Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych

Chcesz poznać technologie powstawania i parametry cylindrów i tłoków w silnikach spalinowych?

Współpraca tłoka i pierścieni tłoka z gładzią cylindra ma decydujący wpływ na trwałość całego silnika. Z reguły właśnie zużycie grupy tłokowo-cylindrowej decyduje o konieczności przeprowadzenia naprawy jednostki napędowej. 

Od tej grupy wymaga się aby zapewniała bezawaryjną pracę silnika w czasie odpowiadającym  –  w zależności od zastosowania – przebiegowi samochodu w granicach od 150…400 tys. km. Osiągi silnika w tym czasie nie powinny zmieniać się w stopniu ograniczającym jego przydatność. Nie powinny się również zmieniać parametry silnika decydujące o ekonomiczności pracy.

Spełnienie tych wymagań, przy jednoczesnym dążeniu do uzyskania maksymalnej koncentracji mocy, jest zadaniem trudnym i dlatego grupie tłokowo-cylindrowej poświęca się szczególną uwagę już na etapie projektowania silnika oraz podczas badań prototypów

Spis treści

1. Zadania i warunki pracy grupy tłokowo-cylindrowej
1.1. Szczelność grupy tłokowo-cylindrowej
1.2. Działanie uszczelnienia pierścieniowego
1.3. Wpływ parametrów konstrukcyjnych na straty ładunku
1.4. Obciążenia mechaniczne grupy tłokowo-cylindrowej
1.5. Obciążenia cieplne
1.6. Tarcie i smarowanie
2. Materiały grupy tłokowo-cylindrowej
2.1. Wymagania ogólne
2.2. Stopy aluminium
2.3. Żeliwo
2.4. Stale
2.5. Materiały kompozytowe na osnowie metalicznej
2.6. Pokrycia powierzchniowe
3. Tłoki
3.1. Konstrukcja tłoka
3.1.1. Denko tłoka
3.1.2. Część pierścieniowa tłoka
3.1.3. Część prowadząca tłoka
3.1.4. Osadzenie sworznia
3.2. Selekcja tłoków
4. Cylindry
4.1. Gładź cylindra
4.2. Konstrukcja cylindrów
4.2.1. Zagadnienia ogólne
4.2.2. Kadłuby jednolite (monobloki)
4.2.3. Suche tuleje cylindrów
4.2.4. Mokre tuleje cylindrów
4.2.5. Cylindry chłodzone powietrzem
4.3. Użebrowanie cylindrów
4.3.1. Warunki wymiany ciepła
4.3.2. Przejmowanie ciepła przez powierzchnię użebrowaną
4.3.3. Typowe wykonania użebrowania
4.4. Odkształcenia cylindrów
5. Pierścienie tłoka
5.1. Teoria pierścieni tłoka
5.2. Konstrukcja pierścieni tłoka
5.2.1. Teoria doboru wymiarów pierścieni tłoka
5.2.2. Pierścienie uszczelniające
5.2.3. Pierścienie zgarniające
5.2.4. Ekspandery
5.2.5. Zamki pierścieni
5.3. Drgania pierścieni
5.4. Zużycie oleju

6. ZUŻYCIE GRUPY TŁOKOWO-CYLINDROWEJ
6.1. Rodzaje zużycia
6.2. Zużycie cierne

6.3. Zużycie ścierne

Rys. 6.10 Obraz powierzchni gładzi cylindra lub pierścienia tłoka z typowymi śladami zużycia ściernego

Rys. 6.11 Wpływ wielkości ziarna na zużycie pierwszego cylindra

Rys. 6.12 Wpływ obciążenia silnika na zużycie ścierne

Rys.6.13 Zależność tempa zużywania ściernego pierścienia tłoka od liczby cząstek znajdujących się w oleju

6.4. Zużycie korozyjne

Rys. 6.14 Zależność temperatury punktu rosy od ciśnienia w cylindrze silnika dwusuwowego

Rys. 6.15 Temperatury nasycenia produktu spalania w cylindrze trakcyjnego silnika o zapłonie samoczynnym, chłodzonego cieczą w funkcji położenia tłoka

Rys. 6.16 Wpływ temperatury ścianek cylindra na ich zużycie oraz zużycie pierwszego cylindra

Rys. 6.17 Obraz zużycia korozyjnego gładzi cylindra lub pierścienia tłoka

6.5. Wpływ warunków pracy na trwałość grupy tłokowo-cylindrowej

ü  Prędkość obrotowa silnika

ü  Obciążenie silnika

ü  Organizacja procesu roboczego

ü  Kąt wyprzedzenia zapłonu lub wtrysku

ü  Skład mieszanki

6.6. Zużycie kawitacyjne cylindrów

6.6.1. Czynniki wpływające na intensywność kawitacji

ü  Konstrukcja tłoka I tulei

ü  Konstrukcja układu chłodzenia

ü  Warunki pracy silnika

6.6.2. Ograniczanie zużycia kawitacyjnego

ü  Konstrukcja grupy tłokowo-cy;indrowej

ü  Własności cieczy chłodzącej

ü  Konstrukcja układu chłodzenia

6.6.3. Własności materiałowe a intensywność kawitacji

ü  Materiał tulei

ü  Gładkość powierzchni

ü  Pokrycie tłumiące

ü  Twarde pokrycie

6.7. Uszkodzenia tłoków w eksploatacji

6.7.1. Nienormalny przebieg spalania

ü  Za wczesny zapłon lub wtrysk paliwa

ü  Zapłon żarowy

ü  Spalanie detonacyjne

6.7.2. Nieprawidłowe smarowanie gładzi cylindra

   Rys. 6.39 Tłok silnika o zapłonie iskrowym z zatarciem części prowadzącej tłoka na skutek niedostatecznego smarowania

   Rys. 6.40 Uszkodzenie tłoka na skutek silnego zatarcia

6.7.3. Nieprawidłowe działanie układu zasilania

   Rys. 6.41 Tłok zatarty na skutek niedostatecznego  smarowania

   Rys. 6.42 Wykres – zależność temperatury tłoka w funkcji współczynnika nadmiaru ciepła

   Rys. 6.43 Tłoki silnika o zapłonie samoczynnym ze stopionymi koronami na skutek niewłaściwego działania układu zasilania paliwem

   Rys. 6.44 Tłoki silnika o zapłonie samoczynnym uszkodzone na skutek wadliwego działania rozpylacza paliwa

   Rys. 6.45 Schemat komory spalania z zaznaczonymi izotermami

6.7.4. Nieprawidłowe działanie układu chłodzenia

   Rys. 6.47 Zatarcie tłoka na skutek niesprawności układu chłodzenia

   Rys. 6.48 Tłok zniszczony i rozerwany na skutek zatarcia spowodowanego niesprawnością układy chłodzenia

   Rys. 6.49. Ślady zatarć pierścieni na skutek awarii układu chłodzenia

6.7.5. Zmęczenie termiczne tłoków

   Rys. 6.50 Tłok silnika o zapłonie samoczynnym z pęknięciem na skutek zmęczenia termicznego  

   Rys. 6.51 Tłok pęknięty na skutek zmęczenia termicznego

6.7.6. Uszkodzenia mechaniczne tłoków

   Rys. 6.52 Tłok lotniczego silnika dwusuwowego zatarty na skutek zbyt małego luzu w cylindrze

   Rys. 6.53 Ślady wielokrotnego zatarcia tłoka w cylindrze na skutek małego luzu pomiedzy nim a cylindrem