Тертя під (ретельним) контролем
Подобається нам це чи ні, але явище тертя супроводжує всі механічні елементи, що рухаються. Не інакше і з двигунами, саме з контактом поршнів і кілець із внутрішньою стороною циліндрів, тобто. з їхньою гладкою поверхнею. Саме в цих місцях виникають найбільші втрати від шкідливого тертя, тому розробники сучасних приводів намагаються максимально зменшити їх за рахунок використання інноваційних технологій.
Не лише температура
Щоб повною мірою уявити, які умови переважають у двигуні, достатньо ввести значення в циклі іскрового двигуна, що досягає 2.800 К (близько 2.527 градусів С), і дизельного (2.300 К близько 2.027 градусів С). Висока температура впливає на теплове розширення так званої циліндро-поршневої групи, що складається з поршнів, поршневих кілець і циліндрів. Останні також деформуються через тертя. Тому необхідно ефективно відводити тепло в систему охолодження, а також забезпечувати достатню міцність так званої масляної плівки між поршнями, що працюють в окремих циліндрах.
Найголовніше – герметичність
Ця рубрика найкраще відображає сутність функціонування згаданої вище поршневої групи. Досить сказати, що поршень та поршневі кільця переміщаються поверхнею циліндра зі швидкістю до 15 м/с! Не дивно тоді, що стільки уваги приділяється забезпеченню герметичності робочого простору циліндрів. Чому так важливо? Кожен витік у всій системі призводить безпосередньо до зниження механічного ККД двигуна. Збільшення зазору між поршнями і циліндрами також позначається на погіршенні умов мастила, зокрема найважливішому питанні, тобто. на відповідному шарі олійної плівки. Щоб звести до мінімуму несприятливе тертя (поряд з перегрівом окремих елементів) застосовують елементи підвищеної міцності. Одним із застосовуваних нині інноваційних методів є зниження ваги самих поршнів, що працюють у циліндрах сучасних силових агрегатів.
NanoSlide – сталь та алюміній
Як тоді на практиці може бути досягнута згадана вище мета? Mercedes використовує, наприклад, технологію NanoSlide, в якій використовуються сталеві поршні замість зазвичай використовуваних так званих посилений алюміній. Сталеві поршні, будучи легшими (вони нижчі від алюмінієвих більш ніж на 13 мм), дозволяють, у тому числі, зменшення маси противаг колінчастого валу і сприяють підвищенню довговічності підшипників колінчастого валу і самого підшипника поршневого пальця. Таке рішення в даний час все частіше використовується як у двигунах з іскровим запалюванням, так і в двигунах із запаленням від стиснення. Які практичні переваги технології NanoSlide? Почнемо з самого початку: запропоноване Mercedes рішення передбачає поєднання сталевих поршнів із алюмінієвими корпусами (циліндрами). Пам'ятайте, що при нормальній роботі двигуна робоча температура поршня набагато вища, ніж поверхня циліндра. При цьому коефіцієнт лінійного розширення алюмінієвих сплавів майже вдвічі більше, ніж у чавунних сплавів (з останніх виготовляється більша частина циліндрів, що застосовуються в даний час, і гільз циліндрів). Використання з'єднання сталевий поршень алюмінієвий корпус дозволяє значно зменшити монтажний зазор поршня в циліндрі. Технологія NanoSlide також включає, як випливає із назви, так зване напилення. нанокристалічне покриття на опорній поверхні циліндра, що значно зменшує шорсткість його поверхні. Однак, що стосується самих поршнів, то вони виготовлені з кутої та високоміцної сталі. За рахунок того, що вони нижчі за своїх алюмінієвих побратимів, вони також характеризуються меншою спорядженою масою. Сталеві поршні забезпечують кращу герметичність робочого простору циліндра, що підвищує ККД двигуна за рахунок підвищення робочої температури в його камері згоряння. Це, у свою чергу, виливається у кращу якість самого запалення та ефективніше згоряння паливно-повітряної суміші.
