Трение и износ в ДВС

Трение и износ в ДВС

Исследования в области трения и износа ведутся в следующих направлениях:

1. Имитационное моделирование трения и изнашивания основных узлов трения ДВС – цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, а также моделирование работы системы смазки ДВС.

2. Исследование триботехнических характеристик и износостойкости поверхностей из алюминиевых сплавов, упрочненных методами электролитического и искрового микродугового оксидирования.

В ДВС, как и в любом механизме, есть сопряжения деталей, которые движутся относительно друг друга. Такие сопряжения называются "парами трения". Основными парами трения в ДВС являются следующие:

 

  • поршневые кольца – гильза цилиндра;
  • юбка поршня – гильза цилиндра;
  • коренные и шатунные подшипники коленчатого вала и подшипники распределительного вала газораспределительного механизма;
  • манжетные уплотнения переднего и заднего носков коленчатого вала;
  • кулачки распределительного вала – толкатели;
  • стержни клапанов – втулки клапанов;
  • тарелки клапанов – седла и др.

 

Так что же такое «механические потери» двигателя и каковы их составляющие? Под мощностью механических потерь двигателя понимается мощность, необходимая для преодоления всех сил трения и привода всех агрегатов двигателя в заданном скоростном и нагрузочном режиме:

Nм = Ni - Nе,

где Nм – мощность механических потерь; Ni – индикаторная мощность двигателя; Nе – эффективная мощность двигателя.

 

По сути, это разность между мощностью, полученной от сгорания топлива в цилиндре (индикаторная мощность Ni), и мощностью, снимаемой с двигателя (эффективная мощность Nе). В частности, в режиме холостого хода индикаторная мощность равна мощности механических потерь, так как с двигателя мощность потребителем не отбирается и Nе = 0.

 

Основными составляющими механических потерь двигателя являются потери трения в цилиндро-поршневой группе – трение поршневых колец и тронка (юбки) поршня о поверхность цилиндра. В зависимости от режима работы и конструкции двигателя эта составляющая выражается 40 - 75 % от всех потерь трения в ДВС. Вторая по значимости составляющая – трение в подшипниках и уплотняющих устройствах коленчатого вала, исчисляющееся цифрой 10 - 15 % от всех механических потерь. Далее – потери (5 - 15 %) на привод механизма газораспределения двигателя – трение и преодоление сопротивления газов и клапанных пружин на тактах газообмена (выпуска и впуска). Около 10 % забирает на себя привод вспомогательных агрегатов – масляного насоса системы смазки, водяного насоса (помпы) и вентилятора системы охлаждения, генератора системы электрооборудования двигателя.

 

Мощность механических потерь сильно зависит от частоты вращения коленчатого вала, точнее, от средней скорости поршня – практически по квадратичной формуле: чем выше обороты, тем больше трение; от нагрузки при постоянных оборотах коленчатого вала они имеют практически линейную зависимости и прямо пропорциональны.

 

На кафедре ДВС разработаны  имитационные модели для расчета потерь на трение и изнашивание основных узлов трения. Результаты некоторых расчетов приведены ниже.