Заэвтектический поршень - Hypereutectic piston
 | Эта статья не цитировать любой источники. (Ноябрь 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
 | Эта статья фактическая точность оспаривается. (Сентябрь 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
А заэвтектический поршень является двигатель внутреннего сгорания поршень литье из заэвтектического сплава, то есть металлический сплав который имеет композицию за пределами эвтектика точка. Заэвтектические поршни изготовлены из алюминиевый сплав который имеет гораздо больше кремний присутствует, чем растворим в алюминий на Рабочая Температура. Заэвтектический алюминий имеет более низкую коэффициент температурного расширения, что позволяет разработчикам двигателей устанавливать более жесткие допуски.
Наиболее распространенным материалом для автомобильных поршней является алюминий из-за его небольшого веса, низкой стоимости и приемлемой прочности. Хотя другие элементы могут присутствовать в меньших количествах, проблемным легирующим элементом алюминия для поршней является кремний. Точка, при которой кремний полностью и точно растворяется в алюминии при рабочих температурах, составляет около 12%. Больше или меньше кремния, чем это, приведет к образованию двух отдельных фаз в затвердевшей кристаллической структуре металла. Это очень часто. Когда в алюминий добавляется значительно больше кремния, чем 12%, свойства алюминия изменяются таким образом, что это полезно для поршней двигателей внутреннего сгорания. Однако при смеси 25% кремния наблюдается значительное снижение прочности металла, поэтому в заэвтектических поршнях обычно используется уровень кремния от 16% до 19%. Для получения равномерно диспергированных частиц кремния по всему материалу поршня требуются специальные формы, литье и методы охлаждения.
Сверхэвтектические поршни прочнее обычных поршней из литого алюминия и используются во многих высокопроизводительных приложениях. Они не так прочны, как кованые поршни, но их стоимость намного ниже из-за литья.
Преимущества
В большинстве автомобильных двигателей используются алюминиевые поршни, которые перемещаются утюг цилиндр. Средняя температура днища поршня в бензиновый двигатель при нормальной работе обычно составляет около 300 ° C (570 ° F), и охлаждающая жидкость, которая проходит через Блок двигателя обычно регулируется примерно на 90 ° C (190 ° F). Алюминий расширяется более чем утюг в этом температурном диапазоне, поэтому для того, чтобы поршень мог правильно соответствовать цилиндру при нормальной рабочей температуре, поршень должен иметь свободную посадку в холодном состоянии.
В 1970-х годах растущее беспокойство по поводу выхлопных газов загрязнение заставил правительство США сформировать Агентство по охране окружающей среды (EPA), которая начала писать и обеспечивать соблюдение правил, требующих производители автомобилей внести изменения, которые сделали их двигатели чище. К концу 1980-х годов загрязнение выхлопных газов автомобилей заметно уменьшилось, но более строгие правила вынудили производителей автомобилей использовать электронные системы управления. впрыск топлива и заэвтектические поршни. Что касается поршней, было обнаружено, что когда двигатель был холодным во время запуска, небольшое количество топлива застряло между поршневыми кольцами. Когда двигатель прогревался, поршень расширялся и вытеснял это небольшое количество топлива, которое добавлялось к количеству несгоревших углеводородов в выхлопе.
Добавление кремния в сплав поршня резко уменьшило его расширение. Это позволило инженерам указать уменьшенный зазор между поршнем и гильзой цилиндра. Сам кремний расширяется меньше алюминия. Еще одно преимущество добавления кремния состоит в том, что поршень становится более твердым и менее подверженным истиранию, которое может возникнуть, когда мягкий алюминиевый поршень вращается в холодном состоянии в относительно сухом цилиндре при запуске или во время аномально высоких рабочих температур.
Самым большим недостатком добавления кремния в поршни является то, что поршень становится более хрупким при увеличении отношения кремния к алюминию. Это делает поршень более восприимчивым к растрескиванию, если двигатель предварительное зажигание или детонация.
Сплавы для замены производительности
Когда автолюбители хотят увеличить мощность двигателя, они могут добавить какой-нибудь тип двигателя. принудительная индукция. Сжимая больше воздуха и топлива в каждом цикле впуска, мощность двигателя может быть значительно увеличена. Это также увеличивает тепло и давление в цилиндре.
Нормальная температура выхлопа бензинового двигателя составляет примерно 650 ° C (1200 ° F). Это также примерно точка плавления большинства алюминиевых сплавов, и только постоянный приток окружающего воздуха предотвращает деформацию и выход поршня из строя. Принудительная индукция увеличивает рабочие температуры в режиме "наддува", и если избыточное тепло добавляется быстрее, чем двигатель может его отвести, повышенная температура цилиндра вызовет самовоспламенение смеси воздуха и топлива на такте сжатия до возникновения искры. . Это один из видов стук двигателя это вызывает внезапную ударную волну и скачок давления, что может привести к выходу поршня из строя из-за поверхностной усталости, вызванной ударом, которая разъедает поверхность поршня.
Поршневой сплав с характеристиками «4032» имеет содержание кремния примерно 11%. Это означает, что он расширяется меньше, чем поршень без кремния, но, поскольку кремний полностью легирован на молекулярном уровне (эвтектика), сплав менее хрупкий и более гибкий, чем стандартный заэвтектический поршень «смог» (низкое сжатие). Эти поршни могут выдержать легкую детонацию с меньшими повреждениями, чем стандартные поршни. 4032 и заэвтектические сплавы имеют низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет более плотно прилегать поршень к отверстию цилиндра при температуре сборки.
Поршневой сплав с характеристиками «2618» содержит менее 2% кремния и может быть описан как гипо (нед) эвтектический. Этот сплав способен подвергаться наибольшему количеству взрывов и злоупотреблений при наименьшем количестве повреждений. Поршни, изготовленные из этого сплава, обычно делают толще и тяжелее из-за их наиболее частого применения в коммерческих дизельные двигатели. Как из-за более высоких, чем обычно, температур, которые эти поршни испытывают при их обычном применении, так и из-за более высокого коэффициента теплового расширения из-за низкого содержания кремния, вызывающего больший термический рост, этим поршням требуется больший зазор между поршнем и отверстием цилиндра при температурах сборки. Это приводит к состоянию, известному как «удар поршня», когда поршень качается в цилиндре, и это вызывает слышимый постукивающий звук, который продолжается до тех пор, пока двигатель не прогреется до рабочих температур, расширяя поршень и уменьшая зазор между поршнем и стенкой цилиндра.
Кованые против литых
Когда поршень В ролях, сплав нагревается до состояния жидкости, затем выливается в форму для создания основной формы. После охлаждения и затвердевания сплава его извлекают из формы, и черновая отливка обрабатывается до окончательной формы. Для применений, где требуются более прочные поршни, ковка используется процесс.
В процессе ковки черновая отливка помещается в пресс-форму, пока она еще горячая и полутвердая. А гидравлический пресс используется, чтобы поместить грубую пулю под огромным давлением. Это удаляет любую возможную пористость, а также сжимает зерна сплава плотнее, чем это может быть достигнуто простым литьем. Конечный результат - намного более прочный материал.
Поршни для вторичного рынка, изготовленные из наиболее распространенных сплавов 4032 и 2618, как правило, кованы.[нужна цитата ]
По сравнению с коваными поршнями из сплава 4032 и 2618, заэвтектические поршни имеют меньшую прочность. Поэтому для высокопроизводительных приложений с использованием наддува, закиси азота и / или высоких оборотов предпочтительны кованые поршни (сделанные из любого сплава). Однако заэвтектические поршни испытывают меньшее тепловое расширение, чем кованые. По этой причине заэвтектические поршни могут перемещать более плотный зазор между поршнем и цилиндром, чем кованые поршни. Это делает заэвтектические поршни лучшим выбором для стандартных двигателей, где долговечность важнее максимальной производительности. На некоторых автомобилях используются заводские кованые поршни. Dodge Vipers использовали кованые поршни 1992-1999 годов выпуска, затем перешли на заэвтектические. Последнее поколение гадюк(2013-2017) б / у кованые поршни. Все Honda S2000s использовать кованые поршни.