Триене под (внимателен) контрол

Независимо дали ни харесва или не, явлението триене съпътства всички движещи се механични елементи. Ситуацията не е по-различна при двигателите, а именно при контакта на буталата и пръстените с вътрешната страна на цилиндрите, т.е. с гладката им повърхност. Именно на тези места възникват най-големите загуби от вредно триене, така че разработчиците на модерни задвижвания се опитват да ги сведат до минимум чрез използването на иновативни технологии.

Не само температура

За да разберете напълно какви условия преобладават в двигателя, достатъчно е да въведете стойностите в цикъла на искров двигател, достигащ 2.800 K (около 2.527 градуса C) и дизел (2.300 K - около 2.027 градуса C) . Високите температури влияят на топлинното разширение на така наречената група цилиндър-бутало, състояща се от бутала, бутални пръстени и цилиндри. Последните също се деформират поради триене. Поради това е необходимо ефективно да се отвежда топлината към охладителната система, както и да се осигури достатъчна здравина на така наречения маслен филм между буталата, работещи в отделните цилиндри.

Най-важното е стегнатостта.

Този раздел най-добре отразява същността на функционирането на споменатата по-горе бутална група. Достатъчно е да се каже, че буталото и буталните пръстени се движат по повърхността на цилиндъра със скорост до 15 m/s! Нищо чудно тогава, че се обръща толкова много внимание на осигуряването на херметичност на работното пространство на цилиндрите. Защо е толкова важно? Всеки теч в цялата система води директно до намаляване на механичната ефективност на двигателя. Увеличаването на разстоянието между буталата и цилиндрите също влияе върху влошаването на условията на смазване, включително най-важния проблем, т.е. върху съответния слой маслен филм. За да се сведе до минимум неблагоприятното триене (заедно с прегряването на отделните елементи), се използват елементи с повишена якост. Един от иновативните методи, които се използват в момента, е да се намали теглото на самите бутала, работещи в цилиндрите на съвременните силови агрегати.

NanoSlide - стомана и алуминий

Как тогава горепосочената цел може да бъде постигната на практика? Mercedes използва например технологията NanoSlide, която използва стоманени бутала вместо масово използвания т. нар. подсилен алуминий. Стоманените бутала, тъй като са по-леки (те са с повече от 13 mm по-ниски от алуминиевите), позволяват, наред с други неща, да се намали масата на противотежестите на коляновия вал и спомагат за увеличаване на издръжливостта на лагерите на коляновия вал и самия лагер на буталния болт. Това решение сега се използва все по-често както в двигатели с искрово запалване, така и в двигатели с компресионно запалване. Какви са практическите ползи от технологията NanoSlide? Да започнем от самото начало: решението, предложено от Mercedes, включва комбинацията от стоманени бутала с алуминиеви корпуси (цилиндри). Не забравяйте, че при нормална работа на двигателя работната температура на буталото е много по-висока от повърхността на цилиндъра. В същото време коефициентът на линейно разширение на алуминиевите сплави е почти два пъти по-висок от този на чугунените сплави (повечето от използваните в момента цилиндри и цилиндрови втулки са направени от последните). Използването на връзка стоманено бутало-алуминиев корпус може значително да намали монтажната хлабина на буталото в цилиндъра. Технологията NanoSlide също включва, както подсказва името, така нареченото разпръскване. нанокристално покритие върху опорната повърхност на цилиндъра, което значително намалява грапавостта на повърхността му. Но що се отнася до самите бутала, те са изработени от кована и високоякостна стомана. Поради факта, че са по-ниски от алуминиевите си колеги, те се характеризират и с по-ниско собствено тегло. Стоманените бутала осигуряват по-добра плътност на работното пространство на цилиндъра, което директно повишава ефективността на двигателя чрез повишаване на работната температура в горивната му камера. Това от своя страна се изразява в по-добро качество на самото запалване и по-ефективно изгаряне на гориво-въздушната смес.