Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

О технологиях компонентов ДВС Часть 2. Поршневые кольца и гильзы

 О технологиях компонентов ДВС Часть 2. Поршневые кольца и гильзы

Продолжу свой рассказ. Поршень – ответственная деталь цилиндропоршневой группы, но при этом лишь часть сложной системы. Поршневые кольца и гильзы цилиндров тоже требуют инновационных решений и прецизионных технологий, иначе не видать нам ни экономичности ДВС, ни мощности, ни экологичности.

В Нюрнберге нас познакомили и с поршневыми кольцами Federal-Mogul. Они, как и гильзы, представлены брендом Goetze® – одним из старейших в автомобильной промышленности, ведущим свою родословную с 1887 года.

Вот мы говорим: хороший двигатель, современный двигатель. А ведь этот двигатель многим обязан новаторским решениям Goetze®. Например, первое в Европе хромированное поршневое кольцо – какой марки оно было? Да, да, вы подумали совершенно правильно.

Поршневые кольца должны обеспечивать очень точную посадку поршня в гильзе, быть стойкими к высоким температурам, давлению и динамическим нагрузкам, и при этом обеспечивать минимальное трение и износ сопрягаемых пар.

Срок службы современных колец должен быть больше задаваемого стремительно стареющими нормативами, а работать они обязаны при меньшем количестве смазки. Сегодня даже топливо, служившее естественным смазочным материалом (особенно в дизелях!), перестает быть таковым. Причина – в резком снижении содержания серы в угоду экологическим показателям.

Кольцо Goetze® LKZ­Ring® снижает
расход масла до 50% в сравнении со
стандартным маслосъемным кольцом
Кольцо Goetze® LKZ­Ring® снижает расход масла до 50% в сравнении со стандартным маслосъемным кольцом

Эти и многие другие противоречия на предприятиях Federal-Mogul разрешают более 200 ученых, инженеров и других специалистов-техников, занимающихся разработкой и тестированием поршневых колец.

Вот интереснейшая проблема: требования к свойствам основного материала кольца и его поверхностного слоя сильно отличаются. Поэтому конструкторы создали для колец ряд уникальных материалов и покрытий, уменьшающих трение в сопряжениях пар и увеличивающих долговечность деталей.

Изготовление гибридных гильз: от
высокотехнологичного литья...
Изготовление гибридных гильз: от высокотехнологичного литья...
...до роботов
...до роботов

Начнем с хромокерамического покрытия, по стандартам компании именуемого CKS®. Оно было разработано специально для дизелей с целью повышения долговечности цилиндропоршневой группы, а результатом явились низкие износы колец и стенок цилиндров, а также отсутствие задиров.

Эта, без преувеличения, инновационная технология стала первым шагом к созданию алмазного покрытия Goetze Diamond Coating® (GDC®), обеспечившего невиданную износостойкость поверхности кольца. Достаточно сказать, что она в 4 раза превышает ресурс стандартного хромированного покрытия и в 2 раза – соответствующие показатели хромокерамического покрытия.

Если стратегически – чем хорошо данное решение? Во-первых, оно открывает новые перспективы для создания следующего поколения компактных, но мощных дизелей; во-вторых, позволяет увеличить интервалы сервисного обслуживания.

Очень интересные результаты дает оптимизация геометрии маслосъемного кольца. Здесь уместно вспомнить изделие Goetze® LKZ-Ring®. Это кольцо имеет особую ступенчатую конструкцию рабочей кромки, снижающую насосные потери в такте сжатия. А вот в такте расширения масло со стенки цилиндра мгновенно сбрасывается в картер – причем это происходит гораздо эффективнее, чем при использовании стандартного кольца.

Результат налицо: масло в камеру сгорания не попадает, нагар на свечах не образуется, а само масло не угорает. В цифрах это выглядит так: в сравнении с «коллегами» кольцо LKZ-Ring® снижает расход масла до 50%, а трение – до 15%.

В заключение «кольцевого» раздела небольшая историческая справка: изначально инновационное составное кольцо LKZ-Ring® создавалось для чрезвычайно требовательного и капризного дизеля, а сейчас используется в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива. В 2011 году компания Federal-Mogul получила за него награду PACE.

Переходим к гильзам блока цилиндров. Federal-Mogul – один из крупнейших в мире поставщиков этой продукции. Не так давно инженеры компании создали новую конструкцию гильз для алюминиевого блока.

После контроля качества...
После контроля качества...
…гибридные гильзы отгружаются заказчику
…гибридные гильзы отгружаются заказчику

Алюминиевый блок – дань снижению веса двигателя. В некоторых моторах даже гильзы выполняли из легких сплавов с износостойким покрытием, чтобы еще сильнее снизить вес агрегата.

Но практика показала, что такое решение далеко от идеального: механические и тепловые нагрузки приводят к короблению блока с «мягкими» гильзами. Какой уж тут прогресс... И что было делать? Возвращаться к увесистой чугунной гильзе? Специалисты Federal-Mogul пошли по более современному пути, создав гибридную гильзу из двух материалов: изнутри (там, где работает поршень с кольцами) – чугун; снаружи – сплав AlSi12. Тут же отметим, что данный набор символов не химическая формула, как почему-то считают некоторые СМИ, а обозначение марки легированного алюминиевого сплава с содержанием кремния до 12%.

Хороший получился «ребенок». Чугун обеспечил прочность и износостойкость, – достаточно сказать, что гибридные гильзы выдерживают циклические давления до 200 бар, в то время как обычные не дотягивают и до 100 бар. Алюминий же взял на себя отвод тепла, увеличив его отдачу на 30%, что правильно – пусть антифриз работает.

Кроме того, установка гибридных гильз в блок стала проще, технологичнее, «дружественнее» – теперь запрессовывается «алюминий в алюминий». При этом обеспечивается очень надежное механическое сцепление между поверхностями гильзы и блока.

Но вернемся к коллеге-чугуну. Его выигрышные трибологические характеристики заметно подняли ресурс двигателя. Но и это еще не все: хонинговальные риски стали «долгоиграющими», а расход масла на угар еще более снизился. «В высоконагруженных моторах до 40%», – сказали нам на пресс-конференции. Спасибо, впечатляет.

А еще нас заверили: к 2014 году большинство гильз, выпускаемых компанией Federal-Mogul, будут изготавливать по гибридной технологии. Это особенно актуально для концепции downsizing, когда габариты двигателя уменьшаются, удельная мощность растет, а перегородки между цилиндрами становятся все более узкими.

А в цифрах? Пожалуйста: благодаря новой технологии производители двигателей могут выпускать блоки с перегородками толщиной всего 3 мм. Раньше это грозило трещинами, проникновением антифриза в систему смазки и другими страшными последствиями вплоть до разрушения агрегата. С гибридными гильзами эти страхи остались в прошлом.

Москва – Нюрнберг – Москва

Окончание следует.

  • Юрий Буцкий

Журнал «АБС-авто» © 2020, все права защищены