Konstrukce motoru. Princip činnosti spalovacích motorů
Na moderním trhu je velké množství pístů jak od tuzemských, tak i zahraničních výrobců. Bez ohledu na místo výroby výrobku musí píst spalovacího motoru splňovat požadavky každého konkrétního modelu motoru. Píst VAZ obsažený v sadě by se tedy neměl lišit ve své hmotnosti o více než ±2,5 gramu. Právě tato okolnost sníží vibrace běžícího motoru. V maloobchodě je obvyklé prodávat písty stejné hmotnostní kategorie. V případě potřeby se písty upraví podle hmotnosti.
Stojí za zmínku, že mezera mezi povrchem pístu a válcem se musí rovnat hodnotě nastavené pro konkrétní model motoru. Podle jmenovité velikosti se písty dělí do 5 tříd, rozdíl mezi nimi je 0,01 mm. Všechny třídy jsou označeny písmeny na spodní straně výrobku – (A, B, C, D, E). Jako náhradní díly jsou dodávány pouze písty tříd A, C a E Tyto rozměry jsou zcela dostačující pro výběr dílů pro jakýkoli blok válců a zajištění potřebných vůlí. Modely pístů VAZ 11194 a VAZ 21126 se vyrábí pouze ve třech třídách – (A, B, C), velikost kroku – 0,01 mm. Kromě jmenovitých velikostí existují 2 opravné velikosti pístů, které mají zvětšený vnější průměr 0,4 a 0,8 mm. Na jejich spodní straně je označení ve tvaru trojúhelníku (1. opravná velikost) a čtverce (druhá). Stojí za zmínku, že až do roku 1986 se rozměry opravy nelišily od moderních. Pro motor 2101 bylo možné vybrat součin 0,2 mm, 0,4 mm. a o 0,6 mm a pro 21011 – 0,4 mm. a 0,7 mm.
Písty jsou vyrobeny z hliníkových slitin. Křemík v nich obsažený umožňuje snížení koeficientu tepelné roztažnosti a následně i zvýšení odolnosti výrobku proti opotřebení. Slitiny obsahující 13 % křemíku se nazývají eutektické a ty s vyšším obsahem se nazývají hypereutektické. Se zvýšením procenta křemíku ve slitině se vlastnosti tepelné vodivosti výrobku zvyšují, ale zároveň se zhoršují jeho odlévací a mechanické vlastnosti. Pro jejich zlepšení se do slitin zavádějí legující prvky měď, mangan, chrom a nikl.
Všimněme si 2 hlavních způsobů výroby polotovarů pístů. První je odlévání do speciální formy (chill mould) a je nejběžnější. Druhým je kování nebo lisování za tepla.
Po mechanickém zpracování je výrobek tepelně zpracován za účelem zvýšení jeho tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, pevnosti a také ke zmírnění zbytkového pnutí v kovech. Díky své struktuře zvyšuje kovaný kov pevnostní charakteristiky výrobku. Klasický design kovaných výrobků, který má vysokou sukni, se však ukazuje jako poměrně těžký. Kromě toho kované díly nemohou obsahovat tepelně kompenzační desky a kroužky. Objem se zvětšuje, což vede ke zvýšení tepelné deformace, proto je nutné zvětšit mezeru mezi pístem a válcem. V důsledku toho se zvyšuje jejich opotřebení, hlučnost a spotřeba oleje. Kované písty ospravedlňují jejich použití pouze v situacích, kdy je většina motorů automobilů provozována v extrémních provozních podmínkách.
V technologickém provedení pístů lze dnes sledovat několik hlavních trendů: snižuje se jejich hmotnost, stále více se používají tenké pístní kroužky, snižuje se kompresní výška, používají se krátké pístní čepy, nanášejí se nejnovější ochranné nátěry. Všechny výše uvedené vlastnosti se odrážejí v konstrukci pístu ve tvaru T. Tyto výrobky mají sníženou vodicí plochu a sníženou výšku sukně. Jsou vyrobeny z hypereutektických slitin s vysokým obsahem křemíku. Písty ve tvaru T jsou téměř vždy vyráběny metodou ražení za tepla.
Před rozhodnutím o výrobě určitého provedení pístu musí vývojář analyzovat chování jednotek ojnice a skupiny pístů. Ve skutečnosti jsou moderní díly motoru kalkulovány na hranicích možností konstrukcí a materiálů. Zde jsou upřednostňována provedení, která mají minimální náklady a jsou schopna zajistit schválenou životnost výrobku. To je důvod, proč odchylky od normálního provozního režimu motoru vedou ke zkrácení životnosti určitých dílů a součástí.
Motor se skládá z válce 5 a klikové skříně 6, která je zespodu kryta pánví 9 (obr. а ). Uvnitř válce se pohybuje píst 4 s kompresními (těsnícími) kroužky 2, který má tvar skla se dnem v horní části. Píst je přes pístní čep 3 a ojnici 14 spojen s klikovým hřídelem 8, který se otáčí v hlavních ložiskách umístěných v klikové skříni. Klikový hřídel se skládá z hlavních čepů 13, čel 10 a čepu ojnice 11. Válec, píst, ojnice a klikový hřídel tvoří tzv. klikový mechanismus, který převádí vratný pohyb pístu na rotační pohyb klikového hřídele. (obr. б ).
Schéma pístového spalovacího motoru:
a – podélný pohled, b – příčný pohled; 1 — hlava válců, 2 — kroužek,
3 – čep, 4 – píst, 5 – válec, 6 – kliková skříň, 7 – setrvačník, 8 – klikový hřídel,
9 – pánev, 10 – lícnice, 11 – klikový čep, 12 – hlavní ložisko, 13 – hlavní čep,
14 — ojnice, 15, 17 — ventily, 16 — tryska
Nahoře je válec 5 pokryt hlavou 1 s ventily 15 a 17, jejichž otevírání a zavírání je přísně koordinováno s otáčením klikového hřídele, a tedy s pohybem pístu.
Pohyb pístu je omezen na dvě krajní polohy, ve kterých je jeho rychlost nulová: horní úvrať (TDC), odpovídající největší vzdálenosti pístu od hřídele (obr. б ), a dolní úvrať (BDC), odpovídající jeho nejkratší vzdálenosti od hřídele.
Nepřetržitý pohyb pístu přes úvrať zajišťuje setrvačník 7, který má tvar disku s masivním ráfkem.
Vzdálenost, kterou píst urazí mezi mrtvými body, se nazývá zdvih pístu S a vzdálenost mezi osami hlavního čepu a čepu ojnice se nazývá poloměr kliky R (obr. б ). Zdvih pístu se rovná dvěma poloměrům kliky: S = 2R. Objem, který píst opíše za jeden zdvih, se nazývá zdvihový objem válce (Vh):
Vh = (πD²S) / 4
Objem nad pístem (Vc) v TDC (obr. а ) a nazývá se objem spalovací komory. Součet zdvihového objemu válce (Vh) a objemu spalovací komory (Vc) je celkový objem válce (Va):
Va = Vh + Vc
Poměr celkového objemu válce (Va) k objemu spalovacího prostoru (Vc) se nazývá kompresní poměr ( е ):
e = Va/Vc
Kompresní poměr je důležitým parametrem spalovacích motorů, protože velmi ovlivňuje jeho účinnost a výkon.
Princip činnosti spalovacího motoru:
Schéma činnosti motoru
Téměř všechny moderní motory se vyrábějí se 4taktními cykly:
- Sací zdvih – je povolena směs paliva a vzduchu
- Kompresní zdvih – směs se stlačí a zapálí
- Expanzní zdvih – směs hoří a tlačí píst dolů
- Výfukový zdvih – uvolňují se produkty spalování
Referenčním bodem je poloha pístu nahoře (TDC – horní úvrať). V tomto okamžiku se vstupní otvor otevře ventilem, píst se začne pohybovat dolů a nasává palivovou směs do válce. Toto je první zdvih cyklu, sací zdvih.
Během druhého zdvihu, kompresního zdvihu, píst dosáhne svého nejnižšího bodu (BDC – dolní úvrať), sací otvor se uzavře, píst se začne pohybovat nahoru, což způsobí stlačení palivové směsi. Když píst dosáhne svého maximálního horního bodu, palivová směs je stlačena na maximum.
Třetí zdvih, expanzní, je zapálení stlačené palivové směsi pomocí zapalovací svíčky, která vyšle jiskru. V důsledku toho hořlavá směs exploduje a tlačí píst dolů velkou silou.
Čtvrtý zdvih, výfukový zdvih, píst dosáhne spodní hranice a setrvačností se vrátí do horního bodu. V tomto okamžiku se otevře výfukový ventil, výfuková směs ve formě plynu vystupuje ze spalovací komory a přes výfukový systém. Poté se cyklus počínaje prvním zdvihem znovu opakuje a pokračuje po celou dobu provozu motoru.
Výše popsaná metoda je univerzální. Na tomto principu je založen provoz téměř všech benzínových motorů. Vznětové motory se liší v tom, že neexistují žádné zapalovací svíčky – prvek, který zapaluje palivo. K detonaci naftového paliva dochází v důsledku silného stlačení palivové směsi. Během „sacího“ zdvihu vstupuje do naftových válců čistý vzduch. Během „kompresního“ zdvihu se vzduch ohřeje až na 600 stupňů Celsia. Na konci tohoto zdvihu je do válce vstříknuta určitá část paliva, která se samovolně vznítí.
- +7 (499) 165-59-10
- Moskva 1. ulice Izmailovsky Menagerie vl. 19A