АВТО БЛОГ YAMAHA-VOLGA.RU

Поршень устройство: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

29 мая, 2021 by admin

конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

В процессе работы поршни испытывают экстремально высокие давления, нагрузки и температуры. Выдержать такие условия им помогают особо прочные конструкционные материалы и специальные антифрикционные покрытия.

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Он воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, а затем передает его на шатун.

Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:

• Высокой механической прочностью
• Хорошей теплопроводностью
• Малой плотностью
• Незначительным коэффициентом линейного расширения
• Антифрикционными свойствами
• Коррозионной устойчивостью
  

Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся легкостью и термостойкостью.

Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производятся путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %). Это значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.

Устройство поршня

Стандартный поршень автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: днища, поршневых колец и направляющей (юбки).

Рассмотрим каждый компонент подробнее.

Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.

Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных бензиновых двигателях, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.

Днища некоторых поршней в целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания подвергаются твердому анодированию: на верхний слой алюминия накладывается керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.

Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.

Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Диаметр уплотняющей части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неодинаковым нагревом этих зон – в районе колец он больше. Минимальный диаметр жарового пояса позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках.

Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.

Направляющая часть

Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.

Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.

В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».

Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.

Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.

В последнее время большую популярность не только в промышленности, но и в частном использовании приобрело антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС. Оно предназначено не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулок пальцев, распредвалов, дроссельной заслонки.

Данное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.

Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре (за 12 часов), так и при нагреве до +200 °С (за 20 минут).

Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.

Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.

MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.

Причины износа поршней

При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы двигателя, подвержены износу и возникновению неисправностей.

О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:

• Повышенный расход моторного масла и топлива
• Выделение из выхлопной трубы синего дыма
• Нестабильная работа двигателя на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
• Снижение мощности двигателя и т. д.
• Нагар на свечах зажигания

При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.

Так, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.

Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.

К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.

Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.

Радиальный износ поршней возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступов поршней.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршней продуктами износа, образующимися во время приработки двигателя.

Повреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т. д.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением некачественной охлаждающей жидкости, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.

Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.

Поршень двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Поршень – ключевая деталь КШМ цилиндрической формы, которая предназначена для трансформации топливной энергии в механическую работу автомобильного двигателя.

Поршень выполняет ряд важных функций:

• обеспечивает передачу механических усилий на шатун;
• отвечает за герметизацию камеры сгорания топлива;
• обеспечивает своевременный отвод избытка тепла из камеры сгорания

Работа поршня проходит в сложных и во многом опасных условиях – при повышенных температурных режимах и усиленных нагрузках, поэтому особенно важно, чтобы поршни для двигателей отличались эффективностью, надежностью и износостойкостью. Именно поэтому для их производства используются легкие, но сверхпрочные материалы – термостойкие алюминиевые или стальные сплавы. Поршни изготавливаются двумя методами – литьем или штамповкой.

Конструкция поршня

Поршень двигателя имеет достаточно простую конструкцию, которая состоит из следующих деталей:

© Volkswagen AG

1. Головка поршня ДВС
2. Поршневой палец
3. Кольцо стопорное
4. Бобышка
5. Шатун
6. Юбка
7. Стальная вставка
8. Компрессионное кольцо первое
9. Компрессионное кольцо второе
10. Маслосъемное кольцо

Конструктивные особенности поршня в большинстве случаев зависят от типа двигателя, формы его камеры сгорания и типа топлива, которое используется.

Днище

Днище может иметь различную форму в зависимости от выполняемых им функций – плоскую, вогнутую и выпуклую. Вогнутая форма днища обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако это способствует большему образованию отложений при сгорании топлива. Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Поршневые кольца

Ниже днища расположены специальные канавки (борозды) для установки поршневых колец. Расстояние от днища до первого компрессионного кольца носит название огневого пояса.

Поршневые кольца отвечают за надежное соединение цилиндра и поршня. Они обеспечивают надежную герметичность за счет плотного прилегания к стенкам цилиндра, что сопровождается напряженным процессом трения.  Для снижения трения используется моторное масло. Для изготовления поршневых колец применяется чугунный сплав.

Количество поршневых колец, которое может быть установлено в поршне зависит от типа используемого двигателя и его назначения. Зачастую устанавливаются системы с одним маслосъемным кольцом и двумя компрессионными кольцами (первым и вторым).

Маслосъемное кольцо и компрессионные кольца

Маслосъемное кольцо обеспечивает своевременное устранение излишков масла с внутренних стенок цилиндра, а компрессионные кольца –  предотвращают попадания газов в картер.

Компрессионное кольцо, расположенное первым, принимает большую часть инерционных нагрузок при работе поршня.

Для уменьшения нагрузок во многих двигателях в кольцевой канавке устанавливается стальная вставка, увеличивающая прочность и степень сжатия кольца. Кольца компрессионного типа могут быть выполнены в форме трапеции, бочки, конуса, с вырезом.

Маслосъемное кольцо в большинстве случаев оснащено множеством отверстий для дренажа масла, иногда – пружинным расширителем.

Поршневой палец

Это трубчатая деталь, которая отвечает за надежное соединение поршня с шатуном. Изготавливается из стального сплава. При установке поршневого пальца в бобышках, он плотно закрепляется специальными стопорными кольцами.

Поршень, поршневой палец и кольца вместе создают так называемую поршневую группу двигателя.

Юбка

Направляющая часть поршневого устройства, которая может быть выполнена в форме конуса или бочки. Юбка поршня оснащается двумя бобышками для соединения с поршневым пальцем.

Для уменьшения потерь при трении, на поверхность юбки наносится тонкий слой антифрикционного вещества (зачастую используется графит или дисульфид молибдена). Нижняя часть юбки оснащена маслосъемным кольцом.

Обязательный процесс работы поршневого устройства – это его охлаждение, которое может быть осуществлено следующими методами:

• разбрызгиванием масла через отверстия в шатуне или форсункой;
• движением масла по змеевику в поршневой головке;
• подачей масла в область колец через кольцевой канал;
• масляным туманом

Уплотняющая часть

Уплотняющая часть и днище соединяются в форме головки поршня. В этой части устройства расположены кольца поршня – маслосъемное и компрессионные. Каналы для колец имеют небольшие отверстия, через которые отработанное масло попадает на поршень, а затем стекает в картер двигателя.

В целом поршень двигателя внутреннего сгорания является одной из самых тяжело нагруженных деталей, который подвергается сильным динамическим и одновременно тепловым воздействиям. Это накладывает повышенные требования как к материалам, используемым в производстве поршней, так и к качеству их изготовления.

Поршень ДВС функции,конструкция,виды,применение

Поршень двс

Поршень одна из важных деталей двигателя внутреннего сгорания благодаря которой передается энергия на шатун. В этой статье поговорим про устройство поршня узнаем его назначения и рассмотрим его фото.

Поршень двc на первый взгляд имеет простую конструкцию. Тем не менее не все так просто инженеры постоянно работают над облегчением поршня и увеличением его прочности. Другими словами стараются найти золотую середину. Найти золотую середину бывает не просто, так как поршень постоянно эксплуатируется в экстремальных условиях при высоких температурах и повышенных инерционных нагрузках. Под действием энергии топливно-воздушной смеси поршень отправляется в НМТ ( нижнюю мертвую точку). Поршень в свою очередь передает энергию на коленвал через шатун с которым поршень связан через поршневой палец.

Основные функции поршня двс:

1) Отвод излишков тепла.

2) Благодаря поршню камера сгорания становится герметичной.

3) Передача энергии на коленвал через шатун.

Если сказать кратко задача поршня передать энергию газов на коленвал чтобы последний преобразовал ее в механическую энергию.

Устройство

В последнее время поршень двс изготавливают из алюминия так как этот материал лёгкий и прочный.

Поршни бывают литые и кованные. Литые поршни изготавливаются литьём под давлением. Кованные поршни изготавливают методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния 15%. Что увеличивает их прочность и износостойкость.

Обсудим основные детали поршня, более подробно устройство поршня можно рассмотреть на схеме.

Днище

Днище поршня может иметь 5 разных видов поверхностей у каждого типа свои преимущества и недостатки.

Плоское. Такой тип поверхности используется довольно часто. Недостаток поршня такого типа, в том что при обрыве ремня поршни гнут клапана.

Вогнутое. Обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания. Тем не менее способствует большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклое. Улучшает производительность поршня, но при этом понижает эффективность сгорания топлива.

С циковками. Предотвращают столкновение поршней с клапанами за счёт специальных углублений называемых циковками. Из-за канавок может быть небольшая потеря мощности.

С лужей.Такой тип поршней также оснащен канавками только большего размера. Цель таких поршней понизить степень сжатия. Например они отлично подходят для турбокомпрессора.

Компрессионные кольца

Обычно в двc устанавливается 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное. Поршневые кольца изготавливаются из высокопрочного чугуна. Расстояние от днища поршня до первого кольца носит огневой пояс. Функция поршневых колец состоит в том, чтобы поршень плотно прилегал к цилиндру. Для уменьшения трения используется моторное масло.

Одно из важных предназначений поршневых колец заключается в препятствии попадания газов из камеры сгорания в картер. Благодаря добавлению хрома, молибдена, никеля или вольфрама прочность и термостойкость поршневых колец значительно повышается. При износе поршневых колец ресурс поршня понижается.

Маслосъемное кольцо

Маслосъемные кольца служат для того чтобы отводить излишки масла. Маслосъемные кольца обладают дренажными отверстиями.

Юбка

Юбка поршня и есть его тело служит направляющей. Благодаря специальным добавкам в сплав юбка поршня обладает высокой стойкостью к расширению.

Поршневой палец

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Благодаря стопорному кольцу достигается их прочное соединение.

Ответы на частые вопросы

Для чего в днище поршня дизельного двигателя делают выемку ?

Выемка в поршнях дизельного двигателя называется вихревой камерой( камерой сгорания). Топливо перемешиваясь с воздухом в вихревой камере сгорает более эффективно и быстро.

Температура поршня двс ?

Кратковременно при работе двс поршень может нагреться до 2000 градусов и более. В целом температура поршня при работе может достигать 200 градусов.

Как продлить срок службы поршней ?

Для того чтобы продлить срок службы поршней двс необходимо во время менять масло. Лучше даже немного раньше срока как советуют многие водители.

norfin arcticthe hermitage st petersberg

Что такое поршень двигателя автомобиля

Расскажем про автомобильные поршни двигателя внутреннего сгорания — что это такое и основное назначение. Как работают и какие требования к ним.

Что это такое

В бензиновых моторах применяются поршни с плоским днищем из-за простоты изготовления и меньшего нагрева при работе. Хотя на современных авто делают специальные выемки под клапаны. Чтобы при обрыве ремня ГРМ поршни и клапана не встретились и не повлекли серьёзный ремонт.

Днище поршня дизеля делают с выемкой, которая зависит от степени смесеобразования и расположения клапанов, форсунок. При такой форме днища лучше перемешивается воздух с поступающим в цилиндр топливом.

Мощность современных моторов выросла. Температура и давление в цилиндрах двигателей (особенно дизельных) стали такими, что алюминий подошёл к пределу прочности. Поэтому современные моторы оснащаются стальными поршнями, которые уверенно выдерживают возросшие нагрузки. Они легче алюминиевых за счет более тонких стенок и меньшей компрессионной высоты, т.е. расстояния от днища до оси алюминиевого пальца. А еще стальные поршни не литые, а сборные.

Требования к поршню мотора

• Поршень, перемещаясь в цилиндре, позволяет расширяться сжатым газам, продукту горения топлива, и совершать механическую работу. Он должен быть устойчивым к высокой температуре, давлению газов и надежно уплотнять канал цилиндра.
• Отвечать требованиям пары трения с целью минимизировать механические потери и износ.
• Испытывая нагрузки со стороны камеры сгорания и реакцию от шатуна, должен выдерживать механическое воздействие.
• Совершая возвратно-поступательное движение с высокой скоростью, должен как можно меньше нагружать кривошипно-шатунный механизм инерционными силами.

Как работает

Повторим известный факт — тепловой поток направлен от более нагретых тел к менее нагретым.

Первый путь, обеспечивающий наибольший поток, – поршневые кольца. Причем первое кольцо играет главную роль, как расположенное ближе к днищу. Это наиболее короткий путь к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра. Кольца одновременно прижаты к поршневым канавкам и стенке цилиндра. Они обеспечивают более 50% теплового потока.

Но нагружая масло функцией теплоносителя, должны позаботиться, чтобы его остудить. Иначе перегретое масло может потерять свойства. Также, чем выше температура масла, тем меньше тепла способно перенести.

Следует уделить внимание передаче тепла через поршневые кольца. Если этот путь перекроем, то маловероятно, что двигатель выдержит длительные форсированные режимы. Температура вырастет, материал поршня «поплывет», и двигатель разрушится.

Более страшна картина, если кольцо не имеет тесного контакта с канавкой. В местах, где газы имеют возможность протекать мимо кольца через канавку, участок поршня лишается возможности охлаждаться. Как результат – прогар и выкрашивание части, прилегающей к месту утечки.

Сколько колец нужно для поршня

С точки зрения механики, чем меньше колец, тем лучше. Чем они уже, тем меньше потери в поршневой группе. При уменьшении их количества и высоты ухудшаются условия охлаждения поршня, увеличивая тепловое сопротивление днище – кольцо – стенка цилиндра. Поэтому выбор конструкции – всегда компромисс.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
 

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Поршень — Словарь автомеханика

Поршень является одной из деталей кривошипно-шатунного механизма двигателя и представляет собой целостный элемент условно разделяемый на головку и юбку. Он является основой процесса преобразования энергии горения топлива в тепловую, а далее в механическую. От качества работы данной детали напрямую зависит производительность двигателя, а также его надежность и долговечность.

Предназначение и виды поршней

В моторе поршень двигателя выполняет ряд функций, в частности, это:

1. трансформация давления газов в усилие, передаваемое на шатун;
2. обеспечение герметичности камеры сгорания;
3. теплоотвод.

Поршень работает в экстремальных условиях под стабильно высокими механическими нагрузками. Поэтому для современных двигателей их изготавливают из специальных алюминиевых сплавов, отличающихся легкостью и прочностью при достаточных показателях термостойкости. Несколько менее распространены стальные поршни. Ранее они в основном производились из чугуна. Обязательно присутствующая на каждом изделии маркировка поршней расскажет, из чего оно изготовлено. Изготавливаются данные детали двумя методами – литьем и штамповкой. Кованые поршни, распространенные в тюнинге, изготовлены именно методом штамповки, а не выкованы вручную.

Конструкция поршня

Устройство поршня не является сложным. Это цельная деталь, которую для удобства определения принято условно разделять на юбку и головку. Конкретная форма и конструктивные особенности поршня определяются типом и моделью двигателя. В распространенных видах бензиновых ДВС можно увидеть только поршни с плоскими или крайне приближенными к такой форме головками. Часто они имеют канавки, предназначенные для максимального полного открывания клапанов. В моторах с непосредственным впрыском топлива поршни выполняются в несколько более сложной форме. Поршень дизельного двигателя имеет головку со специфической конфигурацией для обеспечения оптимального завихрения с целью качественного смесеобразования.

Схема поршня двигателя.

Под головкой на поршне размещаются канавки, в которые устанавливаются поршневые кольца. Юбки у различных поршней тоже разные: с формой, подобной конусу или бочке. Такая конфигурация позволяет компенсировать расширение поршня, существующее при его нагревании в работе. Следует отметить что, поршень приобретает полностью рабочий объем только после разогрева двигателя до нормальной температуры.

Чтобы максимально снизить эффект от постоянного бокового трения поршня о цилиндр на его боковую поверхность наносится специальный антифрикционный материал, тип которого также зависит от вида двигателя. Также в юбке поршня есть специальные отверстия с приливами, предназначенные для монтажа поршневого пальца.

Работа поршня предполагает его интенсивное нагревание. Он охлаждается, причем в разных моторах различными способами. Вот наиболее распространенные среди них:

• с помощью подачи масляного тумана в цилиндр;
• через разбрызгивание масла сквозь шатун или специальную форсунку;
• через впрыскивание масла по кольцевому каналу;
• с помощью постоянной циркуляции масла по змеевику, расположенному непосредственно в головке поршня.

Вплотную соприкасается со стенками цилиндра не сам поршень, а его кольца. Для обеспечения наивысшей износостойкости они производятся из особого сорта чугуна. Количество и точное расположение этих колец зависит от вида мотора. Чаще всего на поршень приходится пара компрессионных колец и еще одно маслосъемное.

Компрессионные колца предназначены не давать газам из камеры сгорания прорываться в картер. На первое кольцо приходится самая серьезная нагрузка, поэтому во всех дизельных и мощных бензиновых моторах в канавке первого кольца дополнительно присутствует стальная вставка, что позволяет повысить прочность конструкции. Существует множество видов компрессионных колец, которые уникальны практически у каждого самостоятельного производителя.

Маслосъемные кольца — для удаления лишнего масла из цилиндра и недопущения его проникновения в камеру сгорания. Такие кольца выполняются с большим количеством дренажных отверстий, а также с пружинными расширителями, хоть и не во всех моделях двигателей.

Устройство поршня

С шатуном поршень двигателя соединяется через поршневой палец, стальную деталь трубчатой формы. Самым распространенным способом крепления пальца является плавающий, благодаря которому деталь может прокручиваться в процессе работы. Специальные стопорные кольца не дают пальцу смещаться в стороны. Жесткий зацеп пальцев на данный момент практически не распространен из-за очевидной большей уязвимости таких конструкций.

Поломки поршня и сопутствующих деталей

В процессе интенсивной или просто продолжительной эксплуатации поршень может выйти из строя по причине присутствия в цилиндре постороннего тела, на которое поршень постоянно наталкивается во время движения. Таким предметом может стать частица шатуна, коленвала или чего-то другого, отлетевшего от детали. Поверхности такого излома имеют серый цвет, они не характеризуются истиранием, трещинами и прочими визуальными признаками. Поршень распадается быстро и внезапно.

Излом, вызванный усталостью металла, характеризуется образованием в проблемном месте растровых линий. Это позволяет заблаговременно определить наличие поломки и заменить поршень. Помимо старения причиной такого излома может стать детонационное воспламенение, усиленные сотрясения поршня из-за сталкивания его головки с головкой цилиндра или чрезмерного зазора юбки. В любом случае на детали образуются трещины, свидетельствующие о ее скором выходе из строя.

После износа колец, повреждения головки поршня наиболее часто встречаемы.

Помимо износа и старения металла, связанные с поршнями поломки могут случаться по целому ряду разнообразных причин, среди которых:

• нарушение режима сгорания, например из-за задержки зажигания;
• неправильная организация пуска холодного двигателя;
• заполнение цилиндра маслом или водой при выключенном моторе, что называется гидравлическим ударом;
• необоснованное повышение мощности в результате перенастройки электроники;
• использование неподходящих деталей;
• другие причины.

Чаще всего ремонт осуществляется методом замены – поршня, колец или всей поршневой группы.

Связанные термины

Поршень ЯМЗ 238 — ООО «ЧелТракСнаб», Челябинск

Поршневая группа превращает изменения давления газа, жидкости и пара в механическую работу. Устройство состоит из нескольких взаимосвязанных элементов и включает в себя:

Цена: Уточняйте у менеджера

Быстрая доставка

Гарантия

Низкая цена

• Поршень ЯМЗ 238;
• Поршневые кольца;
• Поршневой палец;
• Шатун.

Каждая из этих запчастей крайне важна и выполняет свою роль в общей работе устройства, в особенности поршень и поршневые кольца. Необходимость слаженной и систематизированной работы обусловила значимость высокого качества деталей, ведь они выдерживают постоянное влияние больших температур, а также механического воздействия.

Поршень ЯМЗ 238: технические характеристики

Особой популярностью в работе со строительной техникой пользуется поршневая группа ЯМЗ и поршень ЯМЗ 238 в частности. «Ярославский моторный завод» начал свою деятельность в 1916 году, так что производимые им детали проверены временем и делом. Поршни отлиты из алюминиево-кремнистого сплава, поршневые кольца из чугуна, а поршневой палец покрыт цементированной поверхностью.

Для того, чтобы поршневая группа ЯМЗ служила вам долго и бесперебойно работала, необходимо следить за ее работой и ухаживать за деталями. Как и любой механизм, работающий в трудных условиях (это касается не только «внутренних» условия, но и общего фона работ строительной техники), поршень обладает ограниченным сроком службы и порой нуждается в ремонте.

Чаще всего из строя выходят поршень ЯМЗ 238, а также кольца, они отвечают за компрессионность и герметизацию. Если их работа будет нарушена, то устройство будет пропускать воздух и не сможет функционировать как надо. Существует особая процедура замена поршневых колец, ведь для того, что поменять их, необходимо снять все остальные устройства.

Как заменить кольца поршневой группы ЯМЗ?

• Наденьте на кольцо щипцы;
• Сжав до упора, осторожно выведите кольцо из канавки и снимите его;
• Перед установкой нового кольца осторожно прочистите поршень от нагара;
• Смажьте устройство;
• Детали продуйте и помойте.

Любую работу с устройством поршневой группы лучше доверять профессионалам, только тогда вам будет гарантирована долгая служба всех деталей.

«ЧЕЛТРАКСНАБ» реализует продажу поршневых групп ЯМЗ, у нас также можно купить поршень ЯМЗ 238. Мы гарантируем оригинальность деталей, их высокое качество, а также доступность цены. Благодаря широкому ассортименту комплектующих, представленных у нас, вы сможете приобрести все необходимое в одном месте.

Мы стремимся к тому, чтобы наше сотрудничество с клиентами было долгосрочным и взаимовыгодным. а потому поршень ЯМЗ 238, реализуемый нами, отличается высоким качеством сборки. Мы находим частный подход к каждому заказчику, отвечая на все его вопросы, выполняя все поставленные условия.  

Поршни накачиваются

Поршень 300-летней давности, заново изобретенный с использованием мягких гибких материалов, может создавать большие силы с более высокой энергоэффективностью и имеет потенциал для множества применений

Бенджамин Боэттнер

(КЕМБРИДЖ, Массачусетс) — С момента их изобретения в конце 1700-х годов, когда британский физик французского происхождения Денис Папен, изобретатель скороварки, предложил принцип поршня, поршни использовались, чтобы использовать силу жидкости для выполнения работы в многочисленные машины и устройства.

Обычные поршни состоят из жесткой камеры и поршня внутри, который может скользить по внутренней стенке камеры, в то же время сохраняя герметичное уплотнение. В результате поршень разделяет два пространства, которые заполнены двумя жидкостями и связаны с двумя внешними источниками жидкости. Если жидкости имеют разное давление, поршень будет скользить в направлении с более низким давлением и в то же время может приводить в движение вал или другое устройство для выполнения физической работы. Этот принцип использовался при проектировании многих машин, в том числе различных поршневых двигателей, гидравлических подъемников и кранов, таких как те, которые используются на строительных площадках, и электроинструментов.

Однако обычные поршни страдают несколькими недостатками: высокое трение между движущимся поршнем и стенкой камеры может привести к выходу из строя уплотнения, утечкам и постепенным или внезапным сбоям в работе. Вдобавок, особенно в нижнем диапазоне давления, энергоэффективность и скорость реакции часто ограничены.

Теперь группа робототехников Гарвардского института биологической инженерии Висса, Гарвардский университет имени Джона А.Школа инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS) и Массачусетский технологический институт (MIT) разработали новый способ конструирования поршней, который заменяет их обычные жесткие элементы механизмом, использующим сжимаемые конструкции внутри мембраны из мягких материалов.

Полученные в результате «поршни натяжения» создают более чем в три раза усилие по сравнению с обычными поршнями, устраняют большую часть трения и при низких давлениях до 40% более энергоэффективны. Исследование опубликовано в Advanced Functional Materials .

«Эти« поршни натяжения », изготовленные из мягких, гибких материалов, представляют собой принципиально новый подход к архитектуре поршней, открывающий обширное пространство для дизайна. Их можно использовать в машинах, заменяя обычные поршни, обеспечивая повышенную энергоэффективность », — сказал член факультета-основателя Института Висс и соавтор-корреспондент Роберт Вуд, доктор философии, который также является профессором инженерных и прикладных наук Чарльз Ривер SEAS и со-руководитель инициативы Bioinspired Soft Robotics Института Висс.«Важно отметить, что эта концепция также позволяет создавать ряд новых геометрических форм и функциональных вариаций, которые могут дать инженерам возможность изобретать новые машины и устройства и уменьшать существующие».

Вуд руководил исследованием вместе с Даниэлой Рус, доктором философии, профессором и директором Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL), и Шугуанг Ли, доктором философии, научным сотрудником докторантуры под руководством Вуда и Рус.

Концепция натяжного поршня основана на «искусственных мышцах, вдохновленных оригами» (FOAM), которые используют мягкие материалы, чтобы дать мягким роботам больше мощности и управления движением, сохраняя при этом их гибкую архитектуру.Пенопласты имеют сложенную структуру, которая заключена в жидкость в гибкой и герметичной оболочке. Изменение давления жидкости приводит к тому, что структура, похожая на оригами, разворачивается или схлопывается по заранее заданной геометрической траектории, что вызывает изменение формы всей FOAM, позволяя ей захватывать или отпускать объекты или выполнять другие виды работы.

«В принципе, мы исследовали использование пенопласта в качестве поршней в жесткой камере», — сказал Ли. «Используя гибкую мембрану, прикрепленную к сжимаемой каркасной структуре внутри, и соединив ее с одним из двух отверстий для жидкости, мы можем создать отдельный отсек для жидкости, который демонстрирует функциональность поршня».

Исследователи показали, что повышение управляющего давления во втором резервуаре с жидкостью, окружающем мембрану в камере, увеличивает силы натяжения в материале мембраны, которые напрямую передаются на скелетную структуру.Благодаря физическому соединению каркаса с исполнительным элементом, выходящим за пределы камеры, сжатие каркаса связано с механическим движением за пределами поршня.

«Более совершенные поршни могут коренным образом изменить то, как мы проектируем и используем многие типы систем, от амортизаторов и автомобильных двигателей до бульдозеров и горнодобывающего оборудования», — говорят Рус, Эндрю (1956) и Эрна Витерби, профессор электротехники и компьютерных наук в Массачусетский технологический институт. «Мы думаем, что подобный подход может помочь инженерам разработать различные способы сделать свои творения сильнее и энергоэффективнее.”

Команда протестировала свой поршень против обычного поршня в задаче дробления предметов и показала, что он ломает такие предметы, как деревянные карандаши, при гораздо более низких входных давлениях (давлениях, возникающих в отсеке жидкости, окружающей кожу). При одинаковых входных давлениях, особенно в нижнем диапазоне давлений, поршни натяжения развивали более чем в три раза большие выходные силы и демонстрировали более чем на 40% более высокую энергоэффективность за счет использования вызванного жидкостью напряжения в их гибких материалах оболочки.

«Конфигурируя сжимаемые каркасы с очень разной геометрией, такими как ряд дискретных дисков, шарнирных каркасов или пружинных каркасов, выходные силы и движения становятся легко настраиваемыми», — сказал Ли. «Мы даже можем включить более одного поршня натяжения в одну камеру или пойти еще дальше, а также изготовить окружающую камеру из гибкого материала, такого как воздухонепроницаемая нейлоновая ткань».

«Изобретение натяжных поршней командой Роберта Вуда и его сотрудника из Массачусетского технологического института указывает на потенциально важное новое направление, в котором новые принципы мягкой робототехники могут быть объединены с существующими технологиями, чтобы обеспечить значительный прогресс в различных областях промышленности и охраны окружающей среды. , включая разработку новых роботизированных устройств и приложений », — сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, M.D., доктор философии, который также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкмана в HMS и программе сосудистой биологии в Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии в SEAS.

Дополнительными авторами исследования являются исследователи Wyss Institute и SEAS Дэниел Фогт, инженер-исследователь из Wyss Institute, и Николас Бартлетт, аспирант, работающий с Wood. Исследование финансировалось Гарвардским институтом биологической инженерии Висса, Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национальным научным фондом.

Поршневой цилиндр, создающий расширительное устройство в транскритическом цикле двуокиси углерода. Часть I: экспериментальное исследование

Abstract

Углекислый газ широко рассматривается в качестве альтернативного хладагента, заменяющего гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и хлорфторуглероды (ХФУ) из-за его нулевого потенциала разрушения озонового слоя и незначительного потенциала глобального потепления. Однако системные характеристики систем CO ₂ , как правило, невысоки по сравнению с существующими традиционными системами кондиционирования воздуха, использующими ГХФУ или ХФУ.Одним из наиболее эффективных способов достижения паритета с системами CFC и HCFC является замена расширительного клапана расширительным устройством, которое минимизирует создание энтропии и позволяет рекуперацию энергии в процессе расширения.

Устройство для увеличения рабочего выхода поршневого типа было разработано, сконструировано и испытано в рамках исследования, представленного здесь. Первый прототип устройства основан на модернизированном небольшом четырехтактном двухпоршневом двигателе, который имеется в продаже. Рабочий расширитель заменил расширительный клапан в экспериментальном транскритическом цикле CO ₂ и увеличил производительность системы до 10% по показателю COP.Прототип устройства не должен был стать конечным продуктом, но предоставил ценную информацию и экспериментальные результаты для проверки подробной имитационной модели устройства. Модель и соответствующий теоретический анализ представлены в сопроводительной части II статьи.

Ключевые слова

Исследования

Эксперимент

Углекислый газ

Транскритический цикл

Конструкция

Устройство расширения

Поршень

Извлечение

Energy

Mots cléscher

Conception

Détente

Piston

Récupération

Énergie

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Copyright © 2004 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Xylem Analytics | 404

Piston Corer — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

Что это такое и почему мы его используем?

Поршневой пробоотборник — это длинная тяжелая трубка, погруженная в морское дно для извлечения проб ила. Поршень внутри трубки позволяет ученым брать образцы максимально длинной, до 90 футов в длину.Они просты и элегантны по дизайну; в 1947 году ученый Морис Юинг сказал, что поршневой пробоотборник «извлекает образцы дна океана так же, как домохозяйка извлекает стержень из яблока».

Чем пробоотборник поршня отличается от других пробоотборников?

Задача всех пробоотборников — извлекать образцы грязи. Юинг когда-то называл пробников формочками для печенья. Длина и диаметр добываемого ими бурового печенья зависит от типа используемого бурового станка. Традиционные пробоотборники довольно просты по конструкции: длинная труба, увенчанная тонной или около того свинца.В конце 1940-х годов шведский океанограф Борье Кулленберг внес изменения в эту конструкцию, добавив внутренний поршень, который помогает исследователям собирать еще более длинные образцы грязи. Поршневые пробоотборники, как и их двоюродный брат гравитационный пробоотборник, обычно используются в областях с мягкими отложениями, такими как глина. Гравитационный пробоотборник — это просто утяжеленная труба, которая может свободно падать в воду. Поршневые пробоотборники имеют поршневой механизм, который срабатывает, когда пробоотборник ударяется о дно. Поршень помогает избежать разрушения осадка.

Что позволяет пробоотборнику брать пробу осадка?

Если вы когда-либо вставляли соломинку в молочный коктейль, клали палец поверх соломинки, а затем извлекали соломинку с застрявшим внутри мороженым, вы имеете представление о том, как работает поршневой пробоотборник. Подобно соломе, пробоотборник погружается в морское дно и собирает грязь в своей полой открытой трубе. Уплотнение на дне устройства будет удерживать пробу осадка во время извлечения.

Каковы преимущества использования поршневого пробоотборника?

Простое увеличение длины гравитационного пробоотборника не гарантирует извлечение более длинного образца.Добавление внутреннего поршня позволяет улавливать мягкий осадок без значительного сжатия или нарушения. Это позволяет исследователям брать наилучший образец донных отложений.

Каковы недостатки использования поршневого пробоотборника?

Они тяжелые, длинные, иногда с ними сложно обращаться. Из-за выполняемых операций и необходимого оборудования пробоотборники поршней не могут быть выполнены с каждого исследовательского судна. Для безопасного запуска и извлечения глубоководной поршневой системы отбора керна требуется специальное погрузочно-разгрузочное оборудование.

Почему ядра из океана особенные?

Керны, извлеченные из моря, особенно полезны, потому что, в отличие от наземных отложений, они в значительной степени нетронуты; никто не окапывал их и не ходил по ним. Сводя к минимуму помехи, ученые могут видеть наиболее четкую картину конкретных периодов времени на Земле.

Зачем изучать отложения?

Изучая отложения, ученые могут узнать о циркуляции океана, климате, образовании рудных отложений, движении океанических плит, солености воды и устойчивости морского дна для бурения и разведки нефти.Керны отложений позволяют ученым видеть наличие или отсутствие определенных окаменелостей, которые могут указывать на климатические модели временами в прошлом, например, во время ледниковых периодов. Некоторые ученые называют ядра капсулами времени, потому что информация, которую они содержат, может охватывать прошлые сотни тысяч и даже миллионы лет. Затем ученые могут использовать эту информацию для улучшения понимания климатической системы и прогнозирования закономерностей и событий в будущем.

Источники

Джим Брода, специалист-исследователь отдела геологии и геофизики, WHOI

Обсерватория Земли Ламонта-Доэрти Колумбийского университета: двенадцать взглядов на первые 50 лет, 1949–1999

Выставочный центр Океанографического института Вудс-Хоул, выставка керна (текст Стефани Мерфи)

Новое изобретение поршня | MIT CSAIL

С момента их изобретения в конце 1700-х годов, когда британский физик французского происхождения Денис Папен, изобретатель скороварки, предложил принцип поршня, было разработано множество машин и устройств, которые используют силу жидкостей для выполнения работы.

Обычные поршни состоят из жесткой камеры и поршня внутри, который может скользить по внутренней стенке камеры, в то же время сохраняя герметичное уплотнение. В результате поршень разделяет два пространства, которые заполнены двумя жидкостями и связаны с двумя внешними источниками жидкости. Если жидкости имеют разное давление, поршень будет скользить в направлении с более низким давлением и в то же время может приводить в движение вал или другое устройство для выполнения физической работы.

Этот принцип использовался при проектировании многих машин, включая различные поршневые двигатели, гидравлические подъемники, электроинструменты и краны, такие как те, которые используются на строительных площадках. Однако обычные поршни страдают несколькими недостатками: высокое трение между движущимся поршнем и стенкой камеры может привести к выходу из строя уплотнения, утечкам и постепенным или внезапным сбоям в работе. Вдобавок, особенно в нижнем диапазоне давления, энергоэффективность и скорость реакции часто ограничены.

Теперь команда робототехников из Массачусетского технологического института CSAIL и Гарварда разработала новый способ конструирования поршней, который заменяет их обычные жесткие элементы механизмом, использующим сжимаемые конструкции внутри мембраны из мягких материалов.

Получающиеся в результате «поршни натяжения» создают более чем в три раза силу по сравнению с обычными поршнями, устраняют большую часть трения и при низких давлениях до 40 процентов более энергоэффективны. Исследование опубликовано в Advanced Functional Materials .

«Эти« поршни натяжения »представляют собой принципиально новый подход к архитектуре поршней, открывающий обширное пространство для проектирования, которое может обеспечить повышенную энергоэффективность», — сказал профессор Гарварда Роб Вуд, соруководитель инициативы Bioinspired Soft Robotics Института Висса. «Эта концепция также позволяет использовать ряд новых геометрических форм и функциональных вариаций, которые могут дать инженерам возможность изобретать новые устройства и уменьшать существующие».

Вуд руководил исследованием вместе с директором CSAIL Даниэлой Рус и постдоком Шугуанг Ли, одним из наставников которого являются Вуд и Рус.

Концепция натяжного поршня основана на «искусственных мускулах, вдохновленных оригами, движущихся жидкостью» (пенопласты, в которых используются мягкие материалы, чтобы дать мягким роботам больше мощности и управления движением, сохраняя при этом их гибкую архитектуру. внутри жидкости в гибкой и герметично закрытой оболочке. Изменение давления жидкости приводит к тому, что структура, похожая на оригами, разворачивается или схлопывается по заранее заданной геометрической траектории, что вызывает изменение формы во всей FOAM, позволяя ей захватить или высвободить объекты или выполнять другие виды работ.

«В принципе, мы исследовали возможность использования пенопласта в качестве поршней в жесткой камере», — сказал Ли. «Используя гибкую мембрану, прикрепленную к сжимаемой каркасной структуре внутри, и соединив ее с одним из двух отверстий для жидкости, мы можем создать отдельный отсек для жидкости, который демонстрирует функциональность поршня».

Исследователи показали, что повышение управляющего давления во втором резервуаре с жидкостью, окружающем мембрану в камере, увеличивает силы натяжения в материале мембраны, которые напрямую передаются на скелетную структуру.Благодаря физическому соединению каркаса с исполнительным элементом, выходящим за пределы камеры, сжатие каркаса связано с механическим движением за пределами поршня.

«Более совершенные поршни могут коренным образом изменить то, как мы проектируем и используем многие типы систем, от амортизаторов и автомобильных двигателей до бульдозеров и горнодобывающего оборудования», — говорит Рус. «Мы думаем, что подобный подход может помочь инженерам разработать различные способы сделать свои творения сильнее и энергоэффективнее.«

Команда проверила свой поршень против обычного поршня в задаче дробления объектов и показала, что он ломает такие предметы, как деревянные карандаши, при гораздо более низких входных давлениях (давлениях, возникающих в отсеке жидкости, окружающей кожу). При одинаковых входных давлениях, особенно в более низком диапазоне давлений, поршни натяжения развивали более чем в три раза большие выходные силы и демонстрируют более чем на 40 процентов более высокую энергоэффективность за счет использования вызванного жидкостью напряжения в их гибких материалах оболочки.

«Конфигурируя сжимаемые каркасы с очень разной геометрией, такими как ряд дискретных дисков, шарнирных каркасов или пружинных каркасов, выходные силы и движения становятся легко настраиваемыми», — сказал Ли. «Мы даже можем включить более одного поршня натяжения в одну камеру или пойти еще дальше, а также изготовить окружающую камеру из гибкого материала, такого как воздухонепроницаемая нейлоновая ткань».

Дополнительными авторами исследования являются исследователи Wyss Institute и SEAS Дэниел Фогт, инженер-исследователь из Wyss Institute, и Николас Бартлетт, аспирант, работающий с Wood.Исследование финансировалось Гарвардским институтом Висса, Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национальным научным фондом.

Демонстрационный образец пожарного шприца — Поршневое устройство дизельного двигателя

406-256-0990 или же Живой чат в

Возраст 11+

На складе, готово к отправке

Это нужно быстро? Смотрите варианты доставки в корзине.

Этот «пожарный шприц» (или дизельный поршневой демонстратор) показывает взаимосвязь между давлением и температурой газа — и то, как их можно использовать для разжигания миниатюрного огня. Изучите термодинамику, законы газа, закон Бойля и многое другое! Читать Подробнее

участника My Science Perks зарабатывают не менее $ 0.38 назад к этому пункту. Войдите или создайте Бесплатный HST Аккаунт, чтобы начать зарабатывать сегодня

ОПИСАНИЕ

Изучите термодинамику, законы газа, закон Бойля и многое другое с помощью этого прекрасного учебного пособия для учащихся средних и старших классов!

Этот «огненный шприц» (или дизельный поршневой демонстратор) показывает взаимосвязь между давлением газа и температурой — и то, как с их помощью можно зажечь небольшой кусок хлопка или трута!

Поршневой аппарат состоит из толстой прозрачной пластмассовой трубки и плунжера.Когда плунжер крепко опускается вниз, воздух в трубке сжимается; это быстрое сжатие воздуха (в частности, называемое адиабатическим сжатием) повышает температуру газа настолько, чтобы воспламенить хлопковые волокна ватного диска!

Включает инструкции по использованию демонстратора огнестрельного шприца.

БЛОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

ВКЛАДКА С СОДЕРЖАНИЕМ

ТАБЛИЦА ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Описание

MC-DIESEL

Технические характеристики

СОДЕРЖАНИЕ

Мы хотим, чтобы этот предмет был живым, когда вы его получите! Следовательно, нам необходимо знать, когда вы будете дома, чтобы получить его (минимизируя воздействие стихии).Укажите дату доставки, среда — Пятница, это минимум 7 дней с сегодняшнего дня.

Физика и инженерия / Сила и движение / Оборудование для силы и движения

/ физика-инженерия /, / физика-инженерия / сила-движение /, / физика-инженерия / сила-движение / сила-движение-оборудование /

Мы поняли. Наука может быть беспорядочной. Но продукты и услуги Home Science Tools справятся с этим.

Наша продукция долговечна, надежна и доступна по цене, позволяя вам перемещаться из полевых условий в лабораторию и на кухню. Они не подведут, с чем бы они ни боролись. Будь то (чрезмерно) нетерпеливые молодые ученые из года в год или строгие требования, которые возникают раз в жизни.

И если ваш научный запрос идет не так, как ожидалось, вы можете рассчитывать на помощь нашей службы поддержки клиентов. Рассчитывайте на дружеские голоса на другом конце телефона и советы экспертов в вашем почтовом ящике.Они не будут счастливы, пока не станете счастливыми.

Итог? Мы гарантируем, что наши продукты и услуги не испортят ваше научное исследование, каким бы беспорядочным оно ни было.

Вопросы? Свяжитесь с нашей службой поддержки клиентов.