Friktion under (noggrann) kontroll
Oavsett om vi gillar det eller inte, följer fenomenet friktion med alla rörliga mekaniska element. Situationen är inte annorlunda med motorer, nämligen med kontakten mellan kolvar och ringar med cylindrarnas insida, d.v.s. med sin släta yta. Det är på dessa platser som de största förlusterna från skadlig friktion uppstår, så utvecklarna av moderna enheter försöker minimera dem så mycket som möjligt genom att använda innovativ teknik.
Inte bara temperatur
För att helt förstå vilka förhållanden som råder i motorn räcker det att ange värdena i cykeln för en gnistmotor, som når 2.800 K (cirka 2.527 grader C) och diesel (2.300 K - ungefär 2.027 grader C) . Höga temperaturer påverkar termisk expansion av den så kallade cylinder-kolvgruppen, bestående av kolvar, kolvringar och cylindrar. Den senare deformeras också på grund av friktion. Därför är det nödvändigt att effektivt avlägsna värme till kylsystemet, samt att säkerställa tillräcklig styrka hos den så kallade oljefilmen mellan kolvarna som arbetar i individuella cylindrar.
Det viktigaste är täthet.
Detta avsnitt återspeglar bäst kärnan i funktionen hos kolvgruppen som nämnts ovan. Det räcker med att säga att kolven och kolvringarna rör sig längs cylinderns yta med en hastighet på upp till 15 m/s! Inte konstigt då att så mycket uppmärksamhet ägnas åt att säkerställa tätheten i cylindrarnas arbetsutrymme. Varför är det så viktigt? Varje läckage i hela systemet leder direkt till en minskning av motorns mekaniska effektivitet. En ökning av gapet mellan kolvar och cylindrar påverkar också försämringen av smörjförhållanden, inklusive den viktigaste frågan, d.v.s. på motsvarande lager av oljefilm. För att minimera negativ friktion (tillsammans med överhettning av enskilda element) används element med ökad styrka. En av de innovativa metoder som för närvarande används är att minska vikten på själva kolvarna, som arbetar i cylindrarna i moderna kraftenheter.
NanoSlide - stål och aluminium
Hur kan då ovan nämnda mål uppnås i praktiken? Mercedes använder till exempel NanoSlide-tekniken som använder stålkolvar istället för det vanliga så kallade armerade aluminiumet. Stålkolvar, eftersom de är lättare (de är mer än 13 mm lägre än aluminium), tillåter bland annat att minska vikten av vevaxelns motvikter och hjälper till att öka hållbarheten hos vevaxellagren och själva kolvtappslagret. Denna lösning används nu allt mer i både gnisttändnings- och kompressionständningsmotorer. Vilka är de praktiska fördelarna med NanoSlide-tekniken? Låt oss börja från början: den lösning som Mercedes föreslår innebär kombinationen av stålkolvar med aluminiumhus (cylindrar). Kom ihåg att under normal motordrift är kolvens driftstemperatur mycket högre än cylinderns yta. Samtidigt är den linjära expansionskoefficienten för aluminiumlegeringar nästan dubbelt så stor som för gjutjärnslegeringar (de flesta av de för närvarande använda cylindrarna och cylinderfodren är gjorda av de senare). Användningen av en anslutning av stålkolv-aluminiumhus kan avsevärt minska kolvens monteringsspel i cylindern. I NanoSlide-tekniken ingår också, som namnet antyder, den så kallade sputteringen. nanokristallin beläggning på cylinderns lageryta, vilket avsevärt minskar grovheten på dess yta. Men vad gäller själva kolvarna är de gjorda av smidet och höghållfast stål. På grund av att de är lägre än sina motsvarigheter i aluminium kännetecknas de också av en lägre tjänstevikt. Stålkolvar ger bättre täthet i cylinderns arbetsutrymme, vilket direkt ökar motorns effektivitet genom att öka driftstemperaturen i dess förbränningskammare. Detta leder i sin tur till en bättre kvalitet på själva tändningen och en effektivare förbränning av bränsle-luftblandningen.
