रोटरी पिस्टन इंजन। रोटरी पिस्टन इंजन (वेंकेल इंजन) टू-स्ट्रोक और फोर-स्ट्रोक पिस्टन इंजन के संचालन का सिद्धांत

मुख्य प्रकार के इंजन अन्तः ज्वलनऔर भाप इंजनएक सामान्य खामी है। यह इस तथ्य में समाहित है कि पारस्परिक गति को घूर्णी गति में परिवर्तन की आवश्यकता होती है। यह बदले में, कम उत्पादकता का कारण बनता है, साथ ही इसमें शामिल तंत्र भागों की उच्च पहनने की दर भी होती है विभिन्न प्रकारइंजन।

बहुत से लोगों ने सोचा कि ऐसी मोटर कैसे बनाई जाए जिसमें चलने वाले हिस्से ही घूमते हों। हालाँकि, केवल एक व्यक्ति इस समस्या को हल करने में कामयाब रहा। एक स्व-सिखाया मैकेनिक फेलिक्स वांकेल रोटरी पिस्टन इंजन का आविष्कारक बन गया। अपने जीवन के दौरान, इस व्यक्ति ने कोई विशेषता या उच्च शिक्षा प्राप्त नहीं की। आइए अधिक विस्तार से विचार करें रोटरी पिस्टन इंजनवेंकेल।

आविष्कारक की संक्षिप्त जीवनी

फेलिक्स जी. वांकेल का जन्म 1902 में, 13 अगस्त को लाहर (जर्मनी) के छोटे से शहर में हुआ था। प्रथम विश्व युद्ध में, भविष्य के आविष्कारक के पिता की मृत्यु हो गई। इस वजह से, वेंकेल को व्यायामशाला में अपनी पढ़ाई छोड़नी पड़ी और एक प्रकाशन गृह में एक किताबों की दुकान में बिक्री सहायक के रूप में नौकरी मिल गई। नतीजतन, उनमें पढ़ने के लिए एक जुनून विकसित हुआ। फेलिक्स ने अध्ययन किया विशेष विवरणइंजन, मोटर वाहन, यांत्रिकी स्वतंत्र रूप से। उन्होंने दुकान में बिकने वाली पुस्तकों से ज्ञान प्राप्त किया। ऐसा माना जाता है कि Wankel इंजन योजना को बाद में लागू किया गया था (अधिक सटीक रूप से, इसके निर्माण का विचार) एक सपने में देखा गया था। यह ज्ञात नहीं है कि यह सच है या नहीं, लेकिन यह निश्चित रूप से कहा जा सकता है कि आविष्कारक में असाधारण क्षमताएं, यांत्रिकी की लालसा और एक अजीबोगरीब क्षमता थी।

फायदे और नुकसान

एक रोटरी इंजन में परिवर्तनीय पारस्परिक गति पूरी तरह से अनुपस्थित है। दबाव का निर्माण उन कक्षों में होता है जो त्रिकोणीय रोटर की उत्तल सतहों और शरीर के विभिन्न हिस्सों का उपयोग करके बनाए जाते हैं। रोटर की घूर्णी गति दहन द्वारा की जाती है। यह कंपन को कम कर सकता है और रोटेशन की गति बढ़ा सकता है। इस प्रकार दक्षता में वृद्धि के कारण, रोटरी इंजन समकक्ष शक्ति के पारंपरिक पिस्टन इंजन की तुलना में बहुत छोटा है।

रोटरी इंजन के सभी घटकों में से एक मुख्य है। इस महत्वपूर्ण घटक को त्रिकोणीय रोटर कहा जाता है, जो स्टेटर के अंदर घूमता है। रोटर के सभी तीन कोने, इस रोटेशन के लिए धन्यवाद, आवास की आंतरिक दीवार के साथ एक स्थायी संबंध है। इस संपर्क की मदद से, दहन कक्ष, या गैस के साथ बंद प्रकार के तीन खंड बनते हैं। जब आवास के अंदर रोटर की घूर्णी गति होती है, तो सभी तीन गठित दहन कक्षों का आयतन हर समय बदलता रहता है, जो एक पारंपरिक पंप की क्रियाओं से मिलता जुलता है। रोटर की तीनों पार्श्व सतहें पिस्टन की तरह कार्य करती हैं।

रोटर के अंदर बाहरी दांतों वाला एक छोटा गियर होता है, जो आवास से जुड़ा होता है। गियर, जो व्यास में बड़ा होता है, इस निश्चित गियर से जुड़ा होता है, जो आवास के अंदर रोटर के घूर्णी आंदोलनों के बहुत प्रक्षेपवक्र को सेट करता है। बड़े गियर में दांत आंतरिक होते हैं।

इस तथ्य के कारण कि आउटपुट शाफ्ट के साथ रोटर सनकी रूप से जुड़ा हुआ है, शाफ्ट का रोटेशन उसी तरह होता है जैसे हैंडल क्रैंकशाफ्ट को घुमाएगा। रोटर के प्रत्येक घुमाव के लिए आउटपुट शाफ्ट तीन बार घूमेगा।

रोटरी इंजन का वजन में हल्का होने का फायदा है। रोटरी इंजन के सबसे बुनियादी ब्लॉकों का आकार और वजन छोटा होता है। वहीं, ऐसे इंजन की हैंडलिंग और फीचर्स बेहतर होंगे। वह इस तथ्य के कारण कम द्रव्यमान प्राप्त करता है कि क्रैंकशाफ्ट, कनेक्टिंग रॉड्स और पिस्टन की कोई आवश्यकता नहीं है।

रोटरी इंजन में ऐसे आयाम होते हैं जो बहुत छोटे होते हैं पारंपरिक इंजनउपयुक्त शक्ति। छोटे इंजन आकार के लिए धन्यवाद, हैंडलिंग बहुत बेहतर होगी, और यात्रियों और चालक दोनों के लिए कार स्वयं अधिक विशाल हो जाएगी।

एक रोटरी इंजन के सभी भाग एक ही दिशा में निरंतर घूर्णी गति करते हैं। उनके आंदोलन में परिवर्तन उसी तरह होता है जैसे पारंपरिक इंजन के पिस्टन में होता है। रोटरी मोटर्स आंतरिक रूप से संतुलित हैं। इससे कंपन स्तर में ही कमी आती है। रोटरी इंजन की शक्ति अधिक चिकनी और अधिक समान प्रतीत होती है।

Wankel इंजन में तीन चेहरों वाला उत्तल विशेष रोटर होता है, जिसे इसका दिल कहा जा सकता है। यह रोटर स्टेटर की बेलनाकार सतह के अंदर घूर्णी गति करता है। माज़दा रोटरी इंजन दुनिया का पहला रोटरी इंजन है जिसे विशेष रूप से श्रृंखला उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह विकास 1963 में शुरू हुआ।

आरपीडी क्या है?

क्लासिक फोर-स्ट्रोक इंजन में, एक ही सिलेंडर का उपयोग विभिन्न कार्यों - इंजेक्शन, संपीड़न, दहन और निकास के लिए किया जाता है।एक रोटरी इंजन में, प्रत्येक प्रक्रिया कक्ष के एक अलग डिब्बे में की जाती है। प्रभाव प्रत्येक ऑपरेशन के लिए सिलेंडर को चार डिब्बों में विभाजित करने से बहुत अलग नहीं है।
पिस्टन इंजन में, मिश्रण के दहन से उत्पन्न दबाव के कारण पिस्टन अपने सिलेंडरों में आगे-पीछे हो जाते हैं। कनेक्टिंग रॉड और क्रैंकशाफ्ट इस धक्का देने वाली गति को वाहन को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक घूर्णी गति में परिवर्तित करते हैं।
में रोटरी इंजिनकोई सीधी गति नहीं है जिसे घूर्णी में अनुवाद करना होगा। कक्ष के डिब्बों में से एक में दबाव बनता है जिससे रोटर घूमता है, जो कंपन को कम करता है और संभावित इंजन की गति को बढ़ाता है। परिणाम एक पारंपरिक पिस्टन इंजन के समान शक्ति के लिए अधिक दक्षता और छोटे आयाम हैं।

आरपीडी कैसे काम करता है?

RPD में पिस्टन का कार्य तीन-शीर्ष रोटर द्वारा किया जाता है, जो गैस के दबाव के बल को सनकी शाफ्ट के घूर्णी गति में परिवर्तित करता है। स्टेटर (बाहरी आवास) के सापेक्ष रोटर की गति गियर की एक जोड़ी द्वारा प्रदान की जाती है, जिनमें से एक रोटर पर सख्ती से तय होती है, और दूसरी स्टेटर के साइड कवर पर। गियर ही मोटर आवास के लिए निश्चित रूप से तय किया गया है। इसके साथ गियर व्हील से रोटर का गियर संलग्न होता है, जैसा कि यह था, इसके चारों ओर घूमता है।
शाफ्ट शरीर पर रखे बेयरिंग में घूमता है और इसमें एक बेलनाकार सनकी होता है जिस पर रोटर घूमता है। इन गियर्स की परस्पर क्रिया आवास के सापेक्ष रोटर की समीचीन गति सुनिश्चित करती है, जिसके परिणामस्वरूप चर मात्रा के तीन अलग-अलग कक्ष बनते हैं। गियर अनुपातगियर 2: 3, इसलिए सनकी शाफ्ट की एक क्रांति के लिए, रोटर 120 डिग्री लौटाता है, और प्रत्येक कक्ष में रोटर की पूर्ण क्रांति के लिए, एक पूर्ण चार-स्ट्रोक चक्र होता है।

गैस एक्सचेंज को रोटर के शीर्ष द्वारा नियंत्रित किया जाता है क्योंकि यह इनलेट और आउटलेट पोर्ट से होकर गुजरता है। यह डिज़ाइन एक विशेष गैस वितरण तंत्र के उपयोग के बिना 4-स्ट्रोक चक्र की अनुमति देता है।

कक्षों की सीलिंग रेडियल और अंत सीलिंग प्लेटों द्वारा प्रदान की जाती है, जो केन्द्रापसारक बलों, गैस के दबाव और बैंड स्प्रिंग्स द्वारा सिलेंडर के खिलाफ दबाए जाते हैं। शाफ्ट सनकी पर रोटर के माध्यम से गैस बलों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप टोक़ प्राप्त होता है।

मिश्रण निर्माण

सिद्धांत रूप में, RPD कई प्रकार के मिश्रण निर्माण का उपयोग करता है: बाहरी और आंतरिक, तरल, ठोस, गैसीय ईंधन पर आधारित।
ठोस ईंधन के संबंध में, यह ध्यान देने योग्य है कि वे शुरू में गैस जनरेटर में गैसीकृत होते हैं, क्योंकि वे सिलेंडर में राख के गठन को बढ़ाते हैं। इसलिए, व्यवहार में गैसीय और तरल ईंधन अधिक व्यापक हो गए हैं।
Wankel इंजनों में मिश्रण बनने का तंत्र उपयोग किए जाने वाले ईंधन के प्रकार पर निर्भर करेगा।
गैसीय ईंधन का उपयोग करते समय, हवा के साथ इसका मिश्रण इंजन इनलेट पर एक विशेष डिब्बे में होता है। ज्वलनशील मिश्रणतैयार सिलिंडरों तक पहुंचाया जाता है।

तरल ईंधन से, मिश्रण इस प्रकार तैयार किया जाता है:

1. जहां दहनशील मिश्रण प्रवेश करता है, सिलेंडर में प्रवेश करने से पहले हवा को तरल ईंधन के साथ मिलाया जाता है।
2. तरल ईंधन और हवा अलग-अलग इंजन सिलेंडर में प्रवेश करते हैं, और पहले से ही सिलेंडर के अंदर मिश्रित होते हैं। कार्यशील मिश्रण अवशिष्ट गैसों के संपर्क से प्राप्त होता है।

क्रमश, ईंधन-वायु मिश्रणसिलेंडर के बाहर या उनके अंदर तैयार किया जा सकता है। इससे आंतरिक या बाहरी मिश्रण बनाने वाले इंजनों का पृथक्करण होता है।

रोटरी पिस्टन इंजन के निर्दिष्टीकरण

मापदंडों	वीएजेड-4132	वीएजेड-415
अनुभागों की संख्या	2	2
इंजन कक्ष की कार्यशील मात्रा, cc	1,308	1,308
दबाव अनुपात	9,4	9,4
रेटेड पावर, किलोवाट (एचपी) / मिनट-1	103 (140) / 6000	103 (140) / 6000
अधिकतम टोक़, एन * एम (किलोग्राम * एम) / मिनट -1	186 (19) / 4500	186 (19) / 4500
सनकी शाफ्ट की न्यूनतम गति प्रति सुस्ती, मिनट-1	1000	900
इंजन वजन, किलो
कुल मिलाकर आयाम, मिमी
ईंधन की खपत के% के रूप में तेल की खपत
पहले तक इंजन संसाधन ओवरहाल, हजार किमी
नियुक्ति	वीएजेड-21059/21079	वीएजेड-2108/2109/21099/2115/2110

मॉडल तैयार किए जाते हैं

	आरपीडी इंजन	त्वरण समय 0-100, सेकंड	अधिकतम गति, किमी \ h

रोटरी पिस्टन डिजाइन की क्षमता

कई कमियों के बावजूद, अध्ययनों से पता चला है कि कुल मिलाकर इंजन दक्षता Wankel आज के मानकों से काफी लंबा है। इसका मूल्य 40 - 45% है। तुलना के लिए, पर पिस्टन इंजनआंतरिक दहन दक्षता 25% है, आधुनिक टर्बोडीज़ल - लगभग 40%। पिस्टन के लिए उच्चतम दक्षता डीजल इंजन 50% है। आज तक, वैज्ञानिक इंजन की दक्षता में सुधार के लिए भंडार खोजने के लिए काम करना जारी रखते हैं।

अंतिम कार्य कुशलतामोटर में तीन मुख्य भाग होते हैं:

इस क्षेत्र में अनुसंधान से पता चलता है कि केवल 75% ईंधन पूरी तरह से जलता है। ऐसा माना जाता है कि दहन और गैसों के विस्तार की प्रक्रियाओं को अलग करके इस समस्या का समाधान किया जाता है। इष्टतम परिस्थितियों में विशेष कक्षों की व्यवस्था के लिए प्रदान करना आवश्यक है। दहन एक बंद मात्रा में होना चाहिए, तापमान और दबाव में वृद्धि के अधीन, विस्तार प्रक्रिया कम तापमान पर होनी चाहिए।

1. यांत्रिक दक्षता (कार्य की विशेषता है, जिसके परिणामस्वरूप उपभोक्ता को प्रेषित मुख्य अक्ष के टोक़ का निर्माण होता है)।

इंजन के काम का लगभग 10% गति सहायक इकाइयों और तंत्रों को स्थापित करने पर खर्च किया जाता है। इंजन डिवाइस में बदलाव करके इस दोष को ठीक किया जा सकता है: जब मुख्य गतिशील तत्व स्थिर शरीर को नहीं छूता है। मुख्य कार्य तत्व के पूरे पथ के साथ एक निरंतर टोक़ हाथ मौजूद होना चाहिए।

1. थर्मल दक्षता (ईंधन के दहन से उत्पन्न तापीय ऊर्जा की मात्रा को दर्शाने वाला एक संकेतक, जिसे उपयोगी कार्य में परिवर्तित किया जाता है)।

व्यवहार में, प्राप्त तापीय ऊर्जा का 65% बाहरी वातावरण में निकास गैसों के साथ निकल जाता है। कई अध्ययनों से पता चला है कि उस मामले में थर्मल दक्षता में वृद्धि हासिल करना संभव है जब मोटर का डिज़ाइन गर्मी-अछूता कक्ष में ईंधन के दहन की अनुमति देगा ताकि शुरुआत से ही अधिकतम तापमान तक पहुंच जाए, और अंत में वाष्प चरण को चालू करके यह तापमान न्यूनतम मूल्यों तक कम हो जाता है।

वेंकेल रोटरी पिस्टन इंजन

इंजन का पिस्टन एक ऐसा हिस्सा होता है जिसमें बेलनाकार आकार होता है और सिलेंडर के अंदर पारस्परिक गति करता है। यह इंजन के लिए सबसे विशिष्ट भागों में से एक है, क्योंकि आंतरिक दहन इंजन में होने वाली थर्मोडायनामिक प्रक्रिया का कार्यान्वयन ठीक इसकी मदद से होता है। पिस्टन:

• गैसों के दबाव को समझते हुए, परिणामी बल को स्थानांतरित करता है;
• दहन कक्ष को सील करता है;
• इसमें से अतिरिक्त गर्मी को दूर करता है।

ऊपर दी गई तस्वीर इंजन पिस्टन के चार स्ट्रोक दिखाती है।

चरम स्थितियां पिस्टन सामग्री को निर्देशित करती हैं

पिस्टन चरम स्थितियों में संचालित होता है, जिसकी विशिष्ट विशेषताएं उच्च होती हैं: दबाव, जड़त्वीय भार और तापमान। यही कारण है कि इसके निर्माण के लिए सामग्री की मुख्य आवश्यकताओं में शामिल हैं:

• उच्च यांत्रिक शक्ति;
• अच्छी तापीय चालकता;
• कम घनत्व;
• रैखिक विस्तार, विरोधी घर्षण गुणों का महत्वहीन गुणांक;
• अच्छा संक्षारण प्रतिरोध।

आवश्यक पैरामीटर विशेष एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के अनुरूप हैं, जो ताकत, गर्मी प्रतिरोध और हल्केपन से प्रतिष्ठित हैं। कम सामान्यतः, पिस्टन के निर्माण में ग्रे कास्ट आयरन और स्टील मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है।

पिस्टन हो सकते हैं:

• ढालना;
• जाली।

पहले संस्करण में, वे इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा बनाए जाते हैं। जाली वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु से सिलिकॉन के एक छोटे से जोड़ (औसतन, लगभग 15%) के साथ मुद्रांकन द्वारा बनाए जाते हैं, जो उनकी ताकत को काफी बढ़ाता है और ऑपरेटिंग तापमान सीमा में पिस्टन के विस्तार की डिग्री को कम करता है।

पिस्टन की डिजाइन विशेषताएं इसके उद्देश्य से निर्धारित होती हैं

पिस्टन के डिजाइन को निर्धारित करने वाली मुख्य स्थितियां इंजन का प्रकार और दहन कक्ष का आकार, इसमें होने वाली दहन प्रक्रिया की विशेषताएं हैं। संरचनात्मक रूप से, पिस्टन एक टुकड़ा तत्व है, जिसमें निम्न शामिल हैं:

• सिर (नीचे);
• सीलिंग हिस्सा;
• स्कर्ट (गाइड भाग)।

क्या पेट्रोल इंजन का पिस्टन डीजल इंजन से अलग होता है?गैसोलीन और डीजल इंजन के पिस्टन हेड्स की सतह संरचनात्मक रूप से भिन्न होती है। गैसोलीन इंजन में, सिर की सतह समतल या उसके करीब होती है। कभी-कभी इसमें खांचे बनाए जाते हैं, जो वाल्वों के पूर्ण उद्घाटन में योगदान करते हैं। प्रत्यक्ष ईंधन इंजेक्शन प्रणाली (एसएनवीटी) से लैस इंजनों के पिस्टन के लिए, एक अधिक जटिल आकार विशेषता है। डीजल इंजन में पिस्टन हेड गैसोलीन इंजन से काफी अलग होता है - इसमें दिए गए आकार के दहन कक्ष के निष्पादन के कारण, बेहतर ज़ुल्फ़ और मिश्रण निर्माण प्रदान किया जाता है।

फोटो इंजन पिस्टन आरेख दिखाता है।

पिस्टन के छल्ले: प्रकार और संरचना

पिस्टन के सीलिंग भाग में पिस्टन के छल्ले शामिल होते हैं जो पिस्टन और सिलेंडर के बीच एक तंग कनेक्शन प्रदान करते हैं। इंजन की तकनीकी स्थिति इसकी सीलिंग क्षमता से निर्धारित होती है। इंजन के प्रकार और उद्देश्य के आधार पर, अंगूठियों की संख्या और उनके स्थान का चयन किया जाता है। सबसे आम योजना दो संपीड़न और एक तेल खुरचनी के छल्ले की एक योजना है।

पिस्टन के छल्ले मुख्य रूप से विशेष ग्रे डक्टाइल आयरन से बनाए जाते हैं, जिसमें:

• रिंग के पूरे सेवा जीवन के दौरान ऑपरेटिंग तापमान पर ताकत और लोच के उच्च स्थिर संकेतक;
• तीव्र घर्षण की स्थितियों में उच्च पहनने का प्रतिरोध;
• अच्छा विरोधी घर्षण गुण;
• सिलेंडर की सतह को जल्दी और प्रभावी ढंग से तोड़ने की क्षमता।

क्रोमियम, मोलिब्डेनम, निकल और टंगस्टन के मिश्रधातु योजकों के कारण, छल्ले की गर्मी प्रतिरोध में काफी वृद्धि हुई है। झरझरा क्रोमियम और मोलिब्डेनम के विशेष कोटिंग्स लगाने से, रिंगों की कामकाजी सतहों को टिनिंग या फॉस्फेट करके, वे अपने रन-इन में सुधार करते हैं, पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण संरक्षण में वृद्धि करते हैं।

कम्प्रेशन रिंग का मुख्य उद्देश्य दहन कक्ष से गैसों को इंजन क्रैंककेस में प्रवेश करने से रोकना है। विशेष रूप से भारी भार पहली संपीड़न रिंग पर पड़ता है। इसलिए, कुछ मजबूर गैसोलीन और सभी डीजल इंजनों के पिस्टन के लिए रिंगों के निर्माण में, एक स्टील इंसर्ट स्थापित किया जाता है, जो रिंगों की ताकत को बढ़ाता है और अधिकतम संपीड़न की अनुमति देता है। संपीड़न के छल्ले का आकार हो सकता है:

• समलम्बाकार;
• बैरल के आकार का;
• शंक्वाकार।

कुछ अंगूठियों के निर्माण में एक कट (कट) किया जाता है।

पर तेल खुरचनी की अंगूठीसिलेंडर की दीवारों से अतिरिक्त तेल निकालने और दहन कक्ष में इसके प्रवेश को रोकने का कार्य सौंपा गया है। यह कई जल निकासी छिद्रों की उपस्थिति से प्रतिष्ठित है। कुछ छल्ले वसंत विस्तारकों के साथ डिजाइन किए गए हैं।

पिस्टन गाइड का आकार (अन्यथा, स्कर्ट) शंकु के आकार का या बैरल के आकार का हो सकता है, जो उच्च परिचालन तापमान तक पहुंचने पर इसके विस्तार की क्षतिपूर्ति करने की अनुमति देता है। इनके प्रभाव में पिस्टन का आकार बेलनाकार हो जाता है। घर्षण से होने वाले नुकसान को कम करने के लिए पिस्टन की पार्श्व सतह को एंटीफ्रिक्शन सामग्री की एक परत के साथ लेपित किया जाता है; इस उद्देश्य के लिए ग्रेफाइट या मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड का उपयोग किया जाता है। पिस्टन स्कर्ट में लगे छेद पिस्टन पिन को सुरक्षित करने की अनुमति देते हैं।

पिस्टन, संपीड़न, तेल खुरचनी के छल्ले, साथ ही एक पिस्टन पिन से युक्त एक इकाई को आमतौर पर पिस्टन समूह कहा जाता है। कनेक्टिंग रॉड के साथ इसके कनेक्शन का कार्य एक स्टील पिस्टन पिन को सौंपा गया है, जिसमें एक ट्यूबलर आकार होता है। इसके लिए आवश्यकताएं हैं:

• ऑपरेशन के दौरान न्यूनतम विरूपण;
• परिवर्तनीय भार और पहनने के प्रतिरोध के तहत उच्च शक्ति;
• अच्छा प्रभाव प्रतिरोध;
• छोटा द्रव्यमान।

स्थापना विधि के अनुसार, पिस्टन पिन हो सकते हैं:

• पिस्टन मालिकों में तय, लेकिन कनेक्टिंग रॉड हेड में घुमाएं;
• कनेक्टिंग रॉड हेड में तय और पिस्टन बॉस में घुमाएं;
• पिस्टन बॉस और कनेक्टिंग रॉड हेड में स्वतंत्र रूप से घूम रहा है।

तीसरे विकल्प के अनुसार स्थापित उंगलियों को फ्लोटिंग कहा जाता है। वे सबसे लोकप्रिय हैं क्योंकि उनकी लंबाई और परिधि का पहनावा नगण्य और समान है। उनके उपयोग के साथ, जब्ती के जोखिम को कम किया जाता है। इसके अलावा, उन्हें स्थापित करना आसान है।

पिस्टन से अतिरिक्त गर्मी को हटाना

महत्वपूर्ण यांत्रिक तनावों के अलावा, पिस्टन भी चरम के अधीन है उच्च तापमान. पिस्टन समूह से ऊष्मा हटाई जाती है:

• सिलेंडर की दीवारों से शीतलन प्रणाली;
• पिस्टन की आंतरिक गुहा, फिर - पिस्टन पिन और कनेक्टिंग रॉड, साथ ही स्नेहन प्रणाली में घूमने वाला तेल;
• सिलेंडरों को आपूर्ति की गई आंशिक रूप से ठंडी हवा-ईंधन मिश्रण।

पिस्टन की आंतरिक सतह से, इसका शीतलन उपयोग करके किया जाता है:

• कनेक्टिंग रॉड में एक विशेष नोजल या छेद के माध्यम से तेल छिड़कना;
• सिलेंडर गुहा में तेल धुंध;
• एक विशेष चैनल में, छल्ले के क्षेत्र में तेल का इंजेक्शन;
• एक ट्यूबलर कॉइल के माध्यम से पिस्टन सिर में तेल परिसंचरण।

वीडियो - एक आंतरिक दहन इंजन का संचालन (स्ट्रोक, पिस्टन, मिश्रण, चिंगारी):

चार-स्ट्रोक इंजन के बारे में वीडियो - संचालन का सिद्धांत:

परिभाषा।

पिस्टन इंजन- आंतरिक दहन इंजन के वेरिएंट में से एक, जो जलते हुए ईंधन की आंतरिक ऊर्जा को पिस्टन के ट्रांसलेशनल मूवमेंट के यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करके काम करता है। सिलेंडर में काम कर रहे तरल पदार्थ के विस्तार से पिस्टन गति में सेट होता है।

क्रैंक तंत्र पिस्टन की ट्रांसलेशनल गति को क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी गति में परिवर्तित करता है।

इंजन के कार्य चक्र में एक तरफा ट्रांसलेशनल पिस्टन स्ट्रोक के चक्रों का एक क्रम होता है। काम के दो और चार चक्रों के साथ उपविभाजित इंजन।

दो-स्ट्रोक और चार-स्ट्रोक पिस्टन इंजन के संचालन का सिद्धांत।

में सिलेंडरों की संख्या पिस्टन इंजनडिजाइन के आधार पर भिन्न हो सकते हैं (1 से 24 तक)। इंजन का आयतन सभी सिलेंडरों के आयतन के योग के बराबर माना जाता है, जिसकी क्षमता क्रॉस सेक्शन और पिस्टन स्ट्रोक के उत्पाद द्वारा पाई जाती है।

में पिस्टन इंजनविभिन्न डिजाइन, ईंधन प्रज्वलन की प्रक्रिया अलग-अलग तरीकों से होती है:

इलेक्ट्रिक स्पार्क डिस्चार्ज, जो स्पार्क प्लग पर बनता है। ऐसे इंजन गैसोलीन और अन्य प्रकार के ईंधन (प्राकृतिक गैस) दोनों पर चल सकते हैं।

काम कर रहे शरीर का संपीड़न:

में डीजल इंजनडीजल ईंधन या गैस (डीजल ईंधन के 5% अतिरिक्त के साथ) द्वारा ईंधन दिया जाता है, हवा संपीड़ित होती है, और जब पिस्टन अधिकतम संपीड़न के बिंदु पर पहुंच जाता है, तो ईंधन इंजेक्ट किया जाता है, जो गर्म हवा के संपर्क से प्रज्वलित होता है।

संपीड़न मॉडल इंजन. उनमें ईंधन की आपूर्ति बिल्कुल वैसी ही है जैसी गैसोलीन इंजन में होती है। इसलिए, उनके संचालन के लिए, एक विशेष ईंधन संरचना (हवा और डायथाइल ईथर की अशुद्धियों के साथ) की आवश्यकता होती है, साथ ही संपीड़न अनुपात का सटीक समायोजन भी होता है। कंप्रेसर इंजनों ने विमान और मोटर वाहन उद्योगों में अपना वितरण पाया है।

चमक इंजन. उनके संचालन का सिद्धांत कई मामलों में संपीड़न मॉडल के इंजनों के समान है, हालांकि, यह एक डिजाइन सुविधा के बिना नहीं था। उनमें प्रज्वलन की भूमिका एक चमक प्लग द्वारा की जाती है, जिसकी चमक पिछले चक्र पर जलने वाले ईंधन की ऊर्जा से बनी रहती है। मेथनॉल, नाइट्रोमीथेन और पर आधारित ईंधन की संरचना भी विशेष है अरंडी का तेल. ऐसे इंजन कारों और हवाई जहाजों दोनों में उपयोग किए जाते हैं।

उष्मीय इंजन. इन इंजनों में, प्रज्वलन तब होता है जब ईंधन इंजन के गर्म भागों (आमतौर पर पिस्टन क्राउन) के संपर्क में आता है। ओपन-हार्थ गैस का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है। इनका उपयोग रोलिंग मिलों में ड्राइव मोटर्स के रूप में किया जाता है।

ईंधन के प्रकार . में उपयोग किए जाते हैं पिस्टन इंजन:

तरल ईंधन- डीजल ईंधन, गैसोलीन, अल्कोहल, बायोडीजल;

गैसों- प्राकृतिक और जैविक गैसें, तरलीकृत गैसें, हाइड्रोजन, तेल क्रैकिंग के गैसीय उत्पाद;

कोयले, पीट और लकड़ी से गैस जनरेटर में उत्पादित, कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग ईंधन के रूप में भी किया जाता है।

पिस्टन इंजन का संचालन।

इंजन चक्रतकनीकी थर्मोडायनामिक्स में विस्तार से वर्णित है। विभिन्न साइक्लोग्राम का वर्णन विभिन्न थर्मोडायनामिक चक्रों द्वारा किया जाता है: ओटो, डीजल, एटकिंसन या मिलर और ट्रिंकलर।

पिस्टन इंजन की विफलता के कारण।

पिस्टन इंजन दक्षता।

अधिकतम दक्षता जो प्राप्त की जा सकती है पिस्टन इंजन 60% है, अर्थात्। आधे से भी कम जलने वाले ईंधन को इंजन के पुर्जों को गर्म करने पर खर्च किया जाता है, और निकास गैसों की गर्मी के साथ भी बाहर आता है। इस संबंध में, इंजनों को शीतलन प्रणाली से लैस करना आवश्यक है।

शीतलन प्रणाली का वर्गीकरण:

एयर सीओ- वे सिलिंडर की पसली की बाहरी सतह के कारण हवा को गर्मी देते हैं। क्या
अधिक कमजोर इंजन(दसियों hp), या शक्तिशाली विमान इंजनों पर जो तेज हवा के प्रवाह से ठंडा हो जाते हैं।

तरल CO- एक तरल (पानी, एंटीफ्ीज़ या तेल) का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है, जिसे कूलिंग जैकेट (सिलेंडर ब्लॉक की दीवारों में चैनल) के माध्यम से पंप किया जाता है और कूलिंग रेडिएटर में प्रवेश करता है, जिसमें इसे हवा के प्रवाह से ठंडा किया जाता है, प्राकृतिक या प्रशंसकों से। शायद ही कभी, सोडियम धातु का उपयोग शीतलक के रूप में भी किया जाता है, जो एक वार्मिंग इंजन की गर्मी से पिघल जाता है।

आवेदन।

पिस्टन इंजन, अपनी शक्ति सीमा (1 वाट - 75,000 kW) के कारण, न केवल मोटर वाहन उद्योग में, बल्कि विमान उद्योग और जहाज निर्माण में भी बहुत लोकप्रियता हासिल की है। उनका उपयोग युद्ध, कृषि और को चलाने के लिए भी किया जाता है निर्माण उपकरण, बिजली जनरेटर, पानी पंप, चेनसॉ और अन्य मशीनें, मोबाइल और स्थिर दोनों।



पिस्टन समूह

पिस्टन समूह सिलेंडर के कार्यशील आयतन की एक जंगम दीवार बनाता है। यह इस "दीवार", यानी पिस्टन की गति है, जो जली और फैलती गैसों द्वारा किए गए कार्य का सूचक है।
क्रैंक तंत्र के पिस्टन समूह में एक पिस्टन, पिस्टन के छल्ले (संपीड़न और तेल खुरचनी के छल्ले), एक पिस्टन पिन और इसके फिक्सिंग भाग शामिल हैं। कभी-कभी पिस्टन समूह को सिलेंडर के साथ माना जाता है, और इसे सिलेंडर-पिस्टन समूह कहा जाता है।

पिस्टन

पिस्टन डिजाइन आवश्यकताएँ

पिस्टन गैस के दबाव के बल को समझता है और इसे पिस्टन पिन के माध्यम से कनेक्टिंग रॉड तक पहुंचाता है। उसी समय, यह एक रेक्टिलिनियर पारस्परिक गति करता है।

जिन परिस्थितियों में पिस्टन काम करता है:

• उच्च गैस दबाव ( 3.5…5.5 एमपीएपेट्रोल के लिए और 6.0…15.0 एमपीएडीजल इंजन के लिए);
• गर्म गैसों के संपर्क में (up तक) 2600);
• दिशा और गति के परिवर्तन के साथ आंदोलन।

पिस्टन की पारस्परिक गति मृत स्थानों के पारित होने के क्षेत्रों में महत्वपूर्ण जड़त्वीय भार का कारण बनती है, जहां पिस्टन आंदोलन की दिशा को विपरीत दिशा में बदल देता है। जड़त्वीय बल पिस्टन की गति और उसके द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं।

पिस्टन महत्वपूर्ण बलों को मानता है: अधिक 40 kNगैसोलीन इंजन में, और 20 kN- डीजल में। गर्म गैसों के संपर्क में आने से पिस्टन का मध्य भाग तापमान तक गर्म हो जाता है 300…350. थर्मल विस्तार के कारण सिलेंडर में जाम होने और यहां तक ​​कि पिस्टन के नीचे जलने की संभावना के कारण पिस्टन का मजबूत हीटिंग खतरनाक है।

पिस्टन की गति के साथ है बढ़ा हुआ घर्षणऔर, परिणामस्वरूप, इसकी सतह और सिलेंडर की सतह (आस्तीन) का घिसाव। पिस्टन के शीर्ष मृत केंद्र से नीचे मृत केंद्र और पीछे की ओर गति के दौरान, सिलेंडर में होने वाले चक्र के आधार पर सिलेंडर (आस्तीन) की सतह पर पिस्टन की सतह का दबाव बल परिमाण और दिशा दोनों में बदलता है।

पिस्टन स्ट्रोक के दौरान सिलेंडर की दीवार पर अधिकतम दबाव डालता है, उस समय जब कनेक्टिंग रॉड पिस्टन अक्ष से विचलित होने लगती है। इस मामले में, पिस्टन द्वारा कनेक्टिंग रॉड को प्रेषित गैस दबाव बल पिस्टन पिन में एक प्रतिक्रियाशील बल का कारण बनता है, जो इस मामले में एक बेलनाकार काज है। यह प्रतिक्रिया कनेक्टिंग रॉड की रेखा के साथ पिस्टन पिन से निर्देशित होती है, और इसे दो घटकों में विघटित किया जा सकता है - एक पिस्टन अक्ष के साथ निर्देशित होता है, दूसरा (पार्श्व बल) इसके लिए लंबवत होता है और सिलेंडर के लिए सामान्य के साथ निर्देशित होता है सतह।

यह (पार्श्व) बल है जो पिस्टन और सिलेंडर (आस्तीन) की सतहों के बीच महत्वपूर्ण घर्षण का कारण बनता है, जिससे उनके पहनने, भागों के अतिरिक्त हीटिंग और ऊर्जा हानि के कारण दक्षता में कमी आती है।

पिस्टन और सिलेंडर की दीवारों के बीच घर्षण बलों को कम करने के प्रयास इस तथ्य से जटिल हैं कि सिलेंडर और पिस्टन के बीच न्यूनतम निकासी की आवश्यकता होती है, जो गैस की सफलता को रोकने के साथ-साथ तेल को रोकने के लिए कार्यशील गुहा की पूरी सीलिंग सुनिश्चित करता है। सिलेंडर के कार्य स्थान में प्रवेश। पिस्टन और सिलेंडर की सतह के बीच की निकासी भागों के थर्मल विस्तार द्वारा सीमित है। यदि इसे कसने की आवश्यकताओं के अनुसार बहुत छोटा बनाया जाता है, तो थर्मल विस्तार के कारण पिस्टन सिलेंडर में जाम हो सकता है।

जब पिस्टन की गति की दिशा और सिलेंडर में होने वाली प्रक्रियाओं (स्ट्रोक) में परिवर्तन होता है, तो सिलेंडर की दीवारों के खिलाफ पिस्टन के घर्षण बल का चरित्र बदल जाता है - पिस्टन को सिलेंडर की विपरीत दीवार के खिलाफ दबाया जाता है, जबकि डेड पॉइंट ट्रांज़िशन ज़ोन पिस्टन मूल्य और लोड दिशा में तेज बदलाव के कारण सिलेंडर से टकराता है।

डिज़ाइनर, इंजन विकसित करते समय, सिलेंडर-पिस्टन समूह के कुछ हिस्सों के लिए ऊपर वर्णित परिचालन स्थितियों से जुड़ी समस्याओं के एक सेट को हल करना होता है:

• केएसएचएम भागों की धातुओं के थर्मल विस्तार और क्षरण के कारण उच्च तापीय भार;
• भारी दबाव और जड़त्वीय भार जो भागों और उनके कनेक्शन को नष्ट कर सकते हैं;
• अतिरिक्त ताप, घिसावट और ऊर्जा हानि के कारण महत्वपूर्ण घर्षण बल।

इसके आधार पर, पिस्टन डिजाइन पर निम्नलिखित आवश्यकताएं लगाई जाती हैं:

• बिजली भार का सामना करने के लिए पर्याप्त कठोरता;
• थर्मल स्थिरता और न्यूनतम तापमान विकृति;
• जड़त्वीय भार को कम करने के लिए न्यूनतम द्रव्यमान, जबकि बहु-सिलेंडर इंजन में पिस्टन का द्रव्यमान समान होना चाहिए;
• सिलेंडर की कार्यशील गुहा की सीलिंग की एक उच्च डिग्री सुनिश्चित करना;
• सिलेंडर की दीवारों के खिलाफ न्यूनतम घर्षण;
• उच्च स्थायित्व, चूंकि पिस्टन का प्रतिस्थापन श्रम-गहन मरम्मत कार्यों से जुड़ा है।

पिस्टन डिजाइन सुविधाएँ

आधुनिक पिस्टन मोटर वाहन इंजनएक जटिल स्थानिक आकार है, जो विभिन्न कारकों और स्थितियों के कारण होता है जिसमें यह महत्वपूर्ण हिस्सा संचालित होता है। पिस्टन के आकार के कई तत्व और विशेषताएं नग्न आंखों को दिखाई नहीं देती हैं, क्योंकि बेलनाकारता और समरूपता से विचलन न्यूनतम हैं, हालांकि, वे मौजूद हैं।
आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि एक आंतरिक दहन इंजन के पिस्टन की व्यवस्था कैसे की जाती है, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि ऊपर निर्धारित आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिजाइनरों को क्या चाल चलनी है।

आंतरिक दहन इंजन के पिस्टन में एक ऊपरी भाग होता है - एक सिर और निचला भाग - एक स्कर्ट।

पिस्टन सिर का ऊपरी हिस्सा - नीचे सीधे काम करने वाली गैसों से बलों को मानता है। गैसोलीन इंजन में, पिस्टन क्राउन को आमतौर पर सपाट बनाया जाता है। डीजल इंजनों के पिस्टन हेड्स में अक्सर एक दहन कक्ष बनाया जाता है।

पिस्टन के नीचे एक विशाल डिस्क है, जो पिस्टन पिन - बॉस के लिए छेद वाले ज्वार के साथ पसलियों या रैक के माध्यम से जुड़ा हुआ है। पिस्टन की आंतरिक सतह एक आर्च के रूप में बनाई गई है, जो आवश्यक कठोरता और गर्मी लंपटता प्रदान करती है।



पिस्टन के छल्ले के खांचे पिस्टन की पार्श्व सतह पर काटे जाते हैं। पिस्टन के छल्ले की संख्या गैस के दबाव पर निर्भर करती है और औसत गतिपिस्टन विस्थापन (यानी, इंजन की गति) - पिस्टन की औसत गति जितनी कम होगी, उतने अधिक छल्ले की आवश्यकता होगी।
आधुनिक इंजनों में, क्रैंकशाफ्ट के रोटेशन की आवृत्ति में वृद्धि के साथ, पिस्टन पर संपीड़न के छल्ले की संख्या को कम करने की प्रवृत्ति होती है। यह जड़त्वीय भार को कम करने के साथ-साथ घर्षण बलों को कम करने के लिए पिस्टन के द्रव्यमान को कम करने की आवश्यकता के कारण है, जो इंजन शक्ति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा लेते हैं। इसी समय, उच्च गति वाले इंजन के क्रैंककेस में गैस के टूटने की संभावना को कम जरूरी समस्या माना जाता है। इसलिए, आधुनिक कारों और रेसिंग कारों के इंजनों में, पिस्टन पर एक संपीड़न रिंग के साथ डिजाइन मिल सकते हैं, और पिस्टन में स्वयं एक छोटी स्कर्ट होती है।

संपीड़न के छल्ले के अलावा, पिस्टन पर एक या दो तेल खुरचनी के छल्ले स्थापित होते हैं। तेल खुरचनी के छल्ले के लिए पिस्टन में बने खांचे हैं जल निकासी छेदसिलेंडर (आस्तीन) की सतह से एक अंगूठी के साथ इसे हटाते समय पिस्टन की आंतरिक गुहा में इंजन तेल निकालने के लिए। यह तेल आम तौर पर पिस्टन क्राउन और स्कर्ट के अंदर ठंडा करने के लिए प्रयोग किया जाता है और फिर तेल पैन में निकल जाता है।

पिस्टन हेड का आकार इंजन के प्रकार, मिश्रण बनाने की विधि और दहन कक्ष के आकार पर निर्भर करता है। नीचे का सबसे आम सपाट आकार, हालांकि उत्तल और अवतल हैं। कुछ मामलों में, जब पिस्टन शीर्ष मृत केंद्र (TDC) पर स्थित होता है, तो वाल्व प्लेटों के लिए पिस्टन के तल में अवकाश बनाए जाते हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, डीजल इंजनों के पिस्टन के बॉटम्स में, दहन कक्ष अक्सर बनाए जाते हैं, जिनका आकार भिन्न हो सकता है।

पिस्टन का निचला हिस्सा - स्कर्ट एक सीधा गति में पिस्टन को निर्देशित करता है, जबकि यह सिलेंडर की दीवार पर एक पार्श्व बल को स्थानांतरित करता है, जिसका मूल्य पिस्टन की स्थिति और सिलेंडर के कामकाजी गुहा में होने वाली प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है। . पिस्टन स्कर्ट द्वारा प्रेषित पार्श्व बल का परिमाण गैसों की तरफ से नीचे की ओर से अधिकतम बल की तुलना में बहुत कम है, इसलिए स्कर्ट को अपेक्षाकृत पतली दीवार वाली बनाई जाती है।

डीजल इंजनों में स्कर्ट के निचले हिस्से में अक्सर एक दूसरा तेल खुरचनी की अंगूठी स्थापित की जाती है, जो सिलेंडर स्नेहन में सुधार करती है और सिलेंडर की कामकाजी गुहा में तेल के प्रवेश की संभावना को कम करती है। पिस्टन और घर्षण बलों के द्रव्यमान को कम करने के लिए, स्कर्ट के अनलोड किए गए हिस्सों को व्यास में काट दिया जाता है और ऊंचाई में छोटा कर दिया जाता है। स्कर्ट के अंदर आमतौर पर तकनीकी बॉस बनाए जाते हैं, जिनका इस्तेमाल वजन के हिसाब से पिस्टन को फिट करने के लिए किया जाता है।

पिस्टन का डिज़ाइन और आयाम मुख्य रूप से इंजन की गति के साथ-साथ गैस के दबाव में वृद्धि के परिमाण और दर पर निर्भर करता है। तो, उच्च गति वाले पिस्टन गैसोलीन इंजनजितना संभव हो उतना हल्का, और डीजल पिस्टन में अधिक विशाल और कठोर डिज़ाइन होता है।

फिलहाल पिस्टन टीडीसी से गुजरता है, पार्श्व बल की दिशा, जो पिस्टन पर गैस दबाव बल के घटकों में से एक है, बदल जाती है। नतीजतन, पिस्टन सिलेंडर की एक दीवार से दूसरी दीवार पर चला जाता है - होता है पिस्टन परिवर्तन. यह पिस्टन को एक विशिष्ट दस्तक के साथ, सिलेंडर की दीवार से टकराने का कारण बनता है। इस हानिकारक घटना को कम करने के लिए, पिस्टन पिनों को विस्थापित किया जाता है 2…3 अधिकतम पार्श्व बल की दिशा में मिमी; इस मामले में, सिलेंडर पर पिस्टन का पार्श्व दबाव बल काफी कम हो जाता है। पिस्टन पिन के इस मिसलिग्न्मेंट को डिसैक्सेज कहा जाता है।
पिस्टन के डिजाइन में डीऑक्सीडेशन के उपयोग के लिए क्रैंकशाफ्ट को माउंट करने के नियमों के अनुपालन की आवश्यकता होती है - पिस्टन को उन निशानों के अनुसार सख्ती से स्थापित किया जाना चाहिए जहां इंगित किया गया है कि सामने का हिस्सा कहां है (आमतौर पर तल पर एक तीर)।

पार्श्व बल के प्रभाव को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया मूल समाधान, वोक्सवैगन इंजन के डिजाइनरों द्वारा लागू किया गया था। ऐसे इंजनों में पिस्टन के नीचे सिलेंडर की धुरी के समकोण पर नहीं बनाया जाता है, बल्कि थोड़ा बेवल किया जाता है। डिजाइनरों के अनुसार, यह आपको पिस्टन पर लोड को बेहतर ढंग से वितरित करने और सेवन और संपीड़न स्ट्रोक के दौरान सिलेंडर में मिश्रण बनाने की प्रक्रिया में सुधार करने की अनुमति देता है।

कार्यशील गुहा की जकड़न के लिए परस्पर विरोधी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, जिसका अर्थ है पिस्टन स्कर्ट और सिलेंडर के बीच न्यूनतम अंतराल की उपस्थिति, और थर्मल विस्तार के परिणामस्वरूप भाग को जाम होने से बचाने के लिए, निम्नलिखित संरचनात्मक तत्वों का उपयोग किया जाता है पिस्टन रूप में:

• विशेष स्लॉट के कारण स्कर्ट की कठोरता में कमी जो इसके थर्मल विस्तार की भरपाई करती है और पिस्टन के निचले हिस्से की शीतलन में सुधार करती है। स्लॉट स्कर्ट के किनारे पर बने होते हैं जो सिलेंडर के खिलाफ पिस्टन को दबाने वाले पार्श्व बलों से कम से कम लोड होते हैं;
• बेस मेटल की तुलना में कम थर्मल विस्तार गुणांक वाले सामग्रियों से बने आवेषण द्वारा स्कर्ट के थर्मल विस्तार का जबरन प्रतिबंध;
• पिस्टन स्कर्ट को ऐसा आकार देना कि लोड होने पर और ऑपरेटिंग तापमान पर, यह एक नियमित सिलेंडर का रूप ले लेता है।

बाद की स्थिति को पूरा करना आसान नहीं है, क्योंकि पिस्टन पूरी मात्रा में असमान रूप से गर्म होता है और इसका एक जटिल स्थानिक आकार होता है - इसके आकार के ऊपरी भाग में सममित होता है, और मालिकों के क्षेत्र में और निचले हिस्से में स्कर्ट के हिस्से में असममित तत्व होते हैं। यह सब ऑपरेशन के दौरान गर्म होने पर पिस्टन के अलग-अलग वर्गों के असमान तापमान विरूपण की ओर जाता है।
इन कारणों से, आधुनिक ऑटोमोबाइल इंजनों के पिस्टन के डिजाइन में, आमतौर पर निम्नलिखित तत्वों का प्रदर्शन किया जाता है जो इसके आकार को जटिल बनाते हैं:

• पिस्टन क्राउन का व्यास स्कर्ट की तुलना में छोटा होता है और यह क्रॉस सेक्शन में सही सर्कल के सबसे करीब होता है।
  पिस्टन तल का छोटा क्रॉस-सेक्शनल व्यास इसके उच्च ऑपरेटिंग तापमान के साथ जुड़ा हुआ है और परिणामस्वरूप, स्कर्ट क्षेत्र की तुलना में अधिक थर्मल विस्तार के साथ। इसलिए पिस्टन आधुनिक इंजनअनुदैर्ध्य खंड में इसका आकार थोड़ा शंक्वाकार या बैरल के आकार का होता है, जो नीचे की ओर संकुचित होता है।
  एल्यूमीनियम मिश्र धातु पिस्टन के लिए शंक्वाकार स्कर्ट के ऊपरी बेल्ट में व्यास में कमी है 0.00003…0.0005डी, कहाँ पे डीसिलेंडर का व्यास है। जब ऑपरेटिंग तापमान पर गर्म किया जाता है, तो पिस्टन का आकार "स्तर" की लंबाई के साथ सही सिलेंडर तक होता है।
• मालिकों के क्षेत्र में, पिस्टन के छोटे अनुप्रस्थ आयाम होते हैं, क्योंकि धातु सरणियाँ यहाँ केंद्रित होती हैं, और थर्मल विस्तार अधिक होता है। इसलिए, नीचे के पिस्टन में क्रॉस सेक्शन में एक अंडाकार या अण्डाकार आकार होता है, जो कि जब भाग को ऑपरेटिंग तापमान पर गर्म किया जाता है, तो एक नियमित सर्कल के आकार तक पहुंच जाता है, और पिस्टन आकार में एक नियमित सिलेंडर के पास पहुंचता है।
  अंडाकार की प्रमुख धुरी पिस्टन पिन की धुरी के लंबवत समतल में स्थित होती है। ओवलिटी से होती है 0,182 इससे पहले 0.8 मिमी.

जाहिर है, ऑपरेटिंग तापमान पर गर्म होने पर पिस्टन को एक नियमित बेलनाकार आकार देने के लिए डिजाइनरों को इन सभी चालों में जाना पड़ता है, जिससे इसके और सिलेंडर के बीच न्यूनतम निकासी सुनिश्चित होती है।

न्यूनतम निकासी पर इसके थर्मल विस्तार के कारण पिस्टन को सिलेंडर में जमने से रोकने का सबसे प्रभावी तरीका है कि स्कर्ट को ठंडा करने के लिए मजबूर किया जाए और कम तापीय विस्तार गुणांक वाले धातु तत्वों को पिस्टन स्कर्ट में डाला जाए। अक्सर, हल्के स्टील के आवेषण का उपयोग अनुप्रस्थ प्लेटों के रूप में किया जाता है, जिन्हें पिस्टन की ढलाई करते समय बॉस क्षेत्र में रखा जाता है। कुछ मामलों में, प्लेटों के बजाय, छल्ले या आधे छल्ले का उपयोग किया जाता है, जिन्हें पिस्टन स्कर्ट के ऊपरी बेल्ट में डाला जाता है।

एल्यूमीनियम पिस्टन का निचला तापमान अधिक नहीं होना चाहिए 320…350. इसलिए, गर्मी हटाने को बढ़ाने के लिए, पिस्टन के नीचे से दीवारों तक संक्रमण को सुचारू (एक आर्च के रूप में) और काफी बड़े पैमाने पर बनाया जाता है। पिस्टन के नीचे से अधिक कुशल गर्मी हटाने के लिए, मजबूर शीतलन का उपयोग किया जाता है, नीचे की आंतरिक सतह पर छिड़काव किया जाता है मोटर ऑयलएक विशेष नोजल से। आमतौर पर इस तरह के नोजल का कार्य कनेक्टिंग रॉड के ऊपरी सिर में बने एक विशेष कैलिब्रेटेड छेद द्वारा किया जाता है। कभी-कभी सिलेंडर के नीचे इंजन हाउसिंग पर नोजल लगाया जाता है।

ऊपरी संपीड़न रिंग के सामान्य थर्मल शासन को सुनिश्चित करने के लिए, यह नीचे के किनारे से काफी नीचे स्थित है, जिससे तथाकथित आग या आग क्षेत्र बनता है। पिस्टन रिंग ग्रूव के सबसे खराब सिरों को अक्सर पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री से बने विशेष आवेषण के साथ प्रबलित किया जाता है।

पिस्टन के निर्माण के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसका मुख्य लाभ उनका कम वजन और अच्छी तापीय चालकता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के नुकसान में कम थकान शक्ति, थर्मल विस्तार के उच्च गुणांक, अपर्याप्त पहनने के प्रतिरोध और अपेक्षाकृत उच्च लागत शामिल हैं।

एल्युमीनियम के अलावा मिश्र धातुओं की संरचना में सिलिकॉन शामिल है ( 11…25% ) और सोडियम, नाइट्रोजन, फास्फोरस, निकल, क्रोमियम, मैग्नीशियम और तांबे के योजक। कास्ट या स्टैम्प्ड ब्लैंक यांत्रिक और गर्मी उपचार के अधीन हैं।

बहुत कम बार, कच्चा लोहा का उपयोग पिस्टन के लिए सामग्री के रूप में किया जाता है, क्योंकि यह धातु एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत सस्ती और मजबूत होती है। लेकिन, उच्च शक्ति और पहनने के प्रतिरोध के बावजूद, कच्चा लोहा में अपेक्षाकृत बड़ा द्रव्यमान होता है, जो महत्वपूर्ण जड़त्वीय भार की ओर जाता है, खासकर जब पिस्टन आंदोलन की दिशा बदल जाती है। इसलिए, उच्च गति वाले इंजनों के लिए पिस्टन के निर्माण के लिए कच्चा लोहा का उपयोग नहीं किया जाता है।



पारस्परिक आंतरिक दहन इंजनों ने सड़क, रेल और समुद्री परिवहन में, कृषि और निर्माण उद्योगों (ट्रैक्टर, बुलडोजर) में, विशेष सुविधाओं (अस्पतालों, संचार लाइनों, आदि) के लिए आपातकालीन बिजली आपूर्ति प्रणालियों में और में ऊर्जा स्रोतों के रूप में व्यापक वितरण पाया है। मानव गतिविधि के कई अन्य क्षेत्र। हाल के वर्षों में, गैस-पिस्टन आंतरिक दहन इंजनों पर आधारित मिनी-सीएचपी विशेष रूप से व्यापक हो गए हैं, जिनकी मदद से छोटे आवासीय क्षेत्रों या उद्योगों को ऊर्जा की आपूर्ति करने की समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल किया जाता है। केंद्रीकृत प्रणालियों (जैसे आरएओ यूईएस) से ऐसे सीएचपीपी की स्वतंत्रता उनके संचालन की विश्वसनीयता और स्थिरता को बढ़ाती है।

पारस्परिक आंतरिक दहन इंजन, जो डिजाइन में बहुत विविध हैं, एक बहुत व्यापक शक्ति रेंज प्रदान करने में सक्षम हैं - बहुत छोटे (विमान मॉडल के लिए इंजन) से लेकर बहुत बड़े (महासागर टैंकरों के लिए इंजन)।

हम बार-बार डिवाइस की मूल बातें और पिस्टन आंतरिक दहन इंजन के संचालन के सिद्धांत से परिचित हुए, भौतिकी में स्कूल के पाठ्यक्रम से शुरू होकर "तकनीकी थर्मोडायनामिक्स" पाठ्यक्रम के साथ समाप्त हुआ। और फिर भी, ज्ञान को मजबूत और गहरा करने के लिए, हम इस मुद्दे पर बहुत संक्षेप में फिर से विचार करेंगे।

अंजीर पर। 6.1 इंजन डिवाइस का आरेख दिखाता है। जैसा कि ज्ञात है, आंतरिक दहन इंजन में ईंधन का दहन सीधे कार्यशील द्रव में किया जाता है। पिस्टन आंतरिक दहन इंजन में, ऐसा दहन कार्यशील सिलेंडर में किया जाता है 1 चलती पिस्टन के साथ 6. दहन के परिणामस्वरूप बनने वाली ग्रिप गैसें पिस्टन को धक्का देती हैं, जिससे वह उपयोगी कार्य करने के लिए मजबूर हो जाता है। कनेक्टिंग रॉड 7 और क्रैंकशाफ्ट 9 की मदद से पिस्टन के ट्रांसलेशनल मूवमेंट को रोटेशनल में बदल दिया जाता है, जो उपयोग में अधिक सुविधाजनक होता है। क्रैंकशाफ्टक्रैंककेस में स्थित है, और इंजन सिलेंडर - शरीर के दूसरे हिस्से में, जिसे सिलेंडर का ब्लॉक (या जैकेट) कहा जाता है 2. सिलेंडर के कवर में 5 इनलेट हैं 3 और स्नातक 4 मशीन के क्रैंकशाफ्ट से जुड़े एक विशेष कैंषफ़्ट से मजबूर कैम ड्राइव वाले वाल्व।

चावल। 6.1.

इंजन को लगातार काम करने के लिए, सिलेंडर से दहन उत्पादों को समय-समय पर निकालना और इसे ईंधन और ऑक्सीडाइज़र (वायु) के नए भागों से भरना आवश्यक है, जो पिस्टन आंदोलनों और वाल्व संचालन के कारण किया जाता है।

पिस्टन आंतरिक दहन इंजनों को आमतौर पर विभिन्न सामान्य विशेषताओं के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।

• 1. मिश्रण बनाने, प्रज्वलन और गर्मी की आपूर्ति की विधि के अनुसार, इंजनों को मजबूर इग्निशन और सेल्फ-इग्निशन (कार्बोरेटर या इंजेक्शन और डीजल) वाली मशीनों में विभाजित किया जाता है।
• 2. वर्कफ़्लो के संगठन पर - फोर-स्ट्रोक और टू-स्ट्रोक के लिए। उत्तरार्द्ध में, कार्य प्रक्रिया चार में नहीं, बल्कि दो पिस्टन स्ट्रोक में पूरी होती है। बदले में, दो-स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजनों को डायरेक्ट-फ्लो वाल्व-स्लॉट पर्ज के साथ मशीनों में विभाजित किया जाता है, क्रैंक-चेंबर पर्ज के साथ, डायरेक्ट-फ्लो पर्ज और विपरीत रूप से चलने वाले पिस्टन आदि के साथ।
• 3. नियुक्ति द्वारा - स्टेशनरी, जहाज, डीजल, ऑटोमोबाइल, ऑटोट्रैक्टर आदि के लिए।
• 4. क्रांतियों की संख्या से - कम गति (200 आरपीएम तक) और उच्च गति वाले के लिए।
• 5. औसत पिस्टन गति के अनुसार d> n =? पी/ 30 - कम गति और उच्च गति (डी? „\u003e 9 मीटर / सेकंड) के लिए।
• 6. संपीड़न की शुरुआत में हवा के दबाव के अनुसार - संचालित ब्लोअर की मदद से पारंपरिक और सुपरचार्ज के लिए।
• 7. निकास गैस गर्मी के उपयोग के अनुसार - पारंपरिक (इस गर्मी के उपयोग के बिना), टर्बोचार्ज्ड और संयुक्त के लिए। टर्बोचार्ज्ड कारों में, निकास वाल्व सामान्य से थोड़ा पहले खुलते हैं और उच्च दबाव वाली ग्रिप गैसों को आवेग टरबाइन में भेजा जाता है, जो टर्बोचार्जर को सिलेंडरों को हवा की आपूर्ति करने के लिए प्रेरित करता है। यह सिलेंडर में अधिक ईंधन जलाने की अनुमति देता है, जिससे मशीन की दक्षता और प्रदर्शन दोनों में सुधार होता है। संयुक्त आंतरिक दहन इंजन में, पिस्टन भाग कई तरह से गैस जनरेटर के रूप में कार्य करता है और मशीन की शक्ति का केवल ~ 50-60% उत्पादन करता है। शेष कुल शक्ति ग्रिप गैसों द्वारा संचालित गैस टरबाइन से प्राप्त की जाती है। ऐसा करने के लिए, उच्च दबाव पर गैसों को प्रवाहित करें आरऔर तापमान / टरबाइन को भेजा जाता है, जिसका शाफ्ट गियर या द्रव युग्मन का उपयोग करके प्राप्त शक्ति को स्थापना के मुख्य शाफ्ट में स्थानांतरित करता है।
• 8. सिलेंडरों की संख्या और व्यवस्था के अनुसार, इंजन हैं: सिंगल, डबल और मल्टी-सिलेंडर, इन-लाइन, के-आकार, टी-आकार।

अब आधुनिक फोर-स्ट्रोक डीजल इंजन की वास्तविक प्रक्रिया पर विचार करें। इसे चार-स्ट्रोक कहा जाता है क्योंकि यहां पिस्टन के चार पूर्ण स्ट्रोक में एक पूर्ण चक्र किया जाता है, हालांकि, जैसा कि हम अब देखेंगे, इस समय के दौरान कई और वास्तविक थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं की जाती हैं। इन प्रक्रियाओं को चित्र 6.2 में स्पष्ट रूप से दिखाया गया है।

चावल। 6.2.

मैं - चूषण; द्वितीय - संपीड़न; III - वर्किंग स्ट्रोक; IV - बाहर धकेलना

मारपीट के दौरान चूषण(1) सक्शन (इनलेट) वाल्व टॉप डेड सेंटर (TDC) से कुछ डिग्री पहले खुलता है। खुलने का क्षण बिंदु से मेल खाता है जीपर आर-^-चार्ट। इस मामले में, चूषण प्रक्रिया तब होती है जब पिस्टन नीचे के मृत केंद्र (बीडीसी) में चला जाता है और दबाव में आगे बढ़ता है आर एन एस ओवायुमंडलीय से कम /; ए (या बूस्ट प्रेशर आर एन)।जब पिस्टन गति की दिशा बदल जाती है (बीडीसी से टीडीसी तक), सेवन वाल्व तुरंत बंद नहीं होता है, लेकिन एक निश्चित देरी के साथ (बिंदु पर) टी) इसके अलावा, वाल्व बंद होने के साथ, काम कर रहे तरल पदार्थ को संकुचित किया जाता है (बिंदु तक से)।में डीजल कारेंस्वच्छ हवा को चूसा और संपीड़ित किया जाता है, और कार्बोरेटर में - गैसोलीन वाष्प के साथ हवा का एक कार्यशील मिश्रण। पिस्टन के इस स्ट्रोक को स्ट्रोक कहा जाता है। दबाव(द्वितीय)।

टीडीसी को नोजल के माध्यम से सिलेंडर में इंजेक्ट करने से पहले क्रैंकशाफ्ट रोटेशन की कुछ डिग्री डीजल ईंधन, इसका आत्म-प्रज्वलन, दहन और दहन उत्पादों का विस्तार होता है। कार्बोरेटर मशीनों में, इलेक्ट्रिक स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग करके काम करने वाले मिश्रण को जबरन प्रज्वलित किया जाता है।

जब हवा को संपीड़ित किया जाता है और दीवारों के साथ गर्मी का आदान-प्रदान अपेक्षाकृत कम होता है, तो इसका तापमान काफी बढ़ जाता है, ईंधन के आत्म-प्रज्वलन तापमान से अधिक हो जाता है। इसलिए, इंजेक्ट किया गया बारीक परमाणु ईंधन बहुत जल्दी गर्म हो जाता है, वाष्पित हो जाता है और प्रज्वलित हो जाता है। ईंधन के दहन के परिणामस्वरूप, सिलेंडर में दबाव पहले तेज होता है, और फिर, जब पिस्टन बीडीसी तक अपनी यात्रा शुरू करता है, तो यह घटती दर पर अधिकतम तक बढ़ जाता है, और फिर, ईंधन के अंतिम भाग के रूप में इंजेक्शन के दौरान प्राप्त जला दिया जाता है, यह भी घटने लगता है (गहन वृद्धि सिलेंडर मात्रा के कारण)। हम सशर्त मान लेते हैं कि बिंदु पर से"दहन प्रक्रिया समाप्त होती है। इसके बाद ग्रिप गैसों के विस्तार की प्रक्रिया होती है, जब उनके दबाव का बल पिस्टन को बीडीसी की ओर ले जाता है। दहन और विस्तार प्रक्रियाओं सहित पिस्टन के तीसरे स्ट्रोक को कहा जाता है वर्किंग स्ट्रोक(III) केवल इस समय के लिए इंजन उपयोगी कार्य करता है। यह काम एक चक्का की मदद से जमा होता है और उपभोक्ता को दिया जाता है। संचित कार्य का एक भाग शेष तीन चक्रों को पूरा करने में खर्च हो जाता है।

जब पिस्टन बीडीसी के पास पहुंचता है, तो निकास वाल्व कुछ अग्रिम (बिंदु .) के साथ खुलता है बी) और निकास ग्रिप गैसों में प्रवेश करती हैं निकास पाइप, और सिलेंडर में दबाव तेजी से लगभग वायुमंडलीय तक गिर जाता है। जब पिस्टन टीडीसी में चला जाता है, तो सिलेंडर से ग्रिप गैसों को बाहर धकेल दिया जाता है (IV - निष्कासन)।चूंकि इंजन के निकास पथ में एक निश्चित हाइड्रोलिक प्रतिरोध होता है, इस प्रक्रिया के दौरान सिलेंडर में दबाव वायुमंडलीय से ऊपर रहता है। टीडीसी (बिंदु .) के बाद निकास वाल्व बंद हो जाता है पी),ताकि प्रत्येक चक्र में एक ऐसी स्थिति उत्पन्न हो जब सेवन और निकास दोनों वाल्व एक ही समय में खुले हों (वे वाल्व ओवरलैप के बारे में बात करते हैं)। यह आपको दहन उत्पादों से काम करने वाले सिलेंडर को बेहतर ढंग से साफ करने की अनुमति देता है, परिणामस्वरूप, ईंधन दहन की दक्षता और पूर्णता बढ़ जाती है।

दो-स्ट्रोक मशीनों के लिए चक्र को अलग तरह से व्यवस्थित किया जाता है (चित्र 6.3)। ये आमतौर पर सुपरचार्ज्ड इंजन होते हैं, और इसके लिए इनमें आमतौर पर एक संचालित ब्लोअर या टर्बोचार्जर होता है। 2 , जो इंजन के संचालन के दौरान हवा को एयर रिसीवर में पंप करता है 8.

टू-स्ट्रोक इंजन के काम करने वाले सिलेंडर में हमेशा पर्ज विंडो 9 होती है, जिसके माध्यम से रिसीवर से हवा सिलेंडर में प्रवेश करती है, जब पिस्टन, बीडीसी से गुजरते हुए, उन्हें अधिक से अधिक खोलना शुरू कर देता है।

पिस्टन के पहले स्ट्रोक के दौरान, जिसे आमतौर पर वर्किंग स्ट्रोक कहा जाता है, इंजन सिलेंडर में इंजेक्ट किया गया ईंधन जला दिया जाता है और दहन उत्पादों का विस्तार होता है। इन प्रक्रियाओं के लिए संकेतक चार्ट(चित्र 6.3, लेकिन)रेखा द्वारा परिलक्षित सी - मैं - टी।बिंदु पर टीनिकास वाल्व खुलते हैं और अतिरिक्त दबाव के प्रभाव में, ग्रिप गैसें निकास पथ में भाग जाती हैं 6, नतीजतन

चावल। 6.3.

1 - चूषण नली; 2 - ब्लोअर (या टर्बोचार्जर); 3 - पिस्टन; 4 - निकास वाल्व; 5 - नोजल; 6 - निकास पथ; 7 - काम करना

सिलेंडर; 8 - हवा रिसीवर; 9 - खिड़कियों को शुद्ध करें

तब सिलेंडर में दबाव काफ़ी कम हो जाता है (बिंदु पी)।जब पिस्टन को नीचे किया जाता है ताकि पर्ज विंडो खुलने लगे, रिसीवर से संपीड़ित हवा सिलेंडर में चली जाती है 8 , सिलेंडर से शेष ग्रिप गैसों को बाहर निकालना। इसी समय, काम करने की मात्रा में वृद्धि जारी है, और सिलेंडर में दबाव लगभग रिसीवर में दबाव में कम हो जाता है।

जब पिस्टन की गति की दिशा उलट जाती है, तो सिलेंडर को शुद्ध करने की प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि शुद्ध खिड़कियां कम से कम आंशिक रूप से खुली रहती हैं। बिंदु पर प्रति(चित्र 6.3, बी)पिस्टन पूरी तरह से पर्ज विंडो को ब्लॉक कर देता है और सिलेंडर में प्रवेश करने वाली हवा के अगले हिस्से का संपीड़न शुरू हो जाता है। टीडीसी से कुछ डिग्री पहले (बिंदु पर .) से")ईंधन इंजेक्शन नोजल के माध्यम से शुरू होता है, और फिर पहले वर्णित प्रक्रियाएं होती हैं, जिससे ईंधन का प्रज्वलन और दहन होता है।

अंजीर पर। 6.4 अन्य प्रकार के टू-स्ट्रोक इंजनों के डिजाइन की व्याख्या करने वाले आरेख दिखाता है। सामान्य तौर पर, इन सभी मशीनों के लिए ऑपरेटिंग चक्र वर्णित के समान है, और डिज़ाइन विशेषताएँअवधि को काफी हद तक प्रभावित करते हैं

चावल। 6.4.

लेकिन- लूप स्लॉट उड़ाने; 6 - विपरीत गति वाले पिस्टन के साथ प्रत्यक्ष-प्रवाह शुद्ध; में- क्रैंक-चेंबर पर्ज

व्यक्तिगत प्रक्रियाओं और, परिणामस्वरूप, इंजन की तकनीकी और आर्थिक विशेषताओं पर।

अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दो स्ट्रोक इंजनसैद्धांतिक रूप से, वे ceteris paribus को दोगुनी शक्ति प्राप्त करने की अनुमति देते हैं, लेकिन वास्तव में, सिलेंडर की सफाई के लिए बदतर परिस्थितियों और अपेक्षाकृत बड़े आंतरिक नुकसान के कारण, यह लाभ कुछ कम है।