циліндропоршневих пара є одним з найбільш навантажених вузлів силової установки. У середньому поршень в циліндрі за 1 с здійснює близько 20-25 подвійних ходів, причому половина з них є навантаженими (хід стиску і робочий хід). Так, в карбюраторних ДВС на початку робочого ходу тиск в циліндрі над поршнем карбюраторного ДВС становить близько 5 МПА (50 бар), а в високофорсованих дизелях - до 14 МПа (140 бар). Під час ходу стиснення ці тиску дорівнюють відповідно 0,8-1,5 і до 5 МПа (8-15 і 50 бар). Слід також врахувати, що температура газу в камері стиску ДВС досягає під час робочого ходу 2000 ОС і більше.
З погляду ресурсу роботи щодо даного вузла слід розглядати наступні процеси:
Тертя бічній поверхні поршня об стінку циліндра і їх обопільний знос.
Взаємодія поршневих кілець з канавками в тілі поршня і зі стінкою циліндра.
Для аналізу першого процесу слід вказати, що він цілком визначається тиском газів, які притискають поршень до поверхні гільзи циліндра, і геометричним співвідношенням кривошипно-шатунного механізму (рис. 1).
Тиск Р газів над поршнем - величина змінна, тиск картерних газів FК близько до постійного при нормально працюючому Сапун і приблизно дорівнює атмосферному (трохи вище на величину гідравлічного опору сапуна). У тому випадку, якщо вихід сапуна з'єднаний з впускним колектором, можна прийняти FК рівним атмосферному, так як зайвий тиск картера «відсмоктується» у впускний трубопровід.
У зв'язку з тим, що в процесі впуску Р стає нижче атмосферного тиску, поршнева сила є не тільки змінної по величині, але і по напрямку. Тому змінюється не тільки величина, але і напрям сили fбок.
Проте в процесі впуску вона невелика, так як досить малий перепад тиску на поршні, і відносно тертя і зносу сполучення циліндр-поршень слід розглядати в основному переміщення поршня на ході стиснення і протягом робочого ходу. При цьому тертя поршня об стінки гільзи циліндра відбувається то на одній, то на іншій стороні внутрішньої поверхні гільзи, причому та сторона, по якій тертя здійснюється під час робочого ходу, зношується сильніше у зв'язку з великими силами тиску в контакті (сила fбок), що схематично зображено на рис. 2.
цилиндропоршневой двигун згоряння
Таким чином, в процесі роботи цилиндропоршневой пари відбувається нерівномірний знос циліндра. Очевидно, що аналогічна, але зворотна, картина спостерігається при зносі поршня. Слід зазначити, що в процесі зносу поверхні гільзи циліндра бере участь також кільцеве ущільнення, і тому максимальний знос циліндра спостерігається в зоні дії найбільш навантаженого перший ущільнювального кільця.
У свою чергу також відбувається знос і поршневих ущільнювальних і маслос'емних кілець, які розміщені в канавках головки поршня, а також знос і деформація самих канавок.
Для забезпечення ущільнювального ефекту висота кільця дещо менше висоти виточки в тілі поршня (на соті частки міліметра). Це необхідно для проходу ущільнюються газів до внутрішньої частини кільця з метою його притиснення до поверхні гільзи циліндра (рис. 3).
Тиск над кільцевим ущільненням Pj і під кільцевим ущільненням Pj + 1 для нового незношеного ущільнення визначається з рівняння
, (1)
де РІ - тиск над поршнем в i-й момент часу, j - номер кільця, рахуючи від верхнього денця поршня, kj=1,0 при Z 4; 1,35 при Z=3; 2 при Z=2 (Z - загальне число ущільнювальних поршневих кілець).
У початковій стадії роботи пари відбувається приробітку поверхонь поршня, кілець і циліндра. У цей час спостерігається пластична інформація контактують шорстких поверхонь, і фактична площа контакту може бути визначена за формулами:
(2)
де Сs і S - коефіцієнт зміцнення і межа текучості матеріалу кільця, b - коефіцієнт, що враховує напружений стан в зоні контакту і особливості взаємодії поверхонь (при ковзанні b=0,5 і для нерухомого контакту? b= 1), НВ - твердість по Брінеллю, Wj - зусилля, що діє на кільце в напрямку контакту з дзеркалом циліндра, з урахуванням опору газостатичному шару, що виникає при перебігу ущільнюються газів через мікрозазори? між робочою поверхнею кільця і ??дзеркалом циліндра, виражається залежностями:
(3)
(4)
де АН - номінальна площа контакту (зовнішня циліндрична поверхня кільця простого прямокутного перерізу), АНВ - площа внутрішньої поверхні кільця простого прямокутного перерізу (у першому наближенні можна прийняти АН=АНВ), Pj (ср) - зусилля , чинне з боку зовнішньої поверхні кільця, Pyj - зусилля експандера.
Після підробітки кілець по дзеркалу циліндра, в результаті багатора...
