V tomto článku se budeme zabývat konstrukčními vlastnostmi pístu motoru automobilu. Z jaké slitiny jsou vyrobeny, složení a další vlastnosti pístních kroužků.
Píst motoru je válcový kus, který se vratně pohybuje uvnitř válce. Píst:
- vnímá tlak plynu a přenáší výslednou sílu na ojnici;
- utěsňuje spalovací komoru;
- odvádí z něj přebytečné teplo.
Na výše uvedené fotografii jsou čtyři zdvihy pístu motoru.
Extrémní podmínky diktují materiál pístu
Píst je provozován v extrémních podmínkách, jejichž charakteristické vlastnosti jsou vysoké: tlak, setrvačné zatížení a teploty. Proto hlavní požadavky na materiály pro jeho výrobu zahrnují:
- vysoká mechanická pevnost;
- dobrá tepelná vodivost;
- nízká hustota;
- nevýznamný koeficient lineární roztažnosti, antifrikční vlastnosti;
- dobrá odolnost proti korozi.
Požadované parametry odpovídají speciálním hliníkovým slitinám charakterizovaným pevností, tepelnou odolností a lehkostí. Méně často se při výrobě pístů používá šedá litina a slitiny oceli.
Písty mohou být:
- obsazení;
- kovaný.
V prvním provedení jsou vyrobeny vstřikováním. Kované jsou vyráběny lisováním ze slitiny hliníku s malým přídavkem křemíku (v průměru asi 15%), což výrazně zvyšuje jejich pevnost a snižuje stupeň roztažnosti pístu v rozsahu provozních teplot.
Konstrukční vlastnosti pístu jsou určeny jeho účelem
Hlavními podmínkami, které určují konstrukci pístu, jsou typ motoru a tvar spalovací komory, vlastnosti spalovacího procesu, který v ní probíhá. Strukturálně je píst jednodílný prvek, který se skládá z:
- hlavy (dna);
- těsnicí část;
- sukně (vodicí část).
Liší se píst benzínového motoru od naftového? Povrchy pístových hlav benzínových a naftových motorů jsou konstrukčně odlišné. V benzínovém motoru je povrch hlavy plochý nebo blízko něj. Někdy jsou v něm vytvořeny drážky, což přispívá k úplnému otevření ventilů. Pro písty motorů vybavených systémem přímého vstřikování paliva (SNVT) je charakteristický složitější tvar. Hlava pístu u vznětového motoru se výrazně liší od benzínového - díky implementaci spalovací komory v daném tvaru je zajištěna lepší turbulence a tvorba směsi.
Na fotografii je schéma pístu motoru.
Pístní kroužky: typy a složení
Těsnicí část pístu obsahuje pístní kroužky, které zajišťují těsné spojení mezi pístem a válcem. Technický stav motoru je dán jeho těsnící schopností. V závislosti na typu a účelu motoru je vybrán počet kroužků a jejich umístění. Nejběžnějším schématem je schéma dvou kompresních a jednoho stíracího kroužku oleje. Pístní kroužky jsou vyrobeny převážně ze speciální šedé tvárné litiny, která má:
- vysoce stabilní ukazatele pevnosti a pružnosti při provozních teplotách po celou dobu životnosti prstence;
- vysoká odolnost proti opotřebení za podmínek intenzivního tření;
- dobré antifrikční vlastnosti;
- schopnost rychle a efektivně najet na povrch válce.
Díky legování přísad chromu, molybdenu, niklu a wolframu se tepelná odolnost prstenců výrazně zvyšuje. Použitím speciálních povlaků z porézního chromu a molybdenu, pocínováním nebo fosfátováním pracovních povrchů prstenců zlepšují jejich záběhové chování, zvyšují odolnost proti opotřebení a ochranu proti korozi.
Hlavním účelem kompresního prstence je zabránit tomu, aby se plyny ze spalovací komory dostaly do klikové skříně motoru. Obzvláště velká zatížení působí na první kompresní prstenec. Proto je při výrobě kroužků pro písty některých vysoce výkonných benzínových a všech vznětových motorů instalována ocelová vložka, která zvyšuje pevnost kroužků a umožňuje zajistit maximální kompresní poměr. Kompresní kroužky mohou mít tvar:
- lichoběžníkový;
- cefalický;
- tconic.
Při výrobě některých prstenů se provádí řez (řez).
Kroužek škrabky na olej je zodpovědný za odstranění přebytečného oleje ze stěn válce a zamezení jeho vstupu do spalovací komory. Vyznačuje se přítomností mnoha drenážních otvorů. Některé kroužky jsou navrženy s pružinovými expandéry.
Tvar vodicí části pístu (jinak sukně) může být zúžený nebo ve tvaru sudu, což umožňuje kompenzovat její roztažnost při dosažení vysokých provozních teplot. Pod jejich vlivem se tvar pístu stává válcovým. Aby se snížily ztráty třením, je boční povrch pístu potažen vrstvou antifrikčního materiálu; k tomuto účelu se používá grafit nebo disulfid molybdenu. Otvory v plášti pístu slouží k zajištění čepu pístu.
Složení skupiny pístů
Jednotka sestávající z pístu, kompresních kroužků, kroužků stírače oleje a čepu pístu se obvykle nazývá skupina pístů. Funkce jeho spojení s ojnicí je přiřazena ocelovému pístnímu čepu, který má trubkový tvar. Jsou na něj kladeny požadavky:
- minimální deformace během provozu;
- vysoká pevnost při proměnlivém zatížení a odolnosti proti opotřebení;
- dobrá odolnost proti otřesům;
- nízká hmotnost.
Podle způsobu instalace mohou být pístní čepy:
- jsou upevněny v pístních výstupcích, ale otáčejí se v hlavě ojnice;
- jsou upevněny v hlavě ojnice a otáčejí se v výstupcích pístu;
- volně se otáčející v pístních výčnělcích a v hlavě ojnice.
Prsty nainstalované podle třetí možnosti se nazývají plovoucí. Jsou nejoblíbenější kvůli jejich mírnému a rovnoměrnému opotřebení po délce a obvodu. Jejich používáním je minimalizováno riziko zadření. Navíc se snadno instalují.
Odstranění přebytečného tepla z pístu
Kromě výrazného mechanického namáhání je píst negativně ovlivněn také extrémně vysokými teplotami. Teplo je odebíráno ze skupiny pístů:
- chladicí systém ze stěn válce;
- vnitřní dutina pístu, pak - čep pístu a ojnice, stejně jako olej cirkulující v mazacím systému;
- částečně studená směs vzduchu a paliva dodávaná do válců.
Z vnitřního povrchu pístu se jeho chlazení provádí pomocí:
- stříkání oleje speciální tryskou nebo otvorem v ojnici;
- olejová mlha v dutině válce;
- vstřikování oleje do prstencové zóny, do speciálního kanálu;
- cirkulace oleje v hlavě pístu trubkovou cívkou.
