Inele de piston

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 16 martie 2021; verificările necesită 4 modificări .

Segurile de piston  sunt inele deschise care sunt așezate cu un spațiu ușor [1] în înălțime în canelurile de pe suprafețele exterioare ale pistoanelor din motoarele cu piston (cum ar fi motoarele cu ardere internă sau motoarele cu abur ) și compresoarele cu piston .

Funcțiile segmentelor de piston

Segurile de piston îndeplinesc trei funcții principale [2] :

  1. etanșarea (etanșarea) camerei de ardere (sau a camerei de expansiune). Inelele de compresie mențin compresia - cu inele uzate, rupte sau blocate, motorul va pierde putere sau nu va porni deloc;
  2. creșterea transferului de căldură de la piston prin peretele cilindrului , prevenind supraîncălzirea și uzura pistonului;
  3. reglarea grosimii peliculei de ulei de motor pe cilindru (la toate motoarele în patru timpi și la motoarele în doi timpi cu lubrifiere separată) [3] .

Dispunerea segmentelor pistonului

Material

Segurile de piston sunt fabricate din fontă gri sau maleabilă sau oțel aliat de înaltă calitate. Rezistența la căldură și rezistența la tracțiune a oțelului sunt mai mari, dar fonta este mai ieftină și rulează ușor chiar și fără acoperire. În orice caz, oțelul este acoperit cu un rodaj anti-fricțiune și adesea cu un strat dur [4] .

O opțiune obișnuită este oțelul de vârf, acoperit cu crom poros și staniu, al doilea sunt fontă acoperită sau neacoperită cu molibden și fontă cu racletă de ulei sau oțel stivuit. În acest caz, materialul mai moale al celui de-al doilea inel (molibden) este mai întâi introdus, iar apoi, pe măsură ce funcțiile principale de etanșare sunt introduse, acestea se mută la un inel cromat mai durabil. Motoarele timpurii cu un interval de service mai mic de 100.000 km aveau, de regulă, inele din fontă neacoperite. Datorită preciziei scăzute a generațiilor mai vechi de inele, aceasta a fost o decizie forțată. În plus, numărul de inele (4-6) și chiar înălțimea lor a fost mai mare la primele modele. Motoarele mari au un număr mai mare de inele, inclusiv pentru a îmbunătăți disiparea căldurii din piston.

În mod obișnuit, inelul superior și inelul care reglează alimentarea cu lubrifiant sunt acoperite cu crom sau staniu [5] sau nitruri [6] , în special, prin pulverizare cu plasmă [7] sau au o acoperire ceramică creată folosind procesul PVD [8] . Pentru a îmbunătăți performanța la frecare și a îmbunătăți și mai mult rezistența la uzură, multe motoare diesel moderne au un inel superior al pistonului placat cu crom poros modificat într-un proces cunoscut sub numele de CKS [5] sau GDC [5] care are incluziuni de particule de diamant sau oxid de aluminiu . La unele tipuri de motoare, cu suprafața cilindrului de nichel sau aluminiu , se folosesc segmente de piston fără un strat dur. Încălcarea acestei condiții duce la distrugerea rapidă (de obicei irecuperabilă) a blocului .

Numărul de inele

Numărul de inele este determinat de doi factori de proiectare a motorului: viteza medie a pistonului și presiunea medie a ciclului.

Cu cât viteza medie a pistonului este mai mare, pe de o parte, cu atât este mai mare pierderea datorată frecării inelelor împotriva pereților cilindrului și, pe de altă parte, cu atât timpul presiunii gazului este mai scurt și, în consecință, cu atât străpungerea lor este mai mică. prin inele. Din acest motiv, pentru motoarele cu o turație medie mare a pistonului (motoare cu turație mare și cu cursă lungă), se utilizează un număr minim de segmente de piston. Pentru motoarele pe benzină - de obicei 2 compresie și un racletor de ulei. În special pe motoarele de mare viteză, poate exista un inel în general. Pentru motoarele diesel, se folosesc de obicei 2 sau 3 inele de compresie și un racletor de ulei. De exemplu, un motor Toyota KD de viteză destul de mare are 2 inele de compresie, iar un YaMZ-238 cu viteză medie are trei.

Cu cât presiunea medie a ciclului este mai mare, cu atât pătrunderea gazelor prin segmentele pistonului este mai mare, iar proporția pierderilor prin frecare în puterea totală a motorului nu este mare. Prin urmare, pe motoarele cu o presiune medie mare a ciclului (și acestea sunt aproape toate locomotive diesel cu viteză medie și joasă, motoare diesel marine și staționare), se utilizează un număr mare de inele. De exemplu, la un motor diesel cu turație medie 5D49 , fiecare piston are 5 inele, dintre care trei sunt de compresie și două sunt raclete de ulei. Mai mult, inelele sunt situate atât deasupra bolțului pistonului, cât și sub acesta. Pistonul unei locomotive diesel cu viteză redusă în doi timpi 10D100 (frecvență nominală 750 rpm) are și mai multe inele. Există deja 7 inele dintre care trei sunt sub bolțul pistonului. Motoarele maritime diesel mari, cu viteză mică, au până la 14 inele pentru fiecare piston.

Diagrama presiunii

Fiecare inel este obținut prin tăierea precisă a unei țevi din fontă sau oțel, iar piesa de prelucrat este ovală în secțiune transversală. Aceasta oferă diagrama necesară a presiunii inelului pe suprafața cilindrului, care garantează o potrivire perfectă și o rulare fiabilă a inelului. În cazul unei piese de prelucrat rotunde, după tăierea acesteia, inelele nu s-ar potrivi la încuietoare. De fapt, pentru noul inel presiunea maximă de contact este atinsă exact la încuietori, la o anumită distanță de acestea este minimă, iar în restul inelului are o valoare medie. Inelele din caneluri sunt rotite astfel încât unghiul dintre încuietori să fie egal (120° pentru 3 inele, 180° pentru două inele). În acest caz, diagramele de presiune ale inelelor nu vor coincide, iar uzura de-a lungul diametrului se va uniformiza. În plus, așa se obține un labirint , care reduce străpungerea gazelor [9] .

Materialul inelelor trebuie să păstreze elasticitatea necesară, deoarece inelele de compresie nu au expansoare. Când potrivirea este asigurată, presiunea principală asupra inelului este asigurată de presiunea gazului. Pentru a reduce oarecum frecarea în astfel de condiții, inelele modelelor timpurii aveau teșituri pe suprafața exterioară în partea de sus. În ultimii ani, reducerea frecării a fost realizată prin reducerea înălțimii inelelor, dar inelele au încă o orientare pentru instalare pe coroana pistonului (inscripția „TOP”). Orientarea incorectă poate crește consumul de ulei prin deșeuri și, prin urmare, (în condiții de control al toxicității) poate face imposibilă funcționarea motorului.

Castelul

Îmbinarea sau blocarea dintre capetele inelului pistonului după instalarea în cilindru este redusă la o valoare mică. Dispozitivul de blocare este pentru uz casnic[ clarifica ] ICE, conform instructiunilor, aproximativ 0,45-0,6 mm pe diametrul pistonului de 100 mm pentru segmentele superioare de piston, la racletele de ulei este putin mai mare. Distanța de montare a inelului pentru motoarele importate este de aproximativ 2 ori mai mică, deoarece potrivirea este asigurată de precizia de fabricație, ceea ce înseamnă protecție împotriva supraîncălzirii cu posibila închidere a încuietorii. De fapt, degajările mari indicate în instrucțiunile rusești pentru motoarele VAZ, GAZ, IZH, YaMZ etc. sunt un anacronism necorectat, deoarece calitatea inelelor s-a îmbunătățit mult de la dezvoltarea acestor motoare [10] . În unele motoare, au fost utilizate anterior încuietori cu inel oblic, care nu a fost dezvoltat în continuare.

Inele de compresie

Funcția principală a inelelor de compresie (superioare) este de a etanșa camera de ardere. Mai mult de trei inele de compresie nu sunt de obicei instalate pe un piston de automobile, deoarece gradul de compactare a pistonului crește ușor, iar pierderile prin frecare cresc.

La motoarele pe benzină în doi timpi cu purjare în camera manivelei sunt instalate numai inele de compresie. Inelul din lacăt corespunde formei și locației știftului de blocare (previne ruperea inelului dacă încuietoarea cade prin geam, se instalează numai la motoarele cu geamuri în cilindru).

De obicei, secțiunea transversală a unui segment de piston de compresie este dreptunghiulară. Marginea inelului are fie un profil cilindric (inel de etanșare superior), fie o teșire, fie o formă care se îngustează la un logaritm natural (al doilea inel de etanșare). În timpul funcționării, inelele sunt oarecum răsucite din cauza golului din canelură, ceea ce facilitează rularea lor. Anterior, așa-numitele inele „minute” erau folosite în mod activ, dar în ultimii ani a predominat profilul în formă de butoi al inelelor, oferind un consum mai mic de ulei [11] .

Inele raclete de ulei

La motoarele pe benzină în doi timpi cu evacuare a camerei manivelei, nu sunt necesare inele pentru raclerea uleiului. Uleiul special arde în astfel de motoare împreună cu combustibilul.

Inelele raclete de ulei sunt proiectate pentru a elimina excesul de ulei de motor , care lubrifiază suprafața cilindrului, a pistonului și a inelelor O. Inelul este proiectat să lase o peliculă de doar câțiva micrometri de ulei pe suprafața cilindrului pe măsură ce pistonul coboară. Canelura inelului răzuitorului de ulei de pe piston are găuri radiale sau fante prin care uleiul îndepărtat de pe peretele cilindrului revine în carter .

Inelele raclete de ulei pot fi din fontă cu fante (prezentate în fotografia de jos din stânga) sau compus din oțel cu arcuri expansoare. Inelul compozit este format din inele subțiri superioare și inferioare și două expansoare (radiale și axiale). Există două versiuni ale unor astfel de expansoare: așa-numitele „tăitei” și cele moderne, folosind un expandator figurat. Inelele din oțel compozit sunt oarecum mai ieftine de produs, așa că sunt mai comune decât inelele din fontă . Uneori, pe piston sunt instalate două inele de raclere a uleiului (turnat sau compozit). Recent, inelele din fontă sunt de obicei prevăzute cu un expandator cu arc pentru a stabiliza presiunea.

Ruperea sau uzura inelelor din cauza sarcinilor din cilindru

Segurile de piston sunt supuse uzurii pe măsură ce se deplasează în sus și în jos cu pistonul în cilindru. Uzura apare atât din cauza interacțiunii cu piesele mecanice (pereții cilindrilor și canalele pistonului), cât și din cauza expunerii la gazele de eșapament fierbinți. Există și uzură chimică, deoarece combustibilul (în special motorina) conține sulf . Pentru a minimiza uzura, acestea sunt fabricate din materiale rezistente la uzură, cum ar fi fonta și sunt acoperite special pentru a crește rezistența la uzură . Există, de asemenea, dovezi că uzura inelelor este proporțională cu conținutul de praf din aerul care intră în cilindru [12] .

Pe lângă uzură, se poate întâlni ruperea inelului în mai multe părți, precum și așternut (cocsificare) din cauza faptului că în canelura s-au acumulat particule nearse de funingine, ulei etc.. Principalele cauze ale cocsării sunt calitatea scăzută a uleiului utilizat, consumul crescut de ulei din cauza lipsei etanșărilor supapelor, asamblarea incorectă a ansamblului inelului de răzuire a uleiului și alte motive. În unele cazuri (folosirea uleiului vegetal în loc de motorină, „guerilla” turnarea zahărului în benzină), combustibilul este de vină.

Pierderea elasticității inelelor se produce de obicei din cauza încălcării regimului de spargere și/sau a calității proaste a segmentelor de piston contrafăcute. Cu o potrivire proastă și străpungeri mari de gaze fierbinți, inelul își pierde ireversibil elasticitatea (se așează), cu o creștere ulterioară a pătrunderii gazului și a consumului de ulei.

În cazul uzurii semnificative a canelurii pistonului, crește riscul de rupere a segmentului superior al pistonului. În cilindru, ca urmare a arderii volumetrice (diesel) sau a detonării (scântei), undele de șoc trec în mod regulat prin cilindru, care provoacă vibrații și ciocnirea inelului cu canelura. Prin urmare, cu cât decalajul este mai mare, cu atât aceste sarcini dinamice sunt mai mari. În plus, pe măsură ce canelurile se uzează și decalajul de la joncțiunea inelelor crește, consumul de ulei crește. Astfel, consumul de ulei este un criteriu de reparație pentru înlocuirea segmentelor de piston și (în multe cazuri) alezarea blocurilor .

Reglarea și montarea de noi segmente de piston

După o funcționare prelungită, în cilindrul motorului se formează o uzură ovală și o treaptă în partea superioară a cilindrului, unde ajunge inelul superior. Atât inelele, cât și pistoanele se uzează, pătrunderea gazului crește treptat, iar consumul de ulei crește. Este timpul pentru o revizie intermediară sau majoră.

La revizia unui cilindru uzat, de regulă, acesta este supus alezării și/sau șlefuirii , se instalează noi pistoane de reparație cu un diametru puțin mai mare (la motoarele de automobile, următoarea dimensiune de reparație este de obicei cu 0,5 mm mai mare) și inele de reparație. În cazul unei stări acceptabile a cilindrilor, inelele și, uneori, pistoanele sunt supuse înlocuirii. Conform reglementărilor moderne, instalarea inelelor pentru următoarea reparație cu un punct nu este permisă, cu toate acestea, pentru a reduce costurile de reparație, se utilizează.

Notă: atunci când instalați inelele de la următoarea reparație, este necesar să verificați cu atenție potrivirea pe oglindă. De obicei, după ascuțirea și setarea spațiului minim în îmbinare, este necesar să lucrați ușor pe inelul pistonului în zona blocării de-a lungul diametrului exterior (!), Mai bine cu o bară de smirghel. Dacă acest lucru nu este controlat, de ceva timp va exista un consum crescut de ulei și va crește riscul de supraîncălzire în timpul spargerii.

Pistonul trebuie să aibă spațiu liber în cilindru conform instrucțiunilor. De obicei, pistonul lubrifiat cu ulei de motor ar trebui, sub propria greutate, să cadă ușor în cilindru (la temperatura camerei). Dacă pistonul are o potrivire mai strânsă, atunci dilatarea termică din cauza încălzirii va duce la zgârieturi și la o scădere a duratei de viață a motorului. Pe de altă parte, dacă distanța dintre piston și pereții cilindrului este prea mare, se va auzi ciocănirea pistonului în timpul funcționării, iar din cauza golurilor crescute în încuietorile inelelor, resursa înainte de reparație va scădea. Inelele de piston în sine, datorită prezenței unui spațiu, își pot modifica diametrul într-un interval mic, ceea ce ajută la evitarea blocării. Această mică modificare a diametrului este suficientă pentru a compensa dilatarea și contracția termică. Dacă inelele fără piston sunt introduse într-un cilindru nou sau reparat, distanța ar trebui să fie de aproximativ 0,2-0,4 mm (pentru date mai specifice, consultați instrucțiunile de utilizare) . Dacă decalajul este mai mic - inelele sunt subminate cu un fișier , dacă mai mult - acestea sunt instalate dintr-un kit de reparații mai mare.

Inelele sunt realizate peste caneluri prin plasarea de plăci subțiri de metal sub ele (mai multe piese de-a lungul circumferinței) sau folosind un extractor de inele. La instalarea unui piston cu inele într-un cilindru, acestea din urmă sunt comprimate folosind un dorn sau o clemă de tablă de casă.

Note

  1. ↑ Aproximativ zecimi de milimetru pentru compresie și puțin mai puțin pentru restul. Vezi Kirakovsky N.F., Glagolev N.M., Sheludko I.M. "Motoare cu ardere internă staționară (control, reglare, testare)" - 1955 - 404 s - С97-98
  2. ↑ Segmente de piston: tipuri, dimensiuni, goluri  (ing.) . mashintop.ru. Preluat la 2 martie 2018. Arhivat din original la 3 martie 2018.
  3. ↑ Manual pentru segmente de piston . - Federal-Mogul Burscheid GmbH, 2008. Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 10 februarie 2011. Arhivat din original pe 10 iulie 2011. 
  4. ↑ [ http://www.ngpedia.ru/id136920p1.html Material - segment piston - Marea Enciclopedie a Petrolului și Gazelor, articol, pagina 1] . www.ngpedia.ru Preluat la 3 martie 2018. Arhivat din original la 3 martie 2018.
  5. ↑ 1 2 3 Acoperiri periferice rezistente la uzură (link indisponibil) . Federalmogul.com. Data accesului: 4 iulie 2010. Arhivat din original pe 14 iulie 2012. 
  6. ↑ Acoperiri periferice rezistente la uzură (link descendent) . Federalmogul.com. Data accesului: 4 iulie 2010. Arhivat din original pe 14 iulie 2012. 
  7. ↑ Acoperiri periferice rezistente la uzură (link descendent) . Federalmogul.com. Data accesului: 4 iulie 2010. Arhivat din original pe 14 iulie 2012. 
  8. ↑ Acoperiri periferice rezistente la uzură (link descendent) . Federalmogul.com. Data accesului: 4 iulie 2010. Arhivat din original pe 14 iulie 2012. 
  9. ↑ Calculul inelului pistonului  (rusă) , Inzhzashchita - o bibliotecă de materiale despre protecția inginerească, geodezie, litologie. . Arhivat din original pe 3 martie 2018. Preluat la 3 martie 2018.
  10. ↑ Resursa segmentului pistonului YaMZ | Camioane si echipamente speciale . www.dymz.ru Data accesului: 28 februarie 2018. Arhivat din original pe 28 februarie 2018.
  11. ↑ Oleg Gavrilovici Goncharov. Inele de piston ale unui motor cu ardere internă. . kat.ru. Preluat la 6 octombrie 2018. Arhivat din original pe 19 februarie 2018.
  12. ↑ Uzura pieselor grupului cilindru-piston | Camioane si echipamente speciale . www.dymz.ru Preluat la 6 octombrie 2018. Arhivat din original pe 7 octombrie 2018.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice