Типы поршней, как изготавливаются поршни?

В автомобильных двигателях используются различные типы поршней. В зависимости от области применения они имеют как преимущества, так и недостатки. При выборе поршня для вашего автомобиля необходимо учитывать несколько факторов, таких как способность противостоять износу, нагреванию и ударам. Именно этому я и посвящу эту главу: различным типам поршней и их характеристикам. Для тех, кто хочет узнать, как изготавливаются поршни, в конце главы есть специальный раздел.

Распространенные типы поршней двигателя

Сегодня существует множество различных типов поршней. Их различия в основном касаются конструкции, материала и метода изготовления. Исходя из этих соображений, мы выделяем следующие типы и категории поршней двигателей.

• На основе конструкции головки Плоские поршни, куполообразные поршни, вогнутые поршни
• В зависимости от метода производства– кованые поршни, литые поршни, гиперэвтектические поршни
• На основе материала алюминий поршни, отлив железо поршни, стальные поршни

Типы поршней по конструкции головки

Конфигурации двигателей и уровни мощности варьируются. Это означает необходимость использования различных уровней сжатия. Следовательно, головки поршней разработаны для управления процессом сгорания и, соответственно, степенью сжатия. Это дает различные типы поршней в зависимости от конструкции головки, как указано ниже.

Поршни с плоской головкой

Головка имеет плоскую форму. В результате пламя распространяется равномерно. Уменьшенная площадь поверхности также улучшает процесс горения. Это, в свою очередь, означает более эффективную реакцию воздушно-топливной смеси и более высокую степень сжатия. Поэтому известно, что поршни с плоской головкой создают более высокие возвратно-поступательные силы.

К основным преимуществам поршней с плоской головкой относится простая конструкция, которая делает их производство менее затратным. В результате они дешевле в использовании в двигателе. Еще одним преимуществом таких поршней является их способность улучшать процесс сгорания для получения большей мощности. Они в основном используются в бензиновых двигателях.

Купольные поршни

Они получили такое название из-за приподнятой середины, которая выпучивается, образуя форму купола. Такая конструкция поршня заставляет продукты сгорания проходить большее расстояние. В то же время большая площадь поверхности изменяет процесс сгорания, делая его менее эффективным.

Куполообразные поршни необходимы в двигателях, которые не требуют большой мощности. В таких случаях пониженная степень сжатия также помогает защитить двигатель от повреждений. Примерами такого использования являются двухтактные двигатели мотоциклов.

Тарелки поршней

Как следует из названия, поршни этого типа имеют форму тарелки. Центр головки или короны утоплен, а края загнуты вверх. Такая конструкция помогает увеличить объем камеры сгорания, тем самым снижая степень сжатия.

Так же, как и куполообразные поршни, тарельчатые поршни обычно применяются в тех случаях, когда степень сжатия и сила возвратно-поступательного движения должны оставаться низкими. К ним относятся двигатели с турбонаддувом или наддувом. В таких двигателях с повышенной мощностью более высокая степень сжатия может привести к разрушению.

Типы поршней по способу изготовления

Поршни двигателя также классифицируются в зависимости от способа их изготовления, или, другими словами, от производственного процесса. К таким методам относятся ковка, литье и добавление кремния для упрочнения железа. Типы поршней двигателя в этой категории описаны ниже.

Кованые поршни

Кованые поршни являются одними из наиболее распространенных типов. Для их изготовления кусок металла прессуется до необходимой формы или конструкции. Полученный в результате зернистость придает поршню более высокие характеристики с точки зрения структурной целостности.

Прочность кованых поршней подходит для применений, где деталь должна выдерживать более высокие нагрузки, например, в высокопроизводительных или тяжелых транспортных средствах. Однако эти поршни расширяются больше и требуют большего зазора, чтобы предотвратить заклинивание при более высоких температурах.

Литой поршень

Они являются альтернативой кованым типам. При их изготовлении используется расплавленный металл для придания поршню нужной формы. Такие поршни могут быть алюминиевыми или железными, а иногда даже стальными, в зависимости от требуемых свойств.

Поршни двигателя, изготовленные методом литья, не так прочные, как поршни, изготовленные методом ковки металлических деталей. Однако они все же подходят для легких двигателей. В таких применениях механические и термические нагрузки обычно достаточно низкие, чтобы вызвать преждевременное повреждение.

Гиперэвтектические поршни

Гиперэвтектические поршни относятся к типу литых поршней. Единственное отличие заключается в том, что при их изготовлении добавляется силикон. Обычно это делается для того, чтобы сделать их более прочными и износостойкими, что позволяет использовать их в более суровых условиях.

Гиперэвтектические поршни могут быть не такими прочными, как поршни, изготовленные методом ковки. Однако они обладают лучшими качествами, чем стандартные литые поршни. Их преимущества перед литыми поршнями включают в себя более высокую стойкость к термическим и механическим нагрузкам.

Типы поршней по материалу

Материал поршня — еще один способ классификации деталей двигателя. В этой связи к данной категории относятся поршни из алюминия, железа и стали. Ниже приведены преимущества и недостатки каждого из этих материалов при использовании.

Алюминиевые поршни

Они изготовлены из алюминиевый сплав состоящий из меди, марганца, цинка и других элементов. Поршни из алюминиевого сплава обычно изготавливаются методом ковки или литья из расплавленного металла, причем каждый тип имеет свои особенности в плане износостойкости и прочности.

Алюминиевые поршни имеют преимущество в виде небольшого веса, что позволяет использовать их в высокоскоростных двигателях. Они также лучше всего подходят для легких применений, где поршень не подвергается сильным нагрузкам. Поэтому поршни этого типа в основном используются в бензиновых двигателях.

По сравнению с другими типами, алюминиевые поршни не так хорошо противостоят износу. Они также менее прочные, поэтому не подходят для двигателей повышенной мощности или дизельных двигателей. Тем не менее, современные методы производства позволяют создавать сплавы, которые делают алюминиевые поршни более устойчивыми к износу и механическим или термическим нагрузкам.

Чугунные поршни

Как следует из названия, эти типы поршней изготавливаются с помощью процесса литья. Чугунные поршни обладают как хорошие и плохие качества, что делает его подходящим для некоторых двигателей, но не для других.

Начнем с положительных качеств: поршни демонстрируют более высокую износостойкость, чем кованые типы. Они также обладают лучшими тепловыми характеристиками и могут работать в условиях высоких температур без риска повреждения.

К недостаткам чугунных поршней относится их слабая конструкция, которая делает их уязвимыми для повреждений от ударов или механических нагрузок. Поэтому они в основном подходят для более легких двигателей, чем современные турбонаддувные или наддувные двигатели.

Как изготавливаются поршни?

Изготовление поршней включает в себя процесс ковки или литья. Материалом может быть, среди прочего, алюминиевый сплав. На сегодняшний день наиболее распространенным процессом является ковка, а наиболее популярным материалом — алюминий. Ниже описан процесс изготовления поршней из алюминиевого сплава методом ковки.

• Процесс изготовления поршней начинается с больших алюминиевых прутков. Длина прутков обычно составляет до 9 футов.
• Пила разрезает алюминиевые стержни на мелкие кусочки в автоматизированной машине.
• Нарезанные кусочки, теперь называемые заготовками, проходят через печь и нагреваются.
• Пресс для штамповки также нагревается, чтобы быть готовым к приему заготовок. Это ковочная машина.
• Заготовки перемещаются из печи в пресс, который затем оказывает давление до 2000 тонн. Это придает заготовке форму необходимого поршня.
• Нагретые до высокой температуры поршни извлекаются из пресса и охлаждаются на воздухе в течение примерно одного часа.
• После охлаждения поршни снова помещаются в печь, на этот раз для их упрочнения.
• Затем поршни переносятся в печь с более низкой температурой. Низкая температура служит для их стабилизации.
• Затем поршни помещаются в токарный станок, где удаляются лишние детали. На этом этапе в поршневом узле также просверливаются крошечные масляные отверстия.
• Токарный станок удаляет материал для изготовления канавок поршня. В поршне также просверливается большое отверстие. Это отверстие будет удерживать поршневой штифт.
• Поршень отправляется на фрезерный станок, который удаляет часть материала с юбки для уменьшения веса.
• Токарный станок удаляет часть материала с краев коронки. Это делается для того, чтобы поршень мог расширяться без заклинивания.
• Другая машина гравирует номер поршня и другие данные.
• Поршень окончательно выравнивается вручную, а отверстие для запястья обрабатывается на токарном станке в соответствии с техническими требованиями.
• Последний этап в процессе изготовления поршня заключается в его орошении горячей деионизированной водой. Это делается для удаления масла, которое могло накопиться в процессе производства различных изделий. После этого поршень сушат, готовя к окончательной обработке и упаковке.

Заключение

Различные типы поршней отличаются по уровню производительности и долговечности. При выборе типа поршня эти свойства имеют большое значение. Описанные здесь варианты конструкции и материалов поршней помогут вам принять правильное решение. Однако независимо от типа поршни подвержены повреждениям в суровых условиях камеры сгорания. Далее вы узнаете, как это влияет на поршни двигателя.