Автопром часто в производстве гражданских автомобилей использует детали спортивных моделей, как образец надежности. Представителями таких деталей являются кованые поршни, взятые из технологий авто большого спорта. Наиболее расхожее определение кованого поршня — «ковка». Это составная часть двигателя.
Рассмотрим ее действие по четырем тактам при максимальных оборотах двигателя.
- В первом этапе работы поршень находится в электромагнитном трале и является частью такта спуска. Больше всего поршень и шатун испытывают нагрузки в верхней и нижней мертвой точке, поскольку они полностью и резко меняют свое направление на 180 градусов за счет инерционных нагрузок. Сильную нагрузку испытывают болты, которые крепят саму крышку шатуна. В процессе впуска топливно-воздушной смеси и дальнейшего ее всасывания, частично компенсируется инерционная нагрузка поршней шатуна. Когда он доходит до нижней мертвой точки, то уже частично скомпенсирован силой всасывания, поэтому в нижней мертвой точке такта впуска инерционная нагрузка будет незначительна.
- Такт сжатия топливно-воздушной смеси. В этот момент поршень находится внизу и стремится вверх. Схема примерно та же. Поршень гасит инерционную нагрузку и в момент подхода к верхней мертвой точке происходит воспламенение угла опережения зажигания. Когда топливно-воздушная смесь поджигается, то за счет этого идет компенсация и поршень не вылетает.
- Само воспламенение топливно-воздушной смеси. Максимальный угол наклона коленвала — 15–20 градусов. При таком положении поршень отходит и испытывает максимальное давление от ТВС. Но этот уровень нагрузки не так критичен, как при движении от верхней до мертвой точки. Подходя к нижней точке, сжатые газы уже практически не давят на поршень и шатун. Происходит чистая инерционная нагрузка. Существует сжимающее и растягивающее воздействие, работа поршня изначально направлена на сжимание.
- Поршень подходит к процессу горения. Вне зависимости от производителя двигателя, на больших оборотах нужны валы с широкими фазами и максимальным перекрытием. Подходя к верхней мертвой точке, наступает момент, когда впускной и выпускной клапаны открыты. Это явление называется газодинамическим надувом. В этом состоянии выхлопные газы вылетают на огромной скорости. В этой точке находится максимальная инерционная нагрузка, то есть поршень работает с большой скоростью. Там нет всасывающей компенсации. Чем выше обороты двигателя, тем сильнее выхлопные газы вытягивают поршень. В этом случае рвется палец шатуна или болты крышки шатуна. Для того чтобы этого избежать устанавливают кованые поршни и Н-образный шатун, в которых палец имеет больший диаметр, а крепление болтов более прочное и толстое. Плюс кованых поршней в том, что они отличаются от литых своей прочностью, составом, стойкостью, отсутствием тепловых расширений. С такими поршнями работа двигателя будет бесперебойной.
