Чем кованые поршни лучше обычных
C чем «едят» кованые поршни?
Конечно же, вам не раз приходилось встречать на дороге рычащие автомобили, которые лихо перестраиваются из ряда в ряд, а как только появляется свободное пространство, они, что называется, уходят в точку. Причём их вид никоим образом не намекает на спортивность. Они попросту доработаны, или, как уже стало у нас модным, тюнингованы. Так вот, кованые поршни относятся именно к тюнингу, точнее, к доработке двигателя.
Чем отличаются кованые поршни от обычных?
Для чего нужны кованые поршни?
Основная область применения кованых поршней — автоспорт и тюнинг. После форсирования двигателя поршневая группа начинает испытывать повышенные нагрузки. И стандартная поршневая просто не выдерживает их, происходит разрушение кривошипа. Поэтому после увеличения мощности двигателя надо ставить кованые поршни.
Что будет, если кованые поршни поставить на атмосферный двигатель?
Разницы нет. Наличие или отсутствие турбонаддува практически не влияет на принятие решения об установке тех или иных поршней. Другое дело, что нельзя устанавливать поршни от атмосферного двигателя на турбированный.
Нужна ли расточка двигателя?
При установке новых поршней в двигатель решение о необходимости расточки зависит от состояния цилиндра, его износа, диаметра, а также от размера поршня. Если поршень помещается в цилиндре с допустимым зазором, то ничего растачивать не надо. Если поршень заметно меньше цилиндра, то его надо менять. Если поршень больше цилиндра, цилиндр надо расточить. Стоит отметить, что невозможности установки термокомпенсирующих вставок нередко кованые поршни имеют высокий коэффициент расширения. Поэтому кованые поршни ставятся в цилиндр с большим зазором, чем обычные. Это позволяет поршням длительное время работать при очень высоких нагрузках. Но в обычных режимах поршни, которые слабо сидят в цилиндрах, когда двигатель холодный, влияют на топливную эффективность и увеличивают расход масла, токсичность выхлопных газов и т. д. Установочный тепловой зазор «соток» и громкий стук при прогреве — норма для мотора с коваными поршнями.
Резюме
Если вы используете автомобиль как транспортное средство для перемещения из точки А в точку Б, то не стоит тратиться на замену штатных поршней коваными. Тем более что заметного увеличения ресурса двигателя вы не получите. Но в случае, когда вашей целью стало увеличение мощности мотора, лучше поставить кованые. Главное при этом не нарваться на кустарную продукцию.
К достоинствам кованых поршней можно отнести их термическую стойкость, износостойкость от воздействия тепловых и ударных нагрузок, меньший вес.
Недостатками являются их высокая цена, более высокий коэффициент теплового расширения, чего поршень вставляется в цилиндр с большим зазором, что приводит к увеличению расхода масла, стуку двигателя при прогреве
Что даст установка кованых поршней в двигатель
Ряд технологических особенностей автопрома заимствован из автомобильного спорта. Используемые в нем решения и элементы представляют собой надежные и весьма производительные образцы, одним из которых считаются кованые поршни. Они представляют собой овальные втулки, которые двигаются вертикально в цилиндрах, сжимая смесь топлива и воздуха.
Что лучше – кованый поршень или литой?
Такие поршни являются более подходящими для мощных транспортных средств. Следует заметить, что стоимость их гораздо выше, чем литых аналогов. И если вы приняли решение выполнить тюнинг мотора, установив дорогую деталь, рекомендуется разобраться в необходимости существенного повышения существующей мощности автомобиля.
Считается, что поршни всегда находятся под большой нагрузкой. От их качественного состояния будет полностью зависеть результативность мотора. Да и лишний вес, с которым так сражаются изготовители, играет немаловажное значение.
Особенности поршней
Кованый поршень предназначен для работы под высокими нагрузками, по этой причине его применяют на спортивных и гоночных транспортных средствах. Проще говоря, конструктивные и иные особенности этой детали определяются особенностями ее функционирования. Самым интенсивно воздействующим на поршни фактором во время работы мотора считается температурный режим. От ее воздействия металл расширяется неравномерно.
Такое явление больше проявляется по пальцевой оси поршня и в меньшей степени – по плоскости, в которой качается шатун. От этого поршень с цилиндром соприкасаются неравномерно, что значительно ускоряет изнашивание. В ситуациях, близких к критическим, образуются задиры, указанные детали прихватываются, что вызывает заклинивание ДВС. Кроме температуры, на поршни влияют инерционна сила и давление, которое создается в цилиндре газами.
Особенности изготовления
Кованые поршни могут называться штампованными, потому что изготавливаются именно по такой технологии. В производстве заготовка создается из особых сплавов методами изотермического или жидкого штампования. В них имеются различия, но положительные результаты гарантируются в любом случае.
При изготовлении жидкой штамповки матрица наполняется металлом, применяется пуансон, помогающий деформировать сплав в строгом соответствии с необходимой скоростью. Такая штамповка одноразового типа дает возможность создать полуфабрикат высокого качественного уровня, который в последующем доводят до необходимых параметров, применяя механический способ обработки.
Во втором случае необходима заранее подготовленная заготовка. Ее получают обжатием через фильеру особых прутьев, изготовленных из алюминия, содержащего в себе много кремния. Данная методика позволяет избавиться от пор внутри металла, сделать его структуру лучше.
Далее матрица вместе с заготовкой подвергается нагреву, после чего деталь можно штамповать на гидравлическом прессе. Большие усилия необыкновенно преобразуют деталь. Одновременно с этим постоянный температурный режим помогает равномерно заполнить форму, от чего зависит качество детали.
Кованый поршень не только не имеет раковин и трещинок, но и является более твердым. Весит он на 50 грамм меньше своего аналога, отлитого в заводских условиях. Целый комплект уменьшает вес двигателя внутреннего сгорания на пятьсот грамм.
Такая разработка считается настоящим прорывом в выпуске машин для спортивных гонок, так как в полной мере отвечает существенным нагрузкам в момент состязаний. Эти же кованые поршни используют в форсированных моторах. Они реже прогорают, так как отличаются значительной термоциклической устойчивостью.
Параметры кованых поршней
Чтобы правильно подобрать данную деталь для машины, следует соотнести ее параметры с характеристиками мотора:
Основные отличия от литых аналогов
Такие поршни хорошо работают на обычных моторах, но по определенным причинам для двигателей повышенной мощности считаются непригодными. Масса их несколько выше кованых деталей, да и форма не оптимальна. Литые поршни, изготовленные в заводских условиях, имеют скрытые дефекты, которые во время стандартных условий эксплуатации проявиться не могут.
Но увеличение мощности влечет за собой повышение нагрузочных усилий, которые в первую очередь воздействуют на сам мотор. В этих условиях дефекты приводят к тому, что поршень может прогореть или треснуть.
Отрицательные моменты кованых поршней
Основным недостатком кованого элемента считается его стоимость. Она довольно существенная, зависит от сложности производственного процесса. Еще один недостаток – расходы, связанные с услугами профессионального специалиста по установке поршней.
Многие считают, что кованые поршни придают машине шумность. Но это утверждение относится к машине, которая еще не прогрета. Такая особенность объясняется просто – различиями в коэффициентах на расширение. Из-за этого для кованого поршня следует увеличить зазор между стенками цилиндра. При увеличении температуры поршень расширится, зазор уменьшится, убрав неприятный шум.
Применение
Зачастую данные детали используют при монтаже турбонаддува. Кроме того, в некоторых случаях их применение считается единственным условием, чтобы сохранить ресурс мотора, ведь температура увеличивается, да и нагрузочные усилия на детали растут, что часто считается причиной прогорания поршня. Кованый поршень, как правило, применяется в комплекте с другим коленчатым валом и шатунами, имеющими форму «Н».
Необходимо помнить, что использование кованого поршня определяется в первую очередь особенностями эксплуатации транспортного средства. Для повседневных поездок вполне можно обходиться литыми деталями.
Видео
Кованые поршни
Кованые поршни и их преимущества.
Ссылки по теме:
«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
Что дают кованые поршни по сравнению с литыми
Спортивные автомобили нередко являются эталоном надежности, быстроты и мощи. Инженеры постоянно модернизируют двигатели болидов. Применяют новые материалы, современные технологии для улучшения технических характеристик двигателя. И со временем эти новшества используют для других автомобилей. Вот и рассмотрим, что дают кованые поршни, почему они являются более приемлемыми для мощных и скоростных машин и чем отличны от литых.
Кованые поршни больше подходят для мощных авто
Необходимо отметить, что кованые варианты значительно дороже широко распространенных литых. Поэтому прежде чем вы решите сделать тюнинг двигателя и установить дорогостоящую деталь, необходимо разобраться необходимо ли вам значительное увеличение стандартной мощности машины.
Необходимо признать, что поршни постоянно подвергаются высокой нагрузке. И от их качества напрямую зависит продуктивность двигателя. Еще немаловажным моментом является масса. Разработчики «бьются» не только за каждый сэкономленный килограмм, но и за каждый грамм общего веса автомобиля.
Некоторые особенности поршней
Экономия веса касается и детали, которую мы обсуждаем. Чем легче поршень, тем меньше инерционные силы, действующие внутри цилиндра. Как результат, ниже механические потери, повышается мощность и в итоге растут в значительной степени обороты двигателя.
Для уменьшения веса разработчики «подарили» детали интересную форму, которая лишена простоты. Это обусловлено самым важным фактором: температурой, способствующей расширению металла. При этом следует учесть, что деталь расширяется не совсем равномерно. Параллельно оси поршневого пальца в большей степени, чем в плоскости качания шатуна.
Кованые поршни имеют специальную форму для уменьшения веса
В результате повышенных нагрузок происходит неровный разогрев и деформация. Чем это чревато? Поршень неравномерно двигается в цилиндре. Более быстро изнашивается деталь, это в лучшем случае, но бывают и критические варианты: возникают задиры, поршни прихватываются, и результат может быть плачевным − заклинивает двигатель.
Второй немаловажный раздражающий фактор: давление газов внутри цилиндра. Третий: сила инерции. Они также создают дополнительное негативное воздействие на поршни. Мы рассмотрели эти моменты для того, чтобы понять, что от веса и материала этой детали зависит надежность и продуктивность работы всего мотора.
Литые или кованые поршни − что выбрать
Для любителей высоких скоростей выражение «кованые поршни» не является загадочным словосочетанием. Скорее наоборот, произнеся эту фразу, можно услышать целую лекцию с перечнем положительных качеств этой детали. Без нее не обходятся автомобили со специфическими моторами:
Эти силовые агрегаты требуют особого качества и надежности комплектующих деталей, не исключением является поршневая группа. Базовые заводские детали не только тяжеловаты, но и не обладают оптимальной формой для достижения поставленных целей. Мы разберем подробнее технологию производства, а затем узнаем, чем лучше кованые поршни и стоит ли на них менять стандартные.
Литые, к сожалению, иногда имеют незаметные дефекты, которые никак не отражаются на работе двигателя в обычном режиме. Но увеличение мощности мотора влечет за собой и повышение нагрузок. В результате эти невидимые для обычного глаза инородные вкрапления, каверны или пузырьки могут спровоцировать трещину либо поршень попросту прогорит. Такая проблема возникает при установке коленвала с модернизированным радиусом кривошипа.
Дополнительный отрицательный момент, влияющий на детали − повышенная, в сравнении с техническими параметрами, температура (она может подниматься до 300 и даже 350 °C). Чтобы с поршнем ничего не произошло, для кованых вариантов используют высококремнистый сплав алюминия. Он имеет прекрасные качества:
Более узкие кольца значительно снижают трение. В то же время изменение профиля поршня никак не повлияло на повышение расхода масла. Современные материалы и передовая технология поспособствовали значительному снижению теплового зазора блока цилиндров и кованого поршня. Он составляет всего от 0,06 до 0,05 миллиметров. Но что более важно, вы будете избавлены от опасности «поймать клин» двигателя.
Кованые поршни придется заказать отдельно, по умолчанию почти все авто оснащаются литыми
Небольшое, но важное уточнение. В автомобилях серийного производства установлены литые поршни. Поскольку они изготавливаются массовым порядком, цена вполне приемлема. Но это не единственное достоинство. Эти детали вполне соответствуют своему назначению и могут замечательно выполнять свои функции. Поэтому если вы пользуетесь автомобилем исключительно для поездок, а не скоростных гонок, не стоит делать значительные вложения в модернизацию двигателя. Это касается и капитального ремонта мотора.
Технология изготовления
Название «литые» говорит само за себя, они производятся методом литья металла в специальную матрицу. Для этого берется сплав алюминия с добавлением в определенных пропорциях кремния. Деталь изначально имеет овальную форму. Но под воздействием высокой температуры производится вышеописанная процедура, и поршень приобретает практически идеальную форму цилиндра. Кроме того, юбку поршня делают бочкообразной формы, которая является самой оптимальной для хорошего выполнения своих функций.
Для предотвращения деформаций под воздействием температуры внутрь поршня заливают термокомпенсирующие вставки из стали. Это позволяет предотвратить сильное расширение в области бобышек.
В отличие от этого метода кованые детали по большому счету должны называться штампованными, поскольку именно эта технология применяется для их изготовления.
Для производства надежных поршней заготовка из специальных сплавов получается методом изотермической или жидкой штамповки. Они отличаются одна от другой, но гарантируют прекрасный результат.
Жидкая штамповка. В матрицу заливают расплавленный металл и применяют пуансон, который деформирует сплав строго в соответствии с заданной скоростью. Эта одноразовая штамповка позволяет получить высококачественный полуфабрикат, который в дальнейшем доводится до нужных параметров механической обработкой.
Изотермическая штамповка. Для этого метода берут предварительно подготовленные заготовки. Они получаются из обжатого через фильеру специального прута из высококремнистого алюминия. Такой метод позволяет убрать все поры в металле и изменить в лучшую сторону его структуру. Затем матрицу вместе с мерной заготовкой нагревают до температуры 450 °C и только после этого деталь штампуется скоростным методом с помощью гидравлического пресса. Усилие в 250 т делает фантастические преобразования. При этом постоянная температура матрицы способствует равномерной заполняемости формы, благодаря этому детали получаются не только точными, но и надежного качества.
Чем лучше кованые поршни еще? Поговорим отдельно о твердости: она составляет 130 ед. При этом запчасти гарантированно избавлены от раковин, каверн, а также трещин. Дополнительным положительным моментом является снижение веса, он на 50 грамм ниже обычных заводских вариантов. А весь комплект поможет снизить массу двигателя примерно на 0,5 кг.
Эта разработка сделала огромный прорыв в производстве гоночных автомобилей, поскольку полностью соответствует высоким нагрузкам во время соревнования. Детали также применяются в форсированных движках. Они меньше прогорают, поскольку имеют высокую термоцикличную стойкость.
Недостатки кованых и литых деталей
Мы рассмотрели прекрасные характеристики запчастей, изготовленных методом штамповки. Но на вопрос какие устанавливать поршни кованые или литые, ответить сможете только вы сами. Все зависит от режима эксплуатации автомобиля и ваших предпочтений. Чтобы вам было проще определиться с выбором, мы расскажем, какие есть отрицательные стороны кованых деталей.
Главный недостаток кованых поршней — это цена
Первая: цена. Она довольно высока и зависит от сложного метода производства поршней. Вторым отрицательным моментом можно считать финансовые средства, которые придется заплатить квалифицированному мотористу. Только классный спец сможет сделать правильную модернизацию вашего двигателя. А такая работа не может быть дешевой. В этом случае производится не только установка, но и подгонка детали.
Теперь поговорим о литых вариантах. К сожалению, этот метод не гарантирует отсутствие технологического брака. Как мы писали выше, могут присутствовать пустоты, которые в дальнейшем приводят к трещинам. Кроме того, сплав не особо твердый, даже закалка обеспечивает по шкале Бринеля всего лишь 80 ед. Именно поэтому для надежности увеличивают их вес.
Кованые поршни значительно улучшают технические характеристики двигателя. Если вы любитель прокатиться с ветерком, то это более чем прекрасный вариант. Что дают кованые поршни: вы гарантированно надолго будете защищены от проблемы прогорания поршней, которая нередко случается из-за частых нагрузок на мотор. Но при этом, если вы передвигаетесь исключительно в щадящем скоростном режиме, то такой тюнинг может быть не нужен. Ну а дальше решайте сами: стоит производить модернизацию или продолжать использовать стандартные литые поршни.
Чем отличаются кованые поршни от обычных?
Одним из наиболее распространенных вариантов тюнинга автомобилей является установка кованых поршней вместо стандартных литых.
Данный вид тюнинга никак не отображается внешне, но значительно влияет на характеристики автомобиля.
Итак, в чем же заключаются отличия кованых поршней от обычных литых, и почему все больше любителей тюнинга желают установить на свой автомобиль именно кованые поршни?
Отличие кованых поршней от литых
В первую очередь, следует понимать, что литые поршни – это массовый продукт, и их производители ориентированы, в первую очередь, на создание продукта, который будет хорошо держать баланс между ценой и качеством. Литые поршни не обладают какой-либо сверхвысокой устойчивостью к нагрузкам, но для того, чтобы отработать положенный срок эксплуатации в автомобиле, для которого они были созданы, литых поршней более чем достаточно.
Как правило, тюнингованные автомобили, помимо прочего, имеют повышенные технические характеристики, а вместе с ними повышаются и требования к надежности элементов, на которые будет приходиться нагрузка во время использования автомобиля. Когда двигатель автомобиля модифицирован, и имеет более высокую мощность, чем имел изначально, обычные литые поршни просто не выдерживают работы в нем, и со временем прогорают или затираются, тогда как более прочные кованые поршни легко выдерживают повышающуюся нагрузку.
Как изготавливаются кованые поршни
Как можно понять из названия, кованые изделия изготавливаются не литьем, как обычные поршни, а выковываются из специальной заготовки. При создании заготовок для кованых поршней используются сплавы алюминия, имеющие в своем составе высокое содержание кремния. В изделиях из подобного сплава, создаваемых методом обычного литья, неизбежно остаются воздушные поры, наличие которых приводит к уменьшению прочности изделия и ухудшению его стойкости к износу и перегреву.
Кованые поршни получают методом штамповки заготовок, в результате чего готовое изделие получается достаточно прочным, и имеет плотную, стойкую к нагрузкам структуру. Кованые поршни имеют перед литыми массу преимуществ, но есть и недостаток – их более высокая стоимость, но, если учесть тот факт, что кованые поршни устанавливаются на автомобили, двигатель которых тоже подвергся серьезным и дорогостоящим доработкам, стоимость установки кованых поршней на общем фоне уже не будет казаться дорогой.