Анатолий Дружинин - Цилиндропоршневая группа двигателей и компрессоров. 100% инновационных элементов ЦПГ

Это дает основание полагать, что покрытия рабочей поверхности компрессионных колец твердыми сплавами (хромом, молибденом, и др.) только усугубляет этот процесс. При изнашивании, например хромированной поверхности, частички хрома попадают в смазочное масло. Получается абразивная суспензия, которая увеличивает износ контактных пар, существенно сокращая ресурс ЦПГ и двигателя в целом.

Кроме того, физические свойства компрессионных колец должны обеспечивать более быструю приработку рабочей поверхности кольца по гильзе цилиндра, тем самым, сокращая время обкатки двигателя и вывод его на полную мощность. Твердые покрытия рабочей части кольца существенно увеличивают сроки приработки кольца по гильзе цилиндра, сохраняя отрицательное влияние погрешности формы кольца при его изготовлении на качество уплотнения в течение длительного срока эксплуатации двигателя. Кроме того, сохраняя «режущие» качества колец, не только увеличивается износ цилиндра двигателя и снижается его ресурс, но и увеличиваются силы «резания», повышая механические потери на трение и уменьшая КПД двигателя.

По определению компрессионное кольцо должно быть «слабым» звеном в цилиндропоршневой группе, так как оно менее дорогостоящее в изготовлении и ремонте, чем цилиндр двигателя, то есть не поршневое кольцо должно прирабатывать гильзу цилиндра по себе, а наоборот, поршневое кольцо должно прирабатываться по гильзе цилиндра. Тем не менее, в последние годы лужение стали заменять другими, естественно более дорогими твердыми покрытиями. Например, ведущее предприятие по производству деталей цилиндропоршневой группы для автомобилей и тракторов в России и СНГ ОАО «Костромской завод МОТОРДЕТАЛЬ» изготавливает комплекты поршневых колец с хромированными рабочими поверхностями. Рекламируя свои изделия, изготовители ссылаются на технологии «ведущих мировых производителей», среди партнеров завода называется международный концерн Federal Mogul.

Хотя ГОСТ 621 – 87 не определяет конкретные материалы покрытий, тем не менее, указывает на их существование, оговаривая, например, шероховатость R а«…для рабочих поверхностей с твердым износостойким покрытием…».

В дополнение к этому можно привести следующий факт. Партнер ОАО «КАМАЗа» концерн «Federal Mogul», который в своих рекомендациях, с целью повышения маслосъемных свойств 2-го кольца, предлагает отказаться от износостойкого покрытия, изменить форму с односторонней трапеции на прямоугольную, что вполне укладывается в русле настоящих и ранее опубликованных материалов автора.

Поэтому становится очевидным нецелесообразность применения дополнительных и дорогостоящих гальванических операций нанесения твердых покрытий на рабочую поверхность компрессионных колец любых по мощности и назначению ДВС.

Анализ компрессионных колец двигателя ЗМЗ (Заволжский моторный завод), отслуживших свой срок (высотой 2 мм и радиальной толщиной 4 мм), показал, что кроме обычного износа рабочей поверхности этих колец, на который обычно обращают внимание, и который характерен для компрессионных колец двигателя КамАЗ, имеет место более активный износ нижних торцов. Причем величина этого износа достигает недопустимых значений 0,5 мм и более, характерен для «низких» компрессионных колец с большой разницей высоты и радиальной толщины кольца.

Так как тепловой зазор между верхним торцом компрессионного кольца и верхней полкой поршневой канавки регламентируется в пределах 0,06…0,08 мм, то очевидно, какое значение приобретает столь существенное увеличение зазора. При этом имеют место дополнительные газодинамические и теплофизические потери, падение компрессии и мощности двигателя, повышенный расход топлива, а главное, возникает необходимость в более частой замене моторного масла, которое активнее окисляется и теряет свои свойства под действием высокотемпературных рабочих газов. Кроме того, увеличенный зазор между верхней полкой поршневой канавки и верхним торцом компрессионного кольца, это повышенная возможность попадания копоти, снимаемой со стенки цилиндра верхним торцом верхнего компрессионного кольца при движении поршня в верхнее положение на рабочем такте «выпуск». Попадая на свободные поверхности поршневой канавки и кольца, постепенно копоть накапливается и, под действием огромных температур и давлений превращается сначала в нагар, а затем в кокс. Закоксованность компрессионных колец и поршневых канавок – одна из основных причин заклинивания компрессионных колец, приводящих к серьезной поломке двигателя. Особенно этот процесс характерен для отечественных дизелей, в которых используют минеральные моторные масла, при этом нарушая сроки его замены.