Поршневая группа. Состав функции. Основные требования к конструкции поршня. Конструктивная реализация указанных требований. Обоснование формы поршня.

Конструирование элементов КШМ ДВС

Основные конструктивные элементы поршневого ДВС. Классификация поршневых двигателей. Компоновочные схемы поршневых двигателей. Комбинированные ДВС.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала. Он состоит из двух групп деталей: неподвижных и подвижных. К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, головки блока цилиндров, гильзы, крышка и картер маховика. К подвижным – поршни с кольцами и пальцами, шатуны, коленвал и маховик. Кривошипно-шатунный механизм может быть центральным, когда оси коленвала и цилиндров лежат в одной плоскости, или смещенным, когда оси коленвала и цилиндров лежат в разных плоскостях.

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. Выполняются по двум конструктивным схемам: с верхним и нижним расположением коленвалов. Основные детали механизма газораспределения: впускные и выпускные клапана, коромысло, штанга, толкатель, распредвал.

Классификация поршневых двигателей.

1) По способу преобразования энергии давления газов во вращательное движение

a) поршневые двигатели с КШМ

b) РПД

c) кулисные

2) По роду применяемого топлива:

a) на жидком топливе

b) газовые

c) комбинированные

3) По способу осуществления рабочего цикла

a) 2-х тактные

b) 4-х тактные

4) По способу воспламенения рабочей смеси:

a) с воспламенением от сжатия

b) с принудительным воспламенением

5) По способу охлаждения цилиндра

a) жидкостного охл.

b) воздушного

6) По способу смесеобразования:

a) с внешним смесеобразованием

b) с внутренним смесеобразованием

7) По способу наполнения рабочего цилиндра:

a) без наддува

b) с наддувом

Наддув – увеличение наполнения цилиндра двигателя воздухом путем увеличения давления на впуске.

Комбинированные двигатели – это двигатели, состоящие из поршневой части и нескольких компрессионных машин, а также из устройств подвода и отвода тепла, объединенных общим рабочим телом.

Комбинированные двигатели бывают:

- с механической связью (рисунок а )

- с газовой связью (рисунок б )

Для схемы а) «+» мощность турбины и компрессора могут быть различны.

Поршневая группа. Состав функции. Основные требования к конструкции поршня. Конструктивная реализация указанных требований. Обоснование формы поршня.

Состав поршневой группы:

1. поршень

2. уплотнительные, маслосъемные кольца

3. палец (поршневой)

4. ограничитель осевого перемещения поршневого пальца.

Функции поршневой группы:

1. воспринимать усилия от давления газов и сил инерции и передает их на шатун.

2. передает боковое давление от нормальной силы на стенку цилиндра.

3. обеспечивает герметичность внутри цилиндра.

4. выполняет роль золотникового устройства.

Основные требования к конструкции поршня:

1) Обеспечение герметичности от пропуска газов.

2) Эффективный отвод тепла от днища поршня в стенку цилиндра.

3) Минимальная тепловосприимчивость во внешней поверхности днища.

4) Повышенная износостойкость.

5) Обеспечение минимального расхода масла.

6) Минимальная масса при достаточной жёсткости и прочности.

7) Макс. Срок работы до первой переборки.

Поршни бывают:

- цельные

- составные

по охлаждению:

- с охлаждающей головкой

- без охлаждающей головки

В составных поршнях отъёмная головка изготовлена из жаропрочного материала. Форма поршня и его основные размеры определяются в 1-ю очередь условиями отвода воспринимаемого им тепла. Часть тепла отводится на подогревание рабочей смеси.

Форма поршня.

Поршень должен иметь наиболее простую (цилиндрическую) форму и по возможности симметричную относительно оси.

Форма днища определяется способом смесеобразования:

1. Плоское днище – наиболее распространено в двигателях с внешнем смесеобразованием.

«+» простота изготовления (min площадь соприкосновения с горячими газами)

2. Вогнутое – имеет благоприятную форму камеры сгорания, приближенную к сферической, при

непосредственном впрыске.

3. Выпуклое днище – придает повышенную жесткость, менее склонен к образованию масленого нагара (используют в 2-х тактных двигателях) придает необходимое направление течения газов при продувке.

4. Клиновое днище – на ДВС с верхними клапанами

1. Фигурное днище – с внутреннем смесеобразованием и центральным расположением форсунки; эта форма согласована с конфигурацией топливных факелов. Топливо не попадает на стенку цилиндра: ¯ расход, ¯ разжижение масла в цил.
2. Камера сгорания выполнена в поршне – это обеспечивает

пленочное и объемно-пленочное смесеобразование.

1. Камера сгорания прикрытого типа – теплонапряженность самая высокая

А 4 5

6 7

R_MAX необходим для: ­ теплоотвода, ¯напряжений

Распределение температуры в поршне. Анализ распределения температуры. Доли отвода тепла отдельными элементами поршня. Материалы поршней. Дефекты поршней. Конструктивные мероприятия по предотвращению указанных дефектов.

Тепловое состояние.

1. Участок с мах Т в центре днища представляет собой эллипс, вытянутый перпендикулярно оси поршневого пальца.
2. Основной теплоперепад имеет место между днищем и нижнем поршневым кольцом.
3. Падение Т в днище относительно невелико.
4. Юбка поршня имеет одинаковую температуру.

Алюминиевый поршень имеет меньшую температуру, чем чугунный при прочих равных условиях. Температура поршня с воздушным охлаждением на 30 -50% выше чем с водным.

Для изготовления поршней используют следующие материалы:

1. Серый ковкий чугун СЧ 24-44; СЧ28-48

для напряженных конструкций – ВЧ45 – высокопрочный чугун, обладает высокой износостойкостью и прочностью, низкий коэффициент линейного расширения.

2. Легкие литейные сплавы: Al 1, Al 10, Al 19 – хорошие литейные свойства, низкий коэффициент линейного расширения.

Деформируемые алюминиевые сплавы (ковкие сплавы) – АК2, АК4 (уменьшенная масса, высокая теплопроводность, высокая степень сжатия)

«+» алюминиевые сплавы менее склонны к нагарообразованию

«–» плохая работа на холодном двигателе, плохие механические качества, низкая теплостойкость, высокая стоимость.

3. Стали. Используются жаропрочные сплавы.

4. Титан. Сложно обрабатывать.

Дефекты поршней:

- перегрев поршня, сопровождается отпуском материала, ¯ механических свойств, ¯ твердости. Развиваются микротрещины, приводящие к выкрашиванию материала.

Выход: использовать материалы с высокой теплостойкостью.

- эрозия и коррозия поршня (днища) под действием горячих газов.

Выход: механическая обработка днища поршня, оксидирование, хромирование, никелирование.

- износ боковой поверхности (зависит от качества масла)