Pistoanele motorului: Cum funcționează?
Pistoanele sunt o parte fundamentală a unui motor cu ardere cu piston. Pistoanele motorului mediază transferul de energie între camera de ardere și mecanismul de mișcare conectat la pistoane.
Acest articol va pune în lumină funcția, construcția, materialul pistoanelor și forțele pe care trebuie să le reziste.
Conţinut
Functioneaza pistoanele motorului
Pistoanele motorului cu ardere sunt una dintre cele mai solicitate componente ale unui motor. Ei trebuie să suporte o mulțime de stres cauzate de temperaturi foarte ridicate (aproximativ 2000°C sau 3600°F) și presiunea mare, care este chiar mai mare la motoarele diesel decât motoare pe benzină. Astfel, pistoanele sunt solicitate în principal de presiune și temperatură.
Arborele cotit: pentru ce este și ce forțe trebuie să reziste?
În plus, pistoanele motorului cu ardere internă trebuie să rotească arborele cotit cu ajutorul bielelor și să capteze presiunea de dilatare a gazelor cu suprafața lor. O altă sarcină a pistoanelor este separarea camerei de ardere de camera arborelui cotit.
Pistoanele trebuie să se etanșeze bine, dar nu prea mult pentru a menține un spațiu între mantaua pistonului și peretele cilindrului. Pistoanele trebuie să fie mai mici decât cilindrul (sute de milimetri) - altfel s-ar putea gripa sau crăpa. Acest lucru se datorează expansiunii termice a materialelor.
Priviți cu atenție animația mișcărilor pistonului de mai sus și observați un spațiu mic între manta pistonului și peretele cilindrului. Două rânduri de pe piston reprezintă segmentele de piston care sunt mai aproape de perete decât pistonul în sine.
Construcția pistoanelor motorului
Pistonul unui motor cu ardere internă este format din mai multe părți:
- Coroana/capul pistonului
- Manta pistonului
- Bolt sau bolt piston
- Inele piston
1. Coroana pistonului
Coroana pistonului, cunoscută sub numele de capul pistonului, este suprafața de deasupra pistonului. Trebuie să reziste la temperaturi și presiune foarte ridicate în camera de ardere.
2. Fusta piston
Mantaua pistonului este peretele cilindric al pistonului și trebuie să rămână lubrifiată în timp ce motorul funcționează, adică atunci când pistonul se mișcă în sus și în jos. Pentru a reține lubrifierea, suprafața mantalei pistonului este ușor aspră.
3. Știft de gudgeon
Știftul gudgeon este cunoscut sub numele de știft de piston sau știft de încheietură. Este o tijă scurtă, goală, realizată de obicei dintr-un aliaj de oțel dur și de înaltă rezistență. Acest știft conectează pistonul la biela și oferă, de asemenea, un lagăr pentru biela.
Biela: Care este funcția sa?
Designul știftului este crucial pentru performanța unui motor, în special la motoarele de automobile mici, cu turații mari. La aceste motoare, știftul de gudgeon trebuie să reziste la sarcini și solicitări mari în timp ce funcționează la viteze mari.
4. Inele de piston
Pistonul este echipat cu inele pentru etanșarea cilindrului și pentru a preveni pierderea compresiei și scurgerea uleiului. Segurile de piston sunt plasate în canelurile pistonului cu un anumit joc pentru a asigura o lubrifiere adecvată a mantalei pistonului și a pereților cilindrilor.
Inele de piston: care sunt funcția și tipurile lor?
De obicei, segmentele cu două până la trei pistoane sunt montate pe un piston. Există două tipuri de segmente de piston:
- Inel de compresie - Cele două inele de sus (doar unul în cazul în care pistonul are doar două inele) etanșează camera de ardere apăsând pe peretele cilindrului.
- Inel de control al uleiului - Inelul de jos, cunoscut sub numele de inel de control al uleiului, are trei funcții: controlează alimentarea cu ulei de motor către cilindru, lubrifiază mantaua pistonului și ține excesul de ulei în afara camera de ardere.
Tipuri de pistoane
Există trei tipuri de pistoane, fiecare cu o formă și o funcție diferită: flat-top, dome și platou.
Pistoane cu vârf plat
Pistoanele cu vârf plat au o suprafață superioară plată, ceea ce le permite să creeze cea mai mare forță și să producă o combustie eficientă. Cu toate acestea, pot crea prea multă compresie pentru camerele de ardere mai mici.
Pistoane cu dom
Pe de altă parte, pistoanele cu cupolă fac bule în mijloc ca partea superioară a unui stadion, ceea ce mărește suprafața disponibilă în partea superioară a pistonului. Acest design crește raportul de compresie, deși designul pistonului cu dom poate varia. Unele dintre pistoanele domului suferă de ardere lentă.
Pistoane bol
Pistoanele cu bol sunt opuse pistoanelor cu cupolă și, după cum sugerează și numele, au partea superioară în formă de bol sau vas, cu marginile exterioare ușor ondulate. Acest design ajută la evitarea detonării, deoarece reduce raportul de compresie prin adăugarea de volum suplimentar al bolului în cameră. Aceste pistoane sunt utilizate de obicei la motoarele cu turbo sau supraalimentare.
Diferența de înălțime a pistoanelor
Printre altele, înălțimea pistonului are ca rezultat proprietăți diferite. Un piston înalt este mai greu decât unul scăzut. La motoarele de mare viteză se folosesc pistoane mult mai scurte decât la motoarele convenționale tocmai datorită greutății lor mai mici.
Motoarele pe benzină au în general pistoane cu curse mai scurte decât motoarele diesel. Prin urmare, pistonul unui motor pe benzină își finalizează de obicei cursa într-un timp mai scurt decât pistonul unui motor diesel. Cu toate acestea, motoarele pe benzină au o eficiență mai mică decât motoarele diesel datorită raporturilor lor de compresie mai mici.
Dezavantajul pistoanelor foarte scurte este consumul crescut de ulei de motor deoarece un astfel de piston nu poate etanșa perfect camera de ardere.
Clasificarea uleiului de motor explicată
Material pistoane motor
Pistoanele sunt adesea fabricate din aliaj de aluminiu, siliciu, cupru, nichel și magneziu, dar pot fi utilizate și alte materiale. Pistoanele folosite în curse sunt mult mai solide decât pistoanele pentru motoarele autoturismelor, în timp ce greutatea lor este mult mai mică pentru a atinge turația mare a motorului.