Перспективы алюминиевых поршней

Перспективы алюминиевых поршней

Поршневая вашего автомобиля – это очень большие нагрузки в отдельно взятой силовой установке. Представьте себе условия, при которых функционируют алюминиевые части поршневой группы: при полностью открытой дроссельной заслонке и 6000 оборотах в минуту на поршень бензинового двигателя каждые 0,02 секунды воздействует сила почти в 10 тонн.

При этом регулярно повторяющиеся «взрывы» возгорающейся топливно-воздушной смеси нагревают металл до температуры более 300 градусов по Цельсию. В наши дни условия работы поршневой становятся все более интенсивными.

По мере того, как автопроизводители стремятся к повышению эффективности двигателей, производители поршней готовятся к будущему, в котором самые мощные безнаддувные бензиновые двигатели вырабатывают 175 лошадиных сил на литр. Для сравнения: сегодня этот показатель не превышает 130.

С турбонаддувом и увеличенной мощностью возникают еще более жесткие условия эксплуатации поршневой группы и поршней в частности. За последнее десятилетие рабочие температуры поршней поднялись на 120 градусов, а пиковое давление в цилиндрах увеличилось с 1500 фунтов на квадратный дюйм до 2200.

Конструктивное развитие поршневых групп 

Поршень способен «рассказать» историю создания конкретного двигателя, в котором он находится. Однако конструкция и технология поршня также могут многое сказать о более широких тенденциях и проблемах, стоящих перед автомобильной промышленностью. 

Стремясь повысить экономию топлива и снизить уровень выбросов, автопроизводители требуют более легких поршней с меньшим коэффициентом трения, способных выдерживать более жесткие условия эксплуатации. Именно эти три проблемы - долговечность, трение и масса, становятся настоящей «головной болью» поставщиков и производителей поршней.

Во многих отношениях развитие бензиновых двигателей идет по пути, проложенному дизелями 15 лет назад. Чтобы компенсировать 50-процентное увеличение пикового давления в цилиндре, некоторые алюминиевые поршни теперь имеют железную или стальную вставку для поддержки верхнего кольца.

Самым горячим бензиновым двигателям скоро потребуется охлаждающая галерея или закрытый канал на нижней стороне головки, который более эффективен для отвода тепла, чем современный метод простого распыления масла на нижнюю часть поршня. 

Сквиртеры выстреливают маслом в небольшое отверстие в нижней части поршня, которое питает галерею. Однако, казалось бы, простую технологию непросто произвести. Создание полого канала означает отливку поршня в виде двух частей и их соединение посредством лазерной сварки, например.

Поршневая группа и поршни принимает на себя не менее 60 процентов трения двигателя, и улучшения здесь напрямую влияют на расход топлива. Снижающие трение, пропитанные графитом пластыри из смолы, нанесенные трафаретной печатью на юбку, теперь стали почти универсальными.

Многие поставщики поршней экспериментирует с конической поверхностью масляного кольца, которая позволяет снизить натяжение кольца без увеличения расхода масла. Более низкое трение в кольце может разблокировать до 0,15 лошадиных сил на цилиндр.

Автопроизводители нуждаются в новых покрытиях, снижающих трение между соприкасающимися деталями. Твердое и скользкое алмазоподобное покрытие, или DLC, перспективно для гильз цилиндров, поршневых колец и пальцев, где оно может устранить необходимость в подшипниках между пальцем и шатуном. Но это дорого и достаточно редко применяется в современных автомобилях.

Совершенствование поршней

Современное сложное компьютерное моделирование и более точные методы производства также позволяют создавать предельно эффективные формы. В дополнение к чашам, куполам клапанов, необходимым для достижения конкретного коэффициента сжатия, асимметричные юбки поршней имеют небольшую жесткую область на упорной стороне поршня для уменьшения трения.

Более тонкие стенки поршня требуют более жесткого контроля допусков, которые уже измеряются в микронах или тысячных долях миллиметра. Кроме того, тонкие стенки требуют лучшего понимания теплового расширения объекта, который иногда должен нагреваться от нуля до нескольких сотен градусов за считанные секунды. 


30.11.2020 13:31:47
0
62

Комментарии:

Внимание: HTML символы запрещены!