Характеристики «короткого» блока

«Короткие» блоки: если вы делаете двигатель с «основания», то вам необходима информация, содержащаяся в этой главе. Если вы не берете на себя такую амбициозную задачу, то эта информация также будет полезна. Для этого от понимания конструкции двигателя можно переходить к секретам увеличения мощности. Так как мы исследуем процесс принятия решений по подбору и модификации деталей основного «короткого» блока, то в дальнейшем появляется возможность применить эти знания к другим главным системам двигателя. Наша цель в этой главе и во всей книге - помочь вам создать двигатель, который «отплатит» вам своей отдачей и надежностью, при каждом повороте ключа зажигания.
Целостность конкретной плиты, которая образует основу высотного здания, является критичной для срока службы и стабильности структуры.
Подобным же образом «короткий» любого двигателя является базовой деталью, которая помогает использовать энергию, освобождаемую в процессе сгорания и передает ее к маховику. «Короткий» блок состоит из блока цилиндров, коленчатого вала, вкладышей шатунных и коренных подшипников, поршней, поршневых колец и системы смазки. Тщательный отбор и подготовка детален в «коротком» блоке являются необходимыми для создания эффективного и падежного форсированного двигателя. В связи с этим, лучшим началом исследований по форсированию двигателя будет работа с основой любого проекта для двигателя, т. е. с «коротким» блоком.
Однако, перед проверкой отдельных деталей нужно принять наиболее важное решение: какую мощность мы хотим получить oт двигателя?

 
«Короткий» блок состоит из блока цилиндров, коленчатого валя, шатунов, подшипников, поршней, поршневых колец и системы смазки.

Реальные цели по мощности
В зависимости от того, будет ли форсируемый двигатель использоваться в обычном автомобиле или же будет применяться в движении «хот-род» на дистанции в один километр, можно определить, какую мощность должен выдавать двигатель. Это станет главным ориентиром для подбора всех деталей двигателя. Таким образом, даже перед тем, как вы начнете собирать детали вместе, никто не сможет сказать о том, каким будет конечный результат.

Исходной точкой в работе с любым двигателем является блок цилиндров. Правильный подбор и подготовка этой детали более чем для любых других деталей является основой для создания эффективного форсированного двигателя. 
1— сопрягаемая поверхность для впускного коллектора;
2 — отверстия для толкателей клапанов;
3 — отверстия для возврата масла; 
4 — желоб; 
5 — прокладка; 
6 — отверстие цилиндра;
7 — канал для охлаждающей жидкости;
8 —резьба болтов головки блока цилиндров;
9 — канал (отверстие) для распределителя;
10 — место для установки водяного насоса; 
11 — выступ для дополнительных агрегатов;
12 — отверстие для распределительного вала;
13 — гнездо для подшипника (вкладыша);
14 — крышка коренного подшипника с 4 болтами;
15 — трубка для масла; 
16 — высота прокладки; 
17— обработанная плоскость;
18 — место для масляного фильтра;
19 — ребро для масляного поддона;
20 — водяная рубашка охлаждения;
21 —предохранительные заглушки (от грязи);
22 — заглушка масляной магистрали.
 

Если двигатель будет приводить в движение «обычный» автомобиль, то практически нужно стремиться к высокой мощности, но имейте в виду возможные последствия повышения мощности. Наиболее важными следствиями повышения мощности являются следующие:
• Увеличение стоимости конструкции и ее обслуживания;
• уменьшение надежности;
• низкий крутящий момент/плохая приемистость на низких оборотах;
• увеличение вибраций, шума и выброса токсичных веществ.
Помните, что невозможно иметь все. Если нужен быстрый автомобиль, то вы будете стремиться к уровню мощности, основанному на возможных применениях ваших финансовых возможностей и т. д. Затем воспользуйтесь технологиями, описанными в этой главе и более детальной информацией относительно деталей двигателя и системы впуска в следующих главах для получения качественной конструкции. Тщательно планируйте работу, расходуйте доны и с умом и реальная мощность будет достигнута! Если вы будете следовать этим простым указаниям, то успешный результат будет почти гарантирован.
Определение рабочего объема

 
Если "короткий " блок будет основой двигателя для обычного автомобиля подобно, показанному здесь двигателю модели 89 COBRA, то этим достигается большая мощность, но помните, что невозможно иметь все сразу. Воспользуйтесь технологиями, описанными в этой главе, для получения качественной конструкции.
При изготовлении двигателя "с нуля" вам нужно подобрать желаемую комбинацию диаметра отверстия цилиндра и хода поршня из различных коленчатых валов и блоков. Используя метод подбора можно подобрать рабочий объем двигателя, лучше всего удовлетворяющий вашим требованиям.
Блок цилиндров "Шевроле" (CHEVROLET) является представителем хорошо известного семейства двигателей, которое предлагает различные комбинации. За последние 25 лет блоки "Шевроле" выпускались для рабочего объема в области от 4293 до 6555 см3. Путем сочетания различных коленчатых валов и блоков цилиндров можно создать двигатель с рабочим объемом, изменяемом в указанных выше пределах. Подобно этому в той или иной степени такое комбинирование возможно на двигателях "Крайслер" (CHRYSLER), "Форд" (FORD) и других марках автомобильных двигателей V8.
В определенной степени подбор оптимального рабочего объема для вашего конкретного автомобиля довольно легок. Если вы рассчитываете на максимальную отдачу, то старая поговорка гонщиков "замены кубическим сантиметрам нет" справедлива в наши дни также, как и в прошлом. Другими словами, чем больше рабочий объем, тем легче и дешевле достичь высокой мощности двигателя.
Если рабочий объем не ограничивается какими-либо требованиями к размерам кузова, и двигатель будет создаваться, руководствуясь вашими финансовыми возможностями, то первым вопросом должен быть следующий: сколько будет стоить, создание как можно большего рабочего обьема?
На этот вопрос ист простого ответа, но внимательное рассмотрение всех возможностей может обнаружить некоторые источники экономии средств. К примеру, если вы начинаете работу с короткого блока "Шевроле" CHVY 302, то небольшие исследования могут обнаружить, что блок 350 и коленчатый вал в нем являются более-менее недорогими и это может склонить к тому, чтобы забыть блок 302 и начать работу с блоком 350. Стоимость работы с "коротким" блоком, в общем, та же самая, но добавляется приблизительно 820 см3 и это может легко добавить 50 л.с. или даже больше. С другой стороны, если у вас есть блок 454, то его увеличение до рабочего объема 8194 см3 может быть довольно недорогим. Стоимость поиска дополнительных 50 л. с. в этом случае будет в 10 раз больше чем на "коротком" блоке.

 
Если вы рассчитываете получить максимальную отдачу, то старая поговорка гонщиков "замены кубическим сантнметрам нет" дейстнуст в наши дни так же, как и в прошлом. Этот двигатель автомобиля PL YMOUTH DUSTER рабочим объемом 8374 см3 был назван одним из известных операторов "крутящим монстром ". Когда на багажнике сидело 4 человека и внутри багажника находились два бака с составом VHT, то все это не могло удержать автомобиль от дымления шин ни роликах динамометрического стенда.

В типичном форсированном двигателе для обыкновенного автомобиля 16,4см3 дополнительного рабочего объема приводит к увеличению мощности на 1 л. с. и увеличению крутящего момента на 1,36 н*м, но это дополнительный крутящий момент, требующийся для высококлассного дви-гателя. Более того, увеличение рабочего объема — единственный метод увеличения крутящего момента во всем диапазоне оборотов (кроме турбонаддува или впрыска азота).

Соотношения "диаметр цилиндра/ ход поршня"
С технической точки зрения рабочий объем влияет не только на то, какая мощность будет получена, но также и на то, в каком диапазоне оборотов двигатель будет выдавать нужные крутящий момент и мощность. Выбор диапазона практической мощности почти всегда ограничивается механическими условиями, которые в свою очередь (хотя бы частично) определяются финансовыми соображениями. Более того, при определении мощности/рабочего объема нужно принимать во внимание ожидаемый разумный срок службы, условия работы и ограничения по механическим напряжениям.
Точка в диапазоне оборотов, в которой достигается максимальный крутящий момент и точка, где достигается максимальная мощность, определяются тем, как образован рабочий объем в "коротком" блоке. Вообще говоря, когда ход поршня увеличивается, тем ниже в области оборотов будет та точка, в которой достигается максимальная мощность и крутящий момент. В дополнение к этому, более длинноходный двигатель будет выдавать меньшую максимальную мощность, но больший максимальный крутящий момент. Короткоходные двигатели, с другой стороны, достигают своей максимальной мощности при более высоких оборотах и могут выдать при том же самом рабочем объеме большую мощность, по это почти всегда сопровождается меньшими значениями крутящего момента на низких оборотах.
С практической точки зрения, если относительно тяжелый автомобиль оснащен автоматической трансмиссией дифференциалом с высоким передаточным числом (низкая передача), то двигатель должен быть способен выдавать крутящий момент на низких оборотах и соотношение диаметра цилиндра/ход поршня должно отвечать этому требованию. Если это не так, то ускорение на низких оборотах будет очень плохим. Однако легкий автомобиль с механической трансмиссией, с низким передаточным числом па 1 передаче и главной передачей с относительно низким передаточным числом может обеспечить хорошее ускорение на низких оборотах с помощью двигателя, который сконструирован так, чтобы развить максимальную мощность при более высоких оборотах двигателя. Легкие автомобили (особенно гоночные автомобили, стартующие па высоких оборотах) требуют намного меньшего крутящего момента на низких оборотах, чтобы добиться хорошего разгона.

Практические уровни мощности
Если у вас нет опыта в конструировании или выбора диапазона мощности для двигателя, то вначале вы можете допустить небольшую ошибку. Для прояснения ситуации давайте воспользуемся несколькими примерами. Если вы создаете атмосферный (без наддува) двигатель для легкого автомобиля и хотите добиться мошной п падежной работы, то нужно стремиться к удельной мощности от 0,8 до 1,0л. с. на 16,5 см3 рабочего объема. 'Значительный опыт разработок показал, что этот уровень мощности полностью реален для форсированного двигателя обычных автомобилей. За исключением двигателей с впрыском окиси азота или с турбонаддувом, установлено, что повышенная удельная мощность (мощность на единицу рабочего объема) потребует более радикальной конструкции двигателя, что приведет-к недостаточной мощности на низких оборотах.
Дальнейший прирост может быть сделан, однако при сохранении хорошей приемистости, но сильно возрастает стоимость разработки.

Топливная эффективность и выходная мощность
Топливная эффективность также будет влиять на выбор нашей конструкции. Как ни странно, двигатель меньшего объема при той же самой

 
Ожидаемый срок службы дчигителн будет только тогда приемлемым, когда при определении требуемой мощности и рабочего объема учитываются общие условия работы двигателя и ограничения по механическим напряжениям. Выбор неправильных деталей может оказаться роковым!
 
Увеличение размера поршня может добавить, почти 1639 см3 рабочего объема и соответственно увеличить мощность. Начиная с блока с большим рабочим объемом, часто можно увеличить, мощность двигателя без больших затрат.

мощности, но при более высоких оборотах будет работать с той же топливной эффективностью, что и двигатель большего рабочего объема, работающий на низких оборотах двигателя. Давайте рассмотрим численный пример. Для движения по дороге может быть использован двигатель объемом 4916 см3 и установлена такая коробка передач, что, автомобиль движется со скоростью 32 км/ч при 1000 об/мин (па высшей передаче), т. е. при скорости 96 км/ч двигатель будет работать примерно на 3000 об/мин. Если этот двигатель заменить двигателем объемом 6555 см3, который выдает такую же максимальную мощность, и если мы хотим получить те же самые характеристики разгона, то будет возможным увеличить общее передаточное число трансмиссии. Это не уменьшит разгонную характеристику, т. к. крутящий момент двигателя с большим рабочим объемом будет выше в более широком диапазоне оборотов. Таким образом, пропорциональное увеличение общего передаточного числа трансмиссии, подобное увеличению объема двигателя уменьшит обороты двигателя без ухудшения характеристики разгона. В этом случае соотношение увеличения 1,33:1 произведет желаемый эффект.

 
Это означает, что двигатель большего объема при 1000 об/мин будет перемещать автомобиль равномерно со скоростью 43 км/ч, т. е. при скорости 96 км/ч двигатель будет работать примерно на 2222 об/мин. Если оба двигателя выдают примерно ту же самую характеристику, то они, вероятно, будут иметь примерно такой же раскол топлива в условиях движения.

Заметим, что если мы не изменим передаточное число при использовании двигателя большего рабочего объема, то обороты двигателя при движении останутся такими же в обоих случаях. Двигатель большего объема будет при этом расходовать больше топлива, но характеристика разгона будет значительно улучшена.

Факторы веса автомобиля
Другим фактором, который серьезно влияет на разгонную характеристику и топливную эффективность, является вес автомобиля. Если мы можем уменьшить общий вес, то такая же характеристика может быть сохранена с двигателем меньшего объема и повышенным передаточным числом. С другой стороны, при двигателе того же рабочего объема и уменьшении веса автомобиля можно получить лучшую разгонную характеристику при реальном увеличении механической надежности (в этом случае надежность означает отсутствие отказов деталей и увеличение срока службы двигателя). Это возможно из-за того, что когда вес автомобиля уменьшается, то от двигателя требуется работа в менее жестких условиях во всех случаях, когда используется режим "полного дросселя" (полное открывание дроссельной заслонки). И даже при "полном дросселе" надежность будет увеличена, т. к. автомобиль будет разгоняться быстрее, что требует от двигателя выдачи максимальной мощности за меньшее время.

 
Уменьшение веса на 90-140 кг с помощью использования деталей из более легких сплавов люлсет улучшить время прохождения дистанции в 400м на 0,25-0,5 сек. Это равносильно увеличению мощности двигателя на 30-50 л. с. Нельзя, поэтому сбрасывать со счетов фактор веса.

Многие американские автомобили выпуска 1975-1985 г.г. имеют избыток стальных деталей, чтобы они удовлетворяли требованиям по "крэш-тестам". Многие детали уменьшали риск получения серьезных травм при авариях, и их можно снять или заменим, более легкими трубчатыми конструкциями, что экономит несколько десятков килограмм. На многих автомобилях большинство из этой тяжести можно снять с передней части, улучшая управление, торможение и разгон. Уменьшение веса на 90-140 кг может улучшить время разгона па величин) от 0,25 до 0,5 сек, что эквивалентно добавлению мощности двигателю от 30 до 50 л. с. Нельзя сбрасывать со счетов фактор веса. За исключением трудозатрат это высвободит "лишние" лошадиные" силы.
Примите в первую очередь решение относительно уровня мощности, затем относительно рабочего объема и в заключении — о деталях: блоке цилиндров и коленчатом вале. Это определит размеры двигателя, его мощность, которая в большей степени будет зависеть от качества подготовки деталей и квалификации конструктора при окончательной сборке. Все эти темы обсуждаются в последующих разделах данной главы.

Выбор блока цилиндров
Наиболее важным аспектом подготовки блока цилиндров является качество и структура отверстий цилиндров. Каждое отверстие цилиндра должно обеспечивать поверхность для смазки поршней и поршневых колец - при них и должно оставаться идеально круглым при воздействии нагрузки в сотни и тысячи килограмм и температуре поверхности несколько сотен градусов. Технологии изготовления отверстий цилиндров с помощью прецизионного оборудования и даже в большей степени набор самого блока являются критически важными операциями при получении оптимальной мощности и надежности работы двигателя.
Чтобы добиться почти идеального уплотнения поршневых колец и стенок цилиндра, что требуется для получения лучших характеристик, стенки должны быть достаточно крепкими (жесткими), чтобы противостоять нагрузкам от поршней, давлению при сгорании и напряжениям внутри самого блока, т. к. отверстия цилиндров являются составной частью всего блока цилиндров. Жесткость отверстий цилиндров исходит от одного главного фактора: толщины стенок. Очень много было написано об использовании блоков цилиндров от ранних спортивных автомобилей, т. к. в то время их изготовители меньше заботились об общем весе автомобиля и использовали больше металла при изготовлении (литье) блоков. В некоторых случаях толщина стенок отверстий в 2 раза больше, чем в современных "тонкостенных" отливках.

 
Жесткость отверстий цилиндров и оптимальное уплотнении поршневых колец зависит от одного главного фактора: толщины стенок; а толщина стенок может значительно изменяться. Этот блок был подвергнут значительному смещению середины, что могло деформировать отверстия и мощность будет "уходить " через поршневые кольца.

Определение "качественного" блока не сводится к простой поездке на ближайшую автосвалку или склад подержанных запасных частей. Там имеется достаточно пользующихся спросом деталей разных лет выпуска, но многие из современных энтузиастов-конструкторов обращаются к новым заготовкам, отлитым на заводах. Новые "зеленые" блоки не подвергались частым перегреву-охлаждению, как на подержанном двигателе. Это может означать, что хотя новый блок и может иметь идеальный идеально круглые отверстия при сборке двигателя в первый раз, но после работы блок и стенки цилиндров может "повести" и круглая форма отверстий может быть нарушена. Новый блок не может стать стабильной платформой для форсированного двигателя до тех пор, пока он не отработает на автомобиле несколько тысяч километров. Имеются фирмы, которые "убирают напряжения" с новых блоков, нагревая их почти докрасна, а затем охлаждая с определенной скоростью. После этой процедуры все поверхности блока обычно требуют доработки, включая отверстия цилиндров и сопрягаемые плоскости, отверстия для распределительного и коленчатого валов и иногда и отверстия для толкателей. Это дорогостоящая процедура. Но даже это может не иметь успеха, если стенки цилиндров будут слишком тонкими, чтобы обеспечить жесткость поверхности, уплотняемой поршневыми кольцами при нагрузках.

 

Производители автомобилей предлагают усиленные блоки для некоторых двигателей. Хотя эти блоки являются "зелеными ", их преимущества перед обычными тонкостенными опиивками неоспоримы, т. к. они включают в себя более толстые краевые стенки, и некоторые опииты из более крепких сплавов с более высоким содержанием никеля и используют крышки коренных подшипников с болтами.

Установлено, что тонкостенные заготовки не годятся для применения в форсированных двигателях. Некоторые автомобильные фирмы-производители теперь предлагают новые "усиленные" заготовки с особенностями, которые привлекают внимание создателей гоночных и форсированных двигателей. Фирма "Шевроле" (CHEVROLET) предлагает "короткие" и "полные" блоки с толстыми стенками цилиндров и упрочненными перемычками для коренных подшипников и поверхностями для прокладок. Фирма "Форд" (FORD) предлагает усиленные чугунные и алюминиевые блоки цилиндров, а фирма "Крайслер" (CHRYSLER) изготавливает усиленные блоки для некоторых двигателей.

 

Ультразвуковое исследование является наиболее точным неразрушающим методом определения толщины стенок цилиндров. Такой ультразвуковой тестер фирмы BHJ PRODUCTS вначале калибруется на металле известной толщины, а затем его зонд устанавливается у стенки цилиндра спереди, сзади и с обоих боков отверстия. Тестер определит, что данный блок имеет изменение толщины от верхней до нижней части примерно 2 мм.

 Хотя эти блоки и "зеленые", но их преимущество перед тонкостенными заготовками является очевидным. Они могут быть не так хороши с точки зрения выбора, как хорошо уже проверенные блоки с мощных автомобилей, но они, как минимум, лучше потому что они новые. Если у вас есть возможность испытать один из них в течение нескольких тысяч километров, то вы будете иметь оптимальную платформу для форсированного двигателя.

 
Высокоточная подготовка отверстий цилиндров может быть осуществлена лишь с полющим автоматической хонинговальной машины. Качество обработки стенок и круглость отверстий являются необходимыми условиями для получения оптимального уплотнения поршневых колец и долгой «жизни» двигатели. При обработке блок должен быть с пластинами (и болтами) для прокладок, чтобы имитировать напряжения, возникающие при установке головки блока цилиндров и воспроизвести условия работы блока как можно точнее.

 
Хон с бруском зернистостью 400 обычно рекомендуется для обработки отверстий-цилиндров форсированного двигателя, использующего поршневые кольца ич кованого чугуна или с молибденом.

После выбора блока следующим важным шагом является подготовка отверстий цилиндров. Характеристики двигателя и его надежность зависят от размера отверстия, от зазора поршень-стенка цилиндра и качества обработки стенки цилиндра. Вообще говоря, малые зазоры поршень-цилиндр являются лучшими, поскольку они достаточны, чтобы избежать избыточного трения. Меньшие зазоры уменьшают колебания поршня в отверстии, что улучшает уплотнение поршневых колец. Однако, оптимальный зазор поршня будет изменяться в зависимости от типа используемых поршней. К примеру, литые поршни с ограничителями расширения могут работать с более узкими зазорами, чем кованые поршни. Подбор зазора поршень-цилиндр для различных поршней детально обсуждается в следующем разделе. Обработка отверстий цилиндров также является важной частью подготовки отверстий. Она стала обычным делом для образования очень мелкой "отделки" поверхности отверстий цилиндров форсированных и гоночных двигателей. Оптимальная обработка отверстий определяется типом использованых поршневых колец, т. е. хромированные кольца требуют более грубой обработки, чем для мягких колец с молибденом. Обработка (хонингование) стенок цилиндров, однако, является лишь одной из половин процедуры. Отверстия цилиндров также должны быть абсолютно круглыми, чтобы обеспечить максимальное уплотнение колец. Это требование к высокой точности может быть удовлетворено лишь с помощью автоматического хопинговального устройства. Более того, блок должен быть с пластинами для прокладок, чтобы имитировать напряжения, возникающие при установке головки блока цилиндров, и воспроизводить условия своей будущей работы как можно точнее.
Если подготовка блока производится на лучшем оборудовании и с большой осторожностью, то можно использовать относительно тонкую обработку. Однако, блоки форсированных двигателей должны по-прежнему иметь более грубую обработку, чем блоки, используемые на большинстве гоночных двигателей. Хон с брусками зернистостью 400 обычно рекомендуется для обработки (хонингования) поверхностей стенок цилиндров на форсированном двигателе. При использовании молибденовых колец лучше использовать меньшее давление хона и обеспечить более гонкую обработку. Кольца из ковкого чугуна могут прирабатываться слишком долго, если используется слишком тонкая обработка (хонингование). Если хонинговальная машина не может находиться точно в центре отверстия (т. е. хонингованне на предыдущем изношенном отверстии, а не растачивание цилиндра), то нужно использовать более грубую обработку, чтобы помочь изначальному уплотнению колец. Хромированные кольца требуют даже еще более грубой обработки. Оптимальна обработка для хрома может варьироваться в широких пределах, в зависимости от того, имеют ли кольца поверхностную обработку, которая способствует приработке. Вы должны следовать рекомендациям производителя колец и обращаться в надежную мастерскую, чтобы бы п. уверенным в том, что хонпнгоиание обеспечит качественное уплотнение колец и их быструю приработку. Слишком "мягкое" отверстие никогда не позволит хромовым кольцам уплотниться. Фактически, случаи отсутствия уплотнения хромовыми кольцами в неправильно обработанных отверстиях невозможно установить даже после пробега 16 000 км.
Другим типом колец, которые требуют прецизионной подготовки стенок цилиндров двигателя, являются керамические кольца. Эти кольца состоят из твердого материала, который почти не подвержен плюсу Изначально использование TRW предполагает специальную процедуру обработки отверстий цилиндров. Многие, если не большинство мастерских считают эту процедуру в чем-то неудобной и слишком дорогостоящей для своих клиентов. Для преодоления этой ситуации фирма TRW изменила керамический материал и слегка "размягченная" поверхность кольца теперь требует относительно простого процесса обработки отверстий цилиндров, подобного тому, который используется для стандартных молибденовых колец. Концепция керамики является хорошей, но сделать ее безотказной — это вообще другая задача. Рекомендуем внимательно следить за развитием керамики. Когда эти кольца станут практичными и будут использоваться так же широко, как и другие кольца, вы сможете уверенно использовать преимущества их износостойкости и потенциал для долгой работы.

Поршни и поршневые кольца

Выбор поршней — литые или кованые?
Для большинства применений в форсированных двигателях обычной практикой является выбор кованых поршней и игнорирование литых конструкций. Однако, в двигателях, сконструированных для средней или умеренно-высокой мощности, литые поршни будут часто выдавать большую мощность, чем кованые поршни. Почему? Имеется несколько причин. Прежде всего, литые поршни обычно имеют меньший износ канавок для поршневых колец и очень малую теплопроводность, удерживая больше тепла в камерах сгорания. Во-вторых, они сконструированы для работы с минимальным зазором в отверстии цилиндра, обеспечивая более стабильную платформу для поршневых колец. В-третьих, они часто легче, чем кованые. Наиболее важным является то, что они зачастую намного дешевле кованых поршней.
В течение нескольких недавних лет были заново разработаны литые поршни, подходящие для использования в форсированных двигателях. Эти поршни были впервые использованы, скорее всего, в Англии и США. Они известны под названием HYPER-EUTECTIC, т. к. они изготовлены из материала, который отливается при более высокой температуре, чем обычно используется в процессе производства ("EUTECTIC" означает точку плавления, a "HYPER" указывает на ее превышение). Результатом становится легкий поршень, имеющий почти ту же самую прочность, что и кованый поршень вместе с требуемой твердостью и низким коэффициентом термического расширения типичного литого поршня. Опыт показывает, что они почти безупречны в 4-цилиндровых двигателях небольшого рабочего объема до 1639 см3, и почти также подходят для двигателей V8 (мы проверяли "короткий" блок "Шевроле"). Низкий коэффициент термического расширения материала HYPER EUTECTIC допускает очень маленькие зазоры у юбок поршней (от 0,050 до 0,075 мм). Это уменьшает прорыв картерных газов и оптимизирует уплотнение поршневых колец, которое "добивается" немного большей мощности от двигателя.
Поршень HYPER-EUTECTIC, предлагает дополнительные преимущества для использования в форсированных двигателях. Первое преимущество — это существенно уменьшенный шум от поршня. Если такого ощущения нет, то вы могли не слышать гоночного двигателя, шум которого заглушен до приемлемого уровня. Стук поршня, вызванный колебаниями поршня в цилиндре, производит неправдоподобный шум, как при потряхивании ведра, наполовину заполненного гвоздями. Уменьшенные зазоры, достигаемые с поршнями HYPER-EUTECTIC, существенно сокращают колебания поршня и шум от них. В заключение, поршень HYPER-EUTECTIC имеет сравнительно невысокую цену, находящуюся между ценой обычного литого поршня и кованого поршня.
Если вы планируете создать "атмосферный" двигатель (т. е. без наддува), предназначенный для выдачи максимальной мощности в диапазоне оборотов от 4500 до 5000 об/мин, то обычные литые поршни будут работать достаточно хорошо. Однако, нагрузки и температуры, создаваемые при высоких уровнях мощности и оборотах, требуют использования поршней HYPER-EUTECTIC или кованых поршней.
Если уровень мощности и другие особенности конструкции двигателя (подобные уникальному размеру отверстия цилиндра или специальному положению поршневого кольца) подтверждают необходимость кованого поршня, то очень важно реализовать то, чтобы требуемый рабочий зазор изменялся определенным образом от одного производителя поршней к дру-
 
Эти поршни SPEED PRO известны также как поршни HYPER-EUTECTIC, названные так потому, что они опииты из специального материала при более высоких температурах, чем обычно используемые в процессе производства. Результатом этого является легкий поршень, имеющий почти ту лее самую прочность, что и кованый поршень, сочетаемую с требуемой жесткостью и низким коэффициентом термического расширения, как у обычного литого поршня.

 
Кованые поршни могут быть стабильными при высоких температурах, но они не подходят для использования в обычных режимах. Лучший поршень может быть найден путем обзора данных фирм-производителей, касающихся зазора. Чем более термически стабилен сплав, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании и тем меньше рекомендованный минимальный зазор, гарантируемый фирмой-производителем.
 
У гоночных двигателей, когда верхнее кольцо расположено высоко на поршне, рядом с его верхней плоскостью, мощность двигателя часто возрастает. Преимущества могут быть милыми, но они будут.
 Помните, что возможность создания малого зазора между поршнем и стенкой цилиндра без заеданий и чрезмерного "прихватывания" является "активом" с точки зрения уплотнения поршневых колец и низкого шума. Однако, многие из специальных кованых поршней изготовлены из сплавов с высоким коэффициентом термического расширения. Они могут быть довольно стабильными при высоких температурах и больших оборотах, но они не подходят для использования в обычном режиме двигателя. Поршни, которые слабо сидят в цилиндрах, когда двигатель холодный, влияют па топливную эффективность и увеличивают расход масла, токсичность выхлопных газов и т. д. Следовательно, наиболее важные соображения, влияющие на выбор поршня, должны определить поршень, который позволяет достичь как можно меньшего зазора у юбки при всех, а не только "щадящих" условиях работы. Как правило, лучший поршень можно найти, анализируя данные фирм-производителей по зазору поршней. Другими словами, чем больше термическая стабильность сплава, тем меньше поршень будет расширяться при нагревании и тем меньше минимальный зазор, который может гарантировать фирма-производитель.

Выбор поршневых колец
Общим направлением в конструкциях высококачественных поршней является использование узких поршневых колец. Существует мнение, что тонкое кольцо будет предотвращать так называемую вибрацию колец на высоких оборотах двигателя и уменьшать действие трения между поршневым кольцом и стенкой отверстия цилиндра. При всех условиях работы узкие кольца работают хорошо, но из-за того, что от них требуются повышенные усилия, оказываемые на стенки и из-за других факторов, включающих высокие рабочие температуры, кольца вызывают ускоренный износ цилиндров и лицевой поверхноп и самих колец. До тех пор, пока вы не создаете двигагель, который способен и часто подвергается исключительно высоким оборотам (более 6000 об/мин), вы будете довольны широкими кольцами. Обычные кольца дешевле, работают дольше и достаточно надежно. В реальности, улучшение характеристик от использования тонких колец является таким малым, что может быть обнаружено только на испытательном стенде или же при большом количестве испытательных заездов. Рассмотрим их применимость только для гоночных двигателей.

 1 - метки в виде точек;
2 - лицевая поверхность кольца;
3- зазор в замке поршневого кольца (когда оно установлено в отверстии);
4 - верхнее компрессионное кольцо;
5 - второе компрессионное кольцо;
6 - маслосъелтое кольцо;
7 - кромка для съема масла;
8 - расширитель;
9 - задний зазор;
10 - боковой зазор;
11 -радиальная толщина;
12 - поверхность, покрытая молибденом;
13 - стандартное кольцо;
14 - верхнее поршневое кольцо;
15 - компрессионное кольцо;
16 - ширина.
При всех условиях узкие и специальные поршненые кольца работают хорошо, но до тех пор. пока вы не создаете двигатель, обороты которого будут превышать 6000 об/мин, вы будете вполне удовлетворены набором поршневых колец нормальной ширины и стандартной конструкции.

Если вы должны использовать специальные поршни, то конструкция верхнего кольца является одним из самых важных факторов (среди прочих), подлежащих рассмотрению. Если верхнее кольцо расположено высоко на поршне около его верхней части, характеристики двигателя 6удут лучше, благодаря тому, что меньший объем недоступных газов будет захвачен в перемычке между кольцами. Преимущества могут быть малыми, но они есть. Однако, слишком много хороших вещей может быть гибельным: если кольцо расположено слишком близко к верхней части поршня, то тонкая перемычка над канавкой кольца может перегреться и разрушиться. Убедитесь, что производители поршней и колец согласовали оптимальное положение перемычки между кольцами и что поршни обработаны в соответствии с требованиями.

Поршневые кольца и максимальная мощность
Верхнее поршневое кольцо и перемычка над его канавкой работают в очень жестких условиях. Верхнее кольцо должно не только обеспечивать качественное уплотнение у рабочей поверхности при очень высоких давлениях, но также должно работать в окружении высокотемпературных газов. Кольца должны противостоять их воздействию в течение миллионов циклов и сохранять свою упругость и возможность уплотнения. Эти требования определяют технологии производства и металлургические особенности колец. Материал кольца должен иметь низкий коэффициент трения, хорошие характеристики против заедания и низкий коэффициент износа. Одним из первых эффективных материалов, использованных для поршневых колец, был ковкий чугун. Он сочетается с чугуном, используемым в блоках цилиндров, а его пористая структура позволяет ему удерживать масло, уменьшая износ. Широко используется также производная от ковкого чугуна, известная как пластичный чугун. Он обладает большинством качеств чугуна, а кроме этого, он может гнуться перед разрушением, что облегчает установку колец.
Эти кольца приемлемы для использования, но форсированные двигатели требуют немного большего, чем быть просто приемлемыми. Так как уровень требовании с годами возрастает, то были найдены другие, более эффективные (и более дорогие) материалы.  Читать далее  Характеристики «короткого» блока 2