.

Поршні (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 1578
Скачать документ

Реферат на тему:

Поршні

Одна з самих таємничих і, поза сумнівом, значущих деталей автомобільного
двигуна – його величність поршень. Дійсно, він займає центральне місце в
процесі перетворення хімічної енергії палива спочатку в теплову, а потім
в механічну. І в прямому, і у переносному розумінні.

Без секретів і фантазій

І від того, наскільки добре він справляється з покладеними на нього
обов’язками, в значній мірі залежать характеристики мотора. Його
ефективність і, що важливіше, надійність. Особливо коли ми говоримо про
спортивне застосування або модифікацію автомобіля в тюнінговом ательє.
Питання про застосування спеціальних поршнів у разі підвищення
потужності завжди встає перед конструктором. Через безліч функцій і
суперечності властивостей поршень перетворюється на одну з найскладніших
і наукоємких деталей мотора. Таке привілейоване положення
підтверджується тим, що рідкісні автомобілебудівні компанії проектують і
виготовляють їх самостійно для своїх моторів. Найчастіше вони
користуються послугами фірм, які спеціалізуються в цій області.
Різноманіття форм і розмірів поршнів є однією з причин, чому так багато
таємниць, секретів і небилиць розповсюджується навколо цього химерної
форми шматка металу. А оскільки це ще і технологічно складно, практично
нездійсненно в умовах стандартного машинобудівного виробництва, то
проблема підгонки, тобто відповідності поршня вимогам модифікованого
мотора, стає каменем спотикання для багатьох тюнінгових компаній і
спортивних стаєнь. Крім того, штучне виробництво таких складних виробів
фінансово обтяжливо. У цій ситуації часто інтуїтивні уявлення тюнера про
те, що «покращуваний» двигун повинен мати «покращувані» поршні ,
призводить до того, що спочатку двигун оснащується чимось доступним, а
потім таке рішення знаходить своє наукоподібне обгрунтування.

Так давайте спробуємо розібратися, які вимоги пред’являються до поршнів
і що від чого залежить. По-перше, поршень, переміщаючись в циліндрі,
дозволяє розширюватися стислим газам, продукту горіння палива, і
здійснювати механічну роботу. Отже, він повинен чинити опір високій
температурі, тиску газів і надійно ущільнювати канал циліндра. По-друге,
будучи разом з циліндром і поршневими кільцями лінійний підшипник
ковзання, він повинен найкращим чином відповідати вимогам пари тертя з
метою мінімізувати механічні втрати і, як наслідок, знос. По-третє,
випробовуючи навантаження з боку камери згорання і реакцію від шатуна,
він повинен витримувати механічну дію. По-четверте, здійснюючи
зворотно-поступальний рух з високою швидкістю, повинен якомога менше
навантажувати кривошипно-шатунный механізм інерційними силами.

Таким чином, всі проблеми цієї важливої деталі двигуна можна розділити
на дві великі групи. Перша – це теплові процеси. Друга, значно більш
багатообразна – механічні. Обидві групи взаїмовліяющие, але на цей раз
ми зупинимося на теплових.

Отже, паливо, згораючи в надпоршневом просторі, виділяє величезну
кількість тепла в кожному циклі роботи двигуна. Температура згорілих
газів досягає 2000 градусів. Тільки частину своєї енергії вони
передадуть рухомим деталям мотора, все інше у вигляді тепла нагріватиме
двигун, а то, що залишиться, разом з відпрацьованими газами відлетить в
трубу. З курсу загальної фізики відомо, що якщо два тіла передають один
одному тепло, то передача тепла відбуватиметься до тих пір, поки їх
температури не зрівняються. Отже, якщо ми не охолоджуватимемо поршень,
він через деякий час розплавиться. Це принципово важливий момент для
розуміння умов роботи поршневої групи. А особливо важливо, якщо мотор
форсується. Завжди, коли ми примушуємо мотор збільшити потужність,
пропорційно збільшується кількість тепла, що генерується в камері
згорання в одиницю часу. Звичайно, розплавлені поршні ми бачимо
надзвичайно рідко, проте в будь-яких їх проблемах завжди незримо
присутня температура. Приблизно так само, як в будь-якій
дорожньо-транспортній події – швидкість. Винен, звичайно, водій, але….
Якби автомобілі не рухалися, ніхто б не постраждав. Річ у тому, що із
зростанням температури механічні характеристики всіх матеріалів
погіршуються. Тому навантаження, яке при 100 градусах Цельсія викликає
пружну деформацію матеріалу, при 300 градусах деформує виріб, а при 450
зруйнує його. Тому ми винні або приймати заходи по запобіганню зростанню
температури поршня , або використовувати матеріали, здатні витримати
робочі навантаження при високих температурах. Найчастіше і те і інше.
Проте у будь-якому випадку конструкція поршня повинна бути така, щоб в
потрібних місцях була необхідна кількість металу, здатна протистояти
руйнуванню.

Ще раз повторюваний відомий з курсу загальної фізики факт, що тепловий
потік направлений від більш нагрітих тіл до менш нагрітим. Тоді ми
зможемо побачити розподіл температур по поршню під час його роботи і
визначити важливі конструктивні моменти, що впливають на його
температуру, тобто зрозуміти, за рахунок чого він охолоджується. Нам
відомо, що найбільш нагрітим є робоче тіло, або, іншими словами, гази в
камері згорання. Абсолютно зрозуміло, що, врешті-решт, тепло буде
передано повітрю, що оточує автомобіль, – найхолоднішому і в той же час
при певному допущенні нескінченно тепломісткому. Повітря, омиваючи
радіатор і корпус двигуна, студить рідину, що охолоджує, блок циліндрів
і корпус головки. Нам залишилося знайти місток, по якому поршень віддає
своє тепло в блок і антифриз. Є для цього чотири шляхи. Вони абсолютно
разниє по своєму внеску, проте всі заслуговують згадки, оскільки залежно
від конструктивних особливостей двигуна мають більше або менше значення.

?????c? про те, щоб його остудити. Інакше перегріте масло може втратити
свої властивості і стати причиною виходу з ладу підшипників. Також, чим
вище температура масла, тим менше тепла воно здатне перенести через
себе. Третій шлях – через масивні бобишки в палець, потім в шатун, а
звідти в масло. Він менш цікавий, оскільки на шляху є істотні теплові
опори у вигляді зазорів і сталевих деталей, що мають значну протяжність
і низький коефіцієнт теплопровідності. І четвертий шлях – зовсім не в
масло або рідину, що охолоджує. Частина тепла відбирає на свій нагрів
свіжа топлівовоздушная суміш, що поступила в циліндр в такті впускання.
Кількість свіжіше змішай, а отже, і кількість тепла, яке вона відбере,
залежить від режиму роботи і ступеня відкриття дроселя. Треба відмітити,
що тепло, отримане при згоранні, також пропорційно заряду. Тому цей шлях
охолоджування носить, по-перше, імпульсний характер, по-друге,
відрізняється ськоротечностью, по-третє, пропорційний подальшому нагріву
і, по-четверте, високоефективний завдяки тому, що тепло відбирається з
того боку, з яким поршень нагрівається. Тут слід згадати про стандартний
прийом, який використовується при настройці спортивних моторів. Річ у
тому, що теплоємність суміші сильно залежить від її складу. Чим більше
палива в ній міститься, тим більше тепла буде витрачено на його
випаровування. Дуже часто, щоб нормалізувати роботу мотора, потрібно
трохи, всього на 5 – 10 градусів, знизити внутрішню температуру. Це
досягається легким забогащенієм змішай, трохи багатше, ніж необхідно. На
процес горіння це ніяк не позначається, а температура падає. Зникає
гартівне запалення, відсовується поріг детонації. Завжди краще трохи
багатше, чим бідніше. Мотори, що працюють, наприклад, на метанолі,
значно менш вимогливі до системи охолоджування із-за втричі більшої
теплоти паротворення, чим у бензину.

Таким чином, через більшу значущість слід приділити пильнішу увагу
передачі тепла через поршневі кільця. Абсолютно зрозуміло, що якщо цей
шлях ми з тих або інших причин перекриємо, то маловірогідно, що двигун
витримає скільки-небудь тривалі форсовані режими. Температура виросте,
матеріал поршня «попливе», і двигун руйнуватиметься. Тут я хочу згадати
таку, на перший погляд, характеристику, що абсолютно не відноситься до
процесу теплообміну, як компресія. Про компресію знає кожна людина, що
хоч раз стикався з покупкою уживаного автомобіля. Це найбільш популярний
параметр, який хоче знати кожен власник автомобіля, що піклується про
двигун своєї машини. Компресія побічно показує ступінь нещільності
поршневої групи. З погляду теплопередачі це дуже важливий параметр.
Давайте уявимо собі, що кільце не прилягає по всій своїй довжині до
стінки циліндра. Тоді згорілі гази, прориваючись в щілину, створять
бар’єр, що перешкоджає передачі тепла від поршня через кільце в стінку
циліндра. Це майже те ж саме, неначебто ми закрили частину радіатора і
позбавили його можливості охолоджуватися повітрям. Ще страшніша картина,
якщо кільце не має тісного контакту з канавкою. У тих місцях, де гази
мають можливість протікати мимо кільця через канавку, ділянка поршня
позбавляється принципової можливості охолоджуватися і, навіть більш
того, опиняється в «тепловому мішку». Як результат – прогар і
вифарбовування частини вогняного поясу, прилеглого до місця витоку. Саме
тому завжди приділяється так багато уваги геометрії циліндра, кільця і
зносу канавки. І не погіршення енергетики тут головна причина. Адже
невелика кількість газів, що прориваються в картер, несе в собі дуже
малу енергію, щоб вплинути на втрату тиску в такті робочого ходу і, як
наслідок, на втрату моменту двигуном. Тим більше, коли ми говоримо про
високооборотний мотор. Набагато більша шкода навіть невелика нещільність
наносить двигуну в сенсі локальних теплових перевантажень, втрати
жорсткості і надійності. Ще чого чому не живуть довго двигуни,
відновлені методом заміни кілець або перегильзовкой блоку під старі,
віджилі свій вік «номінальні» поршні . От чому першим у спортивного
мотора руйнується циліндр, що має меншу компресію.

Тут, ймовірно, необхідно торкнутися питання, яке завжди обговорюється
при виготовленні спеціальних поршнів для спортивних або тюнінгових
додатків. Скільки кілець буде у нового поршня ? Два? Три? Якої товщини
повинні бути кільця? З погляду механіки, ніж менше кілець, тим краще.
Чим вони вже, тим менше втрати в поршневій групі. Проте при зменшенні їх
кількості і висоти ми неминуче погіршуємо умови охолоджування поршня ,
збільшуючи тепловий опір днище – кільце – стінка циліндра. Тому вибір
конструкції – завжди компроміс. І чим бистроходней мотор, тим жорсткіше
стають рамки. Ськоротечность процесів диктує менші вимоги до ущільнення.
Механічні втрати, що ростуть з швидкістю, необхідно зменшувати, інакше
все, що перетворили в механічну потужність, не донесемо до коліс. Проте
і кількість тепла в одиницю часу виробляємо пропорційно більше, місток
для охолоджування потрібний якнайширше. Ось і потрібно одночасно щоб
кільця були і вузькі, і широкі. І потрібно їх два для швидкохідності і
три для ефективного охолоджування поршня . Дозвіл цього завдання – суть
компетентність конструктора. А результати його роботи – в
збалансованості двигуна. В даний час інженерами, що працюють в могутніх
виробничих компаніях і наукових центрах, накопичений величезний
емпіричний матеріал і на його основі створені розрахункові методи, що
дозволяють з великою точністю передбачити поле температур і
характеристики конкретного виробу. Більшості тюнінгових компаній і
спортивних стаєнь вони недоступні. Авторові, на жаль, теж. Ця стаття
навмисно не містить конкретних значень багатьох величин, які дозволили б
деяким читачам узятися за калькулятори. Теплові розрахунки на пальцях –
безперспективне заняття. Її завдання – показати ту сторону процесів, що
відбуваються в двигуні, яка завжди подразумеваєтся, але ніколи серйозно
не розглядається. Я хотів тільки проявити якісні зв’язки і пояснити
важливість і необхідність в своїй роботі враховувати вплив його
величності тепла. Про другу сторону справи – механіку – наступного разу.

Розподіл температур для бензинового двигуна

Поршень займає центральне місце в процесі перетворення хімічної енергії
палива спочатку в теплову, а потім в механічну.

Конструкція поршня повинна бути така, щоб в потрібних місцях була
необхідна кількість металу, здатна протистояти руйнуванню.

Теплові потоки через поршень ДВС

Джерело: tuning.infocar.com.ua

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019