Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жоғары кремнийлі қорытпадан жасалған поршень
Piston made with high silicon alloy
Гиперетектілік поршень – ішкі жану қозғалтқышының поршені, ол эутектілік нүктесінен (салмағының 12 пайызынан артық) жоғары кремний мөлшері бар гиперетектілік алюминий қорытпасынан құйылады. Көптеген алюминий-кремний құю қорытпалары гипоэтектілік (эутектілік нүктеден төмен Si құрамы) болып келеді және қатаю кезінде эутектілік реакция арқылы пайда болатын салыстырмалы түрде ұсақ кремний кристалдарын қамтиды. Кремнийдің ұсақ кристалдарынан өзге, гиперетектілік қорытпаларда эутектілік реакциядан бұрын пайда болатын ірі бастапқы кремний кристалдары да болады, нәтижесінде кремнийдің фазалық үлесі айтарлықтай жоғарылайды. Осының салдарынан гиперетектілік алюминийдің жылулық кеңею коэффициенті төмендейді, бұл қозғалтқыш конструкторларына тығыз аралықтарды анықтауға мүмкіндік береді. Бұл қорытпалардағы кремнийдің мөлшері әдетте салмақтың 16-19 пайызын құрайды, ал осы көрсеткіштен асып кеткенде механикалық қасиеттері мен құю мүмкіндігі күрт нашарлайды. Поршень материалында біркелкі таратылған бастапқы кремний бөлшектерін алу үшін арнайы қалыптар, құю және салқындату технологиялары қажет.
A hypereutectic piston is an internal combustion engine piston cast using a hypereutectic aluminum alloy with silicon content greater than the eutectic point of 12 weight percent silicon. Most aluminum silicon casting alloys are hypoeutectic (Si content lower than the eutectic point) and contain relatively fine elemental silicon crystals formed through the eutectic reaction during solidification. In addition to fine silicon crystals, hypereutectic alloys also contain large primary silicon crystals that form before the eutectic reaction, and as a result contain a much higher phase fraction of silicon. Consequently hypereutectic aluminum has a lower coefficient of thermal expansion, which allows engine designers to specify much tighter clearances. The silicon content of these alloys is typically 16 19 weight percent, and above this content the mechanical properties and castability degrade substantially. Special moulds, casting, and cooling techniques are required to obtain uniformly dispersed primary silicon particles throughout the piston material.
Артықшылықтар
Көбінесе автомобильдердің қозғалтқыштары темір цилиндрде жылға қанатын алюминий поршеньдерді пайдаланады. Бензинмен жұмыс істейтін қозғалтқыштағы поршень басының орташа температурасы қалыпты жұмыс кезінде шамамен , ал қозғалтқыш блогы арқылы айналатын салқындатқыш сұйықтығы әдетте шамамен реттеледі. Алюминий осы температура диапазонында темірге қарағанда көбірек кеңейеді, сондықтан поршень қалыпты жұмыс температурасында цилиндрге дұрыс орналасуы үшін, суық күйде бос болуы керек. 1970 жылы, қаушауылдың ластануына байланысты АҚШ үкіметі Қоршаған ортаны қорғау агенттігін (ҚОҚА) құрды, ол автомобиль өндірушілерін қозғалтқыштарын тазалауға бағытталған өзгерістер енгізуді талап ететін ережелерді жазып, күшіне енгізе бастады. 1980-ші жылдардың соңына қарай автомобиль қаушауының ластануы айтарлықтай жақсарды, бірақ қатаң ережелер автомобиль өндірушілерін электронды басқарылатын жанармай құю жүйесін және жоғары эвтектикалық поршеньдерді пайдалануға мәжбүр етті. Поршеньдерге қатысты, қозғалтқыш іске қосылғанда суық болса, аз мөлшерде жанармай поршень сақиналарының арасында қалып қоятын. Қозғалтқыш қызған сайын поршень кеңейіп, осы аз мөлшердегі жанармайды шығарып тастады, бұл қаушаудағы жанылмаған көмірсутектердің мөлшерін арттырды. Поршень қоспасына кремний қосылғанда, поршеньнің кеңеюі күрт төмендеді. Бұл инженерлерге поршень мен цилиндр қабырғасы арасындағы аралықты азайтуға мүмкіндік берді. Кремнийдің өзі алюминийге қарағанда аз кеңейеді. Кремний қосудың тағы бір артықшылығы – поршеньнің қаттырақ болуы және жұмсақ алюминий поршеньнің салыстырмалы түрде құрғақ цилиндрде суық іске қосылғанда немесе қалыптан тыс жоғары температурада жұмыс істегенде сызат түсуіне төзімді болуы. Кремнийді поршеньдерге қосудың ең үлкен кемшілігі – алюминийге кремнийдің арақатынасы артқан сайын поршеньтің сынғыш болуы. Бұл қозғалтқышта алдын ала тұтану немесе детонация болған жағдайда поршеньнің жарылуына бейімдейді.
Most automotive engines use aluminum pistons that move in an iron cylinder. The average temperature of a piston crown in a gasoline engine during normal operation is typically about , and the coolant that runs through the engine block is usually regulated at approximately Aluminum expands more than iron at this temperature range, so for the piston to fit the cylinder properly when at a normal operating temperature, the piston must have a loose fit when cold. In 1970, increasing concern over exhaust pollution caused the U. S. government to form the Environmental Protection Agency (EPA), which began writing and enforcing rules that required automobile manufacturers to introduce changes that made their engines run cleaner. By the late 1980s, automobile exhaust pollution had been noticeably improved, but more stringent regulations forced car manufacturers to adopt the use of electronically controlled fuel injection and hypereutectic pistons. Regarding pistons, it was discovered that when an engine was cold during start up, a small amount of fuel became trapped between the piston rings. As the engine warmed up, the piston expanded and expelled this small amount of fuel which added to the amount of unburnt hydrocarbons in the exhaust. By adding silicon to the piston's alloy, the piston expansion was dramatically reduced. This allowed engineers to specify reduced clearance between the piston and the cylinder liner. Silicon itself expands less than aluminum. Another benefit of adding silicon is that the piston becomes harder and is less susceptible to scuffing which can occur when a soft aluminum piston is cold revved in a relatively dry cylinder on start up or during abnormally high operating temperatures. The biggest drawback of adding silicon to pistons is that the piston becomes more brittle as the ratio of silicon to aluminum is increased. This makes the piston more susceptible to cracking if the engine experiences pre ignition or detonation.
Қуаттылығы жоғары алмастыру қорытпалары
Автокөлік әуесқойлары қозғалтқыштың қуатын арттырғысы келгенде, күшпен индукцияның бір түрін қолдануы мүмкін. Әрбір циклда ауа мен отынды көбірек қысып, қозғалтқыштың қуатын күрт арттыруға болады. Бұл цилиндрдегі жылу мен қысымды жоғарылатады. Бензин қозғалтқышының қалыпты температурасы шамамен осы мәнге тең. Бұл сондай-ақ көптеген алюминий қорытпаларының балқу температурасына жақын, және поршеньнің деформациялануы мен бұзылуына жол бермейтін тұрақты ауа ағыны ғана осыны қамтамасыз етеді. Күшпен индукция "көтерілген" күйде жұмыс температурасын арттырады, ал егер артық жылу қозғалтқыш оны шығарудан бұрын жиналса, цилиндрдегі жоғары температура ауа-отын қоспасының тұтану оқиғасынан бұрын, қысылу кезінде өзінен-өзі тұтануына себеп болады. Бұл қозғалтқыш детонациясының бір түрі, ол кенеттен соққы толқыны мен қысымның өсуіне әкеледі, бұл поршеньнің беткі шаршауынан зақымдануына, соқтығыс салдарынан беті тозуына себеп болуы мүмкін. "4032" поршенінің қорытпасындағы кремнийдің мөлшері шамамен 11% құрайды. Бұл оның кремнийсіз поршеньге қарағанда аз кеңейетінін білдіреді, бірақ кремний молекулалық деңгейде (эвтектикалық) толық қорытылғандықтан, қорытпа стандартты гиперэвтектикалық "қоңыр" (төмен қысылысты) поршеньге қарағанда мықтырақ және икемдірек. Бұл поршеньдер стандартты поршеньдерге қарағанда аз зақыммен жеңіл детонацияға төтеп бере алады. 4032 және гиперэвтектикалық қорытпалардың төмен жылулық кеңею коэффициенті бар, бұл поршеньді құрастыру температурасында цилиндрге тығыз орналастыруға мүмкіндік береді. "2618" поршенінің қорытпасында 2%-дан кем кремний бар, оны гипоэвтектикалық деп сипаттауға болады. Бұл қорытпа ең аз зақыммен ең көп детонация мен жүктемеге төтеп бере алады. Бұл қорытпадан жасалған поршеньдер әдетте қалың және ауыр болады, өйткені олар көбінесе коммерциялық дизельдік қозғалтқыштарда қолданылады. Бұл поршеньдердің әдеттегі қолданылуы кезінде кездесетін жоғары температуралар мен кремнийдің төмен мөлшерінен туындаған жылулық кеңеюдің жоғары коэффициенті салдарынан жылулық кеңеюдің жоғарылауына байланысты, құрастыру температурасында поршень мен цилиндр арасындағы кеңістік үлкен болуы керек. Бұл "поршеньнің соққысы" деп аталатын жағдайға әкеледі, ол поршеньнің цилиндрде тербелуімен және қозғалтқыш жұмыс температурасына жеткенше жалғасатын естілетін соққылау шуына себеп болады, поршень кеңейіп, поршень мен цилиндр қабырғасы арасындағы кеңістікті азайтады.
When auto enthusiasts want to increase the power of the engine, they may add some type of forced induction. By compressing more air and fuel into each intake cycle, the power of the engine can be dramatically increased. This also increases the heat and pressure in the cylinder. The normal temperature of gasoline engine exhaust is approximately This is also approximately the melting point of most aluminum alloys and it is only the constant influx of ambient air that prevents the piston from deforming and failing. Forced induction increases the operating temperatures while "under boost", and if the excess heat is added faster than the engine can shed it, the elevated cylinder temperatures will cause the air and fuel mix to auto ignite on the compression stroke before the spark event. This is one type of engine knocking that causes a sudden shockwave and pressure spike, which can result in failure of the piston due to shock induced surface fatigue, which eats away the surface of the piston. The "4032" performance piston alloy has a silicon content of approximately 11%. This means that it expands less than a piston with no silicon, but since the silicon is fully alloyed on a molecular level (eutectic), the alloy is less brittle and more flexible than a stock hypereutectic "smog" (low compression) piston. These pistons can survive mild detonation with less damage than stock pistons. 4032 and hypereutectic alloys have a low coefficient of thermal expansion, allowing tighter piston to cylinder bore fit at assembly temperature. The "2618" performance piston alloy has less than 2% silicon, and could be described as hypo (under) eutectic. This alloy is capable of experiencing the most detonation and abuse while suffering the least amount of damage. Pistons made of this alloy are also typically made thicker and heavier because of their most common applications in commercial diesel engines. Both because of the higher than normal temperatures that these pistons experience in their usual application, and the higher coefficient of thermal expansion due to low silicon content causing greater thermal growth, these pistons require a larger piston to cylinder bore clearance at assembly temperatures. This leads to a condition known as "piston slap" which is when the piston rocks in the cylinder and it causes an audible tapping noise that continues until the engine has warmed to operational temperatures, expanding the piston and reducing piston to cylinder wall clearance.
Құйылған немесе құйылған
Пістон құйылғанда, қорытпа сұйық күйге дейін қыздырылады, содан кейін негізгі пішін жасау үшін қалыпқа құйылады. Қорытпа салқындап, қатып қалғаннан кейін қалыптан алынып, шикі құйма соңғы пішінге дейін өңделеді. Күші жоғары пістон қажет болған жағдайларда, соқпалы (форж) процесі қолданылады. Соқпалы процесте шикі құйма әлі де ыстық және жартылай қатып қалған күйінде қалыпқа орналастырылады. Гидравликалық пресс арқылы шикі құймаға үлкен қысым түсіріледі. Бұл кез келген мүмкін болатын тесіктерді жояды, сонымен қатар қорытпаның ұсақ бөлшектерін (дәндерін) қарапайым құю арқылы қол жеткізе алмайтыннан да тығыз жақындастырады. Нәтижесінде, материал әлдеқайда мықты болады. 4032 және 2618 қорытпаларынан жасалған, сатудан кейінгі (aftermarket) өнімділік пістондары көбінесе соқпалы болады. 4032 және 2618 қорытпасынан жасалған соқпалы пістонмен салыстырғанда, гиперевтектикалық пістонның беріктігі төмен. Сондықтан, қуаттылықты арттыруға, азот оксидіне және/немесе жоғары айналымдарға қолдану үшін соқпалы пістон (қайсыбір қорытпадан жасалған) артықшылыққа ие. Дегенмен, гиперевтектикалық пістон соқпалы пістонға қарағанда аз жылулық кеңеюге ұшырайды. Осы себепті гиперевтектикалық пістон цилиндрге қарсы тығыз аралықпен орнатылуы мүмкін. Бұл гиперевтектикалық пістонды штаттық (stock) қозғалтқыштар үшін жақсы таңдауға айналдырады, онда ұзақ қызмет ету мерзімі максималды өнімділіктен маңыздырақ. Кейбір көліктерде зауыттан соқпалы пістонмен шығарылады. Dodge Viper 1992-1999 жылғы модельдерінде соқпалы пістон қолданылған, содан кейін гиперевтектикалық пістонға ауыстырылған. Viper-дің соңғы буыны (2013-2017) қайтадан соқпалы пістонды қолданды. Honda S2000-нің барлық модельдерінде соқпалы пістон қолданылады.
When a piston is cast, the alloy is heated until liquid, then poured into a mold to create the basic shape. After the alloy cools and solidifies it is removed from the mould and the rough casting is machined to its final shape. For applications which require stronger pistons, a forging process is used. In the forging process, the rough casting is placed in a die set while it is still hot and semi solid. A hydraulic press is used to place the rough slug under tremendous pressure. This removes any possible porosity, and also pushes the alloy grains together tighter than can be achieved by simple casting alone. The end result is a much stronger material. Aftermarket performance pistons made from the most common 4032 and 2618 alloys are typically forged. Compared to both 4032 and 2618 alloy forged pistons, hypereutectic pistons have less strength. Therefore, for performance applications using boost, nitrous oxide, and/or high RPMs, forged pistons (made from either alloy) are preferred. However, hypereutectic pistons experience less thermal expansion than forged pistons. For this reason, hypereutectic pistons can run a tighter piston to cylinder clearance than forged pistons. This makes hypereutectic pistons a better choice for stock engines, where longevity is more important than ultimate performance. Some vehicles do use forged pistons from the factory. Dodge Vipers used forged pistons from 1992 1999 model years, then switched to hypereutectic. The last generation of Vipers (2013 2017) used forged pistons. All Honda S2000s use forged pistons.