiwanie oleju przez specjalną dyszę lub otwór w korbowodzie;
- mgła olejowa w komorze cylindra;
- wstrzykiwanie oleju do strefy pierścienia, do specjalnego kanału;
- cyrkulacja oleju w głowicy tłoka przez cewkę rurową.
Film o silniku czterosuwowym - jak to działa:
