ピストンは、液体または気体に対して上下に動くエンジンシリンダー内にぴったりとはまるディスクまたは短いシリンダーであり、内燃機関で動きを引き出すために、またはポンプで動きを与えるために使用されます。
ピストンは、他の同様のメカニズムの中でも、レシプロエンジン、レシプロポンプ、ガスコンプレッサー、油圧シリンダー、および空気圧シリンダーのコンポーネントです。シリンダーに封入され、ピストンリングによって気密にされているのは可動部品です。
エンジンでは、その目的は、ピストンロッドおよび/またはコネクティングロッドを介して、シリンダー内の膨張ガスからクランクシャフトに力を伝達することです。
4ストローク車のエンジン（ガソリンおよびディーゼルエンジン）では、吸気、圧縮、燃焼、および排気のプロセスがシリンダーヘッドのピストンの上で行われ、ピストンが上下に（または水平対向で出入りする）移動します。エンジン）。シリンダー内で、クランクシャフトを回転させます。
ポンプでは、機能が逆になり、シリンダー内の流体を圧縮または排出する目的で、力がクランクシャフトからピストンに伝達されます。一部のエンジンでは、ピストンはシリンダーのポートを覆ったり覆ったりすることでバルブとしても機能します。
エンジンコンポーネントは、耐久性があり、効率を向上させるために軽量である必要があります。
その結果、ピストンは通常アルミニウム合金で作られていますが、ピストンリング（通常は上から下に圧縮リング、ワイパーリング、オイルリングで構成されています）は鋳鉄または鋼で作られています。
オイルリングは、ピストンが動いているときにシリンダー壁からオイルを拭き取りますが、時間の経過とともにピストンと他のリングが摩耗し、クランクケースからのオイルが燃焼室に移動できるようになります。
過剰なオイル消費と排気テールパイプからの白煙は、ピストンリングの摩耗を示しています。
内燃機関は単気筒で作動できるため、1つのピストン（バイクとガソリン芝刈り機）または12個ものピストンがありますが、ほとんどの自動車には4個または6個のピストンがあります。
プロペラ駆動の飛行機で一般的に使用される星型エンジンは、よりスムーズな操作のために奇数のシリンダーとピストンを備えています。
ピストンは、蒸気エンジンとも呼ばれる外燃機関にも搭載されており、ボイラーで水が加熱され、その蒸気を使用して外部シリンダー内の一対のピストン（通常）を推進し、車輪を駆動します。ロータリーエンジンにはシリンダーやピストンがありません。
ピストンは、燃焼室の可動部分として、この放出されたエネルギーを機械的仕事に変換する役割を果たします。ピストンの基本構造は、片側が閉じた中空シリンダーで、ピストンクラウンとリングベルト、ピンボス、スカートのセグメントがあります。
ピストンの主要部品とその機能：
ピストンリングは、ピストンとシリンダー壁の間のガス圧縮を維持します。ピストンリングは、点火時に発生する燃焼ガスがピストンとシリンダーの間の開口部に漏れないようにシリンダーを密閉します。
一般的な自動車エンジンには通常、3種類のピストンリングがあります。
詳細： ピストンリングとは？
ピストンのスカートとは、ピストンの丸い部分に取り付けられた円筒形の材料を指します。耐摩耗性と自己潤滑性に優れているため、通常は鋳鉄製です。スカートには、ピストンオイルリングとコンプレッションリングを取り付けるための溝があります。ピストンスカートは、特定の用途に合わせてさまざまなデザインで利用できます。
ピストンスカートには主に2つのタイプがあります：
ピストンピンはリストピンまたはガジオンピンとも呼ばれ、ピストンをコネクティングロッドに接続するために使用され、ピストンが移動するときにコネクティングロッドが回転するためのベアリングを提供します。
蒸気で駆動されるものを含む非常に初期のエンジン設計、および多くの非常に大型の固定または船舶用エンジンでは、ガジオンピンはロッドを介してピストンに接続するスライド式クロスヘッドに配置されています。
ガジオンピンは通常、高強度と硬度の鋼合金で作られた鍛造の短い中空ロッドであり、コネクティングロッドとピストンまたはクロスヘッドの両方から物理的に分離できます。
ピストンピンの設計は、特に小型で高回転の自動車エンジンでは困難です。ピストンピンは、エンジンで遭遇する最高温度のいくつかの下で動作する必要があり、その位置により、ピストンの直径内に収まり、ピストンの質量が過度に増加しないように、小さくて軽いままで潤滑が困難になります。
軽量性とコンパクト性の要件は、高いせん断荷重と曲げ荷重を受け、エンジン全体のベアリングの中で最も高い圧縮荷重のいくつかを持つ小径のロッドを必要とします。
これらの問題を克服するために、ピストンピンの材料と製造方法は、内燃機関に見られるすべての機械部品の中で最も洗練されたものの1つです。
これらにより、次のタイプのピンが発生します。
ピストンクラウンまたはドームとも呼ばれ、ピストンのヘッドが上部にあります。燃焼ガスと接触する部分です。これはそれを非常に高温に加熱します。溶融を防ぐために、ピストンヘッド部品は鋼合金を含む特殊合金で作られています。
ピストンヘッドは通常、チャネルとキャビティで構築されます。これは、燃焼を改善する渦巻きを作成するのに役立ちます。さまざまなタイプのピストンヘッドがさまざまなエンジンで使用されています。違いの理由はさまざまです。推奨されるピストンヘッドの設計は、期待される性能やエンジンの種類など、多くの要因によって異なります。
コンロッドとも呼ばれるコネクティングロッドは、ピストンをクランクシャフトに接続するピストンエンジンの一部です。コネクティングロッドは、クランクとともに、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転に変換します。
詳細： コネクティングロッドとは何ですか？
ベアリングは、ピボット回転が発生するポイントに配置されているピストン部品です。これらは通常、これらのポイントの穴に収まる半円形の金属片です。ピストンベアリングには、ロッドがクランクシャフトに接続されている大きい方の端にカップが含まれています。ロッドがピストンに接続する小さい方の端にもベアリングがあります。
ピストンベアリングは通常、鉛銅、シリコンアルミニウムなどの複合金属で作られています。ベアリングは、硬度を向上させ、ピストンとコネクティングロッドの動きからの負荷をサポートするためにコーティングされることがよくあります。
ピストンには3種類あり、それぞれの形状にちなんで名付けられています。フラットトップ、ドーム、ディッシュです。
簡単に聞こえますが、フラットトップピストンのトップはフラットです。フラットトップピストンの表面スペースは最小です。これにより、彼らは最大の力を生み出すことができます。このタイプのピストンは、効率的な燃焼を実現するのに理想的です。
フラットトップピストンは、最も均一な火炎分布を作成します。これに伴う問題は、小さな燃焼室では圧縮が大きすぎる可能性があることです。
皿のピストンは、エンジニアにとって最も問題が少ないものです。それは、どのプロパティよりもそれらが使用される場所のためであり、それら自体が保持します。
それらは、外縁がわずかに丸まっているプレートのような形をしています。通常、ディッシュピストンは、高揚力カムシャフトや高圧縮比を必要としないブーストアプリケーションで使用されます。
概念的には皿のピストンの反対側にあり、これらはスタジアムの上部のように中央で泡立ちます。これは、ピストンの上部で利用可能な表面積を増やすために行われます。表面積が大きいほど、圧縮が少なくなります。
より多くの圧縮はより多くの力が生成されることを意味しますが、各燃焼室が処理できるものには上限があります。このように圧縮率を下げると、本質的にエンジンがバラバラになるのを防ぐことができます。
これは、発生する力の量をエンジンが安全に処理できるものに制限するための1つのツールにすぎません。
始めたばかりの場合、これは始まりにすぎません。ピースを相互に関連付けずにパズル全体を理解することはできません。
したがって、これはピストンの機能と形状の違いがどのように重要であるかを説明していますが、全体像を把握するには、エンジン全体のコンテキストで理解する必要があります。勉強を続ければ、あなたは道を進んでいきます。
ピストンの種類は次のとおりです。
トランクピストンは直径に比べて長いです。それらはピストンと円筒形のクロスヘッドの両方として機能します。コネクティングロッドはその回転の大部分で角度が付けられているため、ピストンの側面に沿ってシリンダー壁に反作用する横力もあります。より長いピストンはこれをサポートするのに役立ちます。
トランクピストンは、レシプロ内燃エンジンの初期の頃からピストンの一般的な設計でした。高速エンジンは現在、軽量のスリッパーピストンを採用していますが、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両方に使用されていました。
ほとんどのトランクピストン、特にディーゼルエンジンの特徴は、ガジオンピンとクラウンの間のリングに加えて、ガジオンピンの下にオイルリング用の溝があることです。
「トランクピストン」という名前は、船舶用蒸気エンジンの初期の設計である「トランクエンジン」に由来しています。
これらをよりコンパクトにするために、彼らは別個のクロスヘッドを備えた蒸気エンジンの通常のピストンロッドを避け、代わりにガジオンピンをピストン内に直接配置する最初のエンジン設計でした。
それ以外の点では、これらのトランクエンジンピストンはトランクピストンとほとんど似ていません。それらは直径が非常に大きく、複動式でした。彼らの「トランク」は、ピストンの中央に取り付けられた細いシリンダーでした。
大型の低速ディーゼルエンジンでは、ピストンの横力に対する追加のサポートが必要になる場合があります。これらのエンジンは通常、クロスヘッドピストンを使用します。
メインピストンには、ピストンから実質的に2番目の小径ピストンまで下向きに伸びる大きなピストンロッドがあります。メインピストンはガスシールを担当し、ピストンリングを運びます。
小さい方のピストンは純粋に機械的なガイドです。トランクガイドとして小さなシリンダー内を走り、ガジオンピンも搭載しています。
クロスヘッドの潤滑は、その潤滑油が燃焼熱にさらされないため、トランクピストンよりも優れています。油は燃焼煤粒子によって汚染されておらず、熱によって分解せず、より薄く、粘性の低い油です。使用できます。
ピストンとクロスヘッドの両方の摩擦は、トランクピストンの摩擦の半分にすぎない可能性があります。これらのピストンは重量が増すため、高速エンジンには使用されません。
スリッパーピストンは、ガソリンエンジン用のピストンで、サイズと重量を可能な限り小さくしたものです。
極端な場合、それらはピストンクラウン、ピストンリングのサポート、およびピストンがボア内で揺れるのを防ぐために2つのランドを残すのに十分なだけのピストンスカートに縮小されます。
ガジオンピンの周りのピストンスカートの側面は、シリンダー壁から離れるように縮小されています。
目的は主に往復質量を減らし、エンジンのバランスを取りやすくし、高速を可能にすることです。レーシングアプリケーションでは、スリッパーピストンスカートは、フルスカートの剛性と強度を維持しながら、非常に軽量になるように構成できます。
慣性が減少すると、エンジンの機械効率も向上します。往復運動する部品を加速および減速するために必要な力により、ピストンヘッドの流体圧力よりもシリンダー壁とのピストン摩擦が大きくなります。
二次的な利点は、シリンダー内で上下にスライドするスカートの面積が半分に減少するため、シリンダー壁との摩擦がいくらか減少することです。ただし、ほとんどの摩擦はピストンリングによるものです。ピストンリングは、実際にはボアとリストピンのベアリング面に最もぴったりとはまる部品であるため、メリットは少なくなります。
デフレクターピストンは、クランクケース圧縮を備えた2ストロークエンジンで使用されます。この場合、効率的な掃気を提供するために、シリンダー内のガスの流れを注意深く方向付ける必要があります。
クロススカベンジングでは、移送（シリンダーへの入口）および排気ポートはシリンダー壁の直接面側にあります。
入ってくる混合物が一方のポートからもう一方のポートにまっすぐ通過するのを防ぐために、ピストンのクラウンには隆起したリブがあります。これは、入ってくる混合気を燃焼室の周りで上向きに偏向させることを目的としています。
多くの努力とピストンクラウンの多くの異なる設計が、改良された掃気の開発に費やされました。クラウンは、単純なリブから大きな非対称の膨らみに発展し、通常、入口側に急な面があり、排気側に緩やかな曲線があります。
それにもかかわらず、クロススカベンジングは期待したほど効果的ではありませんでした。今日のほとんどのエンジンは、代わりにシュヌードル移植を使用しています。これにより、シリンダーの側面に1対の移送ポートが配置され、ガスの流れが水平軸ではなく垂直軸を中心に回転するようになります。
レーシングエンジンでは、ピストンの強度と剛性は通常、乗用車のエンジンよりもはるかに高く、重量ははるかに軽いため、レーシングに必要な高いエンジンRPMを実現します。
ピストンが実行しなければならない最も重要なタスクは次のとおりです。
特定のエンジン出力が増加すると、同時にピストンの要件も増加します。
ピストンの主な用途は次のとおりです。
ピストンの主な利点は次のとおりです。
ピストンの主な欠点は次のとおりです。
ピストンは、他の同様のメカニズムの中でも、レシプロエンジン、レシプロポンプ、ガスコンプレッサー、油圧シリンダー、および空気圧シリンダーのコンポーネントです。シリンダーに含まれ、ピストンリングによって気密にされるのは可動部品です。
ピストンの主要部品：
ピストンには3種類あり、それぞれの形状にちなんで名付けられています。フラットトップ、ドーム、ディッシュです。
ピストンはレシプロエンジンの心臓部です。これは、ピストンリングを備えた可動の円形金属片で構成されており、エンジンシリンダー内に取り付けられると気密シールを実現します。ピストンはピストン/ガジオンピンを介してコネクティングロッドに取り付けられ、コネクティングロッドはクランクシャフトに接続されます。
4ストローク（ガソリンおよびディーゼル）車のエンジンでは、吸気、圧縮、燃焼、および排気のプロセスがシリンダーヘッドのピストンの上で行われ、ピストンが上下に移動します（または水平対向エンジンでは出入りします）。 ）シリンダー内で、それによってクランクシャフトを回転させます。
ピストンは、ピストンリングによって気密にされたシリンダーに囲まれた可動ディスクです。シリンダー内の液体または気体が膨張および収縮すると、ディスクはシリンダー内を移動します。ピストンは、熱エネルギーを機械的仕事に、またはその逆に変換するのに役立ちます。
ピストンとピストンリングの主な機能の1つは、加圧された燃焼室をクランクケースから密閉することです。ピストンとシリンダーの間のクリアランスにより、キネマティックモーションシーケンス中に燃焼ガス（ブローバイ）がクランクケースに入る可能性があります。
ピストンはリストピンを介してコネクティングロッドに取り付けられ、コネクティングロッドはクランクシャフトに接続され、一緒に上下（往復）運動を回転（回転）運動に変えて車輪を駆動します。結果として生じる爆発により、ピストンが下向きになり、排気ガスが発生します。
ピストンには3種類あり、それぞれの形状にちなんで名付けられています。フラットトップ、ドーム、ディッシュです。
内燃機関の主要コンポーネント。シリンダーには、空気と燃料を取り入れ、排気を逃がすバルブも装備されています。エンジン内部の燃料はスパークプラグで点火され、この燃焼がピストンの動きに動力を供給します。
ピストンは内燃エンジンの重要な部分であり、車を充填するために使用する燃料をエネルギーに変換して車を前進させるための鍵となります。これは、シリンダー内で膨張するガスからクランクシャフトに力を伝達してホイールを回転させるために使用される可動コンポーネントです。
ピストンの機能は次のとおりです。
ガソリンエンジンのピストン（クラウン）の上部にひびが入るのは、通常、過度の圧縮または点火時期の早すぎることによって引き起こされる過度の燃焼圧力の結果です。燃焼温度の絶え間ない急激な変化は、最終的にピストンクラウンの熱亀裂を引き起こします。
ピストンは、エンジンのエネルギーを含むメカニズムであるため、エンジンの最も重要な部分の1つです。ピストンはシリンダーブロックにあります。エンジンのシリンダー数はさまざまです。シリンダー内では、燃料と空気の混合気が吸気バルブから噴射されます。
ピストンは、低炭素鋼またはアルミニウム合金のいずれかで作られています。ピストンは、高熱、慣性、振動、および摩擦にさらされます。炭素鋼は、ピストンとシリンダーの壁の間の熱膨張差の影響を最小限に抑えます。
典型的な数値は500rpmから7000rpmの間です。すべてのシリンダーは1回転ごとに1回上下する必要があるため、アクセルペダルをさらに下げると、明らかに速く動きます。
典型的な車のエンジンは約700rpmでアイドリングし、約7,000rpmでレッドラインします。これは、ピストンがアイドル状態で1秒間に約12回、レッドラインで1秒間に120回上下することに相当します。
カムシャフトはバルブの開閉を制御します。ディストリビューターはスパークプラグをスパークさせ、燃料と空気の混合気に点火します。結果として生じる爆発により、ピストンが下に移動し、クランクシャフトが回転します。
ピストンの損傷またはピストンの摩耗は、エンジンの故障の主な原因です。その結果、圧縮が失われ、排出量が増加し、燃焼室からガスが漏れ、潤滑が失われます。損傷がピストンリングに関係している場合、それはオイルが燃焼室に侵入することを意味する可能性があります。