Что такое кованые поршни
Что такое кованые поршни
Для людей, интересующихся тюнингом, слова кованые поршни , звучат как магические определения. И даже простой автолюбитель наслышан, что кованные поршни чем-то отличаются от обычных, литых. И все таки у многих остается вопрос чем кованые поршни лучше?
Первым делом стоить отметить, что привычные нам, литые поршни, на много дешевле кованых, и потому в основном используются во всех обычных моторах. Потому если машиной пользоваться для поездок на работу и на дачу, без никаких больших нагрузок на двигатель, не гонять с друзьями кто первый проедет квартал, то не стоит и задумываться о кованых поршнях, при ремонте двигателя.
Совсем другое дело, если автомобиль предназначен для вас не только для семейных поездок, но и для резких стартов на светофорах и соревнованиях кто первый, то в таком случае можно подумать и о кованых поршнях.
При тяжелых режимах двигателя, все комплектующие испытывают очень большую нагрузку, особенно поршни. При высоких нагрузках, поршни, которые двигаются с очень большой скоростью испытывают большие нагрузки, причем чем больший вес поршня тем нагрузки больше. Кованые в свою очередь, легче чем литые, потому нагрузки на них меньшие.
Так же при изготовлении литых поршней, очень часто бывают маленькие дефекты, которые на глаз определить нельзя, и при обычных настройках двигателя, с такими дефектами ездить можно, последствий может и не быть никаких. Но при увеличении мощности двигателя, нагрузка на поршень существенно увеличивается. В таком случае мелкие дефекты сразу дадут о себе знать. Но если даже поршень и без дефектов, он очень быстро придет в негодность, потому что он не рассчитан на повышенные нагрузки.
На спортивных моторах, или на форсированных, большинство параметров очень отличаются от обычных двигателей. Например температура на днище поршня часто достигает 350 градусов. Для обычного поршня это большая температура, он может деформироваться. При такой температуре, поршень очень расширяется, что негативно влияет эксплуатацию двигателя. Кованные поршни изготавливают из других материалов, чем литые. При изготовлении кованых поршней, использывают высоко кремниевые сплавы, которые дают хорошую температуростойкость, маленькое тепловое расширение. Сразу возникает вопрос, почему нельзя сделать литые поршни с такого же материала? Ответ, очень прост: при использовании высоко кремниевого состава, при литье возникают процессы, при которых в поршне возникают разные пустоты, и неравномерное соотношение материалов сплаве. Это все происходит из-за разных скоростей кристаллизации компонентов высоко кремниевого сплава.
Так, кованные поршни стали очень популярными, у людей, которые хотят выжать с двигателя максимум. Кованые поршни, популярных фирм, изготавливают методом «изотермической штамповки». Эти технологии позволяют при высоких температурах (но ниже плавления метала) вы прессовать поршень с очень высоким качеством и хорошими характеристиками.
Некоторые характеристики поршней, кованых и литых:
Твердость поршней в единицах по Бриннелю:
-кованые 130 ед
-литые 80-90 ед
Термоциклическая стойкость у кованых поршней превышает в 6 раз, по сравнению с обычными. При тесте на «нагрев-охлаждение», литые сдаются уже на цифре 400 раз, у них начинают появляться сколы и трещины. Когда у кованых эта цифра может превышать 2500. Если судить по весу, то кованый поршень диаметром 79мм на 40 г легче от литьевого.
Молибденовое покрытие, предохраняет поршень от температурного перегрева, уменьшает механические потери (улучшает скольжение) и появление царапин на стенке поршня.
Современная технология может также обеспечить защиту деталей двигателя, подверженных термическим нагрузкам, особенно поршней, путем использования структурного покрытия или специальных изолирующих материалов. Эти материалы могут быть нанесены на поверхности деталей, что добавляет материалам желаемые характеристики, которыми они изначально не обладают. Эти покрытия можно разделить на два основных класса: молекулярные твердые покрытия и керамика.
Твердое покрытие используется или связывается на молекулярном уровне с помощью процесса, подобного металлизации. Очевидным фактом является то, что эти покрытия создают очень жесткую поверхность, которая возможно отражает тепло «механически», т.е. молекулы высокой энергии, налетающие на поверхность, отскакивают от нее, не отдавая большую часть энергии, как это было бы в случае поглощения молекул.
Керамика хорошо известна благодаря своим изолирующим свойствам. Она поглощает тепло, но только в слоях, близких к поверхности. Эти «субслои» материала действуют как очень эффективные изоляторы, «удерживая» тепло от проникновения в материал. Нанесение керамического состава на верхнюю часть поршня предотвращает поглощение тепла головкой поршня. Тепло, которое не поглощается, удерживается в камере сгорания и при этом увеличивается давление газов в камере сгорания. Это дает дополнительное усилие на поршень, направляя его вниз, что в свою очередь, обеспечивает большую отдачу мощности. Численные динамометрические испытания на многих гоночных двигателях, оснащенных поршнями с покрытием, показали, что возможно увеличение мощности на 4 — 8 %.
Другим преимуществом поршней с высокотемпературным покрытием является то, что у них увеличена надежность материала. Головка поршня с покрытием гораздо менее чувствительна к высокому тепловыделению, связанному с детонацией. При детонации часть пока не воспламененной сжатой рабочей смеси поджигается из-за слишком высоких давлений или температур перед тем, как образуется нормальный фронт пламени от смеси. При этом образуются области с высокой температурой в объеме камеры сгорания. Так как жесткость алюминия быстро уменьшается при возрастании температуры, особенно выше 120° С, верхняя плоскость поршня может разрушиться за несколько секунд, если дать детонации продолжаться. Однако, изолирующее покрытие на головке поршня в некоторых условиях предотвращает повреждения при воздействии детонации в течение 20 — 30 мин!
Жесткость поршня с покрытием постоянно увеличивается благодаря пониженной рабочей температуре. Это вместе с тем фактом, что верхнее компрессионное кольцо может располагаться ближе к вершине поршня, обеспечивает лучшее уплотнение в цилиндре и преимущества поршней с покрытием становятся более явственными.
Термостойкие покрытия могут быть успешно использованы на любом типе двигателей: обычном форсированном или гоночном. Однако, вы должны решить, будет ли использование покрытий экономически выгодно в вашем конкретном случае. Для мощных гоночных двигателей практически все, что обещает прирост мощности, обычно считается «выгодным», но для двигателей, используемых для повседневного пользования, экономия средств играет немаловажную роль. Опыт подсказывает, что использование термостойких покрытий на форсированных двигателях оправдано на агрегатах высокой стоимости, тогда как конструктор часто руководствуется финансовыми соображениями, чем небольшим увеличением характеристик двигателя.
