Тенденции разработки двигателей: как покрытия для поршней позволяют повысить мощность и ресурс агрегатов?
- Основные направления современного двигателестроения
- Какие эффекты дает применение антифрикционных покрытий на юбках поршней?
- Российские покрытия для поршней
Основные направления современного двигателестроения
Конструкторы и разработчики современных двигателей вынуждены искать новые решения в производстве силовых агрегатов. Это связано с рядом современных тенденций двигателестроения, которые необходимо соблюдать при проектировании новых моторов.
К основным тенденциям двигателестроения относятся:
- Экологичность – снижение выбросов токсичных веществ, в частности углекислого газа
- Экономичность – снижение потребления масла и топлива
- Уменьшение габаритов
- Повышение мощности и коэффициента полезного действия
- Увеличение ресурса
Чтобы достичь повышения мощности и КПД двигателя, необходимо снизить его массу, при этом увеличив рабочую температуру, а также нагрузки на элементы конструкции.
Чем сложнее условиях эксплуатации двигателя, тем более высокие требования предъявляются к его деталям, особенно высоконагруженным элементам – поршням.
Подавляющая часть нагрузок двигателя (до 60 %) приходится на поршни, поршневые кольца и подшипники.
В цилиндро-поршневой группе потери на трение составляют до 50 %.
Чтобы обеспечить работоспособность деталей в экстремальных условиях, необходимо использовать защитные покрытия для поршней.
В современных агрегатах требования к покрытиям ужесточаются: появляется необходимость в применении материалов с высокой термостойкостью – до +280 °С и стойкостью к истиранию в условиях очень больших нагрузок.
Какие эффекты дает применение антифрикционных покрытий на юбках поршней?
Чтобы обеспечить возможность ужесточать условия работы двигателей, а именно расширять температурный диапазон эксплуатации и повышать нагрузки на боковые поверхности поршней, необходимо использовать специальные антифрикционные и защитные материалы – покрытия.
Антифрикционные покрытия широко используются в автомобилях: наносятся на пластиковые элементы для устранения скрипа, на шлицевые соединения, штоки амортизаторов, поджимные механизмы рулевых реек, рулевые шарниры, шпильки ГБЦ, дроссельные заслонки, вкладыши и другие.
Но наиболее перспективно их использование на юбках поршней двигателей.
Слой антифрикционного покрытия наносится на юбки поршней для их защиты в условиях, в которых детали повергаются повышенному изнашиванию.
К таким условиям относятся «масляное голодания», отсутствие зазора вследствие теплового расширения деталей, приводящее к заеданиям.
Тонкая смазочная пленка характеризуется малым коэффициентом трения, отличными антизадирными свойствами, несущей способностью, износостойкостью.
Обеспечение аварийной смазки – одна из важнейших функций покрытия для поршней. Это означает, что материал снижает трение и износ в случае нарушения гидродинамического режима трения.
Масло может перестать качественно выполнять свои функции по многим причинам – недостаток жидкости в системе, «холодный пуск» двигателя, при котором не успевает сформироваться прочная смазочная пленка, а также в систему подается увеличенное количество горючего, разбавляющего смазку, перегрев мотора, при котором масло становится слишком жидким, использование некачественной смазки, склонной к быстрому окислению.
Слой покрытия в процессе работы притирается, то есть может уменьшаться в толщине на несколько микрометров. Это позволяет поршню адаптироваться к форме цилиндра и обеспечивать зазор между деталями при его непродолжительном отсутствии в процессе эксплуатации мотора.
Применение покрытий для юбок поршней постепенно становится обязательным для обеспечения высокой надежности работы моторов.
Поэтому разработка и подбор таких покрытий становится одной из тенденций двигателестроения. Отсутствие на поршнях покрытий накладывает существенные ограничения на возможность усложнения конструкции двигателя и улучшения его эксплуатационных характеристик.
Российские покрытия для поршней
В двигателестроении используются как импортные покрытия, так и российские. Последние все чаще применяются в рамках политики импортозамещения.
Их производит брянская компания «Моденжи», которая специализируется на инновационных технологиях снижения трения и износа.
При массовом выпуске поршней используется покрытие с графитом MODENGY 1007. Нанесение осуществляется одним из самых производительных методов – трафаретной печати. Также материал, как и другие, может наноситься из пневматического пистолета.
MODENGY 1066 – покрытие с дисульфидом молибдена и графитом. Оно обладает очень высокой несущей способностью, наносится из оборудования для распыления.
Если нет возможности отверждения поршней в печи, применяют материал MODENGY 1003. Он наносится методом распыления и отверждается за 12 часов при комнатной температуре (также возможна полимеризация в печи за более короткий срок).
Для удобного применения покрытия без использования оборудования для нанесения и полимеризации разработан набор MODENGY для нанесения покрытия на детали двигателя. Он содержит два баллона – с очистителем-активатором для подготовки поверхности к нанесению материала и покрытием с дисульфидом молибдена и графитом, – а также перчатки.
Все материалы устойчивы к воздействию моторного масла и высоких нагрузок, обладают свойствами антиаварийной смазки, износостойкостью выше, чем у конструкционных материалов и высоким пределом рабочих температур (до +350 °C).