Поршня с проточкой


«безвтыковые» поршни, плюсы и минусы

Обрыв ремня ГРМ (механизма газораспределения) на многих современных двигателях приводит к тому, что поршень ударяет по клапанам. Результат — клапана гнет, также может повреждаться и сам поршень. По этой причине некоторые автолюбители меняют в двигателе поршневую группу, устанавливая так называемый поршень безвтыковый.

Безвтыковые поршни имеют несколько измененную конструкцию по сравнению со стандартом, что позволяет избежать контакта клапанов и поршня в случае обрыва ремня механизма газораспределения. Однако также следует учитывать, что после установки поршней данного типа характеристики мотора также меняются. Подробнее читайте в нашей статье.  

Содержание статьи

  • Безвтыковый мотор: особенности
  • Зачем ставить «безвтыковый» поршень на Приору
  • Поршни с проточкой под клапана: плюсы и минусы
    • Преимущества
    • Недостатки
  • Замена поршней  на безвтыковые: Приора

Безвтыковый мотор: особенности

Моторы данного типа отличаются от аналогов тем, что в случае остановки распределительного вала столкновения с клапанами не происходит.   Основное отличие «безвтыковых» поршней от обычных в том, что они имеют специальные проточки в верхней части. За счет этого поршни не «втыкаются» в клапана.  

Благодаря таким проточкам на зеркале поршня удается увеличить срок службы деталей ГРМ и самого поршня. Однако на практике такие поршни на современные двигатели не ставятся.

Дело в том, что сегодня при изготовлении моторов используются максимально облегченные детали, от двигателя стараются получить максимальную отдачу в ущерб ресурсу. Выполнить проточки на облегченных поршнях попросту не удается. При этом выходом становится установка более «тяжелых» поршней с проточками.

Зачем ставить «безвтыковый» поршень на Приору

На практике, стандартная конструкция при должном уходе, соблюдении правил эксплуатации и обслуживании будет работать долго.  Главное — своевременно обслуживать ГРМ, менять ролики и ремень, устранять неисправности, а также использовать качественные детали. 

Однако высокие нагрузки, тяжелые условия, нерегулярное обслуживание и использование запчастей сомнительного качества значительно снижают надежность мотора. Также можно упомянуть и тюнинг двигателя.

В этом случае:

  • срок службы роликов и ремня ГРМ заметно сокращается, замена требуется не каждые 40 тыс. км., а каждые 15-20 тыс.
  • езда на предельно высоких оборотах, форсирование двигателя или установка турбо наддува также потребуют частой замены ремня и роликов.

Вполне очевидно, что если ремень порвется, в этом случае мотор серьезно страдает и потребуется дорогой ремонт. В свою очередь, «безвтыковые» поршни решают эту проблему. Установка такого поршня на Приору позволит не переживать за двигатель в случае заклинивания роликов и обрыва ремня. Однако нужно также учитывать и недостатки такой доработки.

Поршни с проточкой под клапана: плюсы и минусы

Как уже было сказано выше, стандартный поршень легкий, в верхней части гладкий. При обрыве ремня ГРМ клапана сталкиваются с поршнем, что приводит к поломке мотора. На «безвтыковом» поршне, который «тяжелее», в верхней части есть несколько проточек (2 или 4, что зависит от количества клапанов на цилиндр).

Преимущества

Среди основных преимуществ можно выделить:

Недостатки

Если говорить о минусах, недостатки безвтыковых поршней для автопроизводителей перевешивают преимущества. Если просто, с таким поршнем падает мощность, повышается расход топлива, страдает экология.

  1. Поршень под проточки должен быть «тяжелым», тело поршня не удается облегчить. Причина — чтобы выполнить проточки, верхняя часть поршня должна быть изначально толстой. При этом с облегченными поршнями без проточек мотор получает дополнительную мощность до 7 %.
  2. Наличие проточек ухудшает сжатие рабочей топливной смеси и одновременно несколько увеличивает объем камеры сгорания. Это дополнительно отнимает мощность, так как незначительное увеличение объема не способно компенсировать потери от меньшей степени сжатия. В среднем, мотор с безвтыковыми поршнями получается на 10% менее мощным, а также расходует на 10% больше топлива.
  3. Еще один минус — детонация, которая может возникать по причине неравномерного распределения давления поршня при сжатии смеси бензина и воздуха и т. д.

В результате автопроизводители отказались от решения делать проточки на поршнях и сделали ставку на производительность мотора. Лада Приора также не стала исключением. Однако при такой необходимости можно приобрести поршни безвтыковые Приора и доработать двигатель.

 

Замена поршней  на безвтыковые: Приора

На модели Лада Приора клапана при обрыве ремня ГРМ гнет.  Для замены поршней потребуется правильно подобрать поршни и разобрать двигатель. Безвтыковые поршни продаются комплектом и подбираются под размер штатного или ремонтного поршня (например, поршень 86 мм).

На Приора поршни с проточками предлагают несколько производителей. Есть как более доступные по цене варианты, так и дорогие решения (качественный поршень Приора безвтыковый обычно стоит на 20-30% дороже стандартного). Главное, приобретать качественные изделия и выполнять квалифицированную установку у проверенных специалистов.

Рекомендуем также прочитать статью о том, как выполняется тюнинг двигателя ВАЗ 2114. Из этой статьи вы узнаете о доступных способах тюнинга и форсирования данного мотора, а также что нужно учитывать перед началом повышения производительности силового агрегата.

Если замена поршней произведена успешно, можно рассчитывать на заметное повышение надежности двигателя. Однако водители также отмечают, что мотор становится менее приемистым и эластичным, тяжелее раскручивается. Кстати, частично компенсировать недостатки можно путем грамотно выполненного чип-тюнинга.

Перепрошивка  блока управления Приоры позволяет получить необходимую отдачу от двигателя, нормализовать расход топлива, а также сделать мотор более эластичным на разных режимах работы.  

  

Безвтыковые поршни, что это такое и зачем они нужны

 Когда первый раз я услышал про такое народно – гаражное наименование как бызвтыковые поршни, то в моей голове много чего перевернулась в поисках правильного ответа определяющего их прагматичное применение, но почему-то так и не пришло в голову… В итоге обратившись к интернету, я нашел все же информацию о том, что это по сути это те самые поршни, которые имеют проточки для предотвращения загиба и поломки клапанов, если вдруг порвется ремень ГРМ.
Собственно далее, всем тем кто знает, как они выглядит и как это все работает можно и не читать, я же разберу тему подробнее, для не ведающих в этом вопросе.

Внешний вид безвтыковых поршней

 Вначале пару слов о том, как это выглядит, а потом и картинка. Ведь лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать.
Безвытковые поршни имеют внешний вид практически один в один с теми классическими, где «шляпа» поршня имеет ровную плоскость, с одним исключением. На безвтыковых поршнях имеются проточки под выпускные и впускные клапана. Вот такие.

Заметьте, что если даже есть проточки, как на поршне справа, но такой поршень условно не считается безвытковым, так как при нежелательных критических вариантах разрыва ремня ГРМ он «встретится» с клапанами. Как раз о том, почему поршень может встретиться с клапанами далее.

Зачем делают проточки на безвтыковых поршнях

Конструкция классического ДВС подразумевает открытие и закрытие клапанов в нужный момент времени, когда необходимо либо впустить смесь для взрыва в двигателе, либо выпустить уже сгоревшую из камеры. Это подразумевает точную и синхронную работу по ходу поршня (ей) и работу клапанов. Это синхронность обеспечивается за счет жесткой связи через ремень ГРМ или цепь ГРМ, это не принципиально.

Если же такая связь нарушается, как правило это обрыв ремня или цепи, то сами понимаете, что клапана и поршни начинают работать независимо, что вполне может повлечь их соприкосновение в верхней мертвой точке. И тут, если не были предусмотрены проточки, то все бывает весьма печально. Поломанные и погнутые клапана, пробитые поршни и другие повреждения, связанные с подобным ударом.
Из этого можно сделать как раз вывод о том, что проточки на безвтыковых поршнях нужны дабы избежать внутренних повреждений в ДВС.

* - порвался ремень ГРМ на "Приоре". Последствия. Сломаны клапана, повреждены поршни.

Плюсы и минусы безвытковых поршней

Теперь немного резюмирую все и расскажу о плюсах и минусах. Как это видится с технической точки зрения.
Что касательно плюсов, то он по сути один, это то, что такие поршни не повредят клапана и сами себя, если вдруг порвется ремень или цепь ГРМ. Более тут искать нечего.
Что относительно минусов, то их тоже не мало. Это, прежде всего, цена поршней, так как они наиболее сложные в технологическом плане и как следствие в изготовлении. Они имеют большую массу, за счет толщины стенки, где выполняются проточки, что тоже не есть хорошо! Ведь масса это дополнительные силы инерции, детонации на высоких оборотах. Все это может сказаться на предельной частоте вращения двигателя, на нагрузках на коленчатый вал, на динамику, как следствие на мощность и расход. Пусть это порой незначительно, но отрицать это нельзя!

 Что в итоге выбрать при капитальном ремонте авто, самые обычные поршни или все-таки безвытковые решать вам. Осталось лишь сказать, что эксплуатируя машину даже со штатными поршнями можно вполне успешно ездить и не переживать, если быть уверенным в том, что нет обстоятельств ведущих к обрыву ремня или цепи. А вот безвытковые поршни, это гарантия вашего спокойствия даже в случае форс-мажорных обстоятельств, которые порой бывают так не вовремя.

Научное объяснение поршневых колец и канавок

| Практическое руководство — двигатель и трансмиссия

В канавке

Канавки для поршневых колец служат не только для поддержки колец. Они влияют на герметичность сгорания, контроль масла, трение и многие другие характеристики двигателя.

Wiseco является мировым лидером в области поршневых технологий, поскольку она уделяет особое внимание мельчайшим деталям науки об уплотнении цилиндров. Среди этих деталей тип поршневых колец, используемых в гоночных и высокопроизводительных двигателях, всегда является горячей темой. Но кольцевые канавки в поршнях также играют важную роль в герметизации давления сгорания и контроле масла и картерных газов.

Это одна из областей, где Wiseco прилагает дополнительные инженерные усилия, чтобы обеспечить максимальную производительность своих поршней. В то время как различные типы поршневых колец больше подходят для конкретных применений, сами кольцевые канавки часто упускают из виду в поисках оптимального уплотнения цилиндра.

Многие производители двигателей прилагают большие усилия для точного напильника торцевых зазоров, но зазор кольца в канавке часто не контролируется, а качество уплотняющей поверхности кольцевой канавки редко учитывается. Часто предполагаются зазор и качество кольцевых канавок. Wiseco делает все возможное, чтобы убедиться, что это правильно, даже если вы не проверяете это.

Десятилетия назад такие гонщики, как Билл «Ворчун» Дженкинс, покупали необработанные поршни и нарезали собственные кольцевые канавки именно там, где они хотели, и с желаемой отделкой и допуском. Сегодня в этом больше нет необходимости, поскольку производители уделяют большое внимание дизайну кольцевых канавок.

Граница между поверхностью кольца и стенкой цилиндра до сих пор широко обсуждается среди гонщиков и производителей двигателей, но не менее важным является уплотнение сгорания в кольцевой канавке. Для достижения наилучших результатов кольцевая канавка должна обеспечивать идеальный зазор и свободу перемещения кольца, а также должна обеспечивать твердую плоскую уплотняющую поверхность, на которую кольцо может опираться при высоком давлении в цилиндре.


Самый прочный поршень в мире становится бесполезным без кольцевых канавок, предназначенных для данного применения.


Номенклатура кольцевой канавки
Осевой зазор: Вертикальный зазор, остающийся в канавке поршневого кольца после установки кольца. В зависимости от применения вертикальный зазор обычно составляет 0,001–0,003 дюйма. С сегодняшними тонкими кольцами некоторые гонщики обеспечивают осевой зазор до 0,0004-0,0005 дюйма, используя газовые порты для увеличения давления в кольце.


Осевой зазор — это вертикальный зазор, остающийся в канавке над кольцом после его установки.


Радиальный задний зазор: Пространство кольцевой канавки за кольцом, когда поверхность кольца находится на одном уровне с кромкой поршневого кольца. Задний зазор 0,008-0,012 дюйма типичен для гоночных и высокопроизводительных поршней.

Радиальная толщина стенки: Размер кольца от передней поверхности, касающейся стенки цилиндра, до задней или внутренней поверхности кольца. «D-стенка» — это стандартная автомобильная толщина (стандарт SAE), которая рассчитывается путем деления диаметра отверстия на 22. Например: диаметр отверстия 4,125 дюйма, разделенный на 22, равен 0,187 дюйма радиальной толщины стенки.

Осевая высота
Размер от одной боковой поверхности до другой или толщина кольца, обычно выражаемая в дробных размерах, таких как 1/16 дюйма, десятичных размерах, таких как 0,043 дюйма, или метрических размерах, таких как 1,5 мм. Меньшая толщина кольца означает меньшую массу и меньшую инерцию, которую необходимо преодолеть, когда кольцо меняет направление в ВМТ и НМТ. Более тонкое кольцо также создает меньшее трение, но существует взаимосвязь между размерами кольца, уплотнением и контролем масла.

Измерение зазоров кольцевых канавок
Осевой зазор обычно проверяют, вставив щуп между кольцом и верхней частью кольцевой канавки. Небольшое сопротивление укажет на правильный зазор. Начните с минимального значения 0,001 дюйма и увеличивайте его. Не измеряйте между кольцом и дном кольцевой канавки, так как вы можете повредить поверхность уплотнения. Некоторые строители измеряют саму канавку набором щупов, а затем сравнивают это с измерением толщины кольца микрометром. Первый метод предпочтительнее, и рекомендуется проверить его в нескольких местах по периметру поршня.

Задний зазор проверяется путем вставки края кольца в канавку и прижатия его до упора к задней части канавки, чтобы убедиться, что он не выступает за поверхность кольцевой площадки. Вы можете определить задний зазор, измерив глубину кольцевой канавки с помощью шкалы глубины на наборе штангенциркулей, а затем сравнив ее с измеренной радиальной толщиной. Если кольцевая канавка слишком тонкая, чтобы ее можно было измерить с помощью штангенциркуля, можно использовать шкалу слесаря. Другой способ — использовать пластилин или мягкий воск; вдавите его в канавку, затем снимите и измерьте штангенциркулем.


В большинстве поршней используются просверленные отверстия для слива масла в задней части канавки маслосъемного кольца. Некоторые имеют прорезные отверстия, которые открываются при прорезании канавки. Они одинаково эффективны, но некоторые дизайнеры считают, что они позволяют больше гибкости на ринге.


Качество кольцевой канавки
Кольцевые канавки должны быть идеально перпендикулярны стенке цилиндра, чтобы давление в цилиндре могло прижать кольцо к поверхности и наружу к стенке цилиндра для оптимального уплотнения. Во время процесса сгорания давление в цилиндре движется вниз по объему щели и в кольцевую канавку над кольцом. Затем он заполняет зазор между кольцами и прижимает кольцо к стенке цилиндра. Осевой зазор в кольцевой канавке обеспечивает путь наполнения к задней части компрессионного кольца, поэтому кольцо прижимается к стенке цилиндра и дну кольцевой канавки.

Размер заднего пространства имеет решающее значение, поскольку он определяет время отклика кольца. Слишком большой задний интервал замедляет реакцию кольца, но должен быть некоторый зазор, чтобы кольцо могло двигаться и соответствовать во всех динамических условиях. Основная цель осевого зазора - позволить кольцу вращаться. Штриховка в стенках цилиндра вызывает вращение колец. Вертикальные и горизонтальные газовые порты в поршнях также являются общепринятым способом направления давления в цилиндре на заднюю часть кольца.

Микросварка
Одной из наиболее серьезных проблем, связанных с тяжелыми гоночными и высокопроизводительными поршнями, является возможность «микросварки». Микросварка повреждает поверхность уплотнения поршневого кольца или кольцевой канавки, когда локальная сварка трением вызывает перенос материала с кромки кольца на сторону кольца, чаще всего на сторону нижнего кольца.

Основными причинами являются высокая температура и чрезмерное движение. Это часто сопровождает высокотемпературную износостойкость и/или работу с наддувом, когда расположение колец слишком высоко на поршне и слишком близко к повышенным температурам сгорания, или при длительной эксплуатации в тяжелых условиях. Микросварка ухудшает качество уплотнения кольца и может даже заклинить кольцо в канавке. Следует отметить, что кольцевые канавки (особенно верхняя канавка) расширяются неравномерно, поскольку толщина материала неодинакова из-за профилей купола, тарельчатых профилей и клапанных клапанов.


Микросварка – это аномальный перенос или сварка материала контактной поверхности кольца на поршневое кольцо из-за чрезмерного нагрева. Это мешает кольцу двигаться должным образом и, если сильно, может заклинить кольцо в канавке.


Размещение кольцевой канавки
В течение многих лет тенденция тяготела к более плотным и высоким пакетам колец в двигателях без наддува. Он способствует стабильности за счет распределения точек контакта между кольцами и юбкой и уменьшает объем щели, что препятствует детонации и способствует более равномерному горению, делая цилиндр более активным. Гонщики в классах Super Stock всегда располагают верхнее кольцо как можно выше, чтобы обеспечить стабильность пакета колец и способствовать более активному и полному сгоранию. Это также позволяет им использовать более короткие и легкие поршни.

Применения с принудительной индукцией и закисью азота, которые подвергаются экстремальным тепловым и ударным нагрузкам, обычно требуют перемещения верхнего кольца вниз от верхней части поршня примерно на 0,300 дюйма. Во многих случаях это также диктуется размером и расположением клапана, требованиями к гнезду клапана, радиальной шириной верхнего кольца и расположением поршневого пальца.

Иногда пакет колец перемещают вниз более чем на 0,400 дюйма, чтобы учесть эти проблемы. Характеристики кармана впускного клапана обычно определяют положение верхнего кольца, потому что впускной клапан всегда больше и находится ближе к краю днища поршня. Более тонкие кольца и кольцевые канавки меньшего размера обеспечивают больше возможностей для оптимального размещения колец, поскольку для них требуется меньше места, но они подвержены риску в тяжелых условиях эксплуатации.

Умеренные закиси азота в диапазоне 250 л. с. будут работать с пакетом колец примерно на 0,250 дюйма вниз. Более того, чем больше, тем лучше, поскольку соотношение азота и топлива всегда хаотично и непредсказуемо. В этом случае 0,450 дюйма или более не является необоснованным.


Расположение пакета колец зависит от области применения и определяется компрессионной высотой поршня, размером и глубиной прорезей клапана, а также размерами пакета колец. Многие поршни OEM имеют верхнее кольцо на 0,300-0,400 дюйма ниже верхней части поршня. В приложениях на выносливость верхнее кольцо помещается на 0,125–0,150 дюйма вниз. В сильно модифицированных гоночных двигателях без наддува расположение верхнего кольца может варьироваться от 0,060 до 0,100 дюйма вниз от короны.

В поршнях для форсированных применений (справа) весь пакет колец перемещается вниз по поршню, чтобы уберечь его от более высоких температур. Кольца расположены выше на безнаддувных поршнях с максимальным усилием (слева), чтобы свести к минимуму объем щели, приспособить более длинные штоки и расширить точки контакта, чтобы стабилизировать поршень на скале. Это часто делается на Super Stock и модифицированных поршнях для дрэг-рейсинга.


Газовые порты и кольцевой флаттер
Ультратонким кольцам с низким напряжением требуется давление сгорания, обеспечиваемое газовым каналом, для достижения оптимального уплотнения. В овальных поршнях для трековых и шоссейных гонок используются горизонтальные газовые порты в верхней части кольцевой канавки, чтобы противостоять накоплению углерода, в то время как в двигателях дрэг-рейсинга с меньшим сроком службы используются более эффективные вертикальные газовые порты.

Газовые порты создают прямое давление в цилиндре за кольцом, чтобы герметизировать кольцо относительно нижней поверхности кольцевой кромки и прижимать его наружу к стенке цилиндра. Диаметр и количество газовых портов во многом зависят от области применения и диаметра поршня. Давление газа должно прикладываться к кольцу равномерно, чтобы обеспечить хорошее уплотнение и предотвратить вредное колебание кольца.


Давление сгорания помогает прижать кольцо к стенке цилиндра. Давление в цилиндре поступает в кольцевую канавку из объема щели, проходит через верхнюю часть кольца и вниз за ним, чтобы вытолкнуть его к стенке цилиндра. Давление над кольцом прижимает его к дну канавки.

Горизонтальные газовые порты вокруг верхней части кольцевой канавки обеспечивают дополнительный путь для давления сгорания, достигающего задней части кольцевой канавки. Они используются в приложениях для выносливости, потому что они не науглероживают так сильно, как вертикальные порты.

Вертикальные газовые порты пересекают самую заднюю часть кольцевой канавки, оказывая прямое давление на заднюю часть кольца. Они используются в дрэг-рейсинге, где накопление углерода не является фактором из-за частых перестроек.


Контактные переходные канавки
Эти канавки выточены на поверхности верхнего кольца над верхним кольцом для минимизации контактного сопротивления, когда поршень качается при реверсировании. Они добавляют минимальный объем к объему щели, а также помогают противостоять детонации, нарушая распространение пламени в объем щели, где скачки давления могут сбросить кольцо.


Канавки для уменьшения контакта уменьшают трение за счет минимизации контакта материала поршня со стенкой цилиндра над верхним кольцом. Они также разрушают скачки давления, вызванные детонацией.


Канавка аккумулятора
Канавка аккумулятора выточена в поршне между верхним (компрессионным) кольцом и вторым (скребковым) кольцом. Его цель состоит в том, чтобы обеспечить дополнительное пространство для сброса давления, сбрасываемого за верхнее кольцо, и накапливаться до того, как оно попытается пройти через второе кольцо. Он поддерживает уплотнение верхнего кольца, сбрасывая давление, и помогает уменьшить вибрацию кольца из-за изменений давления. Аккумуляторные канавки оказались наиболее эффективными, и они являются общей чертой многих, если не большинства, высокопроизводительных и гоночных поршней.


Аккумуляторная канавка обеспечивает дополнительный объем под верхним кольцом, поэтому давление не увеличивается и не пытается сдвинуть верхнее кольцо.


Качество и расположение кольцевых канавок на поршнях так же важно, как и технические характеристики распредвала. Правильное размещение кольцевой канавки и высочайшее качество уплотнения являются ключом к большей мощности и долговечности в любых тяжелых условиях эксплуатации. Следовательно, важно, чтобы вы использовали кольца, указанные производителем вашего поршня, или были готовы поделиться информацией о своем пакете колец, если вы предоставляете свои собственные кольца. ТЭЦ

Фотографии Эвана Перкинса

Трендовые страницы
  • 2024 Maserati Granturismo First Drive: Maserati из центрального кастинга
  • Первый взгляд: Performance Design's letakes Первый тест Rover Defender 110 V-8: больше цилиндров делает (в основном) все лучше
  • Ram покажет дилерам электрический пикап среднего размера в следующем месяце
  • 2024 Ram 1500 REV Electric Pickup Первый взгляд: версия, которую можно купить V-8
  • 2023 Land Rover Defender 110 V-8 Первый тест: больше цилиндров делает (в основном) все лучше
  • Ram покажет дилерам электрический пикап среднего размера в следующем месяце
  • 2024 Ram 1500 REV Electric Pickup Первый взгляд: версия, которую можно купить

Что такое твердое анодирование канавки поршневого кольца?

Переключить навигацию

Поиск

Твердое анодирование — это очень специфическое покрытие с нишевой, высококлассной гоночной клиентурой. Мы изучаем технологию, ее применение и то, как OEM-производители используют ее в серийных автомобилях.

Твердое анодирование канавки верхнего кольца в высокопроизводительном поршне является чрезвычайно специализированным и трудоемким процессом. Но в некоторых приложениях это более половины стоимости самого поршня, и как отдельная модификация эта нестандартная опция никак не влияет на увеличение лошадиных сил. Тем не менее, в общей стратегии проектирования двигателей, направленной на снижение трения и высвобождение лошадиных сил, твердое анодирование играет решающую роль в поддержке пакетов тонких колец, которые используются ведущими производителями двигателей.

Твердое анодирование канавок поршневых колец используется во многих OEM-приложениях для повышения прочности и плоскостности посадочных мест колец. Слева - поршень Hyundai Veloster, а справа - поршень самолета, все канавки которого анодированы. OEM-производители производят десятки тысяч поршней одновременно с приспособлениями, чтобы сделать их более экономичными.

«Это началось еще в NASCAR, — вспоминает Ник ДиБлази, менеджер по продукции JE Pistons. «Вы хотите максимально увеличить зазор кольцевой канавки. По мере того, как с годами он становился все плотнее и плотнее, кольца приваривались микросваркой к канавке, если на поверхности кольцевой канавки были какие-либо небольшие несоответствия. Кольцо поднималось на возвышении на поверхности, сильно нагревалось и приваривалось к поршню».

Стандартный поршень обеспечивает большой зазор для верхнего компрессионного кольца. Но при поиске максимальной мощности, особенно в безнаддувных двигателях, таких как Pro Stock или NASCAR, производитель двигателя будет притирать кольца и требовать поршень с очень узким зазором.

«Вам нужна очень плоская кольцевая канавка, чтобы обеспечить зазор в 0,0005 дюйма», — говорит ДиБлази. «Когда он такой плотный, он создает много тепла. Твердое анодирование наносит защитный слой. По сути, это твердая поверхность, гладкая и не сцепляющаяся с кольцом».

Микросварка между кольцом и поршнем — нередкая проблема, учитывая крайние пределы, до которых доведены некоторые двигатели. Тепло от процесса сгорания не является основной проблемой, скорее трение между кольцом и поршнем внутри канавки может усилиться из-за увеличения поверхностного контакта между ними.

Этот поршень JE Top Fuel полностью анодирован. Хотя это необходимо для суровых условий нитрометанового двигателя, это не лучший вариант для других видов гонок. Анодированный слой задерживает тепло внутри поршня и вызывает очень быстрый отжиг и размягчение основного материала.

«Кольцо плохо уплотняется, когда оно болтается внутри канавки. Чтобы сделать его как можно более плоским и устойчивым, вы должны стабилизировать его, закрыв кольцевую канавку», — объясняет ДиБлази. «Когда вы затягиваете это кольцо, оно остается максимально плоским, а плоскость кольца относительно стенки цилиндра — это то, как вы поддерживаете все это давление сгорания над поршнем и не выбрасываете его в картер.

«Если вы сможете повысить устойчивость колец на пять процентов, вы сможете удерживать горение намного лучше», — продолжает ДиБлази. «С NASCAR они ничего не могут сделать с размером или другими модификациями производительности. Так откуда же им еще силы тянуть? Есть два пути: оставить то, что есть внутри, или уменьшить потери энергии за счет уменьшения трения».

Еще одним преимуществом использования колец с малым осевым зазором для команд NASCAR является повышенная экономия топлива, но, опять же, несоблюдение правил может привести к последствиям.

«После 500 кругов [уменьшение трения] может превратиться в увеличение на пол круга по сравнению с конкурентами», — предполагает ДиБлази. «Кроме того, эти двигатели часто вытягивают слишком много вакуума с помощью своих систем с сухим картером и, следовательно, вытягивают каждый грамм масла из поршня. Это делает кольцевую канавку еще более восприимчивой к микросварке. Сочетание лучшей экономии топлива и дополнительной мощности за счет снижения трения является движущей силой, когда мы видим анодированные кольцевые канавки».

Благодаря более стабильному кольцу верхнего горения увеличивается давление в цилиндре, что приводит к более сильному движению поршней и увеличению крутящего момента. Также меньше прорывов газов, вызывающих проблемы в картере. Но с переходом на более тонкие кольца для уменьшения возвратно-поступательного движения веса и трения о стенки цилиндра долговечность становится проблемой.

Слева: поршень JE, обработанный твердым анодированием верхней кольцевой кромки. Справа: поршень с новым химическим никелевым покрытием JE, которое повышает прочность поверхности кольца, а также отражает тепло обратно в камеру сгорания.

«Кольца не только тоньше, но и уже. Несколько лет назад кольцо размером 1/16 дюйма (высота в осевом направлении) имело толщину, возможно, 0,200 дюйма (толщина стенки в радиальном направлении). Теперь это верхнее кольцо диаметром 0,026 дюйма, ширина которого в некоторых случаях составляет 0,080 дюйма вместо 0,200», — говорит ДиБлази. «В кольцевой канавке просто не так много места для удержания самого кольца, поэтому нам нужна вся площадь поверхности, чтобы захватить его. С положительной стороны, кольца прочные, поскольку материалы, из которых мы изготавливаем, намного лучше, чем когда-либо».

Несмотря на то, что в этом последнем поколении гоночных колец была уменьшена радиальная ширина, они сконструированы таким образом, чтобы более плоско лежать в кольцевой канавке с более постоянным контактом с поверхностью поршня в любой момент времени. Без твердого анодирования для упрочнения поверхности и сохранения плоскостности могут появиться горячие точки, которые приведут к микросварке.

«Я видел несколько ситуаций, когда поршень не был анодирован, а микросваривался. По сути, кольца просто перестают вращаться», — говорит ДиБлази. «Масло туда не возвращается и очень быстро разрушит поршни. Концы колец становятся такими горячими, что в конце концов соприкасаются друг с другом. Как только это происходит, кольцо притягивается к стенке цилиндра. Это не только разрушит стенку цилиндра, но и может потянуть эти земли, и через короткое время поршень разорвется на части. Или становится так жарко, что начинает детонировать, а потом происходит что-то еще».

 Крупный план поршня с покрытием EN. Обратите внимание, что даже прецизионные боковые газовые порты идеально покрыты никелем. Это покрытие помогает повысить плоскостность и прочность кольцевых канавок и более экономично  , чем анодирование, поскольку требует меньше трудозатрат.

Обычно твердость поршня составляет от 72 до 80 по шкале Роквелла B. После жесткого анодирования канавки эта твердость увеличивается до 65–70 по шкале С Роквелла. Этот процесс довольно дорогой, по крайней мере 50 долларов или больше за поршень, потому что он трудоемок для индивидуальных заказов. Каждый поршень должен быть замаскирован так, чтобы только канавки анодировались, когда поршень погружен в ванну для анодирования.

При отсутствии должного контроля в процессе могут образовываться чрезвычайно твердые края, которые могут врезаться в стенку цилиндра.

«Вот тут и вступает в дело маскировка, — возражает ДиБлази. «В большинстве случаев дело в конструкции поршня. У нас мало острых краев, если они вообще есть. Почти все имеет шаг или радиус».

JE Pistons поручает анодирование фирме, которая также обслуживает узкоспециализированное высокоточное военное оборудование.

«Поскольку мы делаем разные диаметры отверстий и разные конфигурации, у нас нет приспособления, подходящего для всего. Шевроле делает заводские поршни с анодированной кольцевой канавкой, но они имеют приспособление и могут разработать целую сборочную линию на основе одной кольцевой канавки. Это имеет финансовый смысл, потому что они могут производить миллион одинаковых единиц и снижать стоимость», — говорит ДиБлази. «Но для нас это индивидуальное приложение для каждого приложения — все делается вручную».

Обратите внимание на то, что нижние канавки поршня выполнены из необработанного алюминия без анодированного материала. Для двигателей, которые испытывают много тепловых циклов, таких как уличный двигатель, анодирование полной юбки может блокировать тепло, предотвращая передачу тепла поршнем водяным рубашкам.

Анодирование является последним этапом в процессе изготовления поршня по индивидуальному заказу, включая ковку, механическую обработку и термообработку.

«Это последний итог процесса, поэтому, когда у нас есть готовая деталь, мы контролируем допуски в отношении того, какими будут канавки. Затем на него наносится покрытие, и после проверки он сразу же отправляется покупателю», — добавляет ДиБлази.

Почему бы не анодировать весь поршень?

            «Мы делаем это с поршнями Top Fuel, а Harley Davidson делает то же самое на некоторых заводских установках, — говорит ДиБлази. «Проблема в том, что анодирование блокируется теплом, и это может привести к преждевременному отжигу поршня. Таким образом, это не рекомендуется для любого гоночного двигателя, который столкнется с большим количеством злоупотреблений или работает на пределе своего рабочего цикла. Это может сойти с рук для двигателей дрэг-рейсинга, потому что они недостаточно горячие, или вам придется обслуживать двигатель после каждой гонки».


Learn more


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)