ピストン。
ピストンは、自動車エンジンのシリンダー本体内で往復運動を行う機構です。ピストンの基本構造は、トップ、ヘッド、スカートに分けられます。ピストントップは燃焼室の主要部分であり、その形状は選択された燃焼室の形状に依存します。ガソリンエンジンでは、主にフラットトップピストンが採用されており、これは熱吸収面積が小さいという利点があります。ディーゼルエンジンのピストントップには、様々なピットが設けられていることが多く、その形状、位置、サイズはディーゼルエンジンの混合気形成と燃焼要件に適合する必要があります。
ピストントップは燃焼室の構成要素であるため、様々な形状で作られることが多く、ガソリンエンジンのピストンでは、燃焼室がコンパクトで放熱面積が小さく、製造工程が簡単なため、主にフラットトップまたはコンケーブトップが採用されています。2ストロークガソリンエンジンでは、凸型ヘッドピストンが一般的に使用されています。ディーゼルエンジンのピストントップは、様々なピット形状で作られることが多いです。
ピストンヘッドはピストンピンシートの上にある部分で、ピストンヘッドにはピストンリングが取り付けられており、高温高圧のガスがクランクケースに入るのを防ぎ、オイルが燃焼室に入るのを防ぎます。ピストンの上部で吸収された熱のほとんどは、ピストンヘッドを介してシリンダーに伝達され、その後、冷却媒体を介して伝達されます。
ピストンヘッドには、ピストンリングを取り付けるための複数のリング溝が加工されており、ピストンリングの数は、エンジン回転数とシリンダ圧力に関連するシール要件によって異なります。高速エンジンは低速エンジンよりもリング数が少なく、ガソリンエンジンはディーゼルエンジンよりもリング数が少なくなっています。一般的なガソリンエンジンは2つのガスリングと1つのオイルリングを使用します。ディーゼルエンジンは3つのガスリングと1つのオイルリングを備えています。低速ディーゼルエンジンは3〜4つのガスリングを使用します。摩擦損失を減らすために、ベルト部分の高さを可能な限り低くし、シール性を確保した状態でリング数を減らす必要があります。
ピストンリングの溝より下の部分はピストンスカートと呼ばれ、その役割はシリンダー内でピストンを往復運動に導き、側圧に耐えることです。エンジン作動中は、シリンダー内のガス圧の影響でピストンが曲がり変形します。ピストンが加熱された後、ピストンピンの金属のため、膨張量は他の箇所よりも大きくなります。また、ピストンは側圧の作用により押し出し変形を起こします。この変形の結果、ピストンスカートの断面はピストンピンに垂直な長軸方向に楕円形になります。さらに、ピストン軸方向の温度と質量の不均一な分布により、各断面の熱膨張は上部で大きく、下部で小さくなります。
ピストンアセンブリの主な故障とその原因は次のとおりです。
1. ピストン上面の摩耗。ピストン摩耗はピストン上面に発生し、軽度の場合は緩いピット、重度の場合は局所的な溶融が見られます。ピストン上面の摩耗の主な原因は、異常燃焼によってピストンリングが固着して破損した後、ピストン上面が過度の熱を吸収したり、大きな負荷がかかったりすることです。
2、ピストン上面に亀裂が生じます。ピストン上面の亀裂の方向は、ピストンのピン穴の軸線と垂直であることが多く、これは主に熱応力による疲労亀裂が原因です。原因は、エンジンの過負荷運転によってピストンが過度に変形し、ピストン上面に疲労亀裂が生じることです。
3、ピストンリング溝側壁の摩耗。ピストンが上下運動する際、ピストンリングはシリンダーの変形に伴って半径方向に伸縮するはずであり、特に第一リング溝の温度が高く、ガスとオイルウェッジの「衝撃」の影響を受け、リング溝内でリング摩擦と振動が発生し、摩耗を引き起こします。
4. ピストンリングのコークスがリング溝に詰まっている。ピストンリングのコークス化は、潤滑油の酸化沈着、またはリングがタンク内での運動自由度を失うことで発生し、非常に有害です。主な原因は、ディーゼルエンジンの過熱、または長期間の過負荷運転により、潤滑油の粘性が低下し、ピストンリングやシリンダーが深刻な熱変形を起こすことです。潤滑油の汚染が深刻で、潤滑油の品質が悪い場合、クランクケース換気装置の作動不良により、過度の負圧が発生したり、シリンダーの気密性が低下したりして、オイルが漏れることがあります。そのため、ディーゼルエンジンの過熱を防ぐには、適切なオイルを使用する必要があります。
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