KOLBEN MUSEUM
| Kolben —
по-немецки значит поршень.
Да-да, в двух залах, что рядом
с комнатой приема
посетителей в штутгартском
офисе фирмы MAHLE, расположен
единственный в мире музей
поршней! За стеклянными
витринами — около тысячи
поршней разных лет, начиная
от простенькой детали
исторического газового
мотора Отто-Лангена и кончая
огромными поршнями судовых
дизелей. Жаль только, что
вынимать экспонаты из-под
витрин нельзя, а через стекло
снимки получаются плохо... В 1910 году на одну лошадиную силу гоночного мотора приходилось 90 граммов веса поршня. В 1980 году — 3 грамма. Насколько это важно? Чем легче поршни — тем меньше их моменты инерции и износ, тем выше максимальные обороты и мощность двигателя. Чем прочнее — тем лучше выдерживают огромные механические и тепловые нагрузки в камере сгорания. Чем проще в изготовлении — тем дешевле. |
 В 1930 году Каннштадт посетил Генри Форд — он интересовался магниевым литьем. Слева — Херманн Мале |
Сначала поршни были массивными, литыми из чугуна. Они достались первым автомобильным двигателям, малооборотным и низкофорсированным, в наследство от паровых машин. Например, чугунные поршни моторов знаменитых автомобилей Mercedes Simplex начала века при диаметре 140 мм (объем одного цилиндра был равен 1,7 л) весили по 4,8 кг. И раскручивались эти двигатели всего до 1200 об/мин — куда больше с такими гирями?
 В залах музея — больше тысячи поршней! |
Первые
успешные эксперименты с
поршнями из легкого сплава
были проведены с
авиационными двигателями
незадолго до первой мировой
войны. А потом инженеры
взялись за спортивные
автомобильные моторы.
Правда, многие эксперты
тогда считали эту идею
бредовой — как, мол, может
легкий алюминиевый сплав с
температурой плавления 600о
выдерживать
двухтысячеградусную жару
раскаленных газов? Поршень
просто расплавится! Однако
не плавились: температура в
самой горячей зоне днища
редко превышает 350o. И в 1914
году в моторах трех гоночных
автомобилей Mercedes, выигравших
Гран При Франции, уже стояли
поршни, сделанные из
алюминиевого сплава. Инженер Хельмут Хирт, который имел маленькую мастерскую в пригороде Штутгарта Каннштадте, был одним из немногих в Германии, кто занимался тогда легкосплавным литьем для автомобильных моторов. А декабрьский день 1920 года, когда к Хирту нанялся коммерческим агентом некто Херманн Мале, считается днем рождения фирмы MAHLE. |
 Начало начал. Слева — чертеж мотора Отто-Лангена и воссозданный поршень с вертикальной зубчатой рейкой (она служила вместо кривошипно-шатунного механизма) |
Сначала предприятие называлось просто "мастерской Хельмута Хирта". Потом, после того, как контрольный пакет акций мастерской был куплен руководством крупной немецкой фабрики Griesheim-Elektron, фирма долгое время носила название Elektronmetall G.m.b.H.
| А так как
фабрика-покупатель
занималась литьем из
фирменного магниевого
сплава под названием
"электрон" (отсюда и
название — Elektronmetall), то Хирту
и братьям Мале (в конце 1922
года к Хирту на работу
перешел и брат Херманна
Эрнст — дипломированный
инженер) долгое время
пришлось заниматься в
основном магниевыми
поршнями. Именно пришлось. |
 На нерабочей части юбки — вся информация о детали |
Вы видели, как горит чистый магний в старинных фотовспышках? А ведь в "электроне" магния больше 90%. При значительных нагрузках поршни просто обгорали. Да и стойкость к механическому износу у "электрона" была явно недостаточной. Так что для поршней пришлось искать другой материал.
 Поршень Audi 2,5 TDI: графитовое покрытие, бронзовые втулки под поршневой палец |
 Поршень Ferrari Testarossa: кованый, Т-образный, с антифрикционным графитовым покрытием юбки |
 Поршень BMW M3: кованый, Т-образный |
 Гравировка на днище — дело рук ребят из "ПТУ" |
АМЕРИКА—ЕВРОПА
| В середине 20-х годов сравнительно высокооборотные немецкие моторы с легкосплавными магниевыми поршнями заметно проигрывали в шумности и надежности двигателям американских машин. Ведь у тех, как правило, чугунными были и блок, и поршни — а в таком случае тепловые зазоры между ними можно сделать намного меньше. А слабая степень форсировки и малооборотность заокеанских моторов с лихвой компенсировались их большим литражом. |  Четыре таких чугунных поршня — и Mercedes Simplex тяжелел на 20 кг! |
Но бензин в Старом Свете был не в пример дороже американского, и европейские моторы просто обязаны были быть более высокофорсированными — но вместе с тем нешумными и надежными. И братья Мале начали экспериментировать с алюминиевыми сплавами. Главная проблема была в том, как уменьшить и упорядочить температурное расширение юбки.
 Так выглядел первый серийный легкосплавный поршень MAHLE 1921 года |
Братья проштудировали всю автомобильную инженерную периодику — в том числе и зарубежную — и в 1926 году натолкнулись на свежую идею. Американцы-то на поверку оказались не такими простаками. В знаменитых крайслеровских высокофорсированных (конечно, относительно своих отечественных собратьев) "шестерках" с самого начала их производства в 1924 году использовались литые поршни из медно-алюминиевого сплава патентованной конструкции Nelson-Bohnalite. Отличие этих поршней от обычных было в том, что тонкостенная юбка отделялась от горячего днища горизонтальной прорезью и поэтому не так сильно деформировалась — это помогало бороться с "корсетом". |
А контролировать "овализацию" поршня при нагреве помогали залитые в тело поршня пластины из инвара — сплава железа с никелем. У инвара очень низкий коэффициент температурного расширения, и вставки удерживали область бобышек — приливов под поршневой палец — от более сильного расширения.
| Идея братьям
Мале понравилась. В 1927 году
после долгих торгов они
поднатужились и купили у
детройтской фабрики патент
на производство поршней
Nelson-Bohnalite на территории
Германии. Но отливать их
стали не из относительно
мягкого сплава алюминия с
медью, как американцы, а из
высококремнистого алюминия. С этого момента распространение алюминиевых поршней пошло бурными темпами. Сначала Эрнст Мале совместно с американцами заменил инваровые вставки дешевыми стальными. Потом, к 1935 году, в Каннштадте освоили прецизионную обработку сложных профилей — поршни стали делать чуть овальными и бочкообразными. А чтобы технология магниевого литья не пропадала, в 1934 году братья купили лицензию на производство магниевых стоек шасси и колес для самолетов. |
 Стальное днище этого огромного судового поршня со своей рубашкой охлаждения крепится к литой юбке длинными упругими болтами |
