Решив форсировать двигатель, механики в большинстве случаев начинают с облегчения его подробностей и конечно поршней (верно уменьшить поршни возможно лишь их заменой на кованые, и о таких поршнях детально читаем вот тут). Этим мастера часто лишь вредят двигателю, поскольку лёгкость подробностей нужна лишь до определённого предела. И из-за чего — разберёмся в данной статье.
Существует пара способов прибавки мощности двигателю, и один из них — поднять крутящий момент. Тут ответственны два главных параметра — диаметр и ход поршня. И чем дальше вынесены от продольной оси коленчатого вала шатунные шейки (дольше колено коленвала), тем больше сила с которой шатун толкает коленвал. А это значит, что двигатель разовьёт громадную тягу.
При таких условиях вес поршня не имеет особенного значения, и такие двигатели тихоходны, большие обороты у них всего 6 — 8 тысяч в 60 секунд, и инерционные нагрузки на коленчатый вал и шатуны низки.
Массивные поршни требуют другого: в то время, когда таковой поршень меняет направление перемещения при прохождении мёртвых точек, то появляется перекладка сил, которая прижимает боковую поверхность поршня к стенке зеркала цилиндра. И вот для этого прижима и нужна поршню юбка. К тому же шатун всегда давит на поршень и поршневой палец под углом к оси цилиндра, и данный угол любой раз меняет ориентацию на противоположную, в то время, когда поршень минует мёртвую точку. Другими словами при перемещении вверх поршень прижимается к одной стороне зеркала цилиндра, а при ходе вниз к второй стенке. И перекладка поршня обязана происходить мягко, в противном случае он продолжительно не протянет и треснет.
Разглядим, что имеется длинно- и короткоходный коленвал. Принято следующее деление: длинноходная конструкция — в то время, когда диаметр цилиндра меньше хода поршня; короткоходная — напротив диаметр поршня больше его хода; и среднее ответ — так называемая квадратная конструкция, в то время, когда диаметр поршня равен его ходу. Большая часть современных дорожных моторов делают квадратными, они компромисно сочетают в себе преимущества тягавитого и быстроходного двигателей.
Короткоходную конструкцию используют на спортивных оборотистых двигателях, с узким диапазоном мощностных оборотов.
У двигателей с долгими плечами (коленом) коленчатого вала сила прижатия поршня к зеркалу цилиндра выше чем у короткоходных моторов, поскольку эта сила растёт по мере повышения угла наклона шатуна. Исходя из этого на таких двигателях юбка поршня должна быть «макси» — другими словами достаточно долгая как на ветхих двигателях. Она равномерно распределяет нагрузку на громадной площади, и поршень проходит мёртвые точки без разрывов масляной ударных нагрузок и плёнки.
Долголетний опыт создания таких двигателей породил определённое отношение длины юбки поршня к его диаметру, и обозначается — hю/D. Это отношение для разных моторов подбирается различное. Так для не легко нагруженных двигателей — около 0,2 л.с. на килограмм веса транспортного средства оно образовывает не меньше 0,7.
На более замечательных автомобилях — от 0,5 л.с. на кг эта величина уже вторая — приблизительно 0,6. Обясняется это легко: чем меньше лошадиных сил приходится на единицу массы автомобиля либо мотоцикла, тем больше нагрузка на поршень и особенно на его юбку. Особенно в то время, когда поршень проходит самую напряжённую ВМТ — в такте рабочего хода.
Сейчас представьте — со стороны камеры сгорания на днище поршня давят газы продуктов горения горючего, а иначе перемещению поршня сопротивляется шатун, очень сильно нагруженный весом автомобили.
К тому же в большинстве перемещений шатун упирается в поршень под углом и существенно затрудняет передачу упрочнения. И в случае если двигатель не сильный, а мотоцикл либо машина тяжелы, то конечно маленькая юбка от для того чтобы двойного удара не выдержит и деформируется. И при работе будет вгрызаться в зеркало цилиндра вытесняя масляную плёнку и обрастая задирами.
Форсирование моторов по повышению крутящего момента было популярно в 50- 70-е годы двадцатого века.
Но после этого случился кризис этого метода, поскольку в габариты компактных двигателей спортивных автомобилей и мотоциклов не впишешь ни коленвал с громадным ходом поршня, ни цилиндры диаметра и паровозного хода. Не помогли и кованные поршни. Конечно они легче и прочнее простых литых, что при равных условиях разрешает расширить диаметр поршня процентов на 10 -15, не опасаясь перекладки, талантливой уничтожить поршень.
Но большая цена кованных поршней не весьма то и компенсируется приростом мощности двигателя всего на 5 — 8 процентов. Это возможно заметить в графике справа.
После этого наступила эра оборотистых моторов — механики принялись за второй метод поднятия мощности за счёт повышения оборотов коленвала. Конечно обороты возможно поднять уменьшив плечо (колено) поршня и хода шатуна.
И протяженность пути, другими словами сумма расстояний при перемещении поршня за четыре такта наряду с этим уменьшается. И в полной мере конечно, что за одинаковый отрезок времени поршень для того чтобы двигателя совершит больше рабочих ходов, чем двигатель для того чтобы же количества, но с длинноходным валом. Значит и работу совершит громадную и мощность двигателя возрастёт. И ещё и габариты мотора уменьшатся, поскольку у короткоходных моторов меньше и масса и габариты.
Но вот поршни для таких моторов задали конструкторам задачу.
Инерционные нагрузки, создаваемые поршнями на шейках и шатунах коленвала, в зависимости от скорости и оборотов перемещения поршней растут в геометрической прогрессии. И несложный метод снизить инерцию поршня — это снизить его вес, уменьшив диаметр. Но для сохранения неспециализированного литража двигателя нужно будет делать большее количество цилиндров (вспомните первые спортивные мотоциклы Беннели, Агусту либо шестицилиндровую Хонду СВХ). А это повышает цена производства двигателя многократно. И инженеры пошли на рискованный ход: юбку поршня стали изготавливать «миди» — hю/D = 0,6-0,55, ну а после этого и «мини» — и hю/D уменьшили до 0,5 — 0,45.
И самое занимательное, что поршни, кроме того не кованные, а литые выдержали нахальное укорачивание юбки, поскольку инженеры воспользовались нужным свойством гидродинамического результата смазки.
Но юбка поршня обязана не только сглаживать момент перекладки. Ещё боковому профилю юбки придаётся особенная форма, поддерживающая устойчивый слой смазки, так называемый масляный клин между стенкой зеркала и поршнем цилиндра (см. фото).
Тут самый удачна бочкообразная юбка, поскольку простая конусная юбка не скользит по плёнке смазки, а разрывает её. Отечественная техника до сих пор оснащается поршнями с конусной юбкой и при однообразных размерах поршней, конус, не имеющий загнутого носка (кромки) хуже удерживает на поверхности масляный клин. Польза в изготовлении конусных поршней имеется лишь для производителя, поскольку изготовление для того чтобы поршня обходится многократно дешевле бочкообразных. А трудиться без задиров конусным поршням оказывают помощь во первых не громадные обороты отечественных двигателей, а во вторых — весьма макси (долгая) юбка — hю/D 0,70 — 0,75.
Так как давление боковой поверхности поршня на масляную плёнку убывает по мере повышения площади зеркала поверхностей цилиндра и контакта юбки. Что и ограничивает использование таких поршней, поскольку они тяжёлые и им место в тихоходных древних двигателях, с оборотами коленвала всего до 5 тысяч.
Но снова же и бочкообразная юбка не панацея от трения. Такую юбку возможно без неприятностей укоротить относительно конуса процентов на 10 — 15 и не нарушить условий смазки. Но при таком укорачивании поршень станет не на большое количество легче.
Но отчего же в современных оборотистых моторах в полной мере надёжно трудятся Т-образные поршни, практически не имеющие юбки — hю/D около 0,4 ? Да вследствие того что масляный клин отталкивает юбку поршня от зеркала цилиндра с силой, которая возрастает пропорционально квадрату скорости перемещения поршня. Это легко понять на примере водных лыж. В случае если прицепиться тросом к тихоходной барже, то скользить по воде на маленькой скорости будет нереально, кроме того на лыжах громадной длины и ширины. А вот в случае если прицепиться к замечательному и скоростному катеру, то скользить по воде возможно будет кроме того на пятках.
И именно поэтому эффекту, у высокооборотных моторов, в которых поршень движется с огромной скоростью, появляется возможность кардинально сократить размер юбки, и в следствии сократить вес поршня на четверть. И вот тут проявляется преимущество кованных поршней — их небольшой вес, при однообразных условиях тюнинга, разрешает дополнительно уменьшить шатуны и динамика и коленвал двигателя возрастает, без ущерба для его ресурса.
На графике справа возможно заметить как грамотно подобрать длину юбки при тюнинге (форсировке) двигателя.
Но не спешите высматривать в магазинах подходящий «кит»(поршни и тюнинговый вал либо что то одно) и браться за форсирование двигателя по оборотам. Не было нужно бы расплачиваться за наслаждение. Так как таковой мотор однобок — максимум его мощности сосредоточенно в достаточно узком промежутке и ближе к высоким оборотам. На средних оборотах и ниже, двигатель тащить (особенно в случае если сядет пассажир) и водители спортбайков это замечательно знают. Но кое-какие смогут возразить, что узкость тяги по оборотам в полной мере исправима, к примеру установить устройства изменяющие фазы газораспределения.
Но тут всё не так легко, как думается. Установить устройство, изменяющее фазы само собой разумеется возможно, но юбки поршней, спроектированные на поддержание устойчивой масляной плёнки в зоне высоких оборотов, бессильны против трения на низких оборотах. Это возможно заметить на графике. Коэффициент трения при показателе hю/D =0,45 у Т-образного поршня при 8 — 10 тысячах об/мин коленвала мал.
Но при понижении оборотов двигателя с таким поршнем до 3 — 5 тысяч об/мин коэффициент трения заметно возрастает и стабильность смазки падает. В случае если ещё чуть понизить обороты, то металл поршня отправится трудиться в сухую по зеркалу цилиндра. И в случае если двигатель будет трудиться продолжительно на малых оборотах, то мини-юбка просто не удержит масляный клин.
Тогда возможно стереть в дым поршневую и большие деньги, либо легко существенно сократить ресурс поршневой. Так что инженеры-конструкторы не напрасно запретили таким двигателям установки для эластичности тяги, характерной тихоходным моторам.
Сейчас прочтя эту статью, я сохраняю надежду вы не купитесь на рекламу продавцов : «Установи Т- образные поршни и полетишь.» Установить их само собой разумеется возможно, но с соблюдением нужных оборотов двигателя, в противном случае развалите мотор, либо существенно сократите его ресурс.
К тому же необходимо готовься к тому, что прибавка мощности двигателя с этими поршнями, будет ощущаться лишь на высоких оборотах.