При качественном ремонте моторов, особенно, моторов современных, мотористу приходится принимать нестандартные решения. Наличие знаний и умений использования технологий, особенностей конструкции мотора, наличие тех-документации, необходимого инструмента и оборудования - всего этого не достаточно. Мотористу приходится принимать во внимание многие процессы. Одно из важных мест занимают процессы трения.
Именно потери на трение в автомобильном двигателе приводят к износу деталей, и последующему ремонту двигателя. Но есть и положительный момент - при отсутствии трения резьбовые соединения быстро ослабнут.
Трение увеличивается при росте нагрузки и частоты вращения, при этом автомобильный двигатель теряет свою мощность. Факторы трения учитываются при проектировании, производстве и ремонте двигателя, обеспечивая тем самым износостойкость деталей. Не равнодушными к вопросу трения остаются поклонники мощных агрегатов и сторонники экономичной езды.
Существует целый ряд потерь, которые не связаны с потерями на трение сопряжённых деталей двигателя:
- движение поршней, шатунов, вращение коленчатого вала при трении о газ, жидкость или воздух, приводит к вентиляционным потерям;
- потери на привод агрегатов (масляного, водяного, топливного насосов, генератора, распределителя зажигания и др.);
- при работе цилиндров, когда поршни совершают насосные ходы, возникают насосные потери;
Если бы не потери на трение, то двигатель мощностью 100 л.с. мог бы выдать мощность все 120 л.с. Если в двигателе есть, так называемый, резерв, можно ли на деле использовать его?
Какой способ можно использовать для снижения трения?
Совсем избавиться от трения нереально, но можно кое-что сделать для его снижения. Ещё при разработке двигателя закладывается уровень потерь на трение, и, какими будут эти потери, зависит от грамотности конструирования и параметров.
Начнём с усилий, действующих на поршни цилиндро-поршневой системы. Перекладка поршня (сила меняет направление с одной стороны юбки на другую) происходит в ВМТ. Сила давления газов, передаваемая на соединение пальца с поршнем и шатуном, при сгорании топлива возрастает, сила трения в соединениях растёт.
Находясь близко к ВМТ, в перпендикулярном направлении оси шатуна, начинает перемещение нижняя головка шатуна на шатунной гайке. В результате, сам шатун начинает поворачиваться на поршневом пальце. Сила трения там уже значительно выросла! В свою очередь, поршень вместе с шатуном будут стремиться повернуться на пальце, и вдавятся юбкой в стенку цилиндра.
Чтобы двигать поршень вниз, понадобится мощность, так как сила давления юбки на стенку возросла, и сила трения юбки увеличилась. Таков закон.
С этим явлением каждый борется, как может. Уменьшают давление юбки на стенку посредством смещения оси пальца на поршне от оси цилиндра в сторону, противоположную движению нижней головки шатуна. На плечо действует сила давления газов, равная смещению оси пальца. Эта сила стремится развернуть поршень в противоположном направлении «перекладки». Возникает компенсирующий разворачивающий момент.
При опоре на палец поворот шатуна на шатунной шейке приводит к появлению дополнительной боковой силы на поршне. Вмешалась сила инерции. Дополнительная нагрузка на палец и саму юбку возникает при торможении и ускорении поршня вблизи мёртвых точек. Частота вращения растёт вместе с нагрузками.
Уменьшить силу давления юбки на стенку цилиндра и силу инерции можно за счёт снижения массы вращающихся и поступательно-движущихся деталей. При производстве современных высокооборотных двигателей стали использовать поршни и шатуны лёгких ажурных конструкций.
Силу трения можно снизить за счёт нанесения на юбку поршня специального антифрикционного покрытия (используют графит, дисульфид молибдена). Это покрытие хорошо работает при соприкосновении поверхностей с вершинами мельчайших неровностей.
Не только трение, но и прорыв газа, расход масла можно уменьшить при использовании тонких поршневых колец. За последние 10-15 лет произошло постепенное уменьшение колец: до 1,2 мм у компрессионных видов, и до 2,5 у масло-съемных.
Но трение возникает и в других узлах движения. В газораспределительном механизме находится заметная составляющая потерь. Чем больше усилие для продавливания жёстких пружин клапанов, тем выше потеря мощности на привод ГРМ. Придётся уменьшить жёсткость пружин. Сделать это невозможно. Клапаны будут «зависать» в открытом положении на высоких частотах вращения. Придётся уменьшать массу клапанов и толкателей.
Способы снижения потерь в двигателях не исчерпываются конструктивными мероприятиями. Чтобы не потерять ресурс в борьбе за снижение трения, не стоит забывать и об износе деталей.
