Введение

Часть двигателя с переменным приводом Круг поршня - это металлический разделительный кольцо, прикрепленный к внешнему диаметру поршня в двигателе внутреннего сгорания или паровом двигателе. Основные функции поршневых колец в двигателях: Запечатывание камеры сгорания таким образом, чтобы была минимальная потеря газов в коробке ручки. Улучшение теплопередачи от поршня к стенке цилиндра. Поддержание правильного количества масла между поршнем и стенкой цилиндра Регулирование потребления масла в двигателе путем очистки масла от стенки цилиндра обратно в отстойник. Большинство поршневых колец изготовлены из чугуна или стали.

Дизайн

Нагнетательные кольца предназначены для запечатывания промежутка между поршнем и стеной цилиндра. Если этот промежуток слишком мал, тепловое расширение поршня может означать, что поршень задерживается в цилиндре, вызывая серьезное повреждение двигателя. С другой стороны, большой зазор вызовет недостаточную герметизацию поршневых колец против стен цилиндров, что приведет к чрезмерному удару (газы сгорания, попадающие в картер) и меньшему давлению на поршень, снижая мощность двигателя. Сдвижение поршневого кольца внутри стенки цилиндра вызывает потери трения для двигателя. Трещины, вызванные кольцами поршня, составляют примерно 24% от общей потерь механического трения для двигателя. Поэтому конструкция поршневых колец является компромиссом между минимизацией трения при достижении хорошей герметичности и приемлемого срока службы. Смазка поршневых колец является сложной и является движущей силой для улучшения качества моторного масла. Масло должно выдерживать высокие температуры и суровые условия с высокоскоростным скользящим контактом. Смазка особенно трудна, так как кольца имеют колебательное движение, а не непрерывное вращение (например, в подшипниковом журнале). На пределе движения поршня кольцо останавливается и меняет направление. Это нарушает нормальный клинный эффект масла гидродинамического подшипника, снижая эффективность смазки. Кольца также используются для увеличения силы соприкосновения и поддержания плотной уплотнительной системы. Сила пружины обеспечивается либо жесткостью самого кольца, либо отдельной пружиной за уплотнительным кольцом. Важно, чтобы кольца свободно плавали в канавках внутри поршня, чтобы они могли оставаться в контакте с цилиндром. Связывание колец в поршне, обычно в результате накопления продуктов сгорания или разрушения смазочного масла, может вызвать отказ двигателя и является распространенной причиной отказа дизельных двигателей.

Количество колец

Запечатка часто достигается с помощью нескольких колец, каждое из которых имеет свою функцию, с использованием металла на металлическом скользящем контакте. Большинство поршней имеют по крайней мере два поршневых кольца на цилиндре. Автомобильные поршневые двигатели обычно имеют три кольца на цилиндр. Верхние два кольца, известные как компрессионные кольца, предназначены в первую очередь для герметизации камеры сгорания. Нижний кольцо, известное как кольцо управления маслом, в основном предназначено для управления подачей масла в стенку цилиндра, для смазки поршневой подошвы и кольцов управления маслом.

Конструкция кольца

Компрессионные кольца в автомобильном двигателе обычно имеют прямоугольное или ключевое сечение. Верхнее кольцо сжатия обычно имеет профиль ствола для периферии, в то время как нижнее кольцо сжатия обычно имеет конический напиер. Некоторые двигатели также используют коническую обшивку для верхнего кольца, а в прошлом использовались простые кольца с плоской обшивкой. Кольца для контроля масла обычно изготавливаются из одного куска чугуна, нескольких кусков стали или стали/железа с спиральной пружиной, чтобы создать напряжение, необходимое для плотной уплотнения. Оливковые кольца и кольца с спиральной пружиной имеют две скребковые земли различной формы. С другой стороны, многодельные стальные кольца управления маслом обычно состоят из двух тонких стальных колец (называемых рельсами) с распределительной пружиной между ними, чтобы держать два рельса в отдельности и обеспечивать радиальное давление. Разрыв в поршневом кольце сжимается до нескольких тысячных дюймов дюйма, когда он находится внутри отверстия цилиндра. Формы кольцевых пробелов включают квадратный разрез, угловой разрез, косое стыковое звено, шаговой разрез, шаговой шаг и шаговой шаг.

История

Ранние паровые двигатели использовали конопляную упаковку для герметизации камеры сгорания, что вызывало высокое сопротивление трению и не обеспечивало очень эффективную герметизацию. Первое использование поршневого кольца в цилиндрах паровой машины появилось в 1825 году Нилом Снодграссом, инженером из Глазго и владельцем мельницы, для использования в его собственных машинах. Для этого использовались пружины, чтобы держать паровые уплотнения плотно. В результате эксперимента на пароходе "Каледония", который проплывал по Гарелоху. Современный дизайн металлического разделительного кольца был изобретен Джоном Рамсботттом в 1850-х годах. Первоначальный дизайн Рамсботтама в 1852 году был круглой формы, однако они носились неравномерно и не были успешными. В 1854 году было заявлено, что пересмотренный дизайн имеет срок службы до 4000 миль (6437 км). Это было основано на открытии, что совершенно круглый (до установки) кольцо с расколом в нем не оказывает равномерного давления на стены цилиндра после установки. Пересмотренное кольцо поршня было изготовлено в некруглой форме, так что оно будет оказывать равномерное давление после установки в цилиндре. Патент 1855 года подтвердил это изменение. Переход на металлические кольца поршня значительно снизил сопротивление трению, утечку пара и массу поршня, что привело к значительному увеличению мощности и эффективности и увеличению интервалов обслуживания.

Износ двигателя

Например, кольца поршней подвержены износу при движении вверх и вниз по отверстию цилиндра из-за их собственной нагрузки и из-за нагрузки газа, действующей на кольцо. Чтобы свести это к минимуму, они изготавливаются из износостойких материалов, таких как чугун и сталь, и покрываются или обрабатываются для повышения износостойкости. Покрытия, используемые в современных мотоциклах, включают хромовое, нитридное или керамическое покрытие, полученное плазменным осаждением или физическим осаждением паров (PVD). Большинство современных дизельных двигателей имеют верхние кольца, покрытые модифицированным хромированным покрытием (известным как CKS или GDC), в котором содержатся оксид алюминия или частицы алмаза, соответственно, включенные в хромированную поверхность. В двухступенчатых двигателях конструкция портов также является важным фактором для срока службы поршневых колец.