Related Theory for Exercise 1.8.52 – 57
Piston and Piston Rings (પિસ્ટન અને પિસ્ટન રિંગ્સ) 🛠️
🎯 Objectives (હેતુઓ):
આ લેસનના અંતે તમે આ બાબતો સમજવા માટે સક્ષમ હશો:
- State the function and the requirements of a piston (પિસ્ટનના કાર્યો અને તેની જરૂરિયાતો જણાવવી).
- State the constructional features of a piston (પિસ્ટનની બનાવટની લાક્ષણિકતાઓ જણાવવી).
- List out the different types of pistons (પિસ્ટનના વિવિધ પ્રકારોની યાદી બનાવવી).
- List out the different types of piston rings (પિસ્ટન રિંગ્સના વિવિધ પ્રકારો જણાવવા).
- State the constructional features of piston rings (પિસ્ટન રિંગ્સની બનાવટની વિશેષતાઓ જણાવવી).
- List out the material of piston rings (પિસ્ટન રિંગ્સ કયા મટીરીયલમાંથી બને છે તે જાણવું).
🔍 What is a Piston? (પિસ્ટન શું છે?)
A piston એ એક cylindrical shape (નળાકાર આકાર) ધરાવે છે જે cylinder bore ની અંદર reciprocates (આગળ-પાછળ ગતિ) કરે છે.
The main functions of the pistons are (પિસ્ટનના મુખ્ય કાર્યો):
- Fuel combustion દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલા power ને connecting rod મારફતે crankshaft સુધી પહોંચાડવો (transmit કરવો).
- Combustion (દહન) ને કારણે પેદા થયેલી ગરમીને (heat) cylinder wall સુધી ટ્રાન્સફર કરવી.
💡 Requirements of a piston (પિસ્ટનની જરૂરિયાતો):
એક સારા પિસ્ટનમાં નીચે મુજબના ગુણો હોવા જોઈએ:
- Combustion ના high temperature (ઊંચું તાપમાન) અને pressure (દબાણ) ને સહન કરવા માટે સક્ષમ હોવો જોઈએ.
- તે ગરમીનો સારો સુવાહક (good conductor of heat) હોવો જોઈએ.
- Inertia load ઘટાડવા માટે વજનમાં હલકો (light weight) હોવો જોઈએ.
🏗️ Construction of a piston (પિસ્ટનની બનાવટ):
ડિઝાઇન અને જરૂરિયાત મુજબ પિસ્ટનના અલગ-અલગ ભાગોમાં ખાસ આકાર આપવામાં આવે છે. પિસ્ટનને તેના હેતુ અને કાર્યકારી લાક્ષણિકતાઓ મુજબ પાંચ ભાગો (five portions) માં ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે.
🔝 The crown or head:
આ પિસ્ટનનો સૌથી ઉપરનો ભાગ (top most portion) છે. તે ફ્યુઅલના દહનથી પેદા થતા ખૂબ જ ઊંચા તાપમાન અને દબાણ (high pressure and temperature) ના સીધા સંપર્કમાં આવે છે.
📐 Four types of heads (હેડના ચાર પ્રકારો):
1️⃣ Flat head: આ આકારમાં એકદમ સાદો (simple) હોય છે અને સૌથી વધુ વપરાય છે. તેની બનાવટ (construction) સરળ છે. આ પ્રકારના હેડમાં Decarbonising (કાર્બન સાફ કરવાની પ્રક્રિયા) કરવી ખૂબ જ સરળ છે. (Fig 1)
2️⃣ Domed head: તેના ક્રાઉન પર ગુંબજ જેવો (dome shaped) પ્રોજેક્શન હોય છે (Fig 2 & Fig 3). આ ડોમ એક deflector તરીકે કામ કરે છે અને હવા અને ફ્યુઅલના એકસમાન મિશ્રણ (homogeneous mixture) બનાવવામાં મદદ કરે છે.
- તેનો ઉપયોગ two-stroke cycle engines માં થાય છે. Flat heads ની સરખામણીમાં આનું ઉત્પાદન (manufacture) કરવું મુશ્કેલ છે.
3️⃣ Concave head: તેની ઉપરની બાજુએ અંતર્મુખ પોલાણ (concave cavity) હોય છે (Fig 4). તેનો ઉપયોગ high compression diesel engines માં clearance space ઘટાડવા માટે થાય છે.
4️⃣ Irregular head (cavity piston): તેની ટોચ પર એક કેવિટી (cavity) હોય છે અને તેની અંદર શંકુ આકારનો પ્રોજેક્શન (conical shaped projection) આપવામાં આવે છે. આ હવાના ભ્રમણ (swirling of air) માં મદદ કરે છે, જેનાથી combustion વધુ સારું થાય છે. તેનો ઉપયોગ high compression diesel engines માં થાય છે.
👗 Skirt (સ્કર્ટ):
Skirt એ પિસ્ટનનો સૌથી નીચેનો ભાગ (lowest portion) છે. તે bore માં પિસ્ટન માટે એક ગાઈડ (guide) તરીકે કામ કરે છે અને પિસ્ટનને સીધી રેખામાં ગતિ કરવામાં મદદ કરે છે. પિસ્ટન અને લાઇનર વચ્ચેનું સૌથી ઓછું અંતર (least clearance) સ્કર્ટ પાસે માપવામાં આવે છે.
📐 Ring Section (રિંગ સેક્શન – Fig 5 & 6)
Ring section એ પિસ્ટનનો એવો ભાગ (portion) છે જે પિસ્ટનના top અને છેલ્લી ring groove ની વચ્ચે આવેલો હોય છે. (It is the portion between the top of the piston and the last ring groove.)
- તેમાં skirt ની સરખામણીએ cylinder સાથે વધારે clearance હોય છે. (It has more clearance with the cylinder than with the skirt.)
- Piston ring grooves મુખ્યત્વે બે પ્રકારની હોય છે: (There are two types of piston ring grooves.)
- Compression ring groove: આ grooves compression rings ને બેસાડવા (accommodate) માટે હોય છે. (These grooves accommodate compression rings.)
- Oil ring groove: આ grooves oil scraper rings ને બેસાડવા (accommodate) માટે હોય છે. (These grooves accommodate the oil scraper rings.)
📏 Land (લેન્ડ – Fig 7)
આ પિસ્ટનનો એવો circumference (પરિઘ) છે જે top ring groove ની ઉપર અને બે ring grooves ની વચ્ચે બાકી રહે છે. (This is the piston’s circumference left above the top ring groove and between the ring grooves.)
🔩 Gudgeon Pin Boss (ગજિયન પિન બોસ – Fig 7 & 8)
પિસ્ટનના આ ભાગમાં piston અને connecting rod ને જોડવા માટે gudgeon pin ફિટ કરવામાં આવે છે. (At this portion of the piston a gudgeon pin is fitted to connect the piston and the connecting rod.)
- કેટલાક કિસ્સાઓમાં, combustion pressure ને સહન કરવા માટે તેને ribs (પાંસળીઓ) થી મજબૂત (reinforced) કરવામાં આવે છે. (In some cases it is reinforced with ribs to withstand the combustion pressure.)
- જ્યારે એન્જિન clockwise direction (ઘડિયાળના કાંટાની દિશામાં) ચાલતું હોય ત્યારે, એન્જિનની સામેથી જોતા, પિસ્ટનની ડાબી બાજુ (left side) એ maximum thrust side હોય છે અને જમણી બાજુ (right side) એ minimum thrust side હોય છે. (When the engine is running in clockwise direction, seen from the front of the engine, the left side of the piston is the maximum thrust side and right side is the minimum thrust side.)
🏗️ Designs/Types of Pistons (પિસ્ટનના પ્રકારો)
1. Solid Skirt Piston (સોલિડ સ્કર્ટ પિસ્ટન – Fig 9) 🚛
આ પિસ્ટનનો ઉપયોગ compression ignition engines (Diesel engines) અથવા heavy petrol engines માં થાય છે. (These pistons are used in compression, ignition engines or heavy petrol engines.)
- આ ડિઝાઇન heavy loads અને thrusts સહન કરી શકે છે. (This design can take heavy loads and thrusts.)
2. Slipper Pistons (સ્લિપર પિસ્ટન – Fig 10) 🏎️
આ પ્રકારના પિસ્ટનનો ઉપયોગ modern engines માં thrust faces પર contact area (સંપર્ક વિસ્તાર) વધારવા માટે થાય છે. (This type of pistons are used in modern engines to increase the area of contact at thrust faces.)
- તે solid skirt piston ની સરખામણીમાં વજનમાં હળવા (lighter) હોય છે. (It is lighter in weight compared to the solid skirt piston.)
🏗️ Piston ના વિવિધ પ્રકારો (Types of Pistons)
1. Split skirt piston 🛵
આ પિસ્ટનનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે two-stroke scooters અને mopeds માં કરવામાં આવે છે. તે વજનમાં હલકો (lighter in weight) હોય છે અને તેમાં less inertia load હોય છે. (Fig 11)
2. Piston with steel alloy inserts 🔩
Steel alloy inserts (1) ને gudgeon pin bosses ની અંદરની બાજુએ thrust faces ની વચ્ચે કાસ્ટ (cast) કરવામાં આવે છે. આ ઈન્સર્ટ પિસ્ટનને મજબૂતી આપે છે અને high temperature પર પિસ્ટનના expansion (પ્રસરણ) ને કંટ્રોલ કરે છે. (Fig 12)
3. Steel-belted pistons 🏗️
મજબૂતી માટે gudgeon pin boss ની ઉપર એક steel ring કાસ્ટ કરવામાં આવે છે. આ પ્રકારના પિસ્ટનનો ઉપયોગ heavy duty engines માં થાય છે. (Fig 13)
4. Camground pistons 📏
આ પિસ્ટનની skirt આકારમાં oval (અંડાકાર) હોય છે. Gudgeon pin boss axis પર તેનો વ્યાસ (diameter) thrust side કરતા ઓછો હોય છે. જ્યારે એન્જિન ચાલુ થાય અને પિસ્ટન ગરમ થાય, ત્યારે bosses બહારની તરફ expand થાય છે, જેનાથી પિસ્ટન ગોળ (round) બની જાય છે અને cylinder bore સાથે સમાન clearance જળવાઈ રહે છે. (Fig 14)
5. Constant clearance pistons (Slot skirts) 🕳️
આ પિસ્ટનની skirt માં એક અથવા બે slots કાપેલા હોય છે. જ્યારે પિસ્ટન ગરમ થાય છે, ત્યારે slots ની પહોળાઈ (width) ઘટી જાય છે. આ cylinder bore સાથે constant clearance જાળવવામાં મદદ કરે છે. આ slots તેલની રિંગના ખાંચા (oil ring groove) ની નીચે minimum thrust side પર આવેલા હોય છે. તિરાડ ન પડે તે માટે slots ના છેડે કાણાં (holes) પાડવામાં આવે છે. (Fig 15)
6. Heat dam pistons 🔥
આ પિસ્ટનમાં top ring groove અને piston crown ની વચ્ચે એક વધારાનો ખાંચો extra groove (1) હોય છે, જેને heat dam કહેવાય છે. તે પિસ્ટનના માથાથી સ્કર્ષ સુધી જતો ગરમીનો માર્ગ (heat path) ઘટાડે છે, જેથી પિસ્ટન ઠંડુ રહી શકે. આ ખાંચામાં કોઈ રિંગ ફિટ કરવામાં આવતી નથી. (Fig 16)
7. Alfin piston/ring carrier piston 🛡️
Ring groove માં થતા ઘસારાને કારણે combustion chamber માં વધારાનું ઓઈલ પહોંચી શકે છે. Top ring groove નો ઘસારો ઘટાડવા માટે, પિસ્ટન (3) માં એક ferrous ring (1) દાખલ કરવામાં આવે છે. આ ઈન્સર્ટ top ring groove (2) નો ઘસારો ઘટાડે છે. (Fig 17)
⭕ Piston Rings (પિસ્ટન રિંગ્સ)
Types (પ્રકારો):
- Compression ring (કોમ્પ્રેશન રિંગ)
- Oil control ring (ઓઈલ કંટ્રોલ રિંગ)
Compression rings: 🛡️
આ રિંગ્સ compression pressure ને સીલ કરે છે અને combustion gases ના લીકેજને અટકાવે છે. તે પિસ્ટનમાંથી ગરમીને cylinder walls સુધી ટ્રાન્સફર પણ કરે છે.
Compression rings ના પ્રકારો:
- Rectangular rings: આ રિંગ્સ ખૂબ જ લોકપ્રિય છે અને ઓછી કિંમતે બનાવી શકાય છે. તેનો ફેસ liner (2) ની દીવાલ સાથે પૂરેપૂરો સંપર્કમાં રહે છે. (Fig 18)
- Taper-faced rings: આ રિંગનો ફેસ (1) tapered હોય છે. તેનો નીચેનો છેડો liner (2) ના સંપર્કમાં હોય છે. તે liner પરથી ઓઈલને ઘસીને (scraping) ઓઈલના વપરાશને નિયંત્રિત કરવામાં સારી છે. (Fig 19)
- Barrel-faced rings: આમાં રિંગના ખૂણાઓને ગોળાકાર (rounded) બનાવવામાં આવે છે. તેનો ઉપયોગ ફક્ત top grooves માં થાય છે. (Fig 20)
- Inside bevel rings: આમાં રિંગના અંદરના વ્યાસ પર ઉપરની સપાટીએ એક સ્ટેપ (step) કાપવામાં આવે છે. આ સ્ટેપ પિસ્ટન મૂવમેન્ટ વખતે રિંગને સહેજ twist થવા દે છે, જે blow-by અટકાવવામાં વધુ અસરકારક છે. (Fig 21)
Keystone ring 🗝️
આ રિંગ (1) ring groove માં કાર્બનને જામવા દેતી નથી. તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે heavy vehicles માં થાય છે. (Fig 22)
🔗 Joints of Compression Rings (રિંગ્સના સાંધા)
- Step joint: તેને blow-by અટકાવવા માટે શ્રેષ્ઠ માનવામાં આવે છે, પરંતુ તેને બનાવવું અને ફિટિંગ વખતે સાચો ગેપ સેટ કરવો મુશ્કેલ છે. (Fig 23)
- Angle joint (Diagonal cut): આ બનાવવામાં સરળ છે અને ગેપ ઝડપથી સેટ કરી શકાય છે. તે ઓટોમોટિવમાં સામાન્ય રીતે વપરાય છે. (Fig 24)
- Straight joint: આ બનાવવામાં સૌથી સરળ છે. મોટાભાગની એન્જિન રિંગ્સમાં straight joints હોય છે. (Fig 25)
Angle joint (Diagonal cut) – એન્ગલ જોઈન્ટ 📐
- Fig 23 & 24: આ પ્રકારના joints બનાવવામાં ખૂબ જ easy છે અને તેમાં gap ઝડપથી set કરી શકાય છે.
- Use: આનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે Automotive engines માં વધુ થાય છે.
Straight joint – સ્ટ્રેટ જોઈન્ટ 📏
- Fig 25: આ rings પણ બનાવવામાં (manufacture) સરળ છે અને તેનો gap સહેલાઈથી સેટ થાય છે.
- મોટાભાગના engine rings માં straight joints જોવા મળે છે.
Oil control rings – ઓઈલ કંટ્રોલ રિંગ્સ 🛢️
- Purpose: Oil ring (2) નો મુખ્ય હેતુ liner પરથી વધારાનું oil (excess oil) scrape (ઘસીને સાફ) કરવાનો અને તેને oil sump માં પાછું મોકલવાનો છે.
- તે oil ને combustion chamber માં પહોંચતું અટકાવે છે.
- સામાન્ય રીતે પિસ્ટનમાં એક કે બે oil control rings હોય છે. જો બે ring હોય, તો એક gudgeon pin ની ઉપર અને બીજી તેની નીચે ફિટ કરવામાં આવે છે.
- Action: આ rings સિલિન્ડરની દીવાલ પર પૂરતું દબાણ લાવે છે જેથી તે oil film ને સાફ કરી શકે. metal-to-metal contact રોકવા માટે liner પર એક પાતળી oil film રહેવી જરૂરી છે.
- આ rings માં drain holes અથવા slots હોય છે, જે સાફ કરેલા oil ને પિસ્ટનના હોલ્સ દ્વારા oil sump માં જવા દે છે.
Types of oil scraper rings – ઓઈલ સ્ક્રેપર રિંગ્સના પ્રકાર 🛠️
One piece (Solid rings):
- આ rings install કરવામાં ખૂબ જ સરળ છે.
- તેમની પાસે cylinder wall સામે વધુ તાકાત (greater force) હોય છે અને તે oil consumption (તેલનો વપરાશ) ઘટાડે છે.
Durable rings (Three pieces) – ટકાવ રિંગ્સ (ત્રણ ભાગ વાળી) ⚙️
આ rings (Fig 26) ખાસ કરીને re-ringing jobs માટે વપરાય છે, જ્યાં સિલિન્ડર વધુ ઘસાઈ ગયું હોય.
- Structure: આમાં rings ના એક સેટમાં rails, એક crimped spring અને expander હોય છે.
- Rail (1): તે circular shape (ગોળાકાર) માં હોય છે અને high quality polished spring steel માંથી બનેલી હોય છે.
- Crimped spring (2): તે rail space ને જાળવી રાખે છે અને groove ના ઉપર અને નીચેના ભાગને seal કરે છે.
- Expander (3): તે rail પર યોગ્ય pressure (દબાણ) આપે છે અને cylinder wall પર sealing effect આપે છે.
- Advantage: આ ring નો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે સિલિન્ડર ગમે તેટલું ઘસાયેલું હોય, તે પૂરતું pressure પૂરું પાડે છે.
‘T’ Flex rings – ‘ટી’ ફ્લેક્સ રિંગ્સ ⚙️
- Fig 26: આમાં એક ‘T’ shaped expander (1) અને બે scraper rails (2) હોય છે.
- Rails (2) સ્પેશર (spacers) તરીકે પણ કામ કરે છે.
- Expander (1) rails ને સિલિન્ડરની દીવાલ સામે દબાણ આપે છે, જેનાથી વધારાનું તેલ સાફ કરવામાં મદદ મળે છે.
- Steel rail સિલિન્ડરની દીવાલ પર અસરકારક side sealing પૂરું પાડે છે (Fig 27).
Materials – મટીરીયલ્સ (સામગ્રી) 🏗️
- Piston rings સામાન્ય રીતે high grade cast iron માંથી બનેલી હોય છે, જેને centrifugally cast અને ground કરવામાં આવે છે.
- આ મટીરીયલ સારી elasticity (સ્થિતિસ્થાપકતા) આપે છે અને vibration (ધ્રુજારી) ઘટાડે છે.
- કેટલાક કિસ્સાઓમાં, cast iron cylinders માટે steel-chromium plated rings પણ વપરાય છે.
- Important Point: Chromium plated rings નો ઉપયોગ હંમેશા top groove માં જ કરવામાં આવે છે.
- આ rings માં ઓછું ઘર્ષણ (less friction), ઓછો ઘસારો (less wear) અને લાંબુ આયુષ્ય (longer life) હોય છે.
🏁 Conclusion
પિસ્ટન રિંગ્સ એ એન્જિનના Performance અને Efficiency માટે ખૂબ જ મહત્વની છે. સાચી રિંગની પસંદગી અને મટીરીયલ એન્જિનના લાંબા આયુષ્ય માટે જરૂરી છે.
🗝️ Keywords:
- Piston Rings in Gujarati
- Mechanic Diesel Theory Gujarati
- ITI Mechanic Diesel Lesson
- Oil Control Rings Explained
- Types of Piston Rings Joint
- Automotive Engine Parts Gujarati
- Piston Ring Materials Cast Iron
- NSQF Level 4 Diesel Mechanic Theory
- Difference between Angle joint and Straight joint
- Function of Oil Scraper Rings
Instructor Note: વિદ્યાર્થીઓને આકૃતિ (Fig 22 થી 27) સાથે આ મુદ્દાઓ સમજાવવા જેથી તેઓ practical માં રિંગ ઓળખી શકે. 👨🏫
🔑 Keywords:
- Diesel Engine Piston Functions
- Types of Piston Heads in Gujarati
- Mechanic Diesel Theory Notes
- Piston Construction and Working
- Difference between Flat head and Domed head piston
- Automotive Piston Skirt function
- ITI Diesel Mechanic Study Material
