Трение под (тщательным) контролем
Нравится нам это или нет, но явление трения сопровождает все движущиеся механические элементы. Не иначе обстоит дело и с двигателями, а именно с контактом поршней и колец с внутренней стороной цилиндров, т.е. с их гладкой поверхностью. Именно в этих местах возникают наибольшие потери от вредного трения, поэтому разработчики современных приводов стараются их максимально уменьшить за счет использования инновационных технологий.
Не только температура
Чтобы в полной мере представить, какие условия преобладают в двигателе, достаточно ввести значения в цикле искрового двигателя, достигающего 2.800 К (около 2.527 градусов С), и дизельного (2.300 К – около 2.027 градусов С). Высокая температура влияет на тепловое расширение так называемого цилиндро-поршневая группа, состоящая из поршней, поршневых колец и цилиндров. Последние также деформируются из-за трения. Поэтому необходимо эффективно отводить тепло в систему охлаждения, а также обеспечивать достаточную прочность так называемого масляная пленка между поршнями, работающими в отдельных цилиндрах.
Самое главное – герметичность
Данная рубрика лучше всего отражает сущность функционирования упомянутой выше поршневой группы. Достаточно сказать, что поршень и поршневые кольца перемещаются по поверхности цилиндра со скоростью до 15 м/с! Немудрено тогда, что столько внимания уделяется обеспечению герметичности рабочего пространства цилиндров. Почему это так важно? Каждая утечка во всей системе приводит непосредственно к снижению механического КПД двигателя. Увеличение зазора между поршнями и цилиндрами также сказывается на ухудшении условий смазки, в том числе на самом важном вопросе, т.е. на соответствующем слое масляной пленки. Чтобы свести к минимуму неблагоприятное трение (наряду с перегревом отдельных элементов), применяют элементы повышенной прочности. Одним из применяемых в настоящее время инновационных методов является снижение веса самих поршней, работающих в цилиндрах современных силовых агрегатов.
NanoSlide – сталь и алюминий
Как же тогда на практике может быть достигнута упомянутая выше цель? Mercedes использует, например, технологию NanoSlide, в которой используются стальные поршни вместо обычно используемых так называемых усиленный алюминий. Стальные поршни, будучи легче (они ниже алюминиевых более чем на 13 мм), позволяют, в том числе, уменьшение массы противовесов коленчатого вала и способствуют повышению долговечности подшипников коленчатого вала и самого подшипника поршневого пальца. Такое решение в настоящее время все чаще используется как в двигателях с искровым зажиганием, так и в двигателях с воспламенением от сжатия. Каковы практические преимущества технологии NanoSlide? Начнем с самого начала: предложенное Mercedes решение предполагает сочетание стальных поршней с алюминиевыми корпусами (цилиндрами). Помните, что при нормальной работе двигателя рабочая температура поршня намного выше, чем поверхность цилиндра. При этом коэффициент линейного расширения алюминиевых сплавов почти в два раза больше, чем у чугунных сплавов (из последних изготавливается большая часть применяемых в настоящее время цилиндров и гильз цилиндров). Использование соединения стальной поршень — алюминиевый корпус позволяет значительно уменьшить монтажный зазор поршня в цилиндре. Технология NanoSlide также включает, как следует из названия, так называемое напыление. нанокристаллическое покрытие на опорной поверхности цилиндра, значительно уменьшающее шероховатость его поверхности. Однако, что касается самих поршней, то они изготовлены из кованой и высокопрочной стали. За счет того, что они ниже своих алюминиевых собратьев, они также характеризуются меньшей снаряженной массой. Стальные поршни обеспечивают лучшую герметичность рабочего пространства цилиндра, что непосредственно повышает КПД двигателя за счет повышения рабочей температуры в его камере сгорания. Это, в свою очередь, выливается в лучшее качество самого зажигания и более эффективное сгорание топливно-воздушной смеси.
