Ïîðøåíü ÄÂÑ: êîíñòðóêöèÿ, ïðèíöèï ðàáîòû
Äåòàëü êðèâîøèïíî-øàòóííîãî ìåõàíèçìà, âîñïðèíèìàþùóþ äàâëåíèå ñæàòîé âîçäóøíî-òîïëèâíîé ñìåñè ñ ïîñëåäóþùåé ïåðåäà÷åé óñèëèÿ íà øàòóí, íàçûâàþò ïîðøíåì. Ýòî îäèí èç âàæíåéøèõ ýëåìåíòîâ ðåàëèçàöèè òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ïðîöåññà â äâèãàòåëå ñ ïîýòàïíûì ïðåîáðàçîâàíèåì ýíåðãèè ñæàòîãî ãàçà â ýíåðãèþ ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ è çàòåì ñ ïîìîùüþ øàòóíîâ è êîëåíâàëà â êðóòÿùèé ìîìåíò.
Êîíñòðóêöèÿ äåòàëè
Äíèùå (ãîëîâêà)
Ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ âîñïðèÿòèÿ ýíåðãèè ñæàòîãî ãàçà è òåïëîâîé íàãðóçêè. Âûáîð ôîðìû äíèùà îïðåäåëÿåòñÿ ðàçëè÷íûìè ôàêòîðàìè, â òîì ÷èñëå òèïîì äâèãàòåëÿ è ñìåñåîáðàçîâàíèÿ. Âàæíî ó÷èòûâàòü ðàñïîëîæåíèå ôîðñóíîê, êëàïàíîâ è ñâå÷åé, ïðèíèìàòü âî âíèìàíèå ìåòîä îðãàíèçàöèè ãàçîîáìåíà â öèëèíäðå. Äåòàëü ìîæåò èìåòü 3 âàðèàíòà èñïîëíåíèÿ:
- Âûïóêëîå – èìååò ïîâûøåííóþ ïðî÷íîñòü, íî òåïëîîòäà÷à óâåëè÷èâàåòñÿ.  ÄÂÑ èñêðîâîãî òèïà ýòîò ôàêòîð ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü äîïóñòèìóþ ñòåïåíü ñæàòèÿ: ÷òî ïîçâîëÿåò êîìïåíñèðîâàòü ÷àñòü ìåõàíè÷åñêèõ ïîòåðü. Ïðè òàêîì âàðèàíòå êàìåðà ñãîðàíèÿ èìååò ëèíçîâèäíóþ ôîðìó.
- Âîãíóòîå – ïîçâîëÿåò îáðàçîâàòü êàìåðó ñãîðàíèÿ êîìïàêòíîé ôîðìû, èñïîëüçóåìóþ â äèçåëüíûõ è áåíçèíîâûõ äâèãàòåëÿõ ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ ñæàòèÿ è òîïëèâíîé ýêîíîìè÷íîñòüþ.  òàêèõ ìîòîðàõ íàãàð îáðàçóåòñÿ ÷àùå.
- Ïëîñêîå – ïðèìåíÿåòñÿ â äâèãàòåëÿõ äèçåëåé âèõðåêàìåðíîãî è ïðåäêàìåðíîãî òèïà. Ïðîèçâîäñòâî òàêèõ ïîðøíåé ïðîùå è äåøåâëå.
Äíèùå âîñïðèíèìàåò îñíîâíóþ òåïëîâóþ íàãðóçêó, ïîýòîìó îíî èìååò çíà÷èòåëüíóþ òîëùèíó, êîòîðàÿ âåäåò ê óâåëè÷åíèþ ìàññû ïîðøíÿ, îäíàêî óìåíüøàåò íàãðåâ. Òîëùèíà äíèùà:
- â ñòàíäàðòíî âàðèàíòå – 7-9 ìì;
- â òóðáèðîâàííûõ äâèãàòåëÿõ – 11 ìì;
- â äèçåëÿõ – îò 10 äî 16 ìì.
Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ òâåðäîãî àíîäèðîâàíèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ ñíèçèòü âåðîÿòíîñòü ïåðåãðåâà è ïðîãîðàíèÿ, à òàêæå óâåëè÷èâàþùàÿ ïðî÷íîñòü äíèùà. Äëÿ ýòîãî âåðõíèé òîíêèé ñëîé àëþìèíèÿ äíèùà è ïåðâîé êàíàâêè ïðåîáðàçóåòñÿ â êåðàìè÷åñêîå ïîêðûòèå. Òîëùèíà òàêîãî êåðàìîïîêðûòèÿ êîëåáëåòñÿ â äèàïàçîíå îò 8 äî 12 ìêì.
Óïëîòíÿþùàÿ ÷àñòü
Îíà ïðåïÿòñòâóåò ïðîðûâó ãàçîâ è ïåðåäàåò áîëüøóþ ÷àñòü òåïëà îò ïîðøíÿ ê öèëèíäðó. Îíà ñîñòîèò èç òðåõ êîëåö: ìàñëîñúåìíîãî è äâóõ êîìïðåññèîííûõ.
Íàçíà÷åíèåì ìàñëîñúåìíîãî êîëüöà ÿâëÿåòñÿ óäàëåíèå èçëèøêîâ ìàñëà èç öèëèíäðà. Ïî ïåðèìåòðó äåòàëè ïðåäóñìîòðåíû ñêâîçíûå îòâåðñòèÿ, ÷åðåç êîòîðûå âíóòðü ïîðøíÿ ïîñòóïàåò óäàëåííîå ñ ïîâåðõíîñòè öèëèíäðà ìàñëî è íå äîïóñêàåòñÿ ïîïàäàíèå ñìàçêè â êàìåðó ñãîðàíèÿ. Äðóãàÿ ôóíêöèÿ äåòàëè ñîñòîèò â óäàëåíèè èçëèøêîâ ìàñëà èç öèëèíäðà.  êîíñòðóêöèè íåêîòîðûõ ìàñëîñúåìíûõ êîëåö ïðåäóñìîòðåíà óñòàíîâêà ïðóæèííîãî ðàñøèðèòåëÿ. Íåêîòîðûå äåòàëè èìåþò âûïîëíåííûé èç ñòîéêîãî ê êîððîçèè ÷óãóíà îáîäîê ñî ñïåöèàëüíîé êàíàâêîé äëÿ âåðõíåãî êîìïðåññèîííîãî êîëüöà.
Îäíà èç ôóíêöèé êîìïðåññèîííîãî êîëüöà ñîñòîèò â íåäîïóùåíèè ïîïàäàíèÿ îòðàáîòàâøèõ ãàçîâ èç êàìåðû ñãîðàíèÿ â êàðòåð äâèãàòåëÿ. Îíè ìîãóò áûòü èçãîòîâëåíû â òðàïåöèåâèäíîé, êîíè÷åñêîé è áî÷êîîáðàçíîé ôîðìå. Íåêîòîðûå ïðîèçâîäÿòñÿ ñ âûðåçîì. Ïåðâîå êîìïðåññèîííîå êîëüöî ïðèíèìàåò íàèáîëüøèå íàãðóçêè. Ðåñóðñ äåòàëè óâåëè÷èâàþò ñ ïîìîùüþ óêðåïëåíèÿ êàíàâêè êîëüöà ñòàëüíîé âñòàâêîé.
Äèàìåòð þáêè áîëüøå äèàìåòðà óïëîòíÿþùåé ÷àñòè. Òàêîå ðåøåíèå îáóñëîâëåíî áîëåå âûñîêèì íàãðåâîì â ýòîé ÷àñòè ïîðøíÿ. Äëÿ èçáåæàíèÿ çàäèðîâ íà êîëüöàõ, çàêëèíèâàíèÿ êîëåö íà êàíàâêàõ äèàìåòð æàðîâîãî ïîÿñà ïðåäóñìîòðåí åùå ìåíüøå. Îòëè÷èå îò þáêè çàêëþ÷àåòñÿ â ôîðìå ñå÷åíèÿ (ó þáêè îâàëüíàÿ, ó êîëüöà êðóãëàÿ), ÷òîáû óìåíüøèòü âûñîòó ïîÿñà.
Êà÷åñòâî êîëåö èìååò ãëàâíîå çíà÷åíèå äëÿ óïëîòíåíèÿ ïîðøíÿ. Îñîáîé íàäåæíîñòüþ îòëè÷àþòñÿ ÷óãóííûå ìàñëîñúåìíûå êîëüöà, îñîáåííî â ñðàâíåíèè ñ ñîñòàâíûìè. Îøèáîê ïðè óñòàíîâêå òàêèõ êîëåö òàêæå çíà÷èòåëüíî ìåíüøå.
Çàäèðû âîçíèêàþò â ñëó÷àå íåïëîòíîãî ïðèëåãàíèÿ êîëåö, ïîòîìó ÷òî ïîòåðè ïðèõîäÿòñÿ íà þáêó. Èìåííî ñ ýòè ñâÿçàíî îãðàíè÷åíèå ìîùíîñòè äâèãàòåëÿ âî âðåìÿ îáêàòêè, ÷òî ïîçâîëÿåò ìèíèìèçèðîâàòü ïðîöåññ. Óïðóãîñòü íåïðèðàáîòàííûõ êîëåö ïðè ïåðåãðåâå ñíèæàåòñÿ, ÷òî âûçûâàåò öåëûé ðÿä ïðîáëåì, âêëþ÷àÿ âûáðîñ ìàñëà, ïðîïóñê ãàçîâ â êàðòåð è äðóãèõ. Ïðè ïåðåãðåâå ìîæåò ïðîèçîéòè ñìûêàíèå ñòûêîâ, ïðèâîäÿùèõ ê ïîëîìêå êîëåö. Íå èñêëþ÷åí â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ îáðûâ ïîðøíÿ.
Íàïðàâëÿþùàÿ ÷àñòü
Þáêîé ïîðøíÿ íàçûâàåòñÿ íàïðàâëÿþùàÿ (òðîíêîâàÿ) ÷àñòü, îíà ïåðåäàåò áîêîâóþ ñèëó íà ñòåíêó öèëèíäðà è óäåðæèâàåò ïîðøåíü â ïîëîæåíèè. Îòâåðñòèå ïîä ïîðøíåâîé ïàëåö íàõîäèòñÿ â áîáûøêàõ, ðàñïîëîæåííûõ ñ âíóòðåííåé ñòîðîíû íàïðàâëÿþùåé ÷àñòè. Ïàëåö ôèêñèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ êàíàâîê, â êîòîðûõ ðàñïîëîæåíû èñïîëüçóåìûå äëÿ çàïèðàíèÿ ïàëüöà äåòàëè.
Íèæíÿÿ êðîìêà þáêè ñíàáæåíà ñïåöèàëüíûì áóðòèêîì äëÿ ïîñëåäóþùåé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ïîðøíÿ. ×àñòü ìåòàëëà ñ âíóòðåííåé ñòîðîíû áóðòèêà ñíèìàåòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà âåñ ïîðøíÿ áîëüøå, ÷åì äîïóñêàåò äâèãàòåëü. Ñïåöèàëüíîå óãëóáëåíèå âûðåçàþò ñ íàðóæíîé ÷àñòè þáêè òàì, ãäå ñäåëàíû îòâåðñòèÿ ïîä ïîðøíåâîé ïàëåö. Ýòî ïîçâîëÿåò ñîçäàòü ñâîåîáðàçíûå «õîëîäèëüíèêè», ïîòîìó ÷òî ñòåíêè ýòèõ çîí íå âçàèìîäåéñòâóþò ñî ñòåíêàìè öèëèíäðà.
Ñâîáîäíîå ïåðåìåùåíèå ïîðøíÿ â öèëèíäðå ïðè ïðîãðåòîì è ðàáîòàþùèì ïîä íàãðóçêîé äâèãàòåëå îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðåäóñìîòðåííûì ìåæäó þáêîé è ñòåíêàìè öèëèíäðà çàçîðîì. Âåëè÷èíà çàçîðà îïðåäåëÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ ìåòàëëà ïîðøíÿ è öèëèíäðà ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå ÄÂÑ. Çàäèðû ïîÿâëÿþòñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîðøíÿ â ñëó÷àå ïåðåãðåâà ïðè çàçîðå ìåíüøå íåîáõîäèìîãî ðàçìåðà. Ýòî ìîæåò âûçâàòü çàêëèíèâàíèå äåòàëåé â öèëèíäðå. Çàçîð áîëüøå òðåáóåìîãî ðàçìåðà óõóäøàåò óïëîòíÿþùèå ñâîéñòâà ïîðøíÿ.  òàêèõ ñëó÷àÿõ äåòàëè íà÷èíàþò ñòó÷àòü.  ïîäîáíûõ ñëó÷àÿõ äàëüíåéøàÿ ýêñïëóàòàöèÿ äâèãàòåëÿ íå ðàçðåøàåòñÿ.
Ïðèíöèï ðàáîòû
Ôóíêöèÿ ïîðøíÿ ñîñòîèò â ïåðåäà÷å ïîëó÷åííîãî îò ñæàòûõ ãàçîâ äàâëåíèÿ ÷åðåç ïîðøíåâîé ïàëåö íà øàòóí. Çàòåì ýòà ýíåðãèÿ ïðåîáðàçóåòñÿ êîëåí÷àòûì âàëîì ñ êðóòÿùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ. Çàäà÷à íåâûïîëíèìà áåç íàäåæíîãî óïëîòíåíèÿ ïîðøíÿ, äâèæóùåãîñÿ â öèëèíäðå. Ïðè íàðóøåíèè óïëîòíåíèÿ âîçìîæåí ïðîðûâ ãàçîâ â êàðòåð. Ìîòîðíîå ìàñëî ìîæåò ïîïàñòü â êàìåðó ñãîðàíèÿ. Ïðîáëåìó ðåøàþò ïðåäóñìîòðåííûå â ïîðøíå êàíàâêè ñ óñòàíîâëåííûìè â íèõ êîìïðåññèîííûìè è ìàñëîñúåìíûìè êîëüöàìè.
Íàãðåâ äíèùà ïîðøíÿ ïðîèñõîäèò ïðè êîíòàêòå ñ ãîðÿ÷èìè ãàçàìè. Äëÿ îòâîäà èçáûòêà òåïëà ê ñòåíêàì öèëèíäðà ïðåäóñìîòðåíû ïîðøíåâûå êîëüöà è ïðèìåíÿåòñÿ îõëàæäàþùàÿ æèäêîñòü. Äîïîëíèòåëüíîå ìàñëÿíîå îõëàæäåíèå ïðèìåíÿþò â äâèãàòåëÿõ, ðàáîòàþùèõ ïîä áîëüøèìè íàãðóçêàìè. Ïîäà÷à ìàñëà âûïîëíÿåòñÿ ÷åðåç ôîðñóíêè íà äíèùå è âî âíóòðåííþþ êîëüöåâóþ ïîëîñòü ïîðøíÿ.
Íàäåæíîå óïëîòíåíèå ïîðøíÿ âîçìîæíî òîëüêî ïðè ñîâïàäåíèè åãî âåðòèêàëüíîé îñè ñ îñüþ öèëèíäðà. Ïåðåêîñ âûçîâåò «áîëòàíèå» ïîðøíÿ â öèëèíäðå. Óïëîòíÿþùèå è òåïëîïåðåäàþùèå ñâîéñòâà êîëåö ñíèçÿòñÿ, óâåëè÷èòñÿ øóìíîñòü ðàáîòû äâèãàòåëÿ. Þáêà ïîðøíÿ ñ ìèíèìàëüíûì çàçîðîì íà õîëîäíîì è ïðîãðåòîì äâèãàòåëå èñêëþ÷àåò âîçíèêíîâåíèå ïîäîáíûõ ïðîáëåì.
Ñòåíêè öèëèíäðà è ïîðøåíü èìåþò ðàçíûé êîýôôèöèåíò ðàñøèðåíèÿ èç-çà ðàçíûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ è ðàçíèöå â òåìïåðàòóðå íàãðåâà. Äëÿ èçáåæàíèÿ çàêëèíèâàíèÿ íàãðåòîãî ïîðøíÿ ïðè òåìïåðàòóðíîì ðàñøèðåíèè èñïîëüçóåòñÿ ýëëèïòè÷åñêàÿ ôîðìà þáêè ïîðøíÿ â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè èëè çàëèâêà ñòàëüíûõ ïëàñòèí.  ïåðâîì ñëó÷àå â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè áîëüøàÿ îñü äîëæíà áûòü ïåðïåíäèêóëÿðíà îñè ïàëüöà, â ïðîäîëüíîì êîíóñà, ñóæàþùåãîñÿ ê äíèùó ïîðøíÿ.
Äàííàÿ ôîðìà îáåñïå÷èâàåò ñîîòâåòñòâèå þáêè íàãðåòîãî ïîðøíÿ ñòåíêå öèëèíäðà, ÷òî ïîçâîëÿåò èçáåæàòü çàêëèíèâàíèÿ. Ïðè çàëèâêå ñòàëüíûõ ïëàñòèí â þáêó ïîðøíÿ ðàñøèðåíèå þáêè îãðàíè÷èâàåò áîëåå ìåäëåííîå íàãðåâàíèå ìåòàëëà ïëàñòèí.
Íåîáõîäèìîñòü óìåíüøåíèÿ âåñà äâèæóùèõñÿ äåòàëåé â ñîâðåìåííûõ äâèãàòåëÿõ ïîâëèÿëà íà âûáîð àëþìèíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïîðøíåé. Ìåíüøèé âåñ ïîðøíÿ ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü âåñ äðóãèõ äåòàëåé, ðàçìåð è âåñ âñåãî äâèãàòåëÿ.
Âñòðå÷àþòñÿ ïîðøíè ñ äðóãèìè èíæåíåðíûìè ðåøåíèÿìè:
- ñ ðàñïîëîæåííûì â íèæíåé ÷àñòè þáêè îáðàòíûì êîíóñîì äëÿ óìåíüøåíèÿ øóìà èç-çà ïåðåêëàäêè ýëåìåíòà â ìåðòâîé òî÷êå;
- èñïîëüçîâàíèå ìèêðîïðîôèëÿ íà ðàáî÷åé ïîâåðõíîñòè äëÿ óëó÷øåíèÿ ñìàçûâàíèÿ þáêè (ìèêðîïðîôèëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êàíàâêè ñ øàãîì îò 0,2 äî 0,5 ìì);
- ïðèìåíåíèå àíòèôðèêöèîííîãî ïîêðûòèÿ äëÿ ñíèæåíèÿ òðåíèÿ.