Co je píst a jak se liší od pístu? Důležité informace o motorech a jejich součástech

Píst motoru – jedná se o válcovou část, která vykonává vratný pohyb uvnitř válce a slouží k přeměně změn tlaku plynu, páry nebo kapaliny na mechanickou práci, nebo naopak vratný pohyb na změnu tlaku. Zpočátku se písty pro spalovací motory automobilů odlévaly z litiny. S rozvojem technologie se začal používat hliník, protože poskytoval následující výhody: vyšší rychlost a výkon, nižší zatížení dílů, lepší přenos tepla.

Od té doby se výkon motoru mnohonásobně zvýšil, teplota a tlak ve válcích moderních automobilových motorů (zejména dieselových motorů) se staly takovými, že hliník dosáhl své meze pevnosti. Proto byly v posledních letech takové motory vybaveny ocelovými písty, které s jistotou vydrží zvýšené zatížení. Jsou lehčí než hliník díky tenčím stěnám a nižší kompresní výšce, tzn. vzdálenost ode dna k ose hliníkového čepu. A ocelové písty nejsou lité, ale prefabrikované.
Mimo jiné zmenšení vertikálních rozměrů pístu při zachování bloku válců beze změny umožňuje prodloužení ojnic. Tím se sníží boční zatížení dvojice píst-válec, což bude mít pozitivní vliv na spotřebu paliva a životnost motoru. Nebo bez výměny ojnic a klikového hřídele zkrátíte blok válců a tím odlehčíte motoru

Píst plní řadu důležitých funkcí:

• zajišťuje přenos mechanických sil na ojnici;
• je zodpovědný za utěsnění spalovací komory paliva;
• zajišťuje včasné odvádění přebytečného tepla ze spalovací komory

Provoz pístu probíhá v obtížných a v mnoha ohledech nebezpečných podmínkách – při zvýšených teplotách a zvýšeném zatížení, proto je zvláště důležité, aby písty pro motory byly účinné, spolehlivé a odolné proti opotřebení. Proto se na jejich výrobu používají lehké, ale ultrapevné materiály – žáruvzdorný hliník nebo slitiny oceli. Písty se vyrábějí dvěma způsoby – litím nebo lisováním.

Extrémní podmínky určují materiál použitý k výrobě pístů

Píst je provozován v extrémních podmínkách, vyznačujících se vysokým tlakem, setrvačným zatížením a teplotami. To je důvod, proč hlavní požadavky na materiály pro jeho výrobu zahrnují:

• vysoká mechanická pevnost;
• dobrá tepelná vodivost;
• nízká hustota;
• nízký koeficient lineární roztažnosti, antifrikční vlastnosti;
• dobrá odolnost proti korozi.

Požadované parametry splňují speciální hliníkové slitiny, které se vyznačují pevností, tepelnou odolností a lehkostí. Méně často se při výrobě pístů používá šedá litina a ocelové slitiny.
Písty mohou být:

V první verzi jsou vyrobeny vstřikováním. Kované jsou vyráběny lisováním z hliníkové slitiny s malým přídavkem křemíku (v průměru asi 15 %), což výrazně zvyšuje jejich pevnost a snižuje míru roztažnosti pístu v rozsahu provozních teplot.

Konstrukce pístu

Píst motoru má poměrně jednoduchou konstrukci, která se skládá z následujících částí:

1. Hlava pístu ICE
2. Pístní čep
3. Pojistný kroužek
4. Šéf
5. Ojnice
6. Sukně
7. Ocelová vložka
8. Nejprve kompresní kroužek
9. Druhý kompresní kroužek
10. Kroužek na stírání oleje

Konstrukční vlastnosti pístu ve většině případů závisí na typu motoru, tvaru jeho spalovací komory a druhu použitého paliva.

Dole

Dno může mít různé tvary v závislosti na funkcích, které plní – ploché, konkávní a konvexní. Konkávní tvar dna zajišťuje efektivnější provoz spalovací komory, což však přispívá k větší tvorbě usazenin při spalování paliva. Konvexní tvar dna zlepšuje výkon pístu, ale zároveň snižuje účinnost spalovacího procesu palivové směsi v komoře.

Pístní kroužky

Pod dnem jsou speciální drážky (drážky) pro instalaci pístních kroužků. Vzdálenost ode dna k prvnímu kompresnímu kroužku se nazývá požární pás.

Pístní kroužky jsou zodpovědné za spolehlivé spojení mezi válcem a pístem. Poskytují spolehlivou těsnost díky svému těsnému uchycení ke stěnám válce, což je doprovázeno intenzivním třením. Motorový olej se používá ke snížení tření. Slitina litiny se používá k výrobě pístních kroužků.

Počet pístních kroužků, které mohou být instalovány do pístu, závisí na typu použitého motoru a jeho účelu. Často jsou systémy instalovány s jedním stíracím kroužkem oleje a dvěma kompresními kroužky (prvním a druhým).

TYPY PÍSTŮ

U spalovacích motorů se používají dva typy pístů lišících se konstrukcí – pevné a kompozitní.

Pevné díly jsou vyráběny litím s následným obráběním. Proces odlévání kovu vytváří polotovar, který je dán celkovým tvarem součásti. Dále se na kovoobráběcích strojích opracovávají pracovní plochy ve výsledném obrobku, vyřezávají se drážky pro kroužky, vyrábějí se technologické otvory a zápichy.

V dílčích částech jsou hlava a plášť odděleny a během instalace na motor jsou sestaveny do jediné konstrukce. Sestavení do jednoho dílu se navíc provádí spojením pístu s ojnicí. K tomuto účelu jsou na hlavě kromě otvorů pro pístní čep v lemu speciální oka.

Výhodou kompozitních pístů je schopnost kombinovat výrobní materiály, což zlepšuje výkon součásti.

Odvod přebytečného tepla z pístu

Spolu se značným mechanickým zatížením je píst vystaven také negativním účinkům extrémně vysokých teplot. Teplo se odvádí ze skupiny pístů:

• chladicí systém ze stěn válce;
• vnitřní dutina pístu, poté pístní čep a ojnice, jakož i olej cirkulující v mazacím systému;
• částečně studená směs vzduchu a paliva přiváděná do válců.

Z vnitřního povrchu pístu se jeho chlazení provádí pomocí:

• stříkající olej speciální tryskou nebo otvorem v ojnici;
• olejová mlha v dutině válce;
• vstřikování oleje do oblasti prstence do speciálního kanálu;
• cirkulace oleje v hlavě pístu podél trubkové cívky.

Olejový kroužek a kompresní kroužky

Kroužek na stírání oleje zajišťuje včasné odstranění přebytečného oleje z vnitřních stěn válce a kompresní kroužky zabraňují pronikání plynů do klikové skříně.

Kompresní kroužek, umístěný jako první, absorbuje většinu setrvačných zatížení během provozu pístu.

Pro snížení zatížení je u mnoha motorů instalována ocelová vložka do drážky kroužku, která zvyšuje pevnost a kompresní poměr kroužku. Svěrné kroužky mohou být vyrobeny ve tvaru lichoběžníku, soudku, kužele nebo s výřezem.

Ve většině případů je stírací kroužek oleje vybaven mnoha otvory pro odvod oleje, někdy i pružinovým expandérem.

Pístní čep

Jedná se o trubkovou část, která je zodpovědná za spolehlivé spojení pístu s ojnicí. Vyrobeno z ocelové slitiny. Při instalaci pístního čepu do nálitků je pevně zajištěn speciálními pojistnými kroužky.

Píst, pístní čep a kroužky spolu tvoří tzv. pístovou skupinu motoru.

Sukně

Vodicí část pístového zařízení, která může být vyrobena ve tvaru kužele nebo sudu. Plášť pístu je vybaven dvěma nálitky pro připojení k pístnímu čepu.

Pro snížení třecích ztrát je na povrch obruby nanesena tenká vrstva antifrikční látky (často se používá grafit nebo disulfid molybdenu). Spodní část sukně je opatřena kroužkem na stírání oleje.

Povinným procesem při provozu pístového zařízení je jeho chlazení, které lze provést pomocí následujících metod:

• stříkající olej skrz otvory v ojnici nebo trysce;
• pohyb oleje podél cívky v hlavě pístu;
• dodávání oleje do oblasti prstence prstencovým kanálem;
• olejová mlha

Těsnící část

Těsnicí část a dno jsou spojeny a tvoří hlavu pístu. V této části zařízení jsou pístní kroužky – škrabka oleje a komprese. Průchody kroužků mají malé otvory, kterými odpadní olej vstupuje do pístu a poté odtéká do klikové skříně.

Obecně je píst spalovacího motoru jednou z nejvíce zatěžovaných částí, která podléhá silným dynamickým a zároveň tepelným vlivům. To klade zvýšené požadavky jak na materiály použité při výrobě pístů, tak na kvalitu jejich výroby.

Výfukový systém: popis, foto, účel, ladění

Jak vyměnit pístní kroužky vlastníma rukama?

Výměna brzdových destiček a brzdových kotoučů svépomocí

Pístní čep: popis, typy, aplikace, instalace, fotografie, video.

Část, bez které nemůže spalovací motor fungovat, je píst. Jak to funguje a jaké problémy s tím nejčastěji vznikají?

Co je píst motoru a jak funguje

Většina automobilových nadšenců ví, jak funguje spalovací motor. Chemická energie obsažená v palivu, které pohání motor (nafta, benzín atd.), se spalovacím procesem přeměňuje na mechanickou a tepelnou energii. V tomto případě se ve spalovací komoře tvoří plyny o vysoké teplotě a tlaku, které působí na hlavu pístu. Přinutí jej přesunout se do dolní úvratě (silový zdvih).

U čtyřdobých motorů k popsanému procesu dochází střídavě. V důsledku toho je dvojice pístů 1-3 v dolní úvrati a dvojice pístů 2-4 v horní úvrati (vznítí se, spálí směs paliva a vzduchu a tlačí ji do dolní úvratě).

Z jakého materiálu jsou písty vyrobeny?

Vratný píst je připevněn pístním čepem k ojnici. Přijímá mechanickou energii ze směsi spálené ve válci. Většina pístů motoru je vyrobena ze slitin hliníku a křemíku. Na materiály pro výrobu pístů jsou kladeny vysoké nároky:

• pevnost materiálu při vysokých provozních teplotách;
• vysoká odolnost proti únavě;
• určitá tepelná vodivost;
• nízký koeficient tepelné roztažnosti;
• nízká specifická hmotnost;
• odolnost proti abrazivnímu opotřebení;
• odolnost proti korozi.

Při výrobě pístů existují dvě možnosti. První (rozměry) umožňuje vybrat píst, který poskytuje optimální vůli dvojice píst-válec. Druhým, v závislosti na hmotnosti, je vybrat píst tak, aby vyvážení systému píst-klika bylo co nejjednodušší.

Konstrukce pístu

Píst má hlavu, podpěru náboje, podpěru pístního čepu, prstencovou část a podpěrnou část.

Dole

Tvar dna závisí na požadovaných vlastnostech spalovací komory. Nejjednodušším řešením je ploché dno. Zážehové motory a vznětové motory s oddělenými spalovacími komorami používají mírně konvexní tvary dna, protože zvyšují tuhost konstrukce. Podříznutí v koruně pístu neslouží k tvarování spalovací komory, ale k její ochraně před stykem s ventily a k usměrnění proudění plynů vznikajících při procesu spalování.

Náboj slouží k instalaci pístního čepu. Zpravidla se nachází v těžišti pístu. Pístní čep spojuje ojnici s pístem a přenáší sílu vytvářenou spalinami na osu ojnice. Vzhledem k vysokým teplotám ve spalovací komoře, provozním silám, proměnlivému zatížení a nutnosti mazání pístů se používají různé materiály (například nauhličená ocel 15H, 15N, ocel 38HN pro zlepšení ohřevu nebo nitridovaná ocel 38 HMJ ).

Pístní kroužky

Hlavní rozměry pístního čepu jsou určeny na základě pevnostních výpočtů a jsou vybírány na základě současných norem.

Prstencová část pístu je umístěna v jeho horní části. Dvoudobé motory mají 1-4 pístní kroužky a čtyřdobé motory mají 2-4 kroužky (obvykle se používají tři).

Počet použitých pístních kroužků závisí mimo jiné na kompresním poměru.

První pístní kroužek utěsňuje válec. Říká se tomu těsnění (komprese). Utěsňuje spalovací komoru a zabraňuje pronikání plynů do bloku válců. Díky svému umístění je kroužek náchylný ke korozi a vystavení nejvyšším provozním teplotám. Přes kompresní kroužek je do válce předáno až 70 % tepla. Obvykle má obdélníkový nebo sudovitý tvar.
Hlavový kroužek má zakřivenou mazací plochu, která snižuje možnost vymizení olejového filmu v důsledku nadměrného tlaku na válec.

Kroužek umístěný ve spodní části pístu se nazývá sběrný (olejový) kroužek. Slouží k odstranění přebytečného oleje ze stěn válce při pohybu. Olej se vrací přes mezery v kroužku a pístu do bloku válců (u dvoudobých motorů se tento kroužek nepoužívá, protože olej je dodáván s palivem a jeho spalování je záměrné).

Sběrný kroužek má dvě pracovní plochy, mezi kterými jsou oválné nebo kulaté otvory, kterými proudí nasbíraný přebytečný olej do bloku motoru. Mnoho olejových kroužků používá roztahovací pružinu ke zvýšení tlaku na stěny válce.

Mezi těsnicím a sběrným kroužkem je ještě stlačovací a sběrný kroužek. Jeho úkolem je zachytit plyny, které prošly O-kroužkem, a seškrábnout přebytečný olej z povrchu válce. Má speciální tvar pracovní plochy.

Některé prsteny mají tzv. nos, tedy výbrus, díky kterému se z nich lépe stírá mazací olej. Nesprávná instalace kompresního kroužku bude mít za následek zvýšenou spotřebu oleje.

Pístní kroužky utěsňují spalovací komoru. Při vystavení vysokým teplotám se musí pružně přizpůsobit. Mají přesně definovaný tvar, protože pro zajištění těsnosti je nutné, aby těsně přiléhaly ke stěnám válce. Vhodný tvar pístních kroužků je dosažen ovalizací.

Nejčastěji se pístní kroužky vyrábí ze šedé litiny. Tento materiál se používá, protože se snadno připevňuje ke stěně válce. Pro zvýšení pevnosti může být potažen jinými materiály.

Příčiny opotřebení pístů motoru

Častým problémem jsou praskliny v hlavách pístů a pístních kroužcích v důsledku tepelného opotřebení. Vývoj v automobilovém průmyslu v posledních letech znamená, že účinnost pístů a pístních kroužků u spalovacích motorů závisí především na odolnosti použitých materiálů. Důležitým faktorem jsou také provozní podmínky pohonu. Pravděpodobnost poruchy motoru se zvyšuje s rostoucím tepelným zatížením spojeným se zvýšeným výkonem (například zvýšením kompresního poměru, jmenovitého výkonu, boostu nebo v důsledku použití více než dvou ventilů na válec).

Strukturální a provozní faktory ovlivňují degradaci materiálu použitého v pístech. V závislosti na uvedených faktorech lze specifikovat následující typy opotřebení:

• opotřebení v důsledku tření,
• opotřebení způsobené poškozením materiálu (působení proměnlivého mechanického a tepelného zatížení),
• korozní proces (změna fyzikálních a chemických vlastností vrchní vrstvy materiálu),
• erozivní (v důsledku dynamického dopadu plynného nebo kapalného média).

Velmi často jsou trhliny způsobeny zářezy vytvořenými okraji vybrání ventilů. Takové poškození může vést zejména k poruchám procesu spalování směsi paliva a plynu nebo ke snížení těsnosti komory.

U motorů s předkomorovým vstřikováním je nejčastější závada praskání hlavy pístu.

Teplota na okraji pístu v oblasti spalovací komory může být těsně nad 380 °C. Kontakt s kapalinou vytváří extrémní podmínky, které mohou způsobit praskliny nebo trvalou deformaci pístu. Takové poškození dna může způsobit například vniknutí vody nebo paliva do spalovací komory.

Dalším důvodem poškození pístu je tepelné přetížení. Může k ní dojít, pokud se olej mění příliš zřídka (u vozidel se vznětovým motorem by se měl měnit přibližně jednou ročně, u vozidel se zážehovým motorem přibližně každých 1,5 roku). To může také ucpat trysky chlazení motorového oleje.

40 až 50 % mechanických ztrát ve spalovacím motoru tvoří ztráty třením kroužků a pístu o dosedací plochu válce. Z tohoto důvodu se rozměry třecí plochy kroužků zmenšují (při konstantním tlaku). To vede ke snížení elasticity pístních kroužků, což může způsobit destrukci v důsledku těžkých provozních podmínek. Prasknutí pístních kroužků může být také důsledkem:

• tribologické opotřebení;
• mechanická přetížení, která vznikají v důsledku narušení spalovacího procesu, montážních chyb nebo v důsledku velkého zatížení při startování studeného motoru.

Tribologické opotřebení je druh opotřebení, ke kterému dochází v důsledku třecích procesů. Procesy opotřebení mění hmotnost, strukturu a fyzikální vlastnosti povrchových vrstev kontaktních podložek. Intenzita opotřebení je důsledkem různých interakcí a odolnosti třecích ploch povrchových vrstev.

Další příčinou poškození je zachycení. Objevuje se na plášti pístu a kolem kroužků. Častými příčinami tohoto jevu jsou částice z tribologických procesů opotřebení nebo lokálního přehřátí. Píst z hliníkové slitiny se tepelně roztahuje dvakrát více než litina ve válci.

Hlavní parametry spalovacího motoru jsou:

• zdvihový objem je rozdíl mezi horní a dolní vratnou polohou pístu ve válci;
• objem spalovací komory je objem nad hlavou pístu, když je v horní zatahovací poloze;
• celkový objem motoru je součtem objemu válce a objemu spalovacího prostoru;
• Kompresní poměr je celkový objem dělený objemem spalovací komory.

Píst je jednou z nejdůležitějších částí motoru v případě poruchy je nutné okamžitě provést diagnostiku. Zpoždění může vést k drahým opravám nebo dokonce kompletní výměně motoru.