CHLAZENÍ PÍSTU. Pohonné jednotky II - Scholz, Brabec

Transkript

1 CHLAZENÍ PÍSTU 1

2 CHLAZENÍ PÍSTU 2

3 CHLAZENÍ PÍSTU bez chl. kanálem dno pístu 1. PK náboj PČ dole s chl. kanálem Chladící kanál pumpující efekt v kanále se stupňovitým průřezem po obvodě. Cílem je zvýšení průtoku oleje kanálem a urychlení transportu odváděného tepla. (snížení teplot C) 3

4 CHLAZENÍ PÍSTU 4

5 PŘIZPŮSOBENÍ TVARU PÍSTU VÁLCI Tvarování hlavy a pláště pístu za studena V ose pláště brzdění dilatace na 14*10-6 cm/cm.k Ocel 11*10-6, Al 21*10-6 Bimetalický píst 5

6 OVALIZACE PLÁŠTĚ PÍSTU 6

7 UKÁZKY PROVEDENÍ PÍSTŮ AL pro ZM 7

8 UKÁZKY PROVEDENÍ PÍSTŮ - VM 8

9 UKÁZKY PROVEDENÍ PÍSTŮ pro VM - největší zatížení spalovací tlaky MPa Dvoudílné (ocel+al) Monolitické (ocel) Tepelná vodivost oceli je horší než Al a s tím spojená vyšší teplota povrchu vyžaduje vyšší potřebu oleje na chlazení. Objemový průtok oleje na válec (l/min) Výkon na válec (kw) 9

10 UKÁZKY PROVEDENÍ PÍSTŮ pro VM - největší zatížení Porovnání hlavních rozměrů klasického Al pístu s ocelovým 10

11 MATERIÁLY PÍSTŮ Al slitiny Al Si 12 Cu Ni Mg Lo-Ex - eutektická slitina ( 12,5 Si) nejpoužívanější pro pro 4-dobé kap. chlazené motory Al Si Cu Ni Mg - nadeutektická slitina pro vyšší tepelné namáhání pro 2-dobé motory, vzduchem chlazené Al Cu 4 Ni2 Mg nejvyšší pevnost, ale také roztažnost Tvárná litina, litá ocel pro hlavy pístů vysoce namáhaných motorů (skládané písty DD, Volvo) Hustota g/cm3 Tepelná roztažnost (cm/cm K)*10-6 Tepelná vodivost W/cm.K E modul MPa * 10 3 Tvárná litina 7, ,4 110 Al Si eut. 2,7 20,5 21,5 1,46-1, Al Si nadeut. 2,68 2, ,3-1, Ocel- 42CrMo4V 7,8 12 0,

12 UKÁZKY Škoda Auto 2.0L 85kW 12

13 UKÁZKY Škoda Auto 2.0 L FSI 13

14 UKÁZKY 14

15 UKÁZKY Škoda Auto 15

16 UKÁZKY Škoda Auto 1.4L TDI FABIA 16

17 UKÁZKY Škoda Auto 1.4L TDI FABIA 17

18 UKÁZKY Škoda Auto 2.0 L TDI 103 kw 18

19 UKÁZKY 19

20 UKÁZKY 20

21 UKÁZKY 21

22 UKÁZKY 22

23 UKÁZKY 23

24 PÍSTOVÁ SKUPINA Setr. PČ Ojnice Ložiska KH Blok Rozvody OČ Tlumič VČ Ventilátor Píst Válec PK Vstřikovač Potrubí Těsnění Hlava SV VV VH CH FO CH Term FP PČ SP VP CH FV K T NO x,pm 24

25 KONSTRUKCE PÍSTNÍHO ČEPU Spojuje píst s ojnicí. Jeho rozměry jsou důležité pro namáhání a deformace pístu (interakce). Měrný tlak mezi čepem a okem pístu MPa u AL pístů Ovalizace PČ vliv na čtvercování pláště pístu Průhyb PČ - namáhání náboje oka pístu MATERIÁL PČ: Cementační oceli: , (0,2%C; 1% Cr, 1% Mn), (0,2%c; 4%Ni, 1% Cr) Nitridační ocel: (V, Mo, Cr) Důležitá je stálost rozměrů za provozních teplot (rekrystalizace trvalý nárůst) Nízké tolerance v uložení mezi PČ a P - vůle 0,003 u zážehových motorů - 0,004 0,006 u vznětových motorů 25

26 Příklad vlivu tuhosti pístního čepu na deformace pláště pístu Spalovací tlak 14 MPa Rozměr Velikost [mm] d a 50 d 21; 25; 29 D 130 l 107 b 48 d [mm] 0,016; 0,029; 0,058 Jednoduché ovalizace střední ovalizační poloměr vztahy pístního moment čepu : pro výpočet čepu : r m d d a 1 12 d 4 setrvačnos ti : F r E J J 0 3 m 0 l 96 d d 3 a 26

27 z [mm] z [mm] z [mm] Ovalizace pístu - v rovině pístního čepu 100 Deformace a namáhání kritických dílů D [mm] d = 21/0.04 mm d = 25/0.04 mm Ovalizace pístu - Kolmo na pístní čep d = 29/0.04 mm d = 25/0.01 mm D [mm] Ovalizace pístu D [mm] 27

28 Vliv tuhosti pístního čepu na deformace pláště pístu d = 25/0.04 mm d = 25/0.01 mm 28

29 PÍSTNÍ KROUŽKY Zabezpečují těsnost mezi spalovacím prostorem a karterem: - profuky do karteru (stírací účinek plynů na olejový plyn -Blow-by) - spotřebu oleje (z karteru do spalovacího prostoru) Dnes standard: 2 těsnící a jeden stírací (oba nad PČ) Typy dle průběhu přítlaku: 4-dobé motory Zvýšený přítlak v zámku Pozitivní ovalita hruška 2-dobé motory Umožňuje přechod konců zámků přes kanály Negativní ovalita jablko 29

30 PÍSTNÍ KROUŽKY Tangenciální síla pro kroužek s pravoúhlým průřezem t x h t P t P t E z h D 14,14 1 t 3 E (N/mm 2 = MPa) z výřez zámku (mezera nesevřeného kroužku) D s Napětí v ohybu při provozním stavu t E D t bmax 2 k P t Střední měrný tlak Parametr kroužku k k 2 3 z D t p Pt 2 D h 0,12-0,2 MPa těsnící kroužek 1,0-1,5 MPa - stírací kroužek 30

31 TĚSNÍCÍ PÍSTNÍ KROUŽKY a) PRAVOÚHLÉ pro pístové stroje mimo spalovací motory b) MINUTOVÉ - časté u PSM, kde se vyžaduje stírání oleje a = TOP označuje horní plochu kroužku - směr montáže (napravo chybná montáž nadměrná spotřeba oleje) 31

32 TĚSNÍCÍ PÍSTNÍ KROUŽKY c) TORSNÍ Nesymetrický profil kroužku způsobí po sevření na jmenovitý průměr zkroucení do talířové ho tvaru. Pracovní plocha je obdobná minutovému kroužku. d) TRAPÉZOVÉ (6, 15 ) Snižují riziko zapečení kroužku (vysoká teplota spalin v oblasti prvního PK způsobuje karbonizaci mazacího oleje zuhelnatělé zbytky zmenšují pohyblivost kroužku v drážce až nastane zapečení). V HÚ a DÚ dochází k radiálnímu periodickému pohybu kroužku, tím se u trapézového kroužku mění axiální vůle rozrušování karbonových úsad a jejich odplavení. Použití u VM v 1. drážce v kombinaci s nosičem z Niresistu 32

33 TĚSNÍCÍ PÍSTNÍ KROUŽKY TVAROVÁNÍ PRACOVNÍ PLOCHY Optimálních podmínek pro vytváření olejového filmu a nižších třecích ztrát mezi kroužkem a válcem splňuje vypouklá třecí pracovní plocha (ballig). Asymetrický tvar způsobí ideální kontakt ve spodní části pracovní plochy 33

34 TĚSNÍCÍ PÍSTNÍ KROUŽKY TVAROVÁNÍ PRACOVNÍ PLOCHY Blow-by Účinek plynů na olejový film ho rozrušuje a způsobuje zapékání, zadírání. Pro redukci je důležité provedení ostrých spodních hran. Tím se snižuje volný průřez na spodní hraně, kterým proniknou spaliny od mezery zámku. Cr trapézový kroužek s ostrou spodní hranou 34

35 STÍRACÍ KROUŽKY a) NOSOVÝ funkce mezi těsnícím a stíracím b) S VÝŘEZY A PRUŽINOU Výřezy na odvod oleje snižují průřez, kroužek se flexibilně přizpůsobuje deformacím válce, tangenciální sílu vytváří pružina šroubová nebo plochá (meandrovitá, má strmou charakteristiku tuhosti, po opotřebení pracovní plochy ztrácí přítlak). Třecí plošky mají výšku jen 0,25-0,35 mm a chromují se. c) LAMELOVÉ skládají se z tenkých ocelových lamel v kombinaci se středním tvarovaným dílem ve funkci pružiny. Lamely těsní i v drážce pístu. Charakteristika pružiny je plochá, min ztráta přítlaku. Použití u benzinových rychloběžných motorů, vyznačují se flexibilitou k deformacím válce. Třídílný lamelový stírací kroužek 35

36 Ukázky namontovaného torzního pístního kroužku omezení kmitání kroužku v drážce, pronikání spalin (karbonu) do drážky, snížení nebezpečí zapečení, zlepšení a urychlení záběhu Ukázky používaných tvarů stíracích kroužků 36

37 37

38 Ukázky 38

39 39

40 40

41 TVAROVÁ PŘIZPŮSOBIVOST PÍSTNÍCH KROUŽKŮ Q -definována schopností pístního kroužku přizpůsobit se tvaru nekruhového válce Q k i 2 1 i stupeň řádu odchylky stěny válce od kruhového tvaru (počet odchylek na obvodu vztažený na tvar cosinové funkce: 2 elipsovitý ovál 3 trojúhelník 4 čtyřúhelník k parametr pístního kroužku pravoúhlého průřezu k Pt 3 E D t 3 h t 2 třídílného lamelového k Pt E D 2 J 2 41

42 MATERIÁLY PÍSTNÍCH KROUŽKŮ a) Šedá litina (3,5%C, 2,5%Si, F) E= MPa, pevnost v ohybu MPa b) Tvárná litina E= MPa, pevnost v ohybu 1300 MPa (špatné kluzné vlastnosti, vyžadují úpravy kluzných ploch Cr, Mo) c) Pružinová ocel (CrMoV, CrSi) - E= MPa, rovněž úprava kluzných ploch POVRCHY KLUZNÝCH PLOCH Feroxovaní: vrstva oxidu železa Fe 3 O 4 (tl. 0,008 mm) Fosfátování: chemická povrchová úprava (tl. 0,005 mm) Sulfonitridace: v nitridačních pecích za přívodu čpavku(nh 3 ) a sirovodíku (H 2 S) Tvrdé Cr: (tl. 0,1-0,18 mm) Nástřik Mo: (TL. 0,2-0,3mm) 42

43 PŘÍKLAD VÝKRESU PÍSTNÍHO TRAPÉZOVÉHO KROUŽKŮ 43

44 PŘÍKLAD VÝKRESU PÍSTNÍHO STÍRACÍHO KROUŽKŮ 44