Поршневое кольцо представляет собой металлическое разрезное кольцо, которое прикрепляется к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или двигателе пара .
Основными функциями поршневых колец в двигателях являются:
- Герметизация камеры сгорания для минимальной потери газов в картер.
- Улучшение теплопередачи от поршня к стенке цилиндра .
- Поддержание необходимого количества масла между поршнем и стенкой цилиндра
- Регулировка расхода моторного масла путем соскабливания масла со стенок цилиндра обратно в поддон. [1]
Большинство поршневых колец изготавливают из чугуна или стали .
Дизайн [ править ]
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( Декабрь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Поршневые кольца предназначены для герметизации зазора между поршнем и стенкой цилиндра. [2] Если бы этот зазор был слишком мал, тепловое расширение поршня могло бы означать, что поршень заедает в цилиндре, вызывая серьезные повреждения двигателя. С другой стороны, большой разрыв может вызвать недостаточную герметичность поршневых колец против стенок цилиндра, что приводит к чрезмерным картерному (газообразным продуктам сгорания , поступающие в картер) и меньшим давление на цилиндре, что снижает выходную мощность двигателя.
Скользящее движение поршневого кольца внутри стенки цилиндра вызывает в двигателе потери на трение. Трение, вызываемое поршневыми кольцами, составляет примерно 24% от общих механических потерь на трение в двигателе. [3] [4] Таким образом, конструкция поршневых колец представляет собой компромисс между минимизацией трения при достижении хорошего уплотнения и приемлемого срока службы.
Смазка поршневых колец сложна и является движущей силой улучшения качества моторного масла . Масло должно выдерживать высокие температуры и суровые условия благодаря высокоскоростному скользящему контакту. Смазка особенно трудна, поскольку кольца имеют колебательное движение, а не непрерывное вращение (например, в цапфе подшипника). На пределе движения поршня кольцо останавливается и меняет направление. Это нарушает нормальный эффект масляного клина гидродинамического подшипника , снижая эффективность смазки.
Кольца также подпружинены для увеличения контактного усилия и поддержания плотного уплотнения. Сила пружины обеспечивается либо жесткостью самого кольца, либо отдельной пружиной за уплотнительным кольцом.
Важно, чтобы кольца свободно перемещались в своих канавках внутри поршня, чтобы они могли оставаться в контакте с цилиндром. [5] Заклинивание колец в поршне, обычно из-за накопления продуктов сгорания или разрушения смазочного масла, может вызвать отказ двигателя и является частой причиной отказа дизельных двигателей. [ необходима цитата ]
Количество звонков [ править ]
Уплотнение часто достигается за счет использования нескольких колец, каждое из которых выполняет свою функцию, с использованием скользящего контакта металл-металл. Большинство поршней имеют как минимум два поршневых кольца на цилиндр.
Автомобильные поршневые двигатели обычно имеют три кольца на цилиндр. [6] Два верхних кольца, известные как компрессионные кольца , в первую очередь служат для уплотнения камеры сгорания. Нижнее кольцо, известное как маслосъемное кольцо, в первую очередь предназначено для управления подачей масла к стенке цилиндра для смазки юбки поршня и маслосъемных колец. [7]
Строительство кольца [ править ]
Компрессионные кольца в автомобильном двигателе обычно имеют поперечное сечение прямоугольной или трапециевидной формы. Верхнее компрессионное кольцо обычно имеет цилиндрический профиль по периферии, в то время как нижнее компрессионное кольцо обычно имеет коническую поверхность ворса. В некоторых двигателях также используется коническая облицовка верхнего кольца, а в прошлом использовались простые кольца с гладкой поверхностью.
Маслосъемные кольца обычно изготавливаются либо из цельного чугуна, либо из нескольких кусков стали, либо из стали / железа с опорой из винтовой пружины для создания напряжения, необходимого для плотного уплотнения. Чугунные маслосъемные кольца и кольца с опорой из винтовой пружины имеют две скребковые площадки различной формы. С другой стороны, составные стальные маслосъемные кольца обычно состоят из двух тонких стальных колец (называемых рельсами ) с проставкой-расширителем между ними, чтобы держать две рельсы отдельно и обеспечивать радиальное давление.
Зазор в поршневом кольце сжимается до нескольких тысячных дюйма внутри отверстия цилиндра. Формы кольцевого зазора включают квадратный вырез, угловой вырез, стык, ступенчатый вырез, ступенчатый вырез и шаг под углом. [8]
История [ править ]
Ранние паровые двигатели использовали набивку из конопли для уплотнения камеры сгорания [9], которая вызвала высокое сопротивление трения и не обеспечивала очень эффективного уплотнения.
Современный дизайн металлического разрезного кольца был изобретен Джоном Рэмсботтомом в 1850-х годах. Первоначальный дизайн Рэмсботтома в 1852 году был круглой формы, однако они носили неравномерно и не имели успеха. В 1854 году утверждалось, что обновленная конструкция будет иметь срок службы до 4 000 миль (6 437 км). [10]Это было основано на открытии того, что идеально круглое (до установки) кольцо с прорезью в нем не оказывает равномерного давления на стенки цилиндра после установки. Модернизированное поршневое кольцо было изготовлено овальной формы, чтобы оно могло оказывать равномерное давление после установки в цилиндр. Патент 1855 г. задокументировал это изменение. Переход на металлические поршневые кольца резко снизил сопротивление трения, утечку пара и массу поршня, что привело к значительному увеличению мощности и эффективности и увеличению интервалов технического обслуживания.
Износ двигателя [ править ]
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . Декабрь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) ( |
Поршневые кольца подвержены износу при движении вверх и вниз по отверстию цилиндра из-за собственной внутренней нагрузки и из-за газовой нагрузки, действующей на кольцо. Чтобы свести это к минимуму, они изготовлены из износостойких материалов, таких как чугун и сталь, и покрыты или обработаны для повышения износостойкости. Покрытия , используемые в современных мотоциклов , включают хром , [11] нитрид , [12] или керамическое покрытие , сделанное плазменного осаждения [13] или физического осаждения из паровой фазы (PVD). [14] [15] У большинства современных дизельных двигателей верхние кольца покрыты модифицированным хромовым покрытием (известным как CKS или GDC), [11] [ мертвое звено], который имеет оксид алюминия или частицы алмаза, соответственно включенные в поверхность хрома.
В двухтактных двигателях конструкция портов также является важным фактором для срока службы поршневых колец.
См. Также [ править ]
- Цилиндр (двигатель)
- Обтураторное кольцо
Ссылки [ править ]
- ^ «Общие принципы» . www.federalmogul.com . Проверено 1 декабря 2019 .
- ^ «Функции поршневого кольца и работа» . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального 10 июля 2011 года . Проверено 1 июля 2009 года .
- ^ «VCI 2840 - Углеродные пленки - Базовые знания, типы пленок и свойства» . VDI-Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren (на немецком языке) (июнь 2012 г.) . Проверено 1 декабря 2019 .
- ^ «Покрытие поршневого кольца снижает трение бензинового двигателя» (PDF) . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального (PDF) 24 сентября 2015 года.
- ^ "Поршневые кольца" . www.globmaritime.com . Архивировано из оригинала 2 июня 2014 года.
- ^ «Факторы, влияющие на контроль масла в бензиновом двигателе с искровым зажиганием» . www.hastingsmfg.com . Архивировано из оригинального 31 марта 2008 года.
- ^ «Поршень и поршневое кольцо в сборе» . www.riken.co.jp . Архивировано из оригинального 19 августа 2002 года.
- ^ "Пользовательские зазоры между кольцами" . www.precisionrings.com . Архивировано из оригинала на 6 июля 2017 года.
- ^ Вайс, Алекс (2008). Подшипники (Стажировка) . Модель особого интереса. ISBN 978-1854862501.
- ^ "Труды института инженеров-механиков до 1859 г." . www.steamindex.com . Проверено 4 декабря 2019 .
- ^ a b «Износостойкие периферийные покрытия» . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального 14 июля 2012 года . Проверено 4 июля 2010 года .
- ^ "Износостойкие периферийные покрытия" . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального 14 июля 2012 года . Проверено 4 июля 2010 года .
- ^ "Износостойкие периферийные покрытия" . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального 14 июля 2012 года . Проверено 4 июля 2010 года .
- ^ "Износостойкие периферийные покрытия" . www.federalmogul.com . Архивировано из оригинального 14 июля 2012 года . Проверено 4 июля 2010 года .
- ^ "Технические характеристики металлических поршневых колец" (PDF) . www.grovercorp.com . Архивировано из оригинального (PDF) 6 июля 2016 года . Проверено 8 декабря 2019 .
Викискладе есть медиафайлы по теме поршневых колец . |