Cilindru (mecanic)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cilindri monobloc cu butoaie îmbinate

Cilindrul este o componentă a motorului în care pistonul alunecă cu mișcare liniară alternativă, ca în majoritatea motoarelor vehiculelor rutiere, sau rotativ ( motor rotativ ) ca în cazul cilindrilor rotativi precum tipul Wankel , ambele în sens invers pentru a comprima un fluid pornind de la o mișcare rotativă sau liniară alternativă.

Introducere

Cilindrul are caracteristici definite și este în general un corp gol cu ​​o căptușeală internă numită butoi sau căptușeală. Jacheta are o geometrie conică trunchiată atunci când motorul este rece, pentru a limita problemele de etanșare. De asemenea, au fost creați cilindri ovali ( Honda NR ), precum și pentru motoarele rotative. Pentru a-l completa pentru a obține ceea ce va fi numit ulterior blocul motorului, există următoarele componente:

  • un piston (piston) care alunecă ermetic în interior
  • o tijă (bielă), conectată la piston, utilizată pentru a transmite mișcarea către un organ extern
  • chiulasele (doar una în cazul motoarelor endoterme alternative).

Pistonul, care alunecă în camera cilindrică, variază presiunea fluidului din acesta.

În interiorul cilindrului pot fi utilizate diferite fluide în funcție de necesități și utilizare. Cele mai utilizate sunt aerul , iar în acest caz vorbim de cilindru pneumatic sau ulei și în acest caz vorbim de cilindru hidraulic.

Cilindri de fluid

Cilindrii de fluid, mai cunoscuți sub numele de cilindri pneumatici, sunt folosiți pentru a transforma presiunea unui fluid (aer comprimat, ulei etc.) într-o forță.

Cilindrii pneumatici (numiți și pistoane pneumatice sau actuatoare pneumatice) sunt folosiți pentru manipularea în automatizarea industrială, utilizează aer comprimat de joasă presiune (în mod normal de la 2 la 10 bari) și pot atinge dimensiuni medii (de la 7 la 220 mm în diametru și peste.). Forța de împingere variază cu alezajul și cu presiunea de alimentare. Prin urmare, variază de la câteva sute de grame la 4 tone.

Unitatea cilindru-piston poate fi cu acțiune simplă, cu acțiune dublă sau rotativă. Se spune că sunt simple atunci când împingerea este aplicată doar pe o parte a pistonului. Acestea pot fi echipate cu un arc pentru revenirea automată a pistonului.

Ei se definesc cu acțiune dublă dacă pot lucra din ambele direcții.

Atât simplu, cât și cu efect dublu, puteți avea cilindri cu mai multe trepte și telescopici, în care tija este goală și devine un cilindru pentru etapa următoare. Acestea din urmă sunt în general cu acțiune simplă și fără arc de întoarcere.

Dacă se creează o acțiune de rotație, atunci cilindrii sunt numiți rotativi și pot genera mișcare determinând fluidul comprimat să funcționeze pe o paletă conectată la axa de rotație.

Cilindrii hidraulici sunt capabili să efectueze lucrări mai grele decât frații lor pneumatici și pot atinge dimensiuni mult mai mari.

Motoare volumetrice

Cilindru pentru un motor în 2 timpi Răcit cu aer

În motorul endoterm cu mișcare alternativă , cilindrul este un corp gol obținut direct în interiorul monoblocului sau implantat ulterior. În interior rulează pistonul , a cărui tijă se numește bielă . Această ultimă componentă este conectată la arborele cotit care transformă mișcarea de translație în mișcare rotativă.

La un motor de mașină sau motocicletă, numărul cilindrilor variază între unul și șaisprezece (cum ar fi Bugatti Veyron sau Cadillac V16 ). Numerotarea cilindrilor începe de la partea de distribuție. Deși sunt preferate motoarele cu un număr par de cilindri, datorită eficienței și rotunjimii lor de funcționare, există cazuri de motoare auto cu 3 sau 5 cilindri, în timp ce soluțiile cu un număr impar mai mare de cilindri nu sunt adoptate în prezent în motoarele pentru mașini și vehicule.terestru generic (deși studii și prototipuri pentru competiții nu au lipsit în trecut).

Americanul JRL Cycles a creat o motocicletă propulsată de un motor radial (în configurație stelară) cu 7 cilindri, dispuși longitudinal. Motorul este produs de Rotec: de derivare aeronautică, este răcit cu aer și este unul dintre cele mai mari motoare montate vreodată pe o motocicletă. Se studiază o soluție similară cu 9 cilindri.

Motoare în 4 timpi

Motoare în care cilindrii au o secțiune circulară. Pentru a evita ca temperatura dezvoltată în timpul diferitelor faze ale ciclului termodinamic să fie prea mare, acestea sunt echipate cu diverse sisteme de răcire, care pot fi aer , lichid sau ambele.

Motoare în 2 timpi

Motoare în care cilindrii, pe lângă caracteristicile cilindrului pentru un motor în patru timpi, au conducte speciale numite porturi de transfer, care sunt esențiale pentru funcționarea motorului. Din acest motiv, supapele lipsesc adesea.

O altă particularitate este încălzirea neomogenă a cilindrului, de fapt există o încălzire mai mare a cilindrului nu numai în zona apicală (camera de combustie), ci și în jurul orificiului de evacuare, provocând o încălzire neomogenă [1] comparativ cu ce se întâmplă în schimb într-un motor în patru timpi. [2]

Motoare Wankel

Motoare cu cilindri cu aceleași caracteristici ca cilindrul în 2 timpi, dar cu o formă de tip epitrohoid . Acest lucru se datorează principiului de funcționare al motorului, în care pistonul nu are o mișcare alternativă, ci de tip planetar.

Motoare de avioane stea : exemple

Au fost produse și motoare de aeronave cu un număr impar de cilindri. Un exemplu a fost motorul rotativ Siemens-Halske Sh III cu 11 cilindri de 160 CP, răcit cu aer, montat pe luptătorul Siemens-Schuckert D.III (produs din 1918).
Soluții cu 13 sau mai mulți cilindri au fost adoptate în diverse motoare de aeronave, unul dintre ele fiind Napier Sabre cu 24 de cilindri în configurație H.

Tipuri de construcții

Există diferite tipuri de cămăși:

  • Integral , atunci când face parte din cilindrul în sine, ca în cazul cilindrilor din fontă, în care nu se utilizează niciun tip de suprapunere
  • Uscați când utilizați un alt material decât cel al cilindrului
    • Raportat atunci când materialul este returnat direct pe suprafața internă a cilindrului, formând un întreg indivizibil cu acesta (dacă nu prin îndepărtarea mecanică și transportul ulterior).
    • Demontabil atunci când este un element fizic independent și este aplicat în interiorul cilindrului.
  • Udați când jacheta este un element fizic independent și se aplică în interiorul cilindrului, formând, de asemenea, peretele intern al circuitului de răcire al sistemelor lichide. Ultimul tip de sistem permite o răcire mai bună decât sistemele uscate.

Răcirea cilindrului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Sistem de răcire .

Cilindrul de răcire este esențială, deoarece împiedică excesivă de căldură de la determinând pistonul să profite deoarece se mișcă liber în cilindru. Cele mai frecvent utilizate tipuri de răcire sunt:

  • Răcirea lichidului : asigură prezența conductelor de apă în peretele cilindrului, care este răcit prin transferul căldurii în lichid. Lichidul circulă de obicei într-un circuit care poate fi închis (în majoritatea aplicațiilor terestre) sau deschis (această soluție este utilizată în principal în aplicații marine). În cazul circuitului închis pentru răcirea lichidului, se folosesc adesea radiatoare sau alte soluții care scad fizic temperatura lichidului însuși (aproximativ 30%), în timp ce în aplicații care implică un circuit deschis (cum ar fi de exemplu în motoare pentru bărci) lichidul în care este scufundat vehiculul (de locomoție) este folosit ca agent de răcire. De fapt, o pompă se ocupă de tragerea lichidului, trimiterea acestuia în circulație în circuit și respingerea acestuia în exterior.
  • Răcirea cu aer : prevede prezența aripioarelor metalice care extind suprafața exterioară a cilindrului, pentru a îmbunătăți schimbul de căldură dintre cilindru și aer. Acest tip de răcire, în ciuda simplității sale, are o eficiență mai mică decât răcirea lichidă, în special la motoarele de dimensiuni medii-mari. Până în prezent, însă, își găsește aplicarea în motoare mici, cum ar fi cele pentru modelare sau motociclete mici și, în general, în toate cazurile în care câștigul din punct de vedere al performanței datorat soluțiilor alternative nu ar rambursa dezavantajul în ceea ce privește complexitatea și greutatea. Cu toate acestea, este păstrat și astăzi pe multe motoare vizibile (de ex. Motociclete), chiar dacă este răcit cu lichid, în principal din motive estetice.

Un anumit tip de răcire cu aer se numește răcire forțată cu aer , în care un ventilator împinge aerul rece pe cilindru. Unele motoare de aeronave mici sunt proiectate în așa fel încât elica însăși nu numai că acționează ca un element de propulsie, ci îndeplinește și această funcție.

Materiale cilindrice

Materialele utilizate pentru fabricarea cilindrilor sunt:

  • Aluminiul , este un material ușor, cu o putere de disipare mai mare, dar având în vedere dulceața sa necesită tratamente pentru a putea susține fricțiunea cu pistonul, aliajele de aluminiu utilizate în general sunt AlSi12, AlSi7 și AlSi9 C1 Mg [3] , în timp ce pentru au fost folosite reportările împotriva uzurii:
    • cromarea , unul dintre primele tratamente utilizate, abandonat din cauza tendinței sale de a se desprinde
    • Ni-Kasil un aliaj rezistent la carbură de siliciu și nichel
    • Acoperire cermetală cu costuri ridicate și duritate
    • Fontă
    • Butoi detașabil , realizat, în general, din oțel și utilizat în cazuri rare (în general, modele de motoare).
  • Fonta este un material greu, fiind un material foarte dur, poate fi folosit și fără adăugarea altor materiale, în unele cazuri s-a aplicat o cămașă de oțel pe un cilindru din fontă. Fonta utilizată poate fi fontă lamelară gri sau fontă sferoidală. [4]
  • Oțelul este utilizat în general numai pentru garniturile de cilindri detașabile.

Reparație

Cilindrii motorului aeronavei Siemens Halske Sh.IIIa în timpul restaurării la Muzeul Istoric al Motoarelor și Mecanismelor din Palermo .

Reparațiile variază în funcție de tipul de material utilizat pentru cilindru.

  • Forma în T , asigură crearea de micro-linii cu înclinație variabilă de 2 ° -45 °, care servește la creșterea grosimii filmului de lubrifiere și pentru a-l face mai omogen de-a lungul întregii suprafețe, aceasta este ultima operație care urmează să fie efectuate pe cilindru înainte de implementarea acestuia.
  • Lustruire / Lapping , această operațiune constă în returnarea suprafeței cilindrului perfect netedă, cu o prelucrare minimă a suprafeței pentru a elimina semnele de uzură sau aderențe mici sau încălzite.
  • Boring sau polizare , această operație constă în a face suprafața cilindrului neted și omogen prin eliminarea materialului, această operație poate fi realizată cu ușurință pe cilindri din fontă, în timp ce ca cilindrii salutări din aluminiu se poate plictisi numai și trebuie să respecte limitele de fabricație ale producătorului și care sunt foarte restrictive, din acest motiv se poate realiza numai dacă suprafața căptușelii cilindrilor a fost ușor deteriorată sau orice ovalizare trebuie corectată.
  • Reportarea, această operațiune constă în înlocuirea original overlay ( Cermetal , Nikasil sau cromare ) , cu unul nou, pentru a face acest lucru trebuie să se pisa mai întâi și / sau a purtat cilindru și apoi să efectueze suprapunerea; această operațiune este dedicată numai cilindrilor de aluminiu atunci când aceștia suferă o „ sechestru ” sau un „punctaj”, dar este o operațiune foarte costisitoare și nu este întotdeauna posibilă efectuarea.
  • Sudarea în caz de captură profundă sau fisuri în cilindru este necesar să readuceți materialul prin sudare și să eliminați defectul.
  • Înlocuirea butoiului , această operațiune este foarte simplă, dar există foarte puține motoare care folosesc această soluție, care este în general rezervată pentru motoarele model.

Precauții

Cilindru cu cap integrat

Anumite măsuri pot fi aplicate cilindrilor:

  • Butoaie detașabilă , aceasta permite întreținerea mai ușoară și mai rapidă a motorului.
  • Butoaie siameze , în motoarele cu mai mulți cilindri, cu doi sau mai mulți cilindri unul lângă altul, există absența sistemelor de răcire în părțile care sunt interpuse între cele două butoaie, permițând reducerea vizibilă a dimensiunilor laterale ale motorului, unde peretele care separă butoaiele pot ajunge chiar la doar 5 milimetri ca în cazul Honda CBR 1000RR 2010 și Yamaha YZF-R1 2010. [5]
  • Inel anti-ciocănire , acest inel este utilizat exclusiv în competiții datorită costului și constă în utilizarea unui inel de cupru (mai dur decât aluminiul și cu conductivitate termică mai mare) care se aplică fierbinte pe un scaun obținut în cilindru, în general acest inel are un profil pătrat de 2 mm.
    Acest dispozitiv permite creșterea considerabilă a punctului de autoaprindere și reducerea detonațiilor probabile care urmează în general acestui fenomen.
  • Monobloc , în acest caz cilindrul este unul cu baza superioară, acest lucru permite reducerea costurilor, îmbunătățirea rezistenței mecanice și reducerea vibrațiilor.
  • Integrarea chiulasei sau a cilindrului orb , în acest caz chiulasa este o singură piesă cu cilindrul, această soluție este utilizată la motoare mai ieftine și care utilizează în general răcirea cu aer, aceasta deoarece permite reducerea costurilor și vibrațiilor. să fie ușor de utilizat la motoarele în doi timpi, în timp ce la motoarele în patru timpi este mai dificil și în orice caz necesită o parte a chiulasei care poate fi demontată datorită componentelor de distribuție.
    Această soluție a fost folosită și în curse cu motorul cu patru cilindri Ferrari 500 F2 din 1952 și cu motorul Offenhauser pentru curse din Indianapolis.
  • Monobloc cu cap integrat , în acest caz capul, cilindrul și baza superioară sunt una.

Notă

  1. ^ Măsurarea temperaturii peretelui cilindrului într-un ciclu în doi timpi răcit cu aer (1973) , pe ruor.uottawa.ca . Adus pe 9 martie 2014 (arhivat din original pe 9 martie 2014) .
  2. ^ Sarcini termice pe pereții cilindrilor unui motor cu ardere internă
  3. ^ Cilindri, căptușeli pentru cilindri, baze
  4. ^ BARILE CILINDRICE , pe precombustionchambers.com . Adus la 21 martie 2014 (arhivat din original la 22 martie 2014) .
  5. ^ Massimo Clarke, Unde sunt japonezii? , în Masterbike , vol. 3, nr. 8/9, august / septembrie 2010, pp. 108-114.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe