ЧЕМ МЕНЬШЕ ПОТЕРИ НА ТРЕНИЕ, ТЕМ ЭФФЕКТИВНЕЕ И ЭКОНОМИЧНЕЕ РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ. ПОСКОЛЬКУ ТРЕНИЕ В ДВИГАТЕЛЕ БОЛЬШЕЙ ЧАСТЬЮ ВОЗНИКАЕТ НА ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ, ИНЖЕНЕРЫ MAHLE ВПЛОТНУЮ ЗАНЯЛИСЬ ЭТИМ ВОПРОСОМ И РАЗРАБОТАЛИ НОВОЕ ПОКРЫТИЕ.
Поршневые кольца обычно работают тройками. При этом продуманная механика позволяет моторному маслу достигать юбки поршня, но не попадать в камеру сгорания. Говоря конкретно, именно два верхних кольца обеспечивают герметизацию камеры сгорания между отверстием цилиндра и поршнями. Нижнее поршневое кольцо выполняет маслосъёмную функцию и удерживает моторное масло внутри двигателя.
Таким образом «команда» поршневых колец вносит свой существенный вклад в дело уменьшения расхода топлива и загрязнения окружающей среды.
Другая задача поршневого кольца – охлаждение поршня. Вследствие соприкосновения с контактной поверхностью цилиндра кольца отводят высокую температуру сгорания от днища поршня на охлаждаемый цилиндр.
Однако возможности хороших поршневых колец этим не ограничиваются, ведь они также могут уменьшать потери на трение в двигателе и повышать тем самым его мощность, а также сокращать расход топлива и увеличивать срок службы агрегата.
ТРЕНИЕ ВЕДЁТ К ИЗДЕРЖКАМ, А УМЕНЬШЕНИЕ ТРЕНИЯ ИХ СОКРАЩАЕТ.
Трение в двигателе внутреннего сгорания оказывает существенное влияние на расход топлива. Эта закономерность уже давно известна концерну MAHLE, одному из ведущих мировых производителей поршней и признанному разработчику компонентов двигателей и других деталей автомобилей, поэтому на предприятии много лет ведутся активные работы по минимизации потерь на трение, которое возникает на поршневых кольцах.
С помощью цифровой имитации и механических испытаний в рамках комплексных исследований инженеры MAHLE систематически отслеживают технологическое развитие поршневых колец и их характеристик трения, в особенности на двигателях внутреннего сгорания.
КАСАТЕЛЬНОЕ УСИЛИЕ И КОНТАКТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Маслоотражательные кольца должны с относительно большой силой прижиматься к контактной поверхности цилиндра. Только таким образом можно предотвратить попадание моторного масла на днище поршня и его последующее сгорание. Это явление специалисты называют касательным усилием.
Именно оно прижимает рабочую поверхность поршневых колец к контактной поверхности цилиндра. При этом производимое удельное усилие именуется специальным контактным напряжением – параметром, играющим важную роль для эффективной работы двигателя. Как раз в этом кроется главный смысл: большое касательное усилие означает большое трение, которого и следует избегать. Для того чтобы сократить касательное усилие при одновременном сохранении контактного напряжения можно уменьшить рабочую поверхность поршневых колец, то есть высоту кольца. Однако это, в свою очередь, ведёт к повышенной изнашиваемости детали. В конце концов, было найдено решение: покрытие для рабочей поверхности кольца, отличающееся особенно высокой устойчивостью к износу.
ПОКРЫТИЕ PVD. MAHLE РАЗВОДИТ ПАРЫ.
Хром, молибден или газовое азотирование – именно эти материалы и процессы использовались до недавнего времени для повышения износоустойчивости поршневых колец. Теперь же инженеры MAHLE разработали новую технологию, обеспечивающую эффективную защиту этих деталей – физическое газоотделение (Physical Vapour Deposition или сокращённо: PVD). Этот метод обработки, берущий своё начало в автоспорте, состоит в напылении алмазосодержащих углеродных слоёв в глубоком вакууме. Таким образом, создаётся высокопрочный слой с весьма низкими потерями на трение. Однако покрытия PVD отличаются не только твёрдостью, но и износоустойчивостью. Так, поршневые кольца с таким покрытием демонстрируют даже при тяжелейших условиях эксплуатации и недостаточной смазке более высокие показатели износостойкости и устойчивости против задиров. Короче говоря, существенно повышается износостойкость и срок эксплуатации поршневых колец.
Уменьшение высоты кольца благодаря использованию данного покрытия, имеет ещё один положительный аспект – повышенную гибкость. То есть кольца ещё лучше адаптируются к форме цилиндра. Это позволяет сократить специальное контактное напряжение, чем обеспечивается возможность дальнейшего уменьшения касательного усилия при сохранении исходных рабочих характеристик.
Комплект, состоящий из компрессионного (с покрытием PVD), конусного и трехкомпонентного маслосъемного кольца.
СОКРАЩЕНИЕ ТРЕНИЯ – ЭТО МЕНЬШИЙ РАСХОД ТОПЛИВА, УМЕНЬШЕНИЕ ЭМИССИИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ, И ЛУЧШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ.
В испытательном двигателе гильза цилиндра устанавливалась свободно в продольном направлении. При запущенном двигателе датчики-силомеры фиксировали информацию о силе трения поршневых колец.
Результат: сокращение затрат мощности на преодоление трения на 20–30 % для каждого комплекта колец в зависимости от нагрузки и числа оборотов. На малых оборотах и при небольшой нагрузке, то есть в типичных условиях движения, минимизация трения достигала наилучших значений.
Такое уменьшение трения поршневых колец соответствует минимизации общих потерь двигателя на преодоление трения более чем на 1 %, а значит и расход топлива в этом случае сокращается более чем на 1 %. Таким образом, речь идёт о важном шаге в направлении экономии ресурсов и соблюдения строгих норм для отработанных газов, то есть, в общем и целом, – в направлении обеспечения перспектив развития двигателя внутреннего сгорания.
Преодоление трения в сравнении:
сила трения и средняя эффективная мощность преодоления трения (FMEP) на комплектах колец с размерами 1,2/1,2/2,0 мм (синяя линия)
и 1,0/1,0/1,5 мм (красная линия). На кольцах с меньшей высотой замеры показали сокращение касательного усилия на 42 % и, тем самым, уменьшение трения на кольцах примерно на 28 %.
Материал для данной статьи взят с официального сайта Mahle