Ковані поршні для різних марок автомобілів

Багато технології переносять в автомобільну промисловість з автоспорту. Застосовуються там рішення і деталі розглядаються як зразки надійності і продуктивності, наприклад, ковані поршні. Автотехнологія, заснована на застосуванні даних деталей, відноситься до зразків використання спортивних рішень на цивільних автомобілях.

Визначення

Поршні представлені втулками овальної форми, що рухаються у вертикальній площині всередині циліндрів і стискають паливо-повітряну суміш. За технологією виробництва дані деталі підрозділяють на литі і ковані. Розглянемо їх докладніше.

Особливості експлуатації

Поршні першого типу встановлюють на більшість автомобілів, так як вони добре проявляють себе у повсякденній експлуатації та достатні для потреб більшості користувачів. Ковані поршні розраховані на роботу при підвищених навантаженнях, тому їх використовують на спортивних і гоночних автомобілях. Тобто конструкцію і особливості даної деталі визначають на основі умов її функціонування. Найбільш інтенсивно впливає на поршні фактором при роботі двигуна є температура. Вона призводить до розширення металу, причому нерівномірного: воно більше проявляється паралельно осі поршневого пальця і менше в площині хитання шатуна. В результаті відбувається нерівномірний зіткнення поршня з циліндром, внаслідок чого прискорюється знос. У критичних випадках з'являються задирки і названі деталі прихвативаются, в результаті чого двигун заклинює. Крім цього, на поршні впливають сила інерції і тиск, що створюється газами всередині циліндра.

Технологія виробництва

Згідно з назвою, для виготовлення литих поршнів застосовують технологію лиття металу. В якості вихідного матеріалу використовують кремнієво-алюмінієвий сплав. Його поміщають в матрицю, надаючи овальну форму. Потім деталь підганяють під циліндр. Спідницю роблять оптимальної бочкоподібної форми. Для забезпечення стійкості до дії високих температур поршень заповнюють зсередини термокомпенсирующими вставками з сталі


На відміну від литих, ковані поршні виробляють за технологією штампування. Застосовують ізотермічний або рідкий методи. У першому випадку матрицю заповнюють розплавленим металом і деформують його з певною швидкістю із застосуванням пуансона. Таким чином отримують високоякісну заготовку. Її остаточну обробку здійснюють механічним способом. Для технології ізотермічного штампування використовують заздалегідь підготовлені деталі. Їх отримують з прута, що складається з висококремнистого алюмінію, обжатого через фільєру, що дозволяє поліпшити структуру металу, видаливши пори. Далі нагріту у матриці до 450 °С заготівлю штампують із застосуванням гідравлічного преса швидкісним методом. Дана технологія полягає в додатку до матриці зусилля в 250 т, при підтримці її температури на постійному рівні. В результаті виходять точні високоякісні деталі.

Основні параметри

Для грамотного вибору розглянутих деталей на автомобіль їх параметри співвідносять з особливостями двигуна. Далі наведені основні характеристики кованих поршнів:

Модель двигуна. Простіше за все підібрати деталі на основі марки мотора, так як виробники зазвичай створюють такі вироби під певні моделі двигунів. Однак потрібно враховувати, що у такому випадку вони розраховані на стокові мотори. Тобто, якщо змінені будь-які параметри двигуна, наприклад расточени циліндри, розраховані на нього поршні не підійдуть. Тоді їх вибирають за іншими параметрами (в даному випадку, перш за все, за розміром).

Розмір. При підборі деталей потрібно співвіднести їх діаметр з діаметром циліндра з урахуванням температурного розширення.

Ступінь стиснення. У технічних параметрах поршнів зазначено певне значення даного показника, на який вони розраховані. Якщо двигун не стоковий, це також потрібно враховувати.

Маса. Про значення даного параметра поршнів сказано далі. Загалом, чим менше їх вага, тим краще.

Потужність. У технічних параметрах поршнів зазначено максимальне значення потужності, на яке досить запасу їх міцності. Не слід встановлювати деталі на двигун з великими характеристиками, так як перевищення навантажень може спричинити їх прискорений знос і руйнування.

Відмінності від литих поршнів

Стандартним аналогом розглянутих деталей є литі поршні. Вони справно працюють на стандартних двигунах, але з багатьох причин не підходять для силових агрегатів підвищеної потужності. По-перше, вони характеризуються високою масою. По-друге, литі поршні мають неоптимальною формою. По-третє, дані деталі з заводу мають дефекти, представлені кавернами, чужорідними вкрапленнями, бульбашками, які невидимі і не проявляються при звичайній експлуатації в стандартних силових агрегатах.
Однак підвищення потужності веде до зростання навантажень (температури і тиску) на багато елементів автомобіля, насамперед, двигуна. В таких умовах названі дефекти можуть призвести до розтріскування або прогорання поршня. Це може статися, наприклад, після установки коленвала з нестандартним радіусом кривошипа.

Переваги

Позитивний вплив кованих поршнів на параметри двигуна обумовлено, насамперед, їх невеликою масою. Вага такої деталі в середньому на 50 г менше литого аналога. Наприклад, ковані поршні ВАЗ забезпечують в комплекті економію маси в 400-600 р. Це дозволяє знизити інерційні сили всередині циліндра. В результаті цього зростають обороти, знижуються механічні втрати, збільшується потужність. До того ж скорочуються інерційні навантаження на інші елементи кривошипного механізму, такі як колінвал, шатуни і вкладиші. Тобто збільшується його загальний ресурс.
Також ковані поршні відрізняються від литих більшою твердістю. Даний показник становить 120-130 од., тоді як для цивільних аналогів він дорівнює 80-90 од. До того ж дані деталі характеризуються підвищеною міцністю і стійкістю до температурного впливу. Так, за термоциклічної стійкості вони перевершують литі аналоги в 5-6 разів. Завдяки цьому ковані поршні витримують 2500 циклів нагрівання-охолодження, в той час як цивільні моделі лише 400. Знижений коефіцієнт температурного розширення дозволив зменшити тепловий зазор між циліндром і поршнем до 005-006 мм

Форма

Для зменшення маси ковані поршні володіють особливою формою. При цьому застосування Т-образного профілю не позначається на витраті масла. До того ж на основі нерівномірного температурного розширення (більшою мірою паралельно осі поршневого пальця) деякі виробники випускають моделі овальної форми перпендикулярно осі поршневого пальця. Таким чином, при нагріванні деталь набуває круглої форми, відповідно до форми циліндра. Це забезпечує щільне прилягання їх один до одного, рівномірно розподіляючи навантаження по поверхнях і обмежуючи потрапляння газів у картер з камери згоряння.

Недоліки

Основним недоліком кованих поршнів, в порівнянні з литими, вважають високу вартість, причому як самих деталей, так і установки. Дорожнеча поршнів обумовлена складністю виробництва. До того ж доведеться серйозно витратитися на їх установку. Це пояснюється тим, що такі складні роботи слід довіряти лише професійним майстрам, а в даному випадку буде потрібно не тільки встановлювати, але і підганяти деталі. Крім того, вважається, що ковані поршні роблять автомобіль більш гучним у порівнянні з вихідними литими деталями. Однак це справедливо лише для непрогрітого автомобіля. Дана особливість пояснюється відмінностями в коефіцієнтах розширення. На основі цього для кованих поршнів трохи збільшують зазор зі стінкою циліндра. Тому непрогрітий двигун з такими деталями працює голосніше. Однак після розігріву, коли поршні розширюються, і, отже, температурний зазор зменшується, шум стихає.

Застосування

Як зрозуміло зі сказаного, ковані поршні використовують для форсованих двигунів. Дані деталі впливають на багато характеристики силових агрегатів. Вони підвищують як продуктивність, так і надійність.

Актуальність

Доцільність використання кованих поршнів замість литих визначається, насамперед, особливостями використання автомобіля. Для умов повсякденної експлуатації цілком достатньо литих деталей. Ковані аналоги зазвичай встановлюють при тюнінгу двигуна. Причому навіть у цьому випадку їх використання не завжди доцільно. Такі деталі найчастіше застосовують при форсуванні малопотужних двигунів. Стандартні деталі деяких спортивних моторів мають достатній ресурс для екстремального підвищення потужності. Тому найбільш поширені такі деталі для двигунів ВАЗ (наприклад, ковані поршні на "Ниву" і ковані поршні на "Пріору"). Дані деталі використовують не тільки для автомобілів. Можна встановити ковані поршні на мотоцикл. Тюнінг спортивних моделей також досить поширений. Іноді модифікують і прості мотоцикли. Наприклад, деякі встановлюють ковані поршні на "Урал".

Принципи застосування та вартість

Нерідко розглядаються деталі застосовують при установці турбонаддуву. Більш того, у багатьох випадках їх використання є необхідною умовою збереження ресурсу двигуна, так як при цьому зростає температура і навантаження на деталі, що нерідко призводить до прогоряння поршнів. Ковані поршні турбо-двигуна зазвичай використовують у комплекті з іншим коленвалом і Н-образними шатунами. У будь-якому випадку при установці необхідно забезпечити охолодження спідниці і днища описуваної деталі. Для цього встановлюють маслоразбризгивающие форсунки. Ціна на ковані поршні "Нива" (комплект), наприклад, починається від 4500 рублів. Для вітчизняних ж мотоциклів вони обійдуться дешевше.