Содержание
КОВАНЫЕ ПОРШНИ — КЛАССИКА ТЮНИНГА ДВИГАТЕЛЕЙ. ИХ УСПЕШНО РАЗРАБАТЫВАЮТ В ОДНОМ ИЗ ВЕДУЩИХ СТОЛИЧНЫХ ВУЗОВ.
В МОТОРАХ большинства серийных автомобилей трудятся литые алюминиевые поршни. Они вполне удовлетворяют современным требованиям, однако этим „продуктам» массового производства присущи принципиально неустранимые недостатки. Более дорогие кованые поршни (их иногда называют штампованными) имеют перед литыми неоспоримые преимущества: стойкость к тепловым и ударным нагрузкам, твердость, долговечность, надежность. Однако изготовлять их сложно — далеко не каждому специализированному заводу это по силам. И здесь важны не столько оборудование, сколько глубокие знания материаловедения и технологий машиностроения.
Неудивительно, что такая задача оказалась по плечу специалистам УНИВЕРСИТЕТА МАШИНОСТРОЕНИЯ ( МАМИ). Здесь были разработаны технологии и оборудование для производства разнообразных типов поршней. Такие детали, полученные методом изотермической штамповки, применяют многие профессионалы и тюнинг-ателье, занимающиеся форсировкой и доводкой двигателей, спортивными автомобилями и мотоциклами.
Сообщества ›
Околоколесица (мотоциклы, ATV, гидроциклы) ›
Блог ›
Вспомним легенду хонда с овальными поршнями
Honda NR500 8 клапанов на цилиндр с двумя шатунами на цилиндр, очень редкий, очень интересный и довольно дорогой мотоцикл в мире, хондовцы для гонок мудрили и намудрили)))
Было выпущенно около 300 штук и сейчас цены на такой байк начинаются с 200 000$
Правила Мирового Гран При ограничивали число цилиндров двигателя — четырьмя. Соответственно, для того, чтобы снять с 4-х тактного двигателя такую же удельную мощность, как с 2-х тактника, надо было увеличить обороты двигателя вдвое. Достичь этого можно было увеличением эффективности впуска путем роста количества впускных клапанов и проектированием клапанной системы с малым трением и хорошо переносящей повышенные температуры на высоких оборотах. Так родилась идея удвоить количество клапанов до восьми. Реализовать это оказалось возможным, отказавшись от привычного поршня в виде цылиндра и изменив форму поршня на овальную.
Согласно произведенным расчетам ДВС должен был крутиться до 23000 об/мин и выдавать около 130 лс что позволяло успешно конкурировать с лучшими двухтактными моторами тех времен.
В итоге получился V образный 4 цилиндровый двигатель с четырьмя распределительными валами и развалом блока цилиндров 100 грд.
Первые реальные 500 кубовые двигатели выдавали около 100 лс на 16000 об/мин и были не способны хоть как то конкурировать с 2-тактниками команд соперников, в виду малой мощности и не достаточной надежности гоночного мотора.
К 1982 году мощность двигателя удалось поднять до 130 лс, достигнув равенства между большинством участвующих в соревнованиях двухтактников. Надежность удалось значительно улучшить и теперь она не являлась главным ограничением. Самым большим минусом был большой вес мотора. К слову сказать он весил на 20 кг больше, чем любой двигатель 2-х тактной схемы, что уменьшало динамику и общий баланс мотоцикла.
>Поршень двс (устройство, назначение, фото)
Поршень двс
Поршень одна из важных деталей двигателя внутреннего сгорания благодаря которой передается энергия на шатун. В этой статье поговорим про устройство поршня узнаем его назначения и рассмотрим его фото.
Поршень двc на первый взгляд имеет простую конструкцию. Тем не менее не все так просто инженеры постоянно работают над облегчением поршня и увеличением его прочности. Другими словами стараются найти золотую середину. Найти золотую середину бывает не просто, так как поршень постоянно эксплуатируется в экстремальных условиях при высоких температурах и повышенных инерционных нагрузках. Под действием энергии топливно-воздушной смеси поршень отправляется в НМТ ( нижнюю мертвую точку). Поршень в свою очередь передает энергию на коленвал через шатун с которым поршень связан через поршневой палец.
Основные функции поршня двс:
1) Отвод излишков тепла.
2) Благодаря поршню камера сгорания становится герметичной.
3) Передача энергии на коленвал через шатун.
Если сказать кратко задача поршня передать энергию газов на коленвал чтобы последний преобразовал ее в механическую энергию.
Устройство
В последнее время поршень двс изготавливают из алюминия так как этот материал лёгкий и прочный.
Поршни бывают литые и кованные. Литые поршни изготавливаются литьём под давлением. Кованные поршни изготавливают методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния 15%. Что увеличивает их прочность и износостойкость.
Обсудим основные детали поршня, более подробно устройство поршня можно рассмотреть на схеме.
Днище
Днище поршня может иметь 5 разных видов поверхностей у каждого типа свои преимущества и недостатки.
Плоское. Такой тип поверхности используется довольно часто. Недостаток поршня такого типа, в том что при обрыве ремня поршни гнут клапана.
Вогнутое. Обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания. Тем не менее способствует большему образованию отложений при сгорании топлива.
OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Выпуклое. Улучшает производительность поршня, но при этом понижает эффективность сгорания топлива.
С циковками. Предотвращают столкновение поршней с клапанами за счёт специальных углублений называемых циковками. Из-за канавок может быть небольшая потеря мощности.
С лужей.Такой тип поршней также оснащен канавками только большего размера. Цель таких поршней понизить степень сжатия. Например они отлично подходят для турбокомпрессора.
Компрессионные кольца
Обычно в двc устанавливается 2 компрессионных кольца и одно маслосъемное. Поршневые кольца изготавливаются из высокопрочного чугуна. Расстояние от днища поршня до первого кольца носит огневой пояс. Функция поршневых колец состоит в том, чтобы поршень плотно прилегал к цилиндру. Для уменьшения трения используется моторное масло.
Одно из важных предназначений поршневых колец заключается в препятствии попадания газов из камеры сгорания в картер. Благодаря добавлению хрома, молибдена, никеля или вольфрама прочность и термостойкость поршневых колец значительно повышается. При износе поршневых колец ресурс поршня понижается.
Маслосъемное кольцо
Маслосъемные кольца служат для того чтобы отводить излишки масла. Маслосъемные кольца обладают дренажными отверстиями.
Юбка
Юбка поршня и есть его тело служит направляющей. Благодаря специальным добавкам в сплав юбка поршня обладает высокой стойкостью к расширению.
Поршневой палец
Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Благодаря стопорному кольцу достигается их прочное соединение.
Ответы на частые вопросы
Для чего в днище поршня дизельного двигателя делают выемку ?
Выемка в поршнях дизельного двигателя называется вихревой камерой( камерой сгорания). Топливо перемешиваясь с воздухом в вихревой камере сгорает более эффективно и быстро.
Температура поршня двс ?
Кратковременно при работе двс поршень может нагреться до 2000 градусов и более. В целом температура поршня при работе может достигать 200 градусов.
Как продлить срок службы поршней ?
Для того чтобы продлить срок службы поршней двс необходимо во время менять масло. Лучше даже немного раньше срока как советуют многие водители.
Dima402 ›
Блог ›
Кованые поршни и их преимущества.
«В форсированном двигателе применены кованые поршни…». Знатокам тюнинга эта фраза знакома, упоминание о кованных поршнях часто встречается в описании конструкций спортивных двигателей.
Поршни двигателя – одна из самых сложных и нагруженных деталей. Современная тенденция в спортивном тюнинге – рост максимальных оборотов двигателя. Следовательно приходиться бороться за массу поршня, ведь чем легче поршень, тем меньше он под действием боковых составляющих сил инерции прижимается к поверхности цилиндра. А значит, меньше будут механические потери, выше мощность, как правило, больше ресурс и выше максимально допустимые обороты двигателя.
В борьбе за снижение массы поршень приобрел оригинальную форму, но напрочь утратил простоту. Во-первых, как известно, металл при нагреве расширяется, причем поршень расширяется неравномерно, больше в направлении, параллельном оси поршневого пальца, и меньше – в плоскости качания шатуна.
Происходит это из-за того, что металла в области бобышек-приливов под поршневой палец больше, и поэтому если, предположим, поршень был бы цилиндрическим в холодном состоянии, то при нагреве до рабочей температуры он станет овальным. Во-вторых, юбка поршня при работе двигателя тоже нагревается неравномерно, и тоже превратиться в изогнутую, как говорят специалисты, «корсетную». Точно также ведет себя и конусная юбка поршня двигателя.
Все это приводит к сокращению пятна контакта поршня с поверхностью цилиндра, повышенному износу, а в худшем случае – задиру, прихватыванию поршней и заклиниванию двигателя. А ведь помимо нагрева, поршень подвергается и давлению газов, и воздействиям сил инерции, и под их влиянием тоже деформируется.
Понятно, что поршень должен быть как можно легче, прочнее и как можно меньше изменять свою форму при нагреве и других воздействиях.
Вот типичный портрет современного поршня для двигателя автомобиля или мотоцикла. Он (поршень) отливается из аллюминиевого сплава с добавлением кремния и в холодном состоянии имеет овальную форму, чтобы при нагреве поршня, в силу упомянутых выше причин, приблизиться к цилиндрической. А для того, чтобы оптимизировать по форме пятно контакта юбки поршня с цилиндром, профиль юбки поршня делают бочкоообразным, причем с запасом, чтобы поршень сохранил форму бочонка и в горячем состоянии.
Кроме того, с целью свести к минимуму температурную деформацию поршня, в тело поршня заливают стальные, термокомпенсирующие вставки, которые призваны удерживать область бобышек от чрезмерного расширения. Главный недостаток литых поршней – процесс литья не свободен от большого процента технологического брака, внутри металла будущего поршня остаются пустоты, возникают трещины. Да и твердость сплава после литья и закалки относительно не высока: 80 единиц по шкале Бринеля.
Поэтому, чтобы соблюсти необходимую прочность литого поршня, его массу приходится увеличивать. К примеру обычный заводской поршень для 16V двигателя ВАЗ, получаемый литьем в кокиль, весит 370 грамм. Как альтернатива заводским, литым поршням появились кованые поршни. В принципе их правильнее называть штампованными, т.к. поршни получают не многократной обработкой давлением, а однократной. Заготовка поршня помещается в матрицу, прижимается пуансоном и полуфабрикат поршня готов. Естественно, окончательную форму поршня он приобретет только после механической обработки.
Штамповка поршня под давлением позволяет упрочнить металл и одновременно сделать поршень гораздо более легким, прочным, надежным и долговечным.
При этом возникает проблема невозможности (вернее большой сложности) запрессовки в поршень термокомпенсирующих вставок и вследствии этого необходимость в более тщательном подборе профиля поршня.
В качестве сырья для изготовления кованных поршней используют высококремнистый алюминий (содержание кремния 10-18%), подвергнутый предварительной деформации, в виде прутка, прошедшего многократную протяжку через фильеры. В процессе такой протяжки сечение прутка уменьшается вчетверо и при этом ликвидируются поры в металле будущего поршня и изменяется его структура. Пруток режется, и болванками закладывается в гидравлический пресс.
Усилие в 250 тонн и температура 500 градусов, поддерживаемая системой индукционного нагрева, делает чудеса: металл будущего поршня, словно пластилин, за несколько секунд растекается между матрицей и пуансоном, принимая форму заготовки поршня. Поскольку процесс изготовления поршня протекает при неизменной температуре, называется он изотермической штамповкой. Постоянный нагрев играет здесь большую роль, ведь если температура в зоне матрицы упадет, то возможна недоштамповка поршня, те неравномерное распределение металла.
Если температура повысится, то алюминий будущего поршня попросту начнет плавиться. В результате изотермической штамповки из предварительно деформированного металла и последующего цикла закалки и обязательного старения, получается заготовка под будущий кованый поршень с высокими механическими характеристиками – твердость 130 единиц и отсутствие технологического брака типа каверн, раковин и трещин. Комплект облеченных поршней версии «Тюнинг» весит на 50 грамм легче, по сравнению со стандартными, заводскими ВАЗовскими поршнями.
для сравнения – стандартный, литой поршень ВАЗ от 16V двигателя ( справа ) и спортивный, Т-образный, кованый поршень производства СТИ. Комплект таких поршней весит на 550 грамм легче, чем комплект стандартных, литых поршней ВАЗ. 
комплект кованых поршней версии «Тюнинг» для 8V двигателя ВАЗ, кольца поршня 1,5/2,0/3,947мм, поршневой палец 22мм. 
комплект кованых поршней версии «Тюнинг» для 16V двигателя ВАЗ, кольца поршня 1,5/2,0/3,947мм, поршневой палец 22мм. 
Т-образный кованый поршень 16клапанного двигателя ВАЗ с вытеснителем (для увеличения степени сжатия) под кольца 1,2/1,5/2,0мм, палец диаметром 19мм. Длина пальца 50,2мм. Компрессионная высота поршня 24,3мм. 
ВАЗ-овские поршневые кольца с высотой 1,5/2,0/3,947мм для стандартных поршней уступили место более узким фирменным изделиям «Коlbenschmidt», «Маhle» (Германия). Так при диаметре поршня 82,0мм, 82,4мм, 82,5мм, 83,0мм сейчас чаще всего применяют кольца 1,2/1,5/2,0мм. А при диаметре поршня 84мм: 1,2/1,5/2,0мм или 1,5/1,5/2,0мм
Узкие кольца поршня обеспечивают снижение трения, особенно при высоких частотах вращения. Для спортивных моторов национальных гоночных классов, производятся Т-образные поршни под 2а кольца, палец 18мм и высотой 40мм, что с точки зрения снижения массы поршня очень неплохо. Из тех же соображений отверстие в пальце поршня делается не цилиндрическим, а коническим, расширяющимся к его торцам.
«Революционным» в национальных гоночных классах стал переход на кованые поршни с 2мя кольцами, без среднего кольца. При этом за счет одновременного изменения профиля поршня заметного возрастания расхода масла не произошло. 
Новые материалы, использумые при производстве кованого поршня (заэвтектические сплавы с содержанием кремния более 14%), и современные технологии позволили уменьшить тепловой зазор между поршнем и блоком цилиндров. Если в прошлом этот зазор доходил до 0,15мм, то сейчас он снижен до 0,05…0,06мм без опасности заклинивания поршня в блоке цилиндров.
Для кого нужны кованые поршни и что это такое?
До недавнего времени кованые поршни считались атрибутом только моторов спортивных суперкаров, которые эксплуатируются в очень жестких условиях. Тем не менее, с активным развитием среди автолюбителей тенденции осуществлять тюнинг обычных двигателей, возникла необходимость в замене литых поршней коваными и на обычных авто. В чем же заключаются преимущества таких поршней, и когда действительно их стоит устанавливать на авто – в этом и попытаемся разобраться ниже.
Что собой представляют кованые поршни?
Серийные моторы практически не оснащаются коваными поршнями. Обычно на них устанавливаются обычные литые, которые массово выпускаются на заводах. Почему так, если кованые поршни признаны более надежными? Во-первых, это связано с их стоимостью – производить литые и устанавливать на авто в разы дешевле, что привлекательно не только для производителей автомобильных двигателей, но и для их покупателей. Во-вторых, для ресурсов обычного автомобиля вполне хватает и литых поршней, которые демонстрируют очень хорошую и достаточно длительную работу.
Полезно знать! Поршни могут иметь разную форму и конструкцию. В частности, поршни могут быть одно- и двухсторонними. В последнем случае на изделии будут присутствовать сразу два днища.
Что же касается кованых поршней, то они непосредственно предназначены для установки на двигатели высокой мощности, детали которых подвергаются регулярному воздействию механических и температурных нагрузок. Основа кованых поршней – это максимально чистые сплавы алюминия, которые содержат в себе только кремний (около 12%). Благодаря этому во время производства поршней получается добиться более высокой прочности, которая обычно не свойственна алюминиевым изделиям.
По своей форме кованый поршень ничем не отличается от литого. Разница между ними заключается лишь в том, что при установке кованых поршней обычно используются облегченные варианты шатунов и шатунных пальцев. Связано это с тем, что в целом такие поршни отличаются сниженным весом, поэтому возникает необходимость и в снижении веса всей конструкции поршня.
Почему автовладельцы отдают предпочтение кованым поршням: их достоинства
Главный недостаток литых поршней – их большой вес и очень непрочная структура, которая под слишком большими нагрузками приводит к появлению серьезных сколов и трещин. Понятно, что при установке такого поршня на двигатель гоночного автомобиля, он может стать причиной серьезных аварий.
Кованые поршни лишены всех этих недостатков, поскольку они отличаются от литых не только своим составом, но и в первую очередь способом изготовления. В частности, к достоинствам таких поршней стоит отнести следующее:
• повышенная прочность изделий, которая возможна благодаря мелкодисперсной структуре металла, из которого они изготавливаются; прочность поршней сохраняется даже при температуре в 350°, чего точно не могут сделать привычные для нас литые поршни;
• в отличие от поршней, которые массово выпускаются на заводах и характеризируются твердостью всего в 80-90 единиц по Бриннелю, кованые обладают твердостью в 120-130 единиц, что в количественном эквиваленте говорит об их качестве;
• если опять же приводить сравнение литых и кованых дисков, то последние в 5-6 раз выигрывают по такому критерию как термоциклическая стойкость (для этого проводится эксперимент, в ходе которого поршни сначала доводят до очень высоких температур, а потом резко охлаждают; в ходе эксперимента литые поршни в среднем выдерживали около 400 циклов, тогда как кованые – 2500);
• основное достоинство – это уменьшенный вес кованых поршней, который при сравнении снижается примерно на 40-50 г; хотя на первый взгляд это очень низкая цифра, в реальной работе она имеет огромнейшее значение;
• при нагревании кованого поршня практически не происходит тепловое расширение; таким образом, до каких температур ни поднималась бы температура в процессе работы, поршень практически не меняет своих размеров; все это возможно благодаря наличию в структуре таких поршней кремния.
При всех этих характеристиках кованые поршни являются идеальным вариантом для тех, кто проводит тюнинг своего двигателя и увеличивает его мощность на несколько лошадиных сил. С таким поршнем двигатель будет работать бесперебойно и не приведет к неприятным неожиданностям в виде аварий.
Как делают кованые поршни: знакомимся с технологий производства
Когда мы слышим словосочетание «кованый поршень», сразу же представляется картина, где кузнец при помощи молота выбивает поршни для автомобильных двигателей. На самом деле ковка в их изготовлении не применяется, и тем более ручная. Для получения поршней данного типа используется специальная технология – жидкостная или же изотермическая штамповка.
При жидкостной штамповке разогретый до необходимой температуры сплав алюминия с кремнием заливается в матрицу нужных размеров. Далее при помощи пуансона остывающий металл сжимают, выполняя эту операцию с заданной скоростью, что позволяет получить изделие высокого качества, без наличия воздушных пузырьков и микротрещин.
Интересно знать! Основным материалом, из которого производятся поршни для автомобильных двигателей, является алюминиевый сплав (далеко не всегда к нему добавляется калий) и серые чугуны.
Как же делают кованые поршни методом изотермической штамповки? В этом случае предварительно изготавливаются заготовки поршней, которые повторно разогревают и подвергают прессованию, то есть штампуют. При этом процесс работ и всех рабочих инструментов (матрицы и пуансона) поддерживается на одном температурном уровне — +495±5°С. По качеству получаемой продукции и жидкостный, и изотермический методы производства кованых поршней являются идентичными.
Литые или кованые поршни: что выбрать для своего автомобиля?
Чем отличаются кованые поршни от обычных? В первую очередь, своей высокой выносливостью. Поэтому, если речь идет о спортивных, форсированных и тюнингованных двигателях, то на них, безусловно, должны присутствовать именно кованые поршни.
Как мы уже упоминали выше, литые поршни всегда имеют некоторые дефекты, которые в нормальных условиях эксплуатации автомобиля совсем не проявляются. Но если такой поршень установить на спортивный кар с форсированным двигателем, из-за своего тяжелого веса поршень сразу же нагреется до очень высоких температур (вызывая при этом нагревание и других деталей автомобильного двигателя).
После этого может активно начаться процесс разрушения детали, поскольку под действием высокой температуры микротрещины начнут расширяться, становясь причиной раскола поршня. Нередко в таких случаях поршни попросту прогорают.
Важно! Используемые для производства литых поршней сплавы обладают плохой жаропрочностью и под действием температуры около 350°С способны сильно расширяться, что также негативно отражается на работе двигателя.
Тем не менее, литой поршень – это самый оптимальный вариант для обычного автомобиля, как по стоимости, так и по своему качеству. При обычных условиях эксплуатации и отсутствии вмешательства в мощностные характеристики двигателя, он может обеспечить такой же срок службы, как и кованые поршни на спортивных автомобилях. Таким образом, если вы не собираетесь модернизировать двигатель своего автомобиля – не стоит прибегать к установке кованых поршней.
Немного о недостатках кованых поршней для авто
Кованые поршни из-за сложности производства имеют достаточно высокую стоимость. Но на этом финансовые расходы при установке кованого поршня не завершаются, поскольку для этого вам еще необходимо будет нанять высококвалифицированного специалиста, который смог бы подогнать поршень под двигатель вашего автомобиля, да и увеличить его мощностные характеристики. Но если ваша цель заключается именно в повышении мощности авто – такие затраты будут вполне оправданными.
Иных недостатков у данного вида изделий нет. При установке на авто они будут гарантировать вам надежность службы и отсутствие проблем при эксплуатации на повышенных скоростях. Но, в любом случае, вам придется самостоятельно принять решение касательно того, стоит ли тратить деньги на такой поршень, или же можно продолжать езду на литом.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
