Mäntä (mekaaninen)

In mekaniikka , joka on mäntä on jäykkä osa yleisesti pyöreä, joka liukuu sylinterissä on muodoltaan toisiaan täydentäviä. Männän liike aiheuttaa vaihtelun kammion tilavuudessa männän ja sylinterin välissä. Mäntä mahdollistaa paineen muuntamisen työksi tai päinvastoin.

Sovellukset

Mäntiä on läsnä monissa mekaanisissa sovelluksissa . Yleisin on polttomoottori , erityisesti autoissa . Yksi tai useampi mäntä löytyy myös kompressoreista , pumpuista , sylintereistä , paineenalentimista , säätimistä, jakelijoista, venttiileistä, iskunvaimentimista , mutta myös männillä varustetuista lääkinnällisistä ruiskuista tai soittimista.

Mäntiä on kahden tyyppisiä: yksitoimiset männät, joissa paine vaikuttaa vain toiselle puolelle ( esim. Lääketieteelliset ruiskut), ja kaksitoimiset männät, joissa paine vaikuttaa molemmille puolille ( esim. Höyryveturi ). Männän siirtyminen aiheuttaa tai aiheuttaa paineen kammion sisällä.

Useimmat männät ovat rakenteeltaan yksinkertaisia (tasainen mäntä vedetään tai työnnetään sauvalla), paitsi moottoreissa, joissa niitä tutkitaan laajasti. Ne eroavat toisistaan muodoltaan, toiminnaltaan ja kooltaan; niiden kantama on rajaton. Siitä huolimatta "pääluokat" voidaan erottaa moottorityypin (pään muoto, käytetyt materiaalit jne. ) Mukaan

Kun lämpöä moottorin männät kohdistuu mekaanisia rasituksia , jotka johtuvat palamisen paine kaasujen ja dynamiikkaa syklinen siirtymä , ja lämpö- rasituksia , koska lämpötila ero männän ja palanut kaasuja. Nämä rajoitukset selittävät teräksen valinnan yleensä .

Historia

Ensiesiintyminen männän juontaa keksintö hydraule tai hydraulinen urut , ensimmäinen urut historiassa, jonka Ctésibios , kreikkalainen insinööri on Malli: ss . Mäntä on tässä tapauksessa käytetään, jotta saadaan aikaan ilmakuplan tarpeen Äänen tuottaminen putken elimen. Hän on myös imu- ja painepumpun keksijä, joka koostuu kahdesta lieriömäisestä pumppukappaleesta, joissa on pystysuuntaiset männät. Miesten sauvat baarit antoivat männät laskea ja nostaa vuorotellen.

Roomalaiset toteuttavat käytännössä sen, mikä oli usein vain uteliaisuutta kreikkalaisille.

Mäntä antiikin
Roman hydraulipumpun mäntä. I st Century II : nnen vuosisadan Fonte. Sotiel Coronadan kaivos, Calañas , Espanja
Pneumaattinen putki männällä Aleksandrian Heronin jälkeen

Pumput

Roomalaisista ajoista lähtien meille on tullut kaksi pumppua tärkeässä kunnossa. Yksitellen Sotiel Coronada kaivos Calañas vuonna Espanjassa , toinen Bolsena Italiassa.

In suihkulähteet , lopussa XVIII th luvulla kädessä pumput käytetään käytön veden pumppaamiseen, mäntä on sylinterimäinen runko, kiinteä tai rei'itetty, tai ilman venttiilin sisällä, päähän kiinnitettyä tangon tai sauvan rautaa tai puuta joka nostetaan ja lasketaan putken tai pumpun rungossa vuorotellen heilurin avulla veden imemiseksi ja nostamiseksi; Se on usein pala kuparia tai käännetty puupala, joka on leikattu nahalla reunan ympäri ja ympyröity kuparilla. Mäntä on ontto ja täynnä venttiiliä , kun se palaa imupumppuun, ja se on täynnä, kun se tekee painepumpun. Puupumpuissa holkki - punainen kuparisylinteri - on kiinnitetty pumpun rungon sisäosaan, johon mäntä on sijoitettu kitkan tasaisemmaksi ja siten, että se sulkeutuu hyvin.

Tiiviste imupumpun mäntä koostuu venttiilin, kaksi kupari- tai rauta nauhaa, jotka tuodaan ylös ja alas, ja pala nahkaa, joka ympäröi männän tehdä sen kitkan tasaisempia.

Moottorit

Höyrykoneissa

Se on ainoastaan tietoa tyhjiön ja ilmakehän paineessa , varhainen XVII th luvun, voisimme käsitteellistää ensimmäinen höyry moottorit vetämänä osittain tyhjien tilojen perustettu männän höyryn tiivistymistä vettä, tehtiin kokonaan vuonna 1712, jonka Thomas Newcomen .

Tietäen alipaineen, kokeet Evangelista Torricelli vuonna 1644 (joka määrittelee, että imupumppu, paineentasaus saavutetaan vesipatsaan korkeus 10,33 metriä, mikä on myös alalla käyttää näitä pumppuja) ja Otto von Guericke vuonna 1645 (Hän keksi ilmapumpun, joka perustuu sylinterin männän leikkiin) ovat ratkaisevia.

Vuonna 1679 ranskalainen Denis Papin rakensi ensimmäisen kattilan, joka suljettiin ensimmäisen venttiilin avulla . Tietäen höyrypotentiaalista, hän ehdotti männän ideaa, joka antaisi pääsyn tähän asti epäilemättömiin voimiin. Sen prototyyppi, vuonna 1690 , on edelleen tehoton.

Thomas Newcomenin vuonna 1712 valmistama kone, joka sallii kaivosten tyhjentämisen , on ensimmäinen tehokas höyrykone männän avulla, mikä asettaa sen teollisen vallankumouksen ytimeen .

Puhaltimissa

Valurauta männät, powered by höyrykoneita, vaihda vanha palkeet on masuunit ja John Wilkinson 1776, Skotlannin insinööri James Watt .

Puhalluskoneet ovat samantyyppisiä pumppuja kuin imu- ja painepumput, joita käytetään veden nostamiseen, ja kaikki, mikä on sanottu jälkimmäisestä jatkuvan vesisuihkun aikaansaamiseksi, pätee myös sylinterimäisiin palkeisiin, joiden on tuotettava jatkuva suihku ilmaa tynnyrin päässä.

Polttomoottoreissa Sveitsiläinen keksijä François Isaac de Rivaz inspiroi Volta-pistoolin avulla rakentamaan ensimmäisen polttomoottorin, jolle hän sai patentin.30. tammikuuta 1807. Sen moottori koostuu pystysuoraan sijoitetusta sylinteristä . Kivihiilikaasun räjäytystä työntää männän ylöspäin, joka laskee, vetää köyttä kytketty etupyörien koriin.

Se oli todella vuonna 1873 amerikkalaisen Braytonin ansiosta, että männän nykyinen yleinen muoto samoin kuin männän kaivettuihin uriin sijoitettujen elastisten renkaiden käyttö sai alkunsa.

Valettu on materiaali männän ja pysyy useita vuosia. Vuonna 1911 , espanjalais-Suiza vihittiin alumiini mäntä tarjoaa paljon enemmän keveyttä. Alumiinin kolminkertaisen laajenemiskertoimen vuoksi, mikä aiheuttaa suuremman tarttumisriskin, useimmat autonvalmistajat pitävät kuitenkin valurautaa. Siksi vasta 1920-luvulla nähtiin alumiinin vallitsevan. Tämän jälkeen edistymistä suhteen lujuuden materiaalien (käyttö seosten sekä kuparin , on nikkeliä tai piitä ) ja suhteen "kehittämistä valutekniikoiden ja koneistus " ansiosta yleistys " teräs Autonmoottoreissa.

De Rivazin ajoneuvo, sellaisena kuin se on kuvattu vuoden 1807 patentissa
Meridieselmoottoriin tarkoitetun männän kokoaminen .
Männät venttiilin polttomoottorissa

Periaate

Pumpussa

Mäntä liukuu sylinterissä tuottaen syvennyksen imupumpun tapauksessa tai puristuksen painepumpun tapauksessa . Jotkut pumput, kuten Ctesios-kone, suorittavat nämä kaksi toimintoa vuorotellen; niitä kutsutaan työntäviksi imupumpuiksi .

Imupumpun tapauksessa männään asetettu venttiili pakottaa veden kiertämään yhteen suuntaan ja sallii pumppauksen toiston. Imu- / painepumpuissa tarvitaan toinen venttiili.

Käsipumppua kutsutaan edestakaisin liikkuvaksi pumpuksi (jonka liike on edestakaisin toisin kuin kiertopumput ). Käsipumppu voidaan liittää kiertokanki-järjestelmään sen tehokkuuden lisäämiseksi. Sitä käytti mahdollisesti vesimylly tai karuselli.

On imupumppu , se on ilmakehän paine, joka pysyvästi aiheuttaa veden nousta sarakkeessa. Paineen tasaus saavutetaan 10,33 metrin vesipatsaan korkeudelle, jonka Evangelista Torricelli vahvisti vuonna 1644.

Moottorissa

Paine on yhtä suuri kuin pintaan kohdistuva voima (voima jaettuna pinnalla). Joten meillä on: ${\ displaystyle \ mathrm {P} = {\ frac {\ mathrm {F}} {\ mathrm {S}}}}$

Kanssa, koska vakio :

P paine ( pasaleina ) ( Pa );
F voima ( newtoneina ) ( N );
S pinta-ala ( neliömetreinä ) ( m 2 .

Näin voima 1 N kohdistuvan pinnalle 1 m 2 on yhtä suuri kuin paine 1 Pa . Samoin paineessa 1 Pa pinnalle 1 m 2 generoi voiman 1 N .

Tämä männän pinnalle S kohdistuva paine P aiheuttaa sen siirtymisen (kutsutaan iskuksi C), joten voiman F kohdasta tämä saa aikaan työn: ${\ displaystyle \ mathrm {W} = {\ mathrm {F}} \ kertaa {\ mathrm {C}}}$

Kanssa:

W työ jouleina ( J ;
F voima newtoneina N ;
C juoksu metreinä ( m .

Siten 1 N: n voima, jonka kohdistuspiste liikkuu 1 m voiman suuntaan, on yhtä suuri kuin tämän J: n voima . Aivan kuten 1 J: n työ siirtää 1 N: n voimaa 1 m : n etäisyydellä voiman suuntaan.

Juuri tämä työ sallii moottorivaikutuksen (lämpömoottorit) tai joka on paineen tai paineen alku (pumput ja kompressorit).

Mäntä toimii tämän fyysisen lain ansiosta. Kammion ja ulkopuolen välinen paine-ero aiheuttaa seinille voiman. Koska mäntä ei ole kiinteä kammion kanssa, se liikkuu tämän voiman vaikutuksesta, kunnes kammion ja ulkopuolen välillä saavutetaan sama paine. Päinvastoin, männän siirtymä ulkoisen voiman vaikutuksesta muuttaa kammion sisäistä painetta. Männän toiminta perustuu tähän paine-eron periaatteeseen, joka saa aikaan männän suoraviivan liikkeen, tai päinvastoin männän suoraviivan liikkeen, joka aiheuttaa paine-eron.

Pelkästään mekaanisesta näkökulmasta mäntä vaatii kiertokanki-kampijärjestelmän tarjotun työn hyödyntämiseksi. Tämä järjestelmä mahdollistaa transformaation suoraviivaisen liikkeen (siirtymisen männän liner ) pyöreään liikkeen, kuten on asianlaita moottorit, ja päinvastoin.

Männän anatomia

Männän pää

Männänpää on puristettavan tai laajennettavan nesteen ( moottorin kaasut ) kanssa kosketuksessa oleva osa .

Pumpuissa

Kädessä pumput , mäntä on sylinterimäinen runko, kiinteä tai porata, kanssa tai ilman venttiiliä, joka on liitetty päähän tangon tai sauvan rautaa tai puuta, joka nostetaan ja lasketaan vuorotellen putken tai elin. Pumpun avulla heiluri , imeä ja nostaa veden; Se oli usein pala kuparia tai käännetty puupala, joka oli leikattu nahalla reunan ympäri ja ympyröity kuparilla. Mäntä on ontto ulos ja varustettu takaiskuventtiilillä, kun sitä käytetään imupumppuna, ja se on täynnä, kun se on tarkoitettu painepumppua varten.

Moottoreissa

Moottorissa, männän pää voi ottaa useita muotoja riippuen ja poltto suoritetaan. Pää on yleensä tasainen, etenkin kaksitahtimoottoreissa ja matalan suorituskyvyn nelitahtimoottoreissa. Se on toisinaan kupera , mikä mahdollistaa tehokkaamman polttokammion, joka takaa paremman kaasujen syttymisen, nopeamman evakuoinnin, paremman sytytystulpan jäähdytyksen (korkeammat bensiinimoottorit) ja korkeammat puristukset.

Kun painat venttiilejä kohti , mäntä ja venttiilit estetään koskettamasta toisiaan, jopa venttiilipanikoiden tai jakelun pienen säätämisen aikana , samalla kun säilytetään korkea puristussuhde. Kestämään räjähdyksiä, männän päät tehdään pintakäsittely (esim käsittely nikkelin , grafiitti , jne. ).

Paremman lämmöntuotannon aikaansaamiseksi kylkiluut levitetään niiden selkään lisäämällä lämmönvaihtopintaa . Jäähdytyskanava, jossa moottoriöljy kiertää, voidaan myös tyhjentää mäntään, mikä mahdollistaa pään jäähdyttämisen, mutta myös segmentointivyöhykkeen.

Vedeneristys

Moottoreissa segmentointi

HUOM: Segmentointi tapahtuu vain moottoreissa käytetyissä männissä.

Kuvaus

Segmentit ovat joustavia renkaita (auki ennen asennusta), jotka on sijoitettu männän reunaan työstettyihin uriin ja jotka mahdollistavat kaiken syötetyn energian käytön estämällä kaasujen pääsemisen ulos männästä ja palamasta öljyä. Segmentit leikataan yleensä "Z" tai "pilli" (tai harvemmin "suora") niiden muodostumisen ja laajentumisen mahdollistamiseksi.

Segmenttien ulkohalkaisija on hieman suurempi kuin sylinterin. Avaaminen segmentin kutsutaan ”leikata”, koska segmentit, joka on tehty elastisesta terästä jousi leikata viipaleiksi. Asennuksen jälkeen segmentti sulkeutuu; kerran sylinterissä olevan aukon leveyttä kutsutaan "leikkausvaraukseksi". Sen mittaus mahdollistaa segmentin kulumisen arvioinnin .

On nelitahtimoottoreiden yleisesti käytetty auto, jolla yleensä löytää kolmeen segmenttiin vastaan neljä vanhan moottorit ja kaksi moottoreita kilpailun. Ne tarjoavat tiivisteen välille kuumien kaasujen polttokammiossa ja öljy on kampiakselin koteloon . Pienemmässä määrin ne varmistavat myös palamislämmön evakuoinnin sylinteriin.

Segmenttien tyypit

Segmenttien lukumäärä vaihtelee moottorista toiseen, mutta on kolmea tyyppiä. Kolme renkaan tyyppiä, jotka on sijoitettu järjestyksessä männän ylhäältä alas, ovat:

Palosegmentti on kaasun kanssa kosketuksissa oleva osa. Räjähdyksen aikana se puristetaan mäntää (urassaan) ja sylinteriä vasten, mikä varmistaa melkein kaiken tiiviyden.
Tiivistys- tai puristusrengas varmistaa kaasujen täydellisen tiiviyden pysäyttämällä tulirenkaan leikkauksen läpi kulkeneet kaasut. Sen on sallittava polttamiseen tarkoitetun seoksen hyvä puristus. Sen leikkaus on tasattu tai "hierova" verrattuna palosegmentin leikkaukseen. Pinta on kromattu tai päällystetty molybdeenillä .
Kaavinrengas tiivistyy öljytasolla; sen on "raaputtava" öljy sylinterin seinämiltä estääkseen sen palamisen seuraavassa jaksossa. Jälkimmäinen evakuoidaan osittain uraan tehtyjen reikien läpi, kun taas toista osaa käytetään ylemmien segmenttien voiteluun. Segmentin kokoonpanossa on käytettävä "porrastusta": segmenttien avoimet päät on sijoitettava siten, että segmentin kaksi leikkausta eivät koskaan ole samassa pystyakselissa.

Palo- tai puristusrenkaiden vikaantuminen johtaa puristuksen ja moottorin suorituskyvyn menetykseen sekä kampikammion paineistamiseen vuotokaasujen vaikutuksesta. Kaavinrenkaan vikaantuminen aiheuttaa öljyn kulutusta ja sinistä savua kiihdytyksen aikana .

Suunnittelutoimistot yrittävät rajoittaa segmenttien määrää, koska ne vähentävät moottorin hyötysuhdetta , ja nyt on vaikea erottaa selkeästi segmenttityypit, joista jälkimmäisistä tulee monitoimisia. Yleisesti katsotaan, että jokainen segmentti vähentää keskimääräistä efektiivistä painetta 0,1 barilla .

Pumpuissa tiivisteet

Pumpuissa ja ruiskuissa männässä ei ole segmenttiä tiivisteen varmistamiseksi. Tämä tehtävä suoritetaan ilmeisistä yksinkertaisuussyistä tiivisteillä , jotka on sijoitettu männän uriin. Tämän tarkoituksena ei ole estää vuotavan nesteen menemästä polttamaan öljyä, vaan pitämään se kammiossa, jotta pumpun tilavuushyötysuhde ei laskisi .

Samoista syistä kuin moottorit, sylinterissä on myös hienoja raitoja.

In vanhoissa pumpuissa , tiiviste männän ja sylinterin tehtiin nahka, joka ympäröi kuparilla.

Männän hame

Esitys

Männän vaippa on osa, joka ohjaa mäntää sylinterissä. Se voi olla täydellinen tai pienempi moottoreiden tapauksessa. Tämän alennuksen tarkoituksena on vähentää männän painoa ja vaipan kitkaa kitkalla moottorin suorituskyvyn parantamiseksi suurella nopeudella. Se on sitäkin tärkeämpää, koska männät voivat läpikäydä hyvin merkittävä kiihtyvyydet : 1200 g on V8-moottori on 500 hv jopa 8500 g on Formula 1 .

On kaksitahtimoottori , se on helman männän, joka määrittää avaamista / sulkemista kaavio satamien sulkemalla tai paljastamiseksi jälkimmäinen jokaisen liikkeen. Tämä on myös syy siihen, miksi männässä on vain kaksi segmenttiä (ei kaapijarengasta). Nelitahtimoottoreissa männän sylinterijärjestelmän avaus- ja sulkutoiminnot suoritetaan nokka-akselilla , nokkoilla ja venttiileillä .

Tribologia

Suhteen tribologian , pinnan tilaa vaipan on välttämätöntä varmistaa hyvä voitelu , varsinkin koska lähes 75% kitkahäviöiden tapahtuu tällä tasolla. Toisin kuin yleisesti uskotaan, sileä pintakäsittely ei ole paras. Itse asiassa on tärkeää, että männän vaippa on karkea (”poimut”) voideltavaksi tarvittavan vähimmäismäärän öljyn ylläpitämiseksi . Tätä karheutta on kuitenkin "hallittava", jotta löydetään tasapaino kalvon muodostumisen häiriintymisen ja riittävän varauksen välillä asianmukaista toimintaa varten. Pintakäsittely voidaan joskus kohdistuu mäntään tai ainoastaan helmaan; tämä saa sitten tumman harmaan tai jopa mustan. Sylinteri on myös luonteenomaisesti harjanne lisätä sen karheus: hieno ja syvä harjanteet on järjestetty 67 °.

Nämä pinnan kunnon rajoitukset aiheuttavat männän liikkumisen aikana vuorauksessa öljyn "monien lähentyvien ja jakautuvien kalvovyöhykkeiden avautumisen ja sulkeutumisen", mikä vaikeuttaa voitelun optimointia. Mallinnus- voitelun vaipan koostuu huomioon Reynolds yhtälö , jotta määrittämiseksi paine ja nopeus aloilla , joihin rajat johtaminen termit. Ohutkalvoyhtälöön voidaan lisätä seuraavan tyyppinen lauseke:

{\ displaystyle {\ frac {\ partituali \ phi (x, y)} {\ osallinen x}} {\ frac {\ hbar ^ {3}} {12 \ mu}} {\ frac {\ osittainen P (x, y)} {\ osittainen y}}}

${\ displaystyle \ phi (x, y)}$ on tekijä virtaus , P (x, y) on paine, viskositeetti ja Planckin vakio . Tämän ilmaisun lisäämisen tarve on matemaattisesti osoittanut Guy Bayada ja Michèle Chambat. $\ mu$ $\ hbar$

Voitelu vuorauksen ja männän välillä saavutetaan yleensä luomalla ohut öljykalvo tai käyttämällä erityisiä materiaaleja ja / tai pintakäsittelyjä. Kehitetty 1960-luvulla pietsosähköisten materiaalien syntymisen ansiosta sähköaktiivinen voitelu on täydentävä menetelmä, jota käytetään yhä enemmän nykyään. Tämä tekniikka on käyttää ultraääni tärinää , jotka muuttavat näennäinen kitka metallien ja estää ilmiöt stick-slip .

Männän tappi

Moottoreissa

Männäntapin on mekaaninen osa, joka yhdistää männän muihin liikkuvia mekaanisia osia. Lämpömoottoreissa se tarjoaa myös kiertokangen liikkumisvapauden männän suhteen; kampiakselin pyörimiseen tarvittava liikkumisvapaus. Akselin on oltava erittäin kestävä sen mittojen ja käytettyjen materiaalien vuoksi, koska se käy läpi ja välittää räjähdyksistä aiheutuvia mekaanisia voimia. Tämä on syy siihen, miksi tiettyjen mäntien akselinpäätä vahvistaa renkaanmuotoinen akselikanava.

Akseli on myös täydellisesti kiillotettu kiertäen kiertokangessa ja / tai männässä. Suurimman osan ajasta männän tappi on ontto vähentämään liikkuvan osan painoa vähentämättä kuitenkaan sen vastusta. Tappi kotelo poraukset männän tulisi olla koaksiaalinen tai kartiomainen välttää paikallisia yhteyksiä, joissa suuria paineita käytön aikana ilmenevät.

Männäntappiin pidetään yleensä sivusuunnassa lukkorenkaat tai snap renkaat männän, ja se voidaan asentaa vapaasti (liukuva) tai puristettu kiertokangen. Jälkimmäisessä tapauksessa asennusta varten on tarpeen lämmittää kiertokanki, jäähdyttää akseli tai yhdistää nämä kaksi menetelmää. Lukkorenkaiden kohdalla on huolehdittava siitä, että kiristys ei ole välttämätöntä, jotta niiden joustavuus ei heikentyisi ja vaarantuisi niiden tuki kotelon pohjassa. Viallinen tapin kokoonpano voi aiheuttaa "männän halkeilun kohoumien alueella, lukkorenkaan urien heikkenemisen, kiertokangen muodonmuutoksen ja epänormaalin kulumisen tai männän tarttumisen".

Pumpuissa

Käsipumpuissa joidenkin vanhojen tai rautapumppujen puupylvästä, johon pumpun mäntä on kiinnitetty liikkumaan, kutsutaan tangoksi tai tangoksi.

Männän rooli lämpömoottorissa

Mäntä on liikkuva elementti, joka varmistaa sylinterin palotilan tilavuuden vaihtelun. Yleensä kytkentäsauvaan kytkettynä se varmistaa palamiskaasujen puristumisen ja käy läpi niiden laajenemisen , mikä tuottaa kampiakselin pyörivän liikkeen . Kun kammio avataan venttiilillä , se työntää palaneet kaasut tai imee seoksen seuraavasta jaksosta .

Mäntä on yleensä sylinterimäinen osa , joskus hieman kartiomainen ja joissakin tapauksissa tynnyrin muotoinen. Nämä muodot ja välys sen säätämisessä vuorilla antavat kokoonpanolle vähemmän rajoittavan mekaanisen liitoksen kokoonpanoa ja käyttöä varten.

Palamisen aikana kohdistuvien voimien ja paineiden vuoksi männän on kyettävä välittämään voimat ilman muodonmuutoksia ja murtumia jopa tuhansien tuntien käytön jälkeen korkeissa lämpötiloissa. Männän muodostavan materiaalin on siksi oltava Youngin moduuli E ja murtovenymä A% niin korkea kuin mahdollista moottorin käyttölämpötiloissa. Tämä on syy, miksi teräs (E teräs = 176500 N / mm 2 ajan 400 ° C: ssa ) on edullinen verrattuna alumiini (E alu = 75500 N / mm 2 ajan 20 ° C: ssa ).

Yhä tiukentuvien saastumisenestostandardien ja halun parantaa edelleen autojen tehokkuutta ja suorituskykyä vuoksi OEM-valmistajat pyrkivät minimoimaan männän kitkan sylinterissä. Itse asiassa tämä kitka on peräisin melkein 66 prosentista moottorin kitkahäviöistä. Ja anti-kulumista pinnoitteita sylinterin käytetään kitkan vähentämiseksi (Trade Nikasil , nigusil , Revasil , Gilnisil , jne. ). Lisäksi mäntien voiteluun liittyvä öljyn kulutus on merkittävä saastumisen lähde.

Tästä syystä teräs korvataan vähitellen Diamond Like-Carbonilla (DLC). Se on amorfista hiiltä, joka koostuu lukuisista ohuista kerroksista, joiden fysikaaliset ominaisuudet ovat timantin ja grafiitin välillä (tästä johtuen myös sen nimi). DLC sallii lopulta kitkan vähenemisen noin 30%. Kuitenkin DLC: tä valmistetaan edelleen melko kalliina, ja sitä käytetään vain vähän sarjan moottoreissa.

Lämmönsäätömännät

Männän pään muodon lisäksi, joka havainnollistaa halua polttaa tuoreita kaasuja mahdollisimman hyvin, männät voidaan erottaa teknisillä ratkaisuilla, joita käytetään laajenemisen hallintaan. Näin ollen on kaksi pääluokkaa:

Monometallimännät

Yksinkertaisin ja siksi yleisimmin käytetty ratkaisu koskee kiinteäjalkaisia monometallimäntiä . Hame laajenee suhteellisen merkittävästi, mikä vaatii " leikkimisen tärkeitä ja voimakkaita tasoittavia pyöreyksiä". Näin tapahtui vanhoissa malleissa, että pystysuora tai vino lovi tehtiin, mikä antoi hameelle suuremman joustavuuden ja mahdollisti laajennusten imemisen. Tämän ratkaisun haittana on hameen vastuksen heikkeneminen, joka aiheuttaa repeämiä tietyissä tapauksissa.

Männissä on enintään kolme segmenttiä, koska hame, joka tarjoaa vain ohjaavan roolin, on pieni. Kipinäsytytysmoottorin suuresta pyörimisnopeudesta johtuen peliin tuodut erittäin suuret hitausvoimat tekevät mäntien massan pienentämisen välttämättömäksi. Monometallisissa männissä on siksi erittäin voimakkaat lovet painonsa vähentämiseksi mahdollisimman paljon.

Ohjatut lämpölaajenemännät

Lämpöohjattujen paisuntamäntien paisuntakestävyyden parantamiseksi ne on valettua teräslevyä . Itse asiassa, teräksen laajenemiskerroin on pienempi kuin alumiinin (α teräs = 11 × 10-6 ; α alu = 22 × 10-6 ), tämä assosiaatio mahdollistaa paljon paremman suorituskyvyn. In Germany , Mahle GmbH kehittää männät tämän tyypin, jota kutsutaan Autothermik ja Autothermatik, joka lisäksi on lovi (vastaavasti jäähdytys reikää) uraan pyyhkäisyrengas lämmönsiirron parantamiseksi pään helmaan.

Samaan aikaan saksalainen Karl Schmidt tarjoaa laajennusrenkaita pikemminkin kuin tyynyjä. Se on sileä pyöreä teräsosa tai hammastettu sen ulkoosasta ja sijoitettu valmistuksen aikana mäntään. Tämän teknisen ratkaisun avulla voidaan huomattavasti vähentää hameen yläosan laajenemista. Duotherrns aikovat toteuttaa kahdessa edellisessä ratkaisuja.

Wankelin moottorin mäntä

Toisin kuin kipinäsytytysmoottoreihin (bensiini) tai automaattimoottoreihin (Diesel) asennetut männät , Wankelin 1960-luvulla keksimä Wankel-moottorin mäntä ei ole sylinterimäinen, vaan muodoltaan "pyöristetyn kolmion" muotoinen. Se sallii syklisen liikkeen muuttumisen pyöreäksi liikkeeksi. Männän kolme sivua on hieman ontto, muodostaen siten palotilat. Itse asiassa männän molemmat puolet ovat vuorossa kosketuksessa sytytystulpan kanssa, mikä sytyttää aiemmin puristetut kaasut.

Pyörivä mäntä, jota joskus kutsutaan roottoriksi, siirtää pisteitä staattorissa (kotelon ekvivalentti) trochoidista käyrää pitkin . Jokainen pinta eroaa toisistaan ja lähestyy kahdesti käyrän kierrosta kohti, jolloin on mahdollista luoda vaihtelevan tilavuuden kammioita. Näissä kammioissa suoritetaan puristus- ja laajennusoperaatiot.

Wankelin moottorissa ei ole venttiilejä ; nämä korvataan "valoilla". Siksi on männän tehtävä pelata venttiilejä (aivan kuten kaksitahtimoottoreissa ). Itse asiassa mäntä estää tai vapauttaa aukkoja pyörimisen aikana päästäessään tai päästämättä kaasuja.

Männän pään muodot

Yleensä polttokammioiden muoto määräytyy sylinterinkannessa tehdyn syvennyksen perusteella , joten männän pää on yleensä tasainen. Joskus päinvastoin käy ilmi, että mäntä on ontto ja muodostaa kokonaan tai osittain palotilan. Männän pää on kuitenkin ontto, etenkin kilpa-autoissa, aivan eri syystä. Itse asiassa on kyse tietyn muodon tuottamisesta, joka mahdollistaa kammioon injektoidun ilma / bensiiniseoksen parhaan mahdollisen homogenisoinnin homogeenisen palamisen aikaansaamiseksi.

Injektiotekniikoita on yleensä kaksi. Niin sanotun " rumpu " -injektion tapauksessa injektorin tuottama nestesuihku taipuu (männän pään muodon mukaan) kohti sytytystulppaa, mikä mahdollistaa "tehokkaamman" ja kerrostuneemman räjähdyksen. . Niin sanotun " pyörre " -ruiskutuksen tapauksessa polttoaine toimii pyörteenä, jolloin seos on mahdollista homogenoida koko kammiossa. On myös mahdollista yhdistää nämä kaksi injektiotyyppiä. Lisäksi fyysisesti on mahdotonta tuottaa pyörre ilman rumpua, kun taas päinvastoin on mahdollista.

Valmistajilla on monia syitä käyttää tämän tyyppisiä injektioita. Suuri turbulenssi päästetyssä nesteessä edistää liekin etuosan parempaa etenemistä kammiossa räjähdyksen aikana sekä parempaa palamista, varsinkin kun seos on laiha. Pyörre- ja rumpu- injektiot hajoavat, mikä tuottaa enemmän turbulenssia kuin yksi injektio.

{\ displaystyle R_ {s} = {\ frac {\ omega _ {s}} {2 \ pi N}}}

;

{\ displaystyle R_ {t} = {\ frac {\ omega _ {t}} {2 \ pi N}}}

A ( dimensioton ) kerroin on pyörre ( ) ja kuivausrumpu ( ) on yleensä otettu huomioon. Tämä on sarjatuotannossa olevissa moottoreissa 1,0 tai 2,0, mutta voi olla jopa 6,0. Nämä kertoimet otetaan huomioon kulma- nopeudet nesteen suihkujen ja funktiona kulmanopeuden ja kampiakselin . ${\ displaystyle R_ {s}}$ ${\ displaystyle R_ {t}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {s}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {t}}$ ${\ displaystyle 2 \ pi N}$

Männän rooli pumpussa

Toisin kuin moottorissa, jossa uusien kaasujen räjähdyksen aiheuttama paine aiheuttaa voiman mäntään, pumppu toimii päinvastaisella periaatteella. Mäntä sallii tällöin moottorin tai käyttäjän nesteeseen kohdistaman voiman muuntamisen hyödylliseksi paineeksi, mikä mahdollistaa nesteen nopeuden antamisen tai nesteen imemisen säiliöstä erojen periaatteen ansiosta paine. Yleisemmin männän pumppu on positiivisen tilavuuden pumppu, joka mahdollistaa mekaanisen energian muuttamisen paineenergiaksi.

Erilaisia mäntäpumppuja
Kun imu pumpun mäntä on välttämättä varustettu venttiilillä.
HPLC- pumppu toimii mäntäpumpun periaatteella.
Ruiskun mäntä muuntaa voiman paineeksi.

Männän rooli kompressorissa

Kompressorissa tai sylinterissä mäntä, jolle painetaan voima, mahdollistaa nesteen, kuten ilman, puristamisen, kuten tilavuusmännäkompressoreissa tapahtuu moottorin puristussuhteen lisäämiseksi, tai tunkissa , vaimennuksen saavuttamiseksi .

Poistot

Koska koko iskun on sylinteri , kineettinen energia hankittu liikkeen aikana, joka on yleensä tarpeetonta energiaa, toisin kuin paine-energia, on absorboida eri laitteilla. Mäntä täyttää tämän vaimennustoiminnon yleensä. Molemmille puolille asetetut ulkonemat estävät nesteen (ilman tai öljyn) kulkua, mikä vaikeuttaa evakuointia. Joissakin tapauksissa neste ohjataan pieneen aukkoon, jonka kokoa voidaan säätää säätämällä neularuuvia. Sylinterin tanko hidastuu siten ennen kuin se saavuttaa täyden pysähdyksen. Elastinen jatkeet kumi on mahdollisesti sijoitettu kummallekin puolelle männän ja iskun aikana rajakytkin, tallentaa muotoilemalla osa energiasta. Absorboitunut energia on sitä suurempi, kun tulpan materiaalin murskaus on vähäistä, joten kumi valitaan.

Kuljetusputket

Kuljetusputkistoihin sovelletaan säännöllisiä huolto-ohjelmia, joiden tarkoituksena on puhdistaa ne sisäisesti ja tarkistaa niiden eheys ajan myötä.

Eri mallien männät tarjoavat nämä huoltotoiminnot . Erityisesti on olemassa:

ja kaapimet mäntien ;
ja malleja männät ;
ja älykäs sikojen ;
...

Huomautuksia ja viitteitä

Huomautuksia

Bensiinimoottoreissa alumiinia suositaan usein paremman lämmöntuotannon ja koputtamisen välttämiseksi , kun taas dieselmoottoreissa teräs on edullinen sytytys itsesytyttämällä .
. Muissa järjestelmissä ei tapahdu nesteenvaihtoa; sama neste jää kammioon. Tämä pätee erityisesti liittimiin.
Mäntä / sylinterikokoonpanoja ei välttämättä voidella.
Seoksen sanotaan olevan huono, jos ilma on liikaa bensiiniä, ja seos on rikas, jos päinvastoin bensiiniä on liikaa.

Viitteet

Mäntäpumppu Ph. Fleury ja S. Madeleine. Käytössä unicaen.fr
Jean-Nicolas-Pierre Hachette , Elementary Tutkielma Koneet , Courcier,1819( lue verkossa ) , s. 186
" Technique: Le piston " , Motorlegend (käytetty 11. huhtikuuta 2009 ) , s. 1
" Technique: The mäntä " , Motorlegend (käytetty 11. huhtikuuta 2009 ) , s. 2
“ Männän tyypit ” , julkaisussa Mahle Original (käyty 17. huhtikuuta 2009 ) , s. 2
Georges Spinnler (1998) , Tiivistys (segmentit ja männät) , s. 197. Käytetty 12. huhtikuuta 2009
Raymond Brun (1984) , Les Segments (leikkauspeli) , s. 57, c. VIII - Mäntä ja renkaat. Käytetty 12. huhtikuuta 2009
Raymond Brun (1984) , L'Usure (segmentit) , s. 87-88, c. VIII - Mäntä ja renkaat. Käytetty 12. huhtikuuta 2009
" Le Piston " , Mecamotorsissa ( katsottu 12. huhtikuuta 2009 )
Raymond Brun (1984) , Les Segmentit (General) , s. 51 , c. VIII - Mäntä ja renkaat. Käytetty 12. huhtikuuta 2009
“ Technique: The mäntä ” , Motorlegend (käytetty 12. huhtikuuta 2009 ) , s. 5
" The mobile engine crew " , Gazoline ( katsottu 18. huhtikuuta 2009 )
Georges Spinnler (1998) , Vedeneristys (dynaaminen vedeneristys) , s. 199. Käytetty 15. huhtikuuta 2009
(in) " Piston Velocity and Acceleration " on PPE Inc. (katsottu 14. huhtikuuta 2009 )
" Moottorit " , F1-luokituksessa (käytetty 14. huhtikuuta 2009 )
Jean Denape, Philippe Stempflé, Jean-Yves Paris (2006) , Pintatilojen mittaus , s. 115. Käytetty 13. huhtikuuta 2009
Jean Denape, Philippe Stempflé, Jean-Yves Paris (2006) , Kitkan hallinta pintaolosuhteiden mukaan , s. 111. Pääsy 17. huhtikuuta 2009
François Robbe-Valloire, René Gras (2004) , Pinta- ja voiteluolosuhteet , s. 9. Pääsy 13. huhtikuuta 2009
Jean Denape, Philippe Stempflé, Jean-Yves Paris (2006) , sähköaktiivinen voitelu , s. 163. Pääsy 17. huhtikuuta 2009
“ Technique: The piston ” , Motorlegend (käytetty 12. huhtikuuta 2009 ) , s. 6
Raymond Brun (1984) , Le rooli du mäntä , s. 3 , kappale . VIII - Mäntä ja renkaat. Kuulivat12. huhtikuuta 2009.
Axel Carre, " The DLC Coated Pistons " , Xelopolis ,24. heinäkuuta 2009(käytetty 10. joulukuuta 2009 ) .
" Technique: Le piston " , Motorlegend (käytetty 12. huhtikuuta 2009 ) , s. 3.
Raymond Brun (1984) , Männän rooli , s. 4 , kappale . VIII - Mäntä ja renkaat. Kuulivat12. huhtikuuta 2009.
" Pyörivä moottori: Wankel-moottori " , moottorimoottoreissa (käytetty 12. huhtikuuta 2009 ) .
" Tekniikka: pyörivä mäntämoottori " , Motorlegend (käytetty 12. huhtikuuta 2009 ) , s. 1.
Jean Tarpy, kipinäsytytysmoottori, Insinöörin tekniset versiot , s. 3 .
(en) John Leask Lumley (1999) , Indicing Swirl and Tumble , s. 148-149 . Kuulivat14. huhtikuuta 2009.
(in) John LEASK Lumley (1999) , Indicing pyöritä ja kuivausrumpu , s. 151 . Kuulivat14. huhtikuuta 2009.
" Mäntäpumppu " , HRS Spiratube -palvelussa (käytetty 14. huhtikuuta 2009 ) .
[PDF] Philippe Taillard, " Mitoitusopas - Pneumaattiset sylinterit " (katsottu 17. huhtikuuta 2009 )

Katso myös

Bibliografiset lähteet

Raymond Brun, Teollisen dieselmoottorin ja kuljetuksen tiede ja tekniikka , Voi. 2, TECHNIP-painokset,1984, 445 Sivumäärä ( ISBN 978-2-7108-0473-4 , lue verkossa )
François Robbe-Valloire, René Gras, tribologia ja mekaaninen suunnittelu , Saint-Ouen, PPUR-ammattikorkeakoulun puristimet,2004( ISBN 978-2-88074-670-4 , lue verkossa )
(en) John Leask Lumley, moottorit: johdanto , Cambridge University Press ,1999, 248 Sivumäärä ( ISBN 978-0-521-64489-1 , lue verkossa )
Georges Spinnler, Konesuunnittelu : periaatteet ja sovellukset. Mitoitus , PPUR-ammattikorkeakoulun puristimet,1998, 526 Sivumäärä ( ISBN 978-2-88074-303-1 , lue verkossa )
(fr + en) Jean Denape, Philippe Stempflé ja Jean-Yves Paris, tribologia analyysikuljetuksissa: kosketusasteikosta mekaanisten järjestelmien luotettavuuteen , Tarbes, PPUR-ammattikorkeakoulut,2006, 292 Sivumäärä ( ISBN 978-2-88074-671-1 , lue verkossa )
JM Morisot , Yksityiskohtaiset taulukot rakennuksen kaikkien töiden hinnoista. Rakennusten taiteen ja käsityön sanasto (suihkulähde) , Carilian,1814( lue verkossa )

p. 14
s. 23