Решение проблемы повышения энергоэффективности и надежности ДВС прочно связано с совершенствованием конструкции их трибосопряжений (ТС) и, в частности, сопряжения «поршень-цилиндр».
Безотказность и долговечность двигателей в большей мере определяются надежностью их основных трибосопряжений (ТС) с жидкостным режимом трения, к которым относится сопряжение «поршень-цилиндр». Механический к.п.д. у большинства отечественных ДВС автотракторного типа (без наддува), выпускаемых сериями, редко превышает значение 0,75 на номинальном режиме работы. То есть до 25% располагаемой мощности этих двигателей теряется безвозвратно на преодоление трения. Общеизвестно, что в доле этих потерь от 40 до 70% прихо - дится на механические потери в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) двигателя.
Узел трения «поршень-цилиндр» относятся к сложнонагруженным трибосо- пряженияим, то есть нагруженным силами переменными по величине и направлению. Задача расчета сложнонагруженных трибосопряжений базируется на клас - сической гидродинамической теории смазки, которая описывает поведение ньютоновской жидкости в тонком смазочном слое, разделяющем поверхности сопряжения. Однако, постоянно возникают проблемы расчета, связанные с созданием новых смазочных материалов и конструкций. Например, весьма перспективными являются конструкции поршней двигателей с нерегулярной геометрией смазочного слоя.
Сроки освоения новой техники обусловлены недоработками в научных основах и методологиях решения задач проектирования и доводки сопряжения «пор - шень-цилиндр», оптимизацией параметров на ранних стадиях создания новых более совершенных механизмов и машин.
Происходит постоянное непрерывное усовершенствование методов расчета сопряжения «поршень-цилиндр». Комплексный подход, применяемый при проектировании новых двигателей, обеспечивает учет всех наиболее значимых факторов, которые влияют на работоспособность сопряжения.
Изнашивание материалов является следствием различных физико-химических процессов (механизмов износа) в зоне трения тел, вызывающих разрушение тру - щихся поверхностей. Дальнейшее протекание этих процессов обуславливается внешними факторами, например, контактное давление р, скорость скольжения V, температура и состав окружающей среды, твердость изнашиваемого материала, шероховатость поверхности трения контртела.
Феноменологическое описание механизмов износа, обусловленное изготовле - нием модели процесса изнашивания на основе решения износоконтактной задачи учитывается функцией F (р, V) в законе изнашивания (с учетом всех внешних факторов). Применение метода в каждом конкретном случае требует обоснование, так как с точки зрения трибологии нельзя говорить об универсальности описания.
Но даже при использовании закона изнашивания с двумя переменными р и V износоконтактная задача представляет собой многофакторную задачу. Это выра - жается в существовании различных зависимостей F(p, V), моделей контактного деформирования, нагрузочно-скоростных режимов, характеристик геометрии из - нашиваемого сопряжения. При выборе приоритетных факторов задачи учитыва - ется специфика процесса изнашивания и корректный расчет износа. Также важно получить математическую модель, которая была бы максимально простой, и решалась бы несложным численным алгоритмом.
Для проведения испытаний трибосопряжения «поршень-гильза цилиндра» ДВС предварительно было изучено лабораторное оборудование, проанализирова - на возможность оценки основных триботехнических параметров в контакте, задаваемые режимы испытаний и их соответствие реальным режимам функционирования трибосопряжения.
1. Коэффициент трения образцов с покрытием Grafal 210 в условиях смазанного моторным маслом контакта не отличается от уровня коэффициента трения для образцов без покрытия и лежит в диапазоне 0.14.. .0.16.
2. В режиме «сухого трения» коэффициент трения образцов с покрытием со - ставляет 0.6. при этом у образцов без покрытия коэффициент трения составляет 0,9.
Полученные экспериментальные данные демонстрируют: покрытие Grafal 210 гарантированно обеспечивает снижения трение и износа в моменты работы двигателя в условиях смазочного голодания. что в свою очередь приводит к уменьше - нию вероятности заклинивания трибосопряжения «поршень-цилиндр». Следует отметить. что для используемой в работе схеме контакта и геометрии образцов оценка ресурса твердосмазочного покрытия затруднена. Для достоверной и надежной оценки ресурса покрытия его необходимо наносить на прямоугольные пластины. а в качестве образца использовать износостойкий шарик диаметром 6.10 мм из стали ШХ15.
