Поршни Ferroterm от Mahle - не "забытое старое"

Статья на сайте mahle.ru называется "Поршни FERROTHERM^® - гениальная комбинация из стали и алюминия". Сюжет немного детективный и только в конце оказывается, что эти поршни разработаны уже 20 лет назад. Поэтому мы повзолим себе почитать статью с конца.

«Поршни FERROTHERM присутствуют на рынке вот уже почти 20 лет, но, тем не менее, имеют репутацию современных поршневых разработок, находящих применение, прежде всего, в грузовой транспортной технике. Кроме всего прочего, эти поршни производства MAHLE устанавливаются на большое число двигателей в автомобилях марок Volvo, Scania, Detroit Diesel и Caterpillar уже при заводской сборке транспортных средств. Ведущие производители и сегодня все еще руководствуются заложенным в них гениальным принципом. Так, в настоящее время, ведутся активные разработки силовых агрегатов с двухкомпонентными поршнями и для концерна Mercedes-Benz, и для одного из крупных российских производителей двигателей.»

Механики традиционно предупреждаются о необходимоcти правильной сборки. «Поршни FERROTHERM поставляются в разобранном состоянии; верхняя часть и юбка поршня располагаются в коробке рядом, но в раздельной упаковке. При монтаже верхней части, юбки и шатуна необходимо обращать самое пристальное внимание на правильность взаимного расположения этих деталей. Тем более что конструкция верхней части и юбки поршня допускает только одну возможность их правильного соединения.»

И статья эта не могла появиться 20 лет назад хотя бы потому, что тут написано «Главное направление развития автомобильной и моторостроительной отрасли выбрано совершенно четко - это постоянный рост мощности двигателей.». Повышение надежности, увелчение срока службы деталей - теперь не столь важны. Отчасти эти параметры уже достигнуты.

Мотивы искать именно такие решения сейчас и 20 лет назад были разные, но "старый" разработки оказываются еще актуальны. «Повышение удельной мощности двигателя неизбежно влечет за собой возрастание термических и механических нагрузок на поршни. Это обстоятельство,безусловно, необходимо учитывать при разработке и конструктивном исполнении поршней, ведь, в конце концов, именно они считаются деталями, которые в наибольшей степени подвергаются нагрузкам в двигателе внутреннего сгорания. Не секрет, что при температурах свыше 360 °C, сплошь и рядом наблюдаемых в области рабочей выемки поршня, а также при давлении воспламенения более 170 бар, поршни из алюминиевых сплавов очень быстро достигают пределов своих возможностей в отношении нагрузок.»

«Таким образом, весьма велик спрос на конструктивные идеи и на возможности использования иных материалов. Разработчики концерна MAHLE предложили свое решение. Оно состоит в том, чтобы создавать поршни с головкой из термостойкой кованой стали и направляющей юбкой из алюминия. Так родился поршень FERROTHERM»

«Главный принцип нашей конструкции - это четкое распределение обязанностей. Алюминиевая направляющая юбка берет на себя только лишь обеспечение правильности хода поршня внутри цилиндра, в то время как наиболее трудные функции, а также герметизация выполняются верхней частью поршня.Кованая сталь головки легко справляется со значительно более высокими рабочими температурами на днище поршня и допускает намного большие контактные напряжения между втулкой и поршневым пальцем. Высокая твердость кованой стали весьма положительно сказывается на износостойкости и сроке службы кольцевых канавок, располагающихся в верхней части поршня.»

«Другим весомым преимуществом стали по сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами является значительно меньший коэффициент теплового расширения, что позволяет обходиться более узким зазором между поршнем и цилиндром на жаровом поясе. Это обстоятельство, в свою очередь, открывает прекрасные возможности для улучшения герметизации и уменьшает количество прорывных газов, в то время как очень узкий кольцевой зазор между поршнем и цилиндром помогает работе поршневых колец. Позитивное воздействие оказывает малый зазор на жаровом поясе и на параметры выбросов вредных веществ,поскольку незначительный зазор влечет за собой и сокращение застойной зоны,обеспечивая тем самым оптимальное и чистое сгорание топлива.»

«Однако один недостаток сталь все же имеет. По сравнению с алюминием она обладает более низкой теплопроводностью. Поэтому важной задачей было обеспечение достаточно низкого температурного уровня благодаря оптимизации структуры охлаждения поршня. В конце концов, было найдено решение, представлявшее собой листы пружинной стали или же конструктивный дизайн юбки поршня, формирующие охлаждающий канал, в который осуществляется вбрызгивание моторного масла для охлаждения. Благодаря большому сечению и циклическим движениям поршня в вертикальной плоскости возникает так называемый эффект шейкера, создающий условия для достаточного охлаждения головки поршня.»

«Верхняя часть и направляющая юбка поршня соединены между собой с помощью пальца. При этом процесс сгорания топлива и давление воспламенения воздействуют на стальную головку, и возникающее усилие передается напрямую с головки через поршневой палец на шатун. В отверстии под поршневой палец располагается втулка из цветного металла, идеально взаимодействующая в работе с поршневым пальцем. На новых моделях такое втулочное отверстие имеет к тому же и специальное покрытие, что в еще большей мере улучшает "сотрудничество" поршня и пальца. Между верхней стальной частью и алюминиевой юбкой имеется зазор. Такое пространственное разделение нужно для термической автономности элементов. Благодаря такому решению температура юбки в данном случае значительно ниже, чем на цельноалюминиевом поршне.Из-за более низкого уровня температуры на юбке поршня и разделению передачи усилия появилась возможность заменить конструктивные аспекты юбки на ее основные задачи. Результат можно просто услышать по очень мягкой и спокойной работе двигателя, несмотря на жесткий процесс сгорания дизельного топлива, а также по увеличению мощности и вращающего момента.»

На заметку:
Cтальная головка двухкомпонентного поршня FERROTHERM отмечена комбинацией букв "KB", алюминиевая юбка поршня имеет обозначение "L".