Калькулятор теплового зазору між алюмінієвим поршнем і чавунним циліндром

Діаметр поршня (мм): Робоча температура (°C): Бажаний тепловий зазор при робочій температурі (сотих мм):

Формула для розрахунку теплового зазору:

Зміна діаметра поршня (ΔD_{поршень}) = Діаметр поршня × Коефіцієнт розширення поршня × (Робоча температура - Кімнатна температура)

Зміна діаметра циліндра (ΔD_{циліндр}) = Діаметр поршня × Коефіцієнт розширення циліндра × (Робоча температура - Кімнатна температура)

Загальна зміна діаметра при 20°C = Бажаний тепловий зазор + (ΔD_{поршень} - ΔD_{циліндр})

ΔD_{поршень}: зміна діаметра поршня залежно від температури. Коефіцієнт розширення для алюмінію (поршень) становить 22.2 × 10^-6 1/°C.
ΔD_{циліндр}: зміна діаметра циліндра залежно від температури. Коефіцієнт розширення для чавуну (циліндр) становить 10.8 × 10^-6 1/°C.
Загальна зміна діаметра визначає необхідний тепловий зазор для забезпечення оптимальної роботи двигуна.

Відповідно до розрахунків і властивостей матеріалів, важливо врахувати кілька аспектів, які впливають на інтерпретацію отриманих результатів:

Поршень нагрівається нерівномірно через особливості конструкції та контакту з паливною сумішшю. Верхня частина поршня (головка, жаровим пояс або днище) зазвичай має найвищу температуру, оскільки вона безпосередньо контактує з продуктами згоряння. Нижня частина поршня нагрівається менше, оскільки відводить тепло через стінки циліндру, масло.
Циліндр також нагрівається нерівномірно. Верхня частина ближче до камери згоряння має вищу температуру, а нижня частина більш охолоджена завдяки контакту з картером і охолоджувальною рідиною (або повітрям).

Поршні зазвичай проектуються бочкоподібної форми, тобто їх діаметр зменшується у напрямку до верхньої частини. Це компенсує більший тепловий розширення в зоні, яка нагрівається сильніше.
Тому зазор між поршнем і циліндром не є однаковим по всій довжині. Розрахунки за формулою орієнтовані на максимальний діаметр поршня, що зазвичай знаходиться в районі спідниці (шижній частині) поршня.

Результат у сотих міліметра — це тепловий зазор при кімнатній температурі (20°C), який забезпечить бажаний зазор при робочій температурі.
Цей зазор розраховується виходячи із середнього теплового розширення матеріалів, але не враховує локальні відхилення через нерівномірний нагрів.

Мінімізація тертя: Достатній зазор дозволяє поршню рухатися без значного тертя об стінки циліндра, знижуючи знос деталей.
Запобігання заклинюванню: Надто малий зазор може спричинити заклинювання поршня в циліндрі при розширенні через нагрівання.
Підтримка компресії: Надто великий зазор може призвести до втрати компресії і, відповідно, зниження потужності двигуна.

Розрахунки базуються на ідеальній геометрії, де вважається, що поршень і циліндр мають однакову температуру по всій площі. Це спрощення не враховує реальну нерівномірність температур і геометрії.