CPG(실린더-피스톤 그룹)에서 엔진이 발생하는 주요 프로세스 중 하나가 발생합니다. 내부 연소기능: 공기-연료 혼합물의 연소로 인한 에너지 방출로, 이후 기계적 작용으로 변환됩니다. 즉, 크랭크축의 회전입니다. CPG의 주요 작동 구성 요소는 피스톤입니다. 덕분에 혼합물의 연소에 필요한 조건이 생성됩니다. 피스톤은 받은 에너지의 변환과 관련된 첫 번째 구성 요소입니다.
원통형 엔진 피스톤. 그것은 엔진의 실린더 라이너에 위치하고 움직일 수있는 요소입니다. 작동 과정에서 피스톤이 두 가지 기능을 수행하는 왕복 운동을 수행합니다.
- 앞으로 이동하면 피스톤이 연소실의 부피를 줄이고 연소 과정에 필요한 연료 혼합물을 압축합니다(디젤 엔진에서는 강한 압축으로 인해 혼합물의 점화가 발생합니다).
- 연소실에서 공기-연료 혼합물의 점화 후 압력이 급격히 상승합니다. 부피를 늘리기 위해 피스톤을 뒤로 밀고 커넥팅로드를 통해 크랭크 샤프트로 전달되는 복귀 운동을합니다.
설계
부품 장치에는 세 가지 구성 요소가 포함됩니다.
- 맨 아래.
- 밀봉 부분.
- 치마.
이러한 구성 요소는 솔리드 피스톤(가장 일반적인 옵션)과 복합 부품 모두에서 사용할 수 있습니다.
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하단 - 메인 작업 표면, 슬리브의 벽과 블록의 헤드가 연소가 일어나는 연소실을 형성하기 때문에 연료 혼합물.
바닥의 주요 매개변수는 내연기관(ICE)의 유형과 설계 특징에 따라 달라지는 모양입니다.
안에 2행정 엔진구형의 바닥이 바닥의 돌출부 인 피스톤을 사용하여 연소실에 혼합물을 채우고 배기 가스를 제거하는 효율을 높입니다.
XNUMX 행정에서 가솔린 엔진바닥은 평평하거나 오목합니다. 또한 표면에 기술적 리세스가 만들어집니다. 밸브 플레이트용 리세스(피스톤과 밸브 사이의 충돌 가능성 제거), 혼합물 형성을 개선하기 위한 리세스입니다.
디젤 엔진에서 바닥의 오목한 부분은 가장 입체적이고 모양이 다릅니다. 이러한 오목한 부분을 피스톤 연소실이라고 하며 더 나은 혼합을 보장하기 위해 공기와 연료가 실린더에 공급될 때 난류를 생성하도록 설계되었습니다.
실링 부분은 특수 링 (압축 및 오일 스크레이퍼)을 설치하도록 설계되었으며, 그 임무는 피스톤과 라이너 벽 사이의 간격을 제거하여 작동 가스가 피스톤 공간으로, 윤활유가 연소실로 침투하는 것을 방지하는 것입니다. 이러한 요소는 모터의 효율을 감소시킵니다). 이렇게 하면 피스톤에서 슬리브로 열이 제거됩니다.
씰링 부품
실링 부분에는 피스톤의 원통형 표면에 있는 홈(바닥 뒤에 있는 홈과 홈 사이의 브리지)이 포함됩니다. 2 행정 엔진에서는 링 잠금 장치가있는 홈에 특수 인서트가 추가로 배치됩니다. 이러한 인서트는 링이 돌아가고 입구 및 출구 창에 잠금이 걸려 파손될 수 있는 가능성을 제거하는 데 필요합니다. 
하단 가장자리에서 첫 번째 링까지의 점퍼를 열 영역이라고 합니다. 이 벨트는 가장 큰 온도 영향을 감지하므로 연소실 및 피스톤 재료 내부에서 생성된 작동 조건에 따라 높이가 선택됩니다.
실링부에 있는 홈의 수는 피스톤 링의 수에 해당합니다(2~6개 사용 가능). 3개의 링이 있는 가장 일반적인 디자인 - 2개의 압축 및 1개의 오일 스크레이퍼.
오일 스크레이퍼 링의 홈에는 슬리브 벽에서 링에 의해 제거되는 오일 스택용 구멍이 있습니다.
바닥과 함께 밀봉 부분은 피스톤 헤드를 형성합니다.
치마
스커트는 피스톤의 가이드 역할을 하여 피스톤이 실린더에 대한 위치를 변경하는 것을 방지하고 부품의 왕복 운동만 제공합니다. 이 구성 요소 덕분에 피스톤과 커넥팅 로드의 이동 가능한 연결이 수행됩니다.
연결을 위해 피스톤 핀을 설치하기 위해 스커트에 구멍이 있습니다. 손가락의 접촉점에서 강도를 높이기 위해 스커트 안쪽에 보스라고하는 특수한 대규모 유입이 이루어집니다.
피스톤에 피스톤 핀을 고정하기 위해 장착 구멍에 고정 링용 홈이 있습니다.
피스톤 유형
내연 기관에 사용되는 피스톤에는 두 가지 유형이 있습니다. 건설적인 장치- 통합 및 복합.
일체형 부품은 주조 후 기계 가공으로 만들어집니다. 금속 주조 과정에서 공작물이 생성되며 일반적인 형태세부. 또한 금속 가공 기계에서 결과 공작물에서 작업 표면이 처리되고 링을 위해 홈이 절단되고 기술 구멍과 홈이 만들어집니다.
안에 구성 요소헤드와 스커트가 분리되어 엔진에 장착시 하나의 구조로 조립됩니다. 또한 피스톤을 커넥팅로드에 연결하여 일체형으로 조립합니다. 이를 위해 스커트의 피스톤 핀 구멍 외에도 헤드에 특수 러그가 있습니다.
복합 피스톤의 장점은 부품의 성능을 향상시키는 제조 재료를 결합할 수 있다는 것입니다.
제조 재료
알루미늄 합금은 솔리드 피스톤의 제조 재료로 사용됩니다. 이러한 합금으로 만들어진 부품은 무게가 가볍고 열전도율이 좋은 것이 특징입니다. 그러나 동시에 알루미늄은 고강도 및 내열성 소재가 아니므로 알루미늄으로 만든 피스톤의 사용이 제한됩니다.
주물 피스톤도 주철로 만들어집니다. 이 소재는 내구성이 강하고 고온에 강합니다. 단점은 질량이 크고 열전도율이 낮아 엔진 작동 중에 피스톤이 강하게 가열된다는 것입니다. 이 때문에 고온으로 인해 글로우 점화가 발생하기 때문에 가솔린 엔진에는 사용되지 않습니다 (공기-연료 혼합물은 점화 플러그 스파크가 아닌 가열 된 표면과의 접촉으로 점화됨).
복합 피스톤의 디자인으로 서로 결합할 수 있습니다. 지정된 재료. 이러한 요소에서 스커트는 우수한 열전도율을 보장하는 알루미늄 합금으로 만들어지고 헤드는 내열강 또는 주철로 만들어집니다.
그러나 복합 유형 요소에는 다음과 같은 단점도 있습니다.
- 디젤 엔진에서만 사용할 수 있습니다.
- 주조 알루미늄에 비해 더 큰 무게;
- 내열성 재료로 만든 피스톤 링을 사용할 필요성;
- 더 높은 가격;
이러한 기능으로 인해 복합 피스톤의 사용 범위가 제한되어 있으며 대형 디젤 엔진에만 사용됩니다.
비디오: 피스톤. 엔진 피스톤 작동 원리. 장치
피스톤은 연료의 화학 에너지를 열 및 기계 에너지로 변환하는 과정에서 중심 위치를 차지합니다. 이야기하자 내연 기관의 피스톤, 그것이 무엇이며 작업의 주요 목적.
엔진 피스톤이란 무엇입니까?
엔진 피스톤- 실린더 내부에서 왕복 운동하는 원통형 부분으로 기체, 증기 또는 액체의 압력 변화를 기계 작업, 또는 그 반대 - 압력 변화에서 왕복 운동. 처음에 피스톤 자동차 엔진내부 연소는 주철에서 주조되었습니다. 기술의 발달로 알루미늄이 사용되기 시작했습니다. 그것은 다음과 같은 이점을 제공했습니다: 속도와 힘의 증가, 부품에 대한 스트레스 감소, 더 나은 열 전달.
그 이후로 엔진의 출력은 여러 번 증가했으며 실린더의 온도와 압력은 현대 자동차모바일 엔진(특히 디젤 엔진) 이렇게 되었다 알루미늄은 강도의 한계에 도달했습니다.. 따라서 최근 몇 년 동안 이러한 모터에는 증가된 하중을 견딜 수 있는 강철 피스톤이 장착되어 있습니다. 더 얇은 벽과 낮은 압축 높이로 인해 알루미늄보다 가볍습니다. 바닥에서 알루미늄 핀 축까지의 거리. 그리고 강철 피스톤은 주조가 아니라 조립식입니다.
무엇보다도 동일한 실린더 블록으로 피스톤의 수직 치수를 줄이면 커넥팅 로드를 늘릴 수 있습니다. 이렇게 하면 피스톤-실린더 쌍의 횡방향 하중이 감소하여 연료 소비와 엔진 수명에 긍정적인 영향을 미칩니다. 또는 커넥팅 로드와 크랭크샤프트를 변경하지 않고도 실린더 블록을 줄여 엔진을 가볍게 할 수 있습니다.
피스톤은 여러 가지 중요한 기능을 수행합니다.
- 커넥팅로드에 기계적 힘을 전달합니다.
- 연료 연소실 밀봉을 담당합니다.
- 연소실에서 과도한 열을 적시에 제거합니다.
피스톤의 작업은 어렵고 여러면에서 위험한 조건에서 발생합니다. 온도 조건부하가 증가하므로 엔진용 피스톤이 효율적이고 안정적이며 내마모성이 있는 것이 특히 중요합니다. 그렇기 때문에 내열성 알루미늄 또는 강철 합금과 같은 가볍지 만 견고한 재료가 생산에 사용됩니다. 피스톤은 주조 또는 스탬핑의 두 가지 방법으로 만들어집니다.
극한 조건은 피스톤 재질을 결정합니다.
피스톤이 작동 극한 상황, 특징높은 것: 압력, 관성 부하 및 온도. 그렇기 때문에 제조 재료의 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.
- 높은 기계적 강도;
- 좋은 열전도율;
- 낮은 밀도;
- 중요하지 않은 선팽창 계수, 마찰 방지 특성;
- 좋은 내식성.
필요한 매개변수는 강도, 내열성 및 가벼움으로 구별되는 특수 알루미늄 합금에 해당합니다. 덜 일반적으로 회주철과 강철 합금이 피스톤 제조에 사용됩니다.
피스톤은 다음과 같을 수 있습니다.
- 깁스;
- 서서히 나아가는.
첫 번째 버전에서는 사출 성형으로 제작되었습니다. 단조품은 약간의 실리콘 (평균 약 15 %)을 첨가 한 알루미늄 합금으로 스탬핑하여 만들어지며 작동 온도 범위에서 강도를 크게 높이고 피스톤의 팽창 정도를 줄입니다.
피스톤 디자인
엔진 피스톤이 충분합니다. 심플한 디자인, 다음 부분으로 구성됩니다.
- ICE 피스톤 헤드
- 피스톤 핀
- 고정 링
- 사장
- 연접봉
- 스틸 인서트
- 압축 링 1
- 두 번째 압축 링
- 오일 스크레이퍼 링
대부분의 경우 피스톤의 설계 특징은 엔진 유형, 연소실 모양 및 사용되는 연료 유형에 따라 다릅니다.
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바닥이 있을 수 있습니다. 다른 모양수행하는 기능에 따라 - 평면, 오목 및 볼록. 바닥의 오목한 모양은 더 많은 것을 제공합니다. 효율적인 작업그러나 연소실은 연료 연소 중에 더 많은 침전물에 기여합니다. 바닥의 볼록한 모양은 피스톤의 성능을 향상시키지만 동시에 챔버에서 연료 혼합물의 연소 과정의 효율성을 감소시킵니다.
피스톤 링
바닥 아래에는 피스톤 링을 설치하기 위한 특수 홈(홈)이 있습니다. 바닥에서 첫 번째 압축 링까지의 거리를 발사 영역이라고 합니다.
피스톤 링은 실린더와 피스톤 사이의 안정적인 연결을 담당합니다. 강렬한 마찰 과정을 수반하는 실린더 벽에 딱 맞게 밀착되어 안정적인 견고성을 제공합니다. 마찰을 줄이기 위해 사용 엔진 오일. 피스톤 링은 주철로 만들어집니다.
피스톤에 장착할 수 있는 피스톤 링의 수는 사용되는 엔진 유형과 목적에 따라 다릅니다. 종종 하나의 오일 스크레이퍼 링과 두 개의 압축 링(첫 번째 및 두 번째)이 있는 시스템이 설치됩니다.
피스톤 유형
내연 기관에는 디자인이 다른 두 가지 유형의 피스톤이 사용됩니다. 일체형과 복합형입니다.
일체형 부품은 주조 후 기계 가공으로 만들어집니다. 주조 과정에서 금속으로 블랭크가 생성되어 부품의 일반적인 모양이 지정됩니다. 또한 금속 가공 기계에서 결과 공작물에서 작업 표면이 처리되고 링을 위해 홈이 절단되고 기술 구멍과 홈이 만들어집니다.
복합요소는 헤드와 스커트가 분리되어 엔진에 장착시 하나의 구조로 조립됩니다. 또한 피스톤을 커넥팅로드에 연결하여 일체형으로 조립합니다. 이를 위해 스커트의 피스톤 핀 구멍 외에도 헤드에 특수 러그가 있습니다.
복합 피스톤의 장점은 부품의 성능을 향상시키는 제조 재료를 결합할 수 있다는 것입니다.
피스톤에서 과도한 열 제거
상당한 기계적 응력 외에도 피스톤은 극도로 높은 온도의 부정적인 영향을 받습니다. 피스톤 그룹에서 열이 제거됩니다.
- 실린더 벽의 냉각 시스템;
- 피스톤의 내부 구멍, 피스톤 핀과 커넥팅로드, 윤활 시스템에서 순환하는 오일;
- 부분적으로 차가운 공기-연료 혼합물이 실린더에 공급됩니다.
피스톤의 내부 표면에서 냉각은 다음을 사용하여 수행됩니다.
오일 스크레이퍼 링 및 압축 링
오일 스크레이퍼 링은 실린더 내벽에서 과도한 오일을 적시에 제거하고 압축 링은 가스가 크랭크 케이스로 들어가는 것을 방지합니다.
첫 번째에 위치한 압축 링은 피스톤 작동 중 대부분의 관성 하중을 받습니다.
많은 엔진에서 부하를 줄이기 위해 환형 홈에 강철 인서트가 설치되어 링의 강도와 압축 정도가 증가합니다. 압축형 링은 컷아웃이 있는 사다리꼴, 배럴, 원뿔 형태로 만들 수 있습니다.
대부분의 경우 오일 스크레이퍼 링에는 오일 배출을 위한 많은 구멍이 있으며 때로는 스프링 확장기가 장착되어 있습니다.
피스톤 핀
피스톤과 커넥팅 로드의 안정적인 연결을 담당하는 관형 부품입니다. 강철 합금으로 제작되었습니다. 보스에 피스톤 핀을 설치할 때 특수 고정 링으로 단단히 고정됩니다.
피스톤, 피스톤 핀 및 링은 함께 소위 엔진 피스톤 그룹을 형성합니다.
치마
가이드 부분 피스톤 장치, 콘 또는 배럴 형태로 만들 수 있습니다. 피스톤 스커트에는 피스톤 핀에 연결하기 위한 두 개의 보스가 장착되어 있습니다.
마찰 손실을 줄이기 위해 얇은 층의 마찰 방지제가 스커트 표면에 적용됩니다(종종 흑연 또는 이황화 몰리브덴이 사용됨). 스커트 하부에는 오일 스크레이퍼 링이 장착되어 있습니다.
피스톤 장치 작동을 위한 필수 프로세스는 냉각이며 다음 방법으로 수행할 수 있습니다.
- 커넥팅로드 또는 노즐의 구멍을 통해 오일을 분사합니다.
- 피스톤 헤드의 코일을 따라 오일이 이동합니다.
- 환형 채널을 통해 링 영역에 오일을 공급하는 단계;
- 유증기
실링부
실링부와 바닥은 피스톤 헤드 형태로 연결된다. 장치의 이 부분에는 피스톤 링(오일 스크레이퍼 및 압축)이 있습니다. 링용 채널에는 사용된 오일이 피스톤으로 들어간 다음 크랭크케이스로 흐르는 작은 구멍이 있습니다.
일반적으로 내연기관의 피스톤은 가장 무거운 하중을 받는 부품 중 하나이며, 강한 역동성과 동시에 열적 영향을 받습니다. 이로 인해 피스톤 생산에 사용되는 재료와 제조 품질에 대한 요구 사항이 높아집니다.
엔진의 피스톤은 연료의 화학 반응을 기계적 작업으로 변환하는 데 사용됩니다. 크랭크 샤프트. 고온 및 고압 조건에서 작동하므로 특성을 변경하지 않고 오랜 시간 동안 이러한 공격적인 충격을 견딜 수 있는 특히 내구성이 뛰어난 재료로 만들어집니다.
피스톤은 어때?
외부적으로 피스톤은 다음과 같은 요소로 구성된 실린더입니다.
밀봉 벨트;
상사;
강철 온도 조절 인서트.
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피스톤의 이 부분은 주요 열 부하를 받기 때문에 충분히 큰 두께를 가집니다. 바닥이 두꺼울수록 온도 가열은 적지 만 피스톤 자체의 질량은 커집니다. 일반적으로 바닥의 두께는 약 7-9mm, 과급 엔진의 경우 11mm, 디젤의 경우 10-16mm입니다. 예를 들어, 혼다 모델피스톤 바닥의 두께는 5.5-6mm입니다.
일부 유형의 피스톤에서는 내마모성을 위해 압축 링의 바닥과 첫 번째 홈이 주철 층으로 덮여 있으며 경질 아노다이징도 사용됩니다. 얇은 알루미늄 층을 세라믹으로 변환합니다 (0.008- 0.012mm). 코팅은 피스톤 크라운을 단단하게 하여 과열 및 연소의 위험을 줄입니다.
밀봉 벨트
홈이 아래에 만들어지는 피스톤의 부분 피스톤 링.
보스
피스톤에 피스톤 핀을 설치합니다. 많은 피스톤에서 보스는 열 흐름의 균일한 분포를 위해 소위 "냉장고"라고 하는 피스톤의 중간 부분을 절단하여 생긴 리브를 가질 수 있습니다. "냉장고"가 장착된 피스톤은 강도와 강성이 증가하여 고회전 엔진, 특히 과급 엔진에 중요합니다.
치마
상사점과 하사점에서 피스톤을 이동할 때 횡력을 균등화하는 역할을 하는 피스톤의 안내부. 현대 피스톤에서 스커트는 밀봉 벨트와 같이 바닥쪽으로 약간 좁아지며 이러한 피스톤은 배럴 모양입니다.
온도 조절 인서트
스커트 내부에 위치하며 가열되면 강철과 알루미늄의 팽창 계수 차이에 대해 바이메탈처럼 작용하여 피스톤 스커트의 큰 팽창을 방지합니다.
피스톤 재질
모든 최신 직렬 자동차 엔진의 피스톤은 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 이전에는 주철 피스톤(회색 및 가단 주철)이 모터에 설치되었으며 이후에 실리콘과 알루미늄 합금으로 만든 피스톤으로 교체되었으며 그 비율은 약 12% -13%였습니다. 피스톤은 냉각 금형이라는 특별한 형태로 주조되었습니다.
합금에 실리콘이 존재하여 피스톤 마모를 줄이고 선형 팽창을 줄여 실린더 내 피스톤의 열 간극을 줄일 수 있습니다.
강제 엔진의 성장과 함께 피스톤의 신뢰성에 대한 요구 사항이 현저하게 증가했으며 알루미늄 합금의 실리콘 비율이 증가하여 18% 이상으로 증가했으며 이는 디젤 엔진 및 과급 엔진에 특히 중요해졌습니다. 이러한 피스톤은 스탬핑으로 만들어집니다.
실린더에 대한 연삭 시간을 줄이기 위해 주석, 납 또는 주석-납 합금(두께 0.005-0.002mm)과 같은 저융점 금속에서 피스톤 본체에 주석 도금이 적용됩니다.
최근에는 개발 및 부분 적용 수준에서 내열강으로 만든 피스톤도 등장했습니다. 강철 피스톤은 구조 자체의 강도와 함께 질량이 더 작습니다. 스커트 두께가 얇아지고 바닥에서 손가락 축까지의 높이가 낮아져 무게가 줄었습니다.
블록의 일반적인 높이에서 더 낮은 피스톤 높이로 인해 피스톤-로드 마찰 쌍의 측면 하중을 줄이는 길쭉한 연결 로드를 설치할 수 있습니다.
그러나 이러한 피스톤에는 여러 가지 단점이 있습니다. 이것은 더 비싼 처리 비용과 실린더 미러의 마모 증가입니다.
작동 원리
혼합물이 연소실에서 깜박이면 1800-2000도 정도의 고온이 발생하고 이때 방출되는 에너지는 피스톤 헤드에 많은 압력을 가하여 실린더 본체 아래로 이동합니다.
커넥팅 로드를 통한 피스톤은 왕복 운동으로 힘을 크랭크샤프트 저널에 전달하여 크랭크샤프트 저널을 회전시킵니다.
피스톤 오작동
바닥이 녹거나 소손됨;
홈 사이의 칸막이 균열;
그루브 마모(그루브와 링 사이의 큰 간격);
피스톤 본체의 균열 또는 변형;
자원
이 지표는 다음에 따라 다릅니다. 다양한 요인국내 엔진의 경우 200-250-300,000km, 외국 자동차의 경우 500-600,000km 이상이 될 수 있습니다.
따라서시기 적절하지 않은 오일 및 필터 교체로 인해 링이 피스톤 홈에 놓이게되어 피스톤이 과열되고 본체에 흠집이 생겨 냉각이 크게 손상됩니다.
높이가 감소하고 피스톤 홈이 부러지기 시작할 때 커넥팅로드 핀의 보스에 구멍이 생기고 마모 된 것과 같은 오작동으로 인해 피스톤 리소스가 감소합니다.
대부분의 경우 피스톤 문제는 서모 스탯 고장, 펌프 또는 냉각 시스템 감압, 라디에이터 냉각 팬, 라디에이터 자체 또는 센서의 오작동으로 인해 엔진으로 인해 발생합니다.
피스톤의 수명을 연장하는 방법
피스톤이 자원에 도달하려면 제조업체에서 규정한 오일만 사용하고 규정에 따라 엄격하게 교체하는 것이 좋습니다. 가능하면 규정된 주행거리인 12000에 도달하지 말고 오일을 교환하십시오. 제조업체 권장 연료를 사용하십시오. 특히 여행 전 엔진 겨울 시간. 과열을 피하면서 엔진 모드를 모니터링하십시오.
우리가 자동차 운전대 뒤에 앉아 점화 키를 돌리고 가속 페달을 밟으면 후드 아래에서 움직임을 일으키는 매우 복잡한 메커니즘이 많이 발생하기 시작합니다. 이 모든 메커니즘은 우리에게 전혀 관심이 없으며 가장 중요한 것은 차가 움직이고 있다는 것입니다. 그러나 고장이 발생하면 그 이유가 무엇인지 의아해하기 시작하고 장치에 대한 모든 필요한 정보와 각 개별 부품의 기능을 숙달해야 합니다. 하지만 이것에 시간을 낭비하지 않으려면 이 시간이 없을 때 운전대를 잡기 전에 자동차 부품의 특성을 잘 이해하고 있어야 합니다.
특히 오늘은 피스톤에 대해 이야기하겠습니다. 결국, 이 세부 사항은 연료 에너지를 열 및 기계 에너지로 처리하는 과정에서 핵심입니다. 우리는 피스톤이 무엇인지, 그 목적, 피스톤의 기본 요구 사항 및 설계 기능을 다룰 것입니다.
1. 엔진 피스톤 및 주요 특징
숙련 된 운전자가 엔진 피스톤이 무엇인지 오랫동안 설명 할 필요가 없기를 바랍니다. 그러나 독자들 사이에 "초보자"가 있다면 특히 그들에게 피스톤은 엔진 내부의 가스, 증기 및 액체 압력의 변화를 기계적 힘으로 변환하는 자동차 부품이라고 설명합니다. 피스톤은 기계적인 힘이 형성되어 왕복 운동이 지속적으로 이루어지는 실린더 모양입니다.
이 부분의 임무는 매우 책임이 있으며 그 효과는 그가 얼마나 잘 대처하는지에 달려 있습니다. 사실 그것은 자동차에서 가장 복잡한 부분이며, 준비되지 않은 마음으로는 그 특징과 모순되는 속성을 이해하기가 다소 어렵습니다. 아는 사람은 거의 없지만 거의 없다. 자동차 문제약혼하지 않은 자가 제조자동차용 피스톤, 특히 엔진용으로 주문합니다. 일반 운전자의 상황을 복잡하게 만드는 것은 오늘날 다양한 모양과 크기의 피스톤이 있다는 사실입니다. 따라서 이 부품의 유지 보수는 항상 다른 방식으로 수행할 수 있습니다.
신뢰할 수 있는 피스톤은 어떤 요구 사항을 충족해야 합니까?
피스톤은 다소 복잡한 부품이기 때문에 많은 요구 사항이 설정되어 있습니다. 생산의 복잡성으로 인해 엔진 피스톤 제조업체가 그리 많지 않으며이 부품은 자동차 시장에서 상당히 비쌉니다. 따라서 좋은 피스톤이 충족해야 하는 요구 사항을 살펴보겠습니다.
1. 실린더 내부로 이동하면서 연료 연소의 산물인 압축 가스의 팽창을 제공하는 것은 엔진 피스톤입니다. 덕분에 가스는 기계적 작업을 수행하여 자동차의 다른 모든 메커니즘을 구동할 수 있습니다. 결과적으로 피스톤의 주요 요구 사항은 저항하는 능력입니다. 높은 온도이 모든 과정이 일어나는 곳에서 고압가스를 차단하고 실린더 채널을 잘 밀봉하십시오(그렇지 않으면 가스 압력에 영향을 미칠 수 없습니다).
2. 피스톤은 단일 장치가 아니며 실린더 및 피스톤 링과 함께 작동합니다. 이 부품들은 함께 선형 플레인 베어링을 형성합니다. 이와 관련하여 베어링은 마찰 쌍의 모든 요구 사항과 기능을 반드시 충족해야 합니다.모든 요구 사항이 가장 높은 정확도로 고려되면 연료 연소 중 기계적 손실을 최소화하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 모든 부품의 마모에도 도움이 됩니다.
3.
피스톤은 지속적으로 무거운 하중을 받고 있으며, 그 중 가장 강한 하중은 연료 연소실의 하중과 반응입니다.그 설계는 반드시 이러한 모든 요소를 고려하고 이러한 강한 기계적 충격을 견뎌야 합니다.
4. 작동 중에 피스톤이 상당히 움직인다는 사실에도 불구하고 고속, 관성력을 많이 가하지 않아야 합니다. 크랭크 메커니즘그렇지 않으면 차량이 손상될 수 있습니다.
2. 피스톤의 임명 또는 그 기능적 의무
우리는 피스톤이 자동차 엔진의 전체 작동에서 매우 중요한 역할을 한다는 것을 반복해서 언급했습니다. 따라서 피스톤의 주요 목적은 다음과 같습니다.
- 연소실로부터 가스 압력을 받고 이 압력을 기계적 힘의 형태로 엔진에 전달합니다.
피스톤 위의 엔진 실린더 캐비티를 밀봉합니다. 따라서 가스가 분화구로 유입되고 윤활유가 침투하는 것으로부터 전체 자동차 메커니즘을 보호합니다.
또한 피스톤 자체가 정상적인 작동 조건을 제공하기 때문에 두 번째 기능이 더 중요합니다. 무엇에 대해서도 기술적 조건엔진이 위치하고 전문가는 피스톤 그룹을 검사하고 밀봉 능력을 확인한 후에야 결론을 내립니다. 결국 오일 소비가 연료 소비의 3 %를 초과하면 (연소실에 들어갈 때 연소로 인해 발생) 전체 자동차 엔진을 수리를 위해 긴급하게 보내거나 폐기 할 수도 있습니다.배기 가스의 연기를 보면 엔진에 문제가 있음을 알 수 있습니다. 하지만 그런 일이 일어나지 않도록 하는 것이 좋습니다.
아마도 피스톤과 그 요소가 매우 높은 온도에서 작동한다는 것을 읽으면이 장치 자체가 어떻게 실패하지 않는지 놀랐습니까? 여기에 어려운 온도 조건 외에도 피스톤 작동에는 주기적으로 급격하게 변화하는 부하가 지속적으로 수반됩니다. 이 모든 것에서 설명된 부품의 요소는 항상 윤활이 충분하지 않습니다. 그러나 물론 피스톤의 모든 설계자와 개발자는 이에 대해 생각했습니다.
먼저, 그들은 설치 될 엔진의 목적과 유형 (고정식, 디젤, 2 행정, 강제 또는 운송)을 고려하여 설계되었으므로 가장 안정적인 재료 만 사용됩니다.
둘째, 이 부분의 냉각이 수행되는 몇 가지 방법이 있습니다. 그러나 먼저 연소실에서 열(또는 열)이 흐르는 방법과 위치에 대해 조금 알아보십시오. 환경으로 나갑니다 냉기, 라디에이터와 엔진, 실린더 블록을 세척합니다. 그러나 피스톤은 어떤 방식으로 블록과 부동액에 열을 가합니까?
1. 피스톤 링을 통해. 이들 중 가장 중요한 것은 피스톤 바닥에 가장 가깝기 때문에 첫 번째입니다. 링은 피스톤 홈과 실린더 벽 모두에 대해 동시에 가압되기 때문에 피스톤에서 전체 열 흐름의 약 50%가 이들로 인해 방출됩니다.
2. 두 번째 "냉각수"덕분에 엔진 오일이 그 역할을 수행합니다. 오일은 엔진의 가장 뜨거운 부분에 접근하기 때문에 가장 가열된 지점에서 크랭크 케이스로 매우 많은 양의 열을 전달하는 사람은 바로 그 사람입니다. 그러나 오일이 피스톤을 식힐 수 있으려면 오일도 식혀야 합니다. 그렇지 않으면 곧 교체해야 합니다.
3. 열은 러그를 통해 핀, 커넥팅 로드 및 오일로 이동합니다. 그러나 덜 효율적인 방법이며 중요한 역할을 합니다.
4.
이상하게도 연료는 피스톤과 엔진 전체를 냉각시키는 데에도 도움이 됩니다. 따라서 연료와 공기의 신선한 혼합물이 연소실에 들어가면 상당한 양의 열을 자체적으로 흡수하지만 훨씬 더 많은 양으로 되돌려줍니다.그러나 혼합물의 양과 흡수할 수 있는 열은 자동차가 어떻게 달리고 스로틀이 얼마나 열려 있는지와 직접적인 관련이 있습니다. 이 경로의 장점은 혼합물이 피스톤이 가장 많이 가열되는 쪽에서 정확히 열을 흡수한다는 것입니다.
그러나 우리는 완전히 이해하지 못한 채 피스톤의 기능에 대해 이야기하기 시작했기 때문에 조금 앞서가고 있습니다. 디자인 특징이 세부 사항. 이것이 우리가 다음 섹션을 바칠 것입니다.
3. 피스톤 디자인: 일반 자동차 애호가가 부품에 대해 알아야 할 모든 것
일반적으로 피스톤에 대해서만 이야기하는 것은 빵에 대해 이야기하고 밀가루의 특성만을 논의하는 것과 같습니다. 다음과 같은 세부 사항으로 표시되는 엔진의 전체 피스톤 그룹에 익숙해지는 것이 더 논리적입니다.
- 피스톤 자체;
피스톤 링;
피스톤 핀.
피스톤 그룹의 이러한 설계는 최초의 내연 기관이 등장한 이후로 변경되지 않았습니다. 그래서, 주어진 설명거의 모든 엔진에 공통적입니다.
당연히 피스톤은 150년 동안 설계가 변경되지 않은 가장 중요한 기능을 수행합니다. 되고 싶지 않다면 전문 기계공, 피스톤의 중요한 영역과 기능적 목적에 대해서만 알면 됩니다.
1. 피스톤 헤드.엔진의 연소실과 직접 마주하는 부분의 표면. 프로파일을 통해 바닥은 바로 이 챔버의 하부 표면을 결정합니다. 이 형태는 다음에 따라 달라질 수 있습니다. 연소실의 모양, 부피, 연료-공기 질량 공급 기능, 밸브 위치. 연소실의 부피가 증가하여 바닥에 오목한 부분이 있는 경우가 있습니다. 그러나 이것이 바람직하지 않기 때문에 챔버의 부피를 줄이려면 바닥면 위에 위치한 일정량의 금속 인 특수 변위 장치를 사용해야합니다.
2. "열(불) 벨트."이 용어는 피스톤 바닥에서 첫 번째 링까지의 거리를 나타냅니다. 바닥에서 링까지의 거리가 작을수록 동일한 요소에 더 높은 열 부하가 떨어지고 더 많이 마모된다는 것을 아는 것이 중요합니다.
3. 실링 영역.실린더 모양의 피스톤 측면에 위치한 홈에 대해 이야기하고 있습니다. 이 홈은 링을 설치하는 직접적인 방법이며, 이를 통해 씰이 움직일 수 있습니다. 또한 홈에 오일 스크레이퍼 링여분의 오일이 피스톤의 내부 공동으로 배출될 수 있는 구멍이 있어야 합니다.
실링 섹션의 또 다른 기능은 이미 언급한 바와 같이 피스톤 링을 사용하여 엔진 피스톤에서 열의 일부를 제거하는 것입니다. 그러나 효과적인 방열을 위해서는 피스톤 링이 홈과 실린더 표면 모두에 꼭 맞게 끼워지는 것이 매우 중요합니다. 따라서 첫 번째 압축 링의 끝 간격은 약 0.045 ~ 0.070mm, 두 번째는 0.035 ~ 0.06mm, 오일 스크레이퍼는 0.025 ~ 0.005mm 여야합니다.그러나 링과 그루브 사이의 방사형 클리어런스 표시기는 1.2 ~ 0.3mm가 될 수 있습니다. 그러나 이러한 지표는 인간의 눈에는 중요하지 않으며 특수 장비를 통해서만 결정할 수 있습니다.
4. 피스톤 헤드.이것은 이미 위에서 설명한 바닥과 밀봉 부분을 포함하는 일반화된 섹션입니다.
5. 피스톤의 압축 높이.피스톤 핀의 축에서 피스톤 크라운까지 계산된 거리입니다.
6. "스커트".피스톤의 바닥. 피스톤 핀이 들어갈 수 있는 구멍이 있는 러그가 포함되어 있습니다. 이 섹션의 외부 표면은 피스톤의 지지 및 안내 표면입니다. 덕분에 피스톤 축과 엔진 실린더 축의 정확한 비율이 보장됩니다.똑같이 중요한 역할은 엔진의 피스톤 그룹에서 주기적으로 발생하는 횡력이 실린더로 전달되는 "스커트"의 측면에서 수행됩니다. 그리고 특히 스커트 표면의 작업성을 개선하고 마찰을 줄이기 위해 특수 주석 보호 코팅(흑연 및 이황화 몰리브덴도 코팅의 기초로 사용할 수 있음)으로 코팅됩니다. 또는 코팅 대신, 오일을 유지하고 실린더 벽과의 접촉을 방지하는 유체 역학적 힘을 생성하는 특수 프로파일의 홈을 스커트에 적용할 수 있습니다.
어떻게 그리고 무엇에서 : 자동차 피스톤 제조의 특징
피스톤이 수행하는 기능을 수행하려면 충분히 "강한" 금속이 필요합니다. 그러나 강철과는 거리가 멀다. 피스톤은 실리콘이 항상 첨가되는 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 이는 고온의 영향으로 팽창 계수를 줄이고 부품의 내마모성을 높이기 위해 수행됩니다.
그러나 피스톤 제조에는 실리콘 함량이 다른 합금을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 13% 실리콘 합금이 이러한 목적으로 가장 자주 사용되며, 공정.실리콘 함량이 더 높은 합금이 있습니다. 과공정그리고 이 비율이 높을수록 합금의 열전도 특성이 높아집니다. 그러나 이것은 그러한 재료를 피스톤 제조에 이상적으로 만들지는 않습니다.
사실 냉각되면 이러한 재료는 0.5에서 1mm 크기의 실리콘 입자를 방출하기 시작합니다. 분명히, 그러한 공정은 재료와 그 재료로 만들어진 부품의 주조 및 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 실리콘 외에도 다음과 같은 규제 첨가제 목록이 이러한 합금에 도입됩니다.
- 망간;
자동차 피스톤의 주요 부분은 어떻게 만들어지나요? 이 부품의 공작물을 얻을 수 있는 두 가지 방법도 있습니다. 이들 중 첫 번째는 냉각 금형이라는 특수 금형에 뜨거운 합금을 붓는 것입니다. 이 방법가장 일반적입니다. 공작물 제조를 위한 두 번째 옵션은 핫 스탬핑입니다. 그러나 금형 가공 후 미래 피스톤도 다양한 열처리를 거쳐 금속의 경도, 강도 및 내마모성을 높일 수 있습니다. 또한 이러한 절차를 통해 금속의 잔류 응력을 제거할 수 있습니다.
단조 금속을 사용하면 부품의 강도가 증가하지만 단점도 있습니다. 이러한 제품은 일반적으로 "스커트"가 높은 클래식 버전으로 제작되어 너무 무겁습니다. 또한 이러한 제품에는 열 보상 링이나 플레이트를 사용할 수 없습니다. 이러한 피스톤의 무게 증가로 인해 열 변형도 증가하므로 결과적으로 피스톤과 실린더 사이의 간격 크기를 늘릴 필요가 있습니다.
이것의 결과는 운전자를 전혀 기쁘게 하지 않을 것입니다. 소음 증가엔진 작업, 빠른 마모실린더 및 고유량유화. 단조 피스톤의 사용은 자동차가 가장 극한 조건에서 정기적으로 작동되는 경우에만 정당화됩니다.
지금까지 설계자와 물리학자들은 피스톤 설계를 가능한 한 이상적이고 정확하게 만들기 위해 모든 노력을 기울이고 있습니다. 특히 가장 중요한 추세는 다음 목록으로 이동합니다.
- 부품의 무게 감소;
피스톤에 "얇은" 링만 사용;
피스톤의 압축 높이 감소;
피스톤 핀을 줄이고 피스톤 설계에서 가장 짧은 피스톤만 사용합니다.
개선 보호 코팅부품의 모든 표면에 적용합니다.
오늘날 유사한 성과를 피스톤의 T자형 디자인에서 볼 수 있습니다. 최신 세대. 이 디자인은 문자 "T"가 있는 부품의 외부 유사성으로 인해 정확하게 T자형이라고 합니다. 이러한 피스톤의 주요 차이점은 스커트 높이와 가이드 부분의 면적 감소입니다. 이러한 피스톤은 상당히 많은 양의 실리콘을 포함하는 과공정 합금으로 만들어집니다. 그리고 그들은 주로 핫 스탬핑으로 만들어집니다.
그러나 어떤 종류의 엔진 피스톤 설계가 자동차에 적용되기를 원할지는 개발자가 여러 요인에 따라 달라집니다. 이러한 결정은 영향을 받는 커넥팅 로드 및 피스톤 그룹의 모든 노드 동작에 대한 오랜 기간의 계산 및 분석이 항상 선행됩니다. 새 부품. 모든 부품의 계산은 설계의 가장 제한적인 기능과 부품을 만드는 재료에 대해 수행됩니다.그러나 슬프게도 이 경우 제조업체는 초과 지불하지 않습니다. 그는 "적시에" 필요한 자원을 제공하는 옵션을 선택하고 그것을 늘리는 데 돈을 쓰지 않을 것입니다.
그럴 수 있지만 일반 운전자는 자신의 차에 이미 설치된 것을 이해하고 작동해야 합니다. 우리 기사가 피스톤의 기능과 그 목적을 더 잘 이해하는 데 도움이 되었기를 바랍니다. 제공해야 하는 이 부분에 문제가 발생하지 않기를 바랍니다. 올바른 조건작동 - 너무 많이 "운전"하지 말고 정시에 엔진 오일을 교체하십시오.
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피스톤은 연료 에너지를 열 및 기계 에너지로 변환하는 과정에서 중심 위치를 차지합니다. 엔진 피스톤, 그것이 무엇이며 어떻게 작동하는지에 대해 이야기합시다.
이게 뭐야?
피스톤은 엔진 실린더 내부에서 왕복 운동하는 원통형 부품입니다. 가스 압력을 기계 작업으로 변경하거나 그 반대로 왕복 운동을 압력 변경으로 변경하는 데 필요합니다. 저것들. 그것은 가스 압력에서 발생하는 힘을 커넥팅로드에 전달하고 작업 사이클의 모든 사이클의 흐름을 보장합니다. 거꾸로 된 유리처럼 보이며 바닥, 머리, 가이드 부분 (스커트)으로 구성됩니다.가솔린 엔진은 제조가 쉽고 작동 중 열이 적기 때문에 바닥이 평평한 피스톤을 사용합니다. 일부 현대 자동차는 밸브에 특별한 홈을 만듭니다. 이것은 타이밍 벨트가 파손될 때 피스톤과 밸브가 만나지 않고 심각한 수리를 수반하지 않도록 하기 위해 필요합니다. 디젤 피스톤의 바닥에는 혼합물 형성 정도와 밸브 및 인젝터의 위치에 따라 오목한 부분이 있습니다. 이 바닥 모양으로 실린더에 들어가는 연료와 공기가 더 잘 혼합됩니다.
피스톤은 고온 및 고압에 노출됩니다. 그는 함께 움직인다 고속실린더 내부. 따라서 처음에는 자동차 엔진의 경우 주철로 주조되었습니다. 기술의 발달로 알루미늄이 사용되기 시작했습니다. 그것은 다음과 같은 이점을 제공했습니다: 속도와 힘의 증가, 부품에 대한 스트레스 감소, 더 나은 열 전달.
그 이후로 모터의 힘은 여러 번 증가했습니다. 현대 자동차 엔진(특히 디젤 엔진)의 실린더 내 온도와 압력은 알루미늄은 강도의 한계에 도달했습니다.. 따라서 최근 몇 년 동안 이러한 모터에는 증가된 하중을 견딜 수 있는 강철 피스톤이 장착되어 있습니다. 더 얇은 벽과 낮은 압축 높이로 인해 알루미늄보다 가볍습니다. 바닥에서 알루미늄 핀 축까지의 거리. 그리고 강철 피스톤은 주조가 아니라 조립식입니다.
무엇보다도 동일한 실린더 블록으로 피스톤의 수직 치수를 줄이면 커넥팅 로드를 늘릴 수 있습니다. 이렇게 하면 피스톤-실린더 쌍의 횡방향 하중이 감소하여 연료 소비와 엔진 수명에 긍정적인 영향을 미치거나 커넥팅 로드와 크랭크축을 변경하지 않고도 실린더 블록을 단축할 수 있으므로 엔진을 가볍게 할 수 있습니다.
요구 사항은 무엇입니까?
- 실린더 내에서 움직이는 피스톤은 연료 연소의 산물인 압축 가스가 팽창하여 기계적 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 따라서 고온, 가스 압력에 강하고 실린더 보어를 안정적으로 밀봉해야 합니다.
- 기계적 손실과 결과적으로 마모를 최소화하려면 마찰 쌍의 요구 사항을 가장 잘 충족해야 합니다.
- 연소실의 부하와 커넥팅 로드의 반응을 경험하면서 기계적 응력을 견뎌야 합니다.
- 고속으로 왕복 운동을 할 때 가능한 한 작은 관성력으로 크랭크 메커니즘에 부하를 가해야 합니다.
주목적
피스톤 위의 공간에서 연소되는 연료가 방출됩니다. 많은 양각 엔진 사이클의 열. 연소 가스의 온도는 2000도에 이릅니다. 그들은 에너지의 일부만 모터의 움직이는 부분으로 전달하고 열 형태의 다른 모든 것은 엔진을 가열합니다. 남은 것은 배기 가스와 함께 파이프로 날아갑니다. 따라서 피스톤을 식히지 않으면 잠시 후에 녹을 것입니다. 이것 중요한 점피스톤 그룹의 작동 조건을 이해합니다.다시 한 번, 열 흐름이 더 가열된 본체에서 덜 가열된 본체로 향한다는 잘 알려진 사실을 반복합니다.
가장 가열 된 것은 작동 유체, 즉 연소실의 가스입니다. 열이 가장 추운 주변 공기로 전달된다는 것은 분명합니다. 라디에이터와 엔진 하우징을 세척하는 공기는 냉각수, 실린더 블록 및 헤드 하우징을 냉각시킵니다. 피스톤이 블록과 부동액에 열을 발산하는 다리를 찾는 것이 남아 있습니다. 이를 위한 네 가지 방법이 있습니다.
그래서, 가장 많은 흐름을 제공하는 첫 번째 경로, 피스톤 링입니다. 또한 첫 번째 링은 바닥에 더 가까이 위치하므로 중요한 역할을 합니다. 이것은 실린더 벽을 통해 냉각수로 가는 최단 경로입니다. 링은 피스톤 홈과 실린더 벽 모두에 대해 동시에 눌려집니다. 열 흐름의 50% 이상을 제공합니다.
두 번째 방법은 덜 명확합니다. 엔진의 두 번째 냉각수는 오일입니다.엔진의 가장 가열된 부분에 접근할 수 있는 오일 미스트는 가장 뜨거운 지점에서 발생하는 열의 상당 부분을 오일 팬에 전달합니다. 신청의 경우 오일 노즐, 제트를 피스톤 바닥의 내부 표면으로 향하게 하면 열 교환에서 오일의 비율이 30-40%에 도달할 수 있습니다. 냉각수 기능을 가진 오일을 적재할 때 냉각에 주의를 기울여야 한다는 것은 분명합니다. 그렇지 않으면 과열된 오일의 특성이 손실될 수 있습니다. 또한 오일의 온도가 높을수록 운반할 수 있는 열이 적습니다.
세 번째 방법. 열의 일부는 실린더로 들어가는 신선한 공기-연료 혼합물에 의해 가열을 위해 제거됩니다. 신선한 혼합물의 양과 제거하는 열의 양은 작동 모드와 스로틀 개방 정도에 따라 다릅니다. 연소 중에 얻은 열도 충전량에 비례한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 이 냉각 경로는 충동적입니다. 피스톤이 가열되는 쪽에서 열을 가져오기 때문에 빠르고 매우 효율적입니다.
중요성이 더 크기 때문에 피스톤 링을 통한 열 전달에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 이 경로를 차단하면 엔진이 긴 강제 모드를 견딜 수 없을 것임이 분명합니다. 온도가 상승하고 피스톤 재료가 "부유"하며 엔진이 붕괴됩니다.
압축과 같은 특성을 상기하십시오. 링이 전체 길이를 따라 실린더 벽에 달라붙지 않는다고 상상해 봅시다. 그런 다음 틈새를 뚫고 나오는 연소 가스는 피스톤에서 링을 통해 실린더 벽으로 열이 전달되는 것을 방지하는 장벽을 만듭니다. 이것은 라디에이터의 일부를 닫고 공기 냉각 기능을 박탈한 것과 같습니다.
링이 홈과 밀착되지 않으면 그림이 더 끔찍합니다. 가스가 홈을 통해 링을 지나 흐를 기회가 있는 곳에서는 피스톤 섹션이 냉각될 기회가 없습니다. 결과적으로 누출에 인접한 부품의 소손 및 치핑.
피스톤에 몇 개의 링이 필요합니까? 기계적인 관점에서 링이 적을수록 좋습니다. 좁을수록 피스톤 그룹의 손실이 낮아집니다. 수와 높이가 감소하면 피스톤 냉각 조건이 악화되어 하단-링-실린더 벽의 열 저항이 증가합니다. 따라서 디자인 선택은 항상 타협입니다.