Металлокерамика в цилиндрах.

В Японии одно время проводились работы по повышению температуры в камере сгорания ДВС, отказа от смазки и охлаждения, при этом двигатель оказывался более мощным, с высолким КПД и долговечным. Об этом много, в своё аремя писалось в журнале "За рулем". Потом публикации на эту тему как-то прекратились, а недавно промелькнула информация, что подобные двигатели используются японскими военными и обладают огромным ресурсом.
 
Дык, кто б спорил. Насчет "эксримента" (с) Лёва Задов х/ф "Служили два товарища"... Охотно верю, тока вот заковыка... Сильно подозреваю, что запуск "на холодную" этого двигателя "слегка" затруднился, т.к. они должны были увеличить зазор, чтобы в "рабочем" состоянии(т.е. расширившись) кольцо давило бы Цитата:
достаточного для герметизации камеры сгорания и теплоотвода 
Дык не надо подозрений. На запуске подобные манипуляции никак не сказываются. 🙂
Основное усилие на первое поршневое кольцо прижимающее его к зеркалу цилиндра создают образующиеся  при сгорании рабочие газы и именно высокие давления приводят к повышенным потерям на трение. 
В Японии одно время проводились работы по повышению температуры в камере сгорания ДВС, отказа от смазки и охлаждения, при этом двигатель оказывался более мощным, с высолким КПД и долговечным.
Много где занимались "адиабатными" двигателями, но "зеленые" всех побороли 🙂 (высокие температуры очень способствуют образованию окислов азота).
 
Основное усилие на первое поршневое кольцо прижимающее его к зеркалу цилиндра создают образующиесяпри сгорании рабочие газы и именно высокие давления приводят к повышенным потерям на трение.
Ах вона Вы про что... Ну дык тем более в эксперименте нуна было увеличивать зазор, либо "организовать" утечку газов за первое кольцо(чтоб снизить давление подпора "распора"), а там их, "прорвавшихся", и встечает наше второе, компрессионное, всё в белом! ;D
Много где занимались "адиабатными" двигателями
Неа. ИМХУ имелся ввиду керамический двигатель(читал о нём в "Науке и Жизнь" за 80 какой-то перестоечный год) Проблемма там была, если не изменяет склероз, в том что порошк, из которого деталюшки сего девайса спекались, должен быть оченно мелький и однородный(в смысле гранулы одного размера). На тот момент сие было возможно но оооооочень дорого. А так да, хороший такой двиг. Масла не надо, система охлаждения отсутствует как класс, мощность, экономичность тоже радуют. Да и экологичность на уровне(хотя тогда об этом вскользь было упомянуто). Если порыться могу найти статью(в части касающейся там всего-то абзац-два + 1 фото), отсканить и выложить.
НАДА?  😉
 
Было это в далеких 80-х.
У меня на лебедке для затяжки дельтаплана навернулся поршень. Порылся у себя в запасах металлолома заблаговременно запасенного со склада чермета и нашел пусковой двигатель от трактора ПД10. Поршень от него по идее должен был подходить как родной. Разобрал, достал поршень. С виду он был как новый только был на нем легкий желтовато-коричневый налет. Я подумал что это нагар. Но какой-то странный был нагар - светлый, равномерный и даже там, где поршень по идее должен сильно тереться. К тому же следы настоящего нагара - темно-коричневого, тоже были на положенном месте в ненагруженном месте юбки. Поршень был на ощупь теплый и скользкий, как из полиэтилена. Хотя внешний вид не оставлял никаких сомнений что это обычный серийный ижевский поршень. К сожалению он оказался ремонтного размера и никак не хотел влезать в мой цилиндр. Летать очень хотелось и я решил ободрать поршень до нормального размера на токарном станке. Так, чтоб хватило хотя бы на пару буксировок, а потом куплю новый. Зажал в патрон, подвожу резец с твердосплавной напайкой чтобы снять очень тонкую стружку и проверить чистоту поверхности - по идее резец из самокала должен бы дать лучшую чистоту, но менять было лень. И вдруг наблюдаю что-то непонятное - резец входит во вращающийся поршень - а стружки нет! Приглядываюсь - тоненькое покрытие алюминиевого поршня прорезало в твердосплавной напайке резца такую же тоненькую щель длиной уже около миллиметра! Офигеваю от такой наглости "нагара" и резко даю большую подачу, чтобы алюминий под ним все-таки взломал его снизу. Но совсем оборзевший "нагар" срезает кончик резца без всякого усилия.
А летать-то все-таки хочется. Тогда я поступаю хитрее - зажимаю поршень с небольшим биением, чтобы "нагар" не резал по одному и тому же месту резца и даю подачу побольше, чтобы обработать под нужный диаметр сразу за один проход. Затея удалась. Нижние слои алюминия вспухая под давлением резца стали ломать тонкую пленку покрытия и стружка пошла. Поршень проработал три дня на лебедке, а потом от перегрева провернулись кольца и заклинил.

Теперь мне ясно, что это было покрытие нанесенное скорее всего какой-то экспериментальной присадкой к маслу, случайно попавшему на колхозный склад ГСМ еще где-то в 70-х годах. Вот блин! А почему у всех советских двигателей не стояли такие поршня? Вот поэтому Союз и развалился.
 
Мы испытывали двигатели с керамическим покрытием, нет там никаких проблем с кольцами, толщина покрытия в районе 0,15...0,2 мм, можно и меньше. Отвод тепла от колец происходит нормально, а пара чугун- корунд, да еще при смазке работает великолепно. Единственная особенность, на 10...15% больший зазор в паре цилиндр-поршень, при нагреве он выбирается и меньший угол опережения зажигания. Все остальные "страхи" у вас от недостатка информации. Про чисто керамические двигатели говорить не хочу, это обычная реклама и не более того.
 
Смысл покрытия, о котором написано в первом посте в том, что оно не только износостойкое, но, как я понял, еще и термоизолирующее, что позволит повысить теплоту сгорания (обеднить топливо) без ощутимого дополнительного нагрева поршня и цилиндра.
 
Я писал, что эксперимент проводил с угольным электродом, а при его горении в атмосфере, думаю, образуются и СО и СО2 во вполне достаточных количествах. Непрочность соединения от локальных местных микроперегревов, полагаю
А если попробовать лазер? Типа обсыпал угольным порошком деталь, а потом её "обсветил" лазером во всех нужных местах 😉 При  большой мощности лазера вкупе с высокой скоростью прохода локальный перегрев возникать не будет(так примерно и делается в промышленности). Вопрос, какая нужна мощность "лучей Лазаря"(с) один из учителей физики 70-х  ;D и какова должна быть скорость сканирования, зависимость от обрабатываемог материала, етц.? Есть у кого такие данные? А то попалась тут ссылочка на станки с ЧПУ, в том числе "для дома, для семьи". У них же есть комплекты для лазерной гравировки/резки. Лазер(сама трубка) выходной мощностю 40 ватт стоит 260 баксов, а весь комплект(трубка, блок управления, режущая головка, линза, зеркало даже защитные очки) - 900. Правда из инфы на сайте не понятно, куда сей комплект лепить, подойдет ли оный для переоснащения их же координатных станков(вроде можно). А то мож пора "мечом ДжеДая" обзаводиться 😉
 
Я  читал  чтото  про  Эксперименталные  работы  с  нанесением  микрорельефа  на  гилзу  цилиндра  при  помощи  лазерного  оборудования...  Это  пробовали  -  толи  немцы  -  толи  американцы...  Кажется  широкого  применения  технология  не  нашла...  Оборудование  требуется  нешуточное  а  эффект  видимо  получился  не  выдающийся...
 
Я  читал  чтото  про  Эксперименталные  работы  с  нанесением  микрорельефа  на  гилзу  цилиндра  при  помощи  лазерного  оборудования...  Это  пробовали  -  толи  немцы  -  толи  американцы...  Кажется  широкого  применения  технология  не  нашла...  Оборудование  требуется  нешуточное  а  эффект  видимо  получился  не  выдающийся...
Я не про "микрорельеф", а про избегание "локального перегрева". Лазер для сего - само то, ИМХУ, т.к. способен концентрировать большую эненргию на крайне ограниченной площади. Известно, что для нагрева(теплопередачи) требуется время, и чем меньше время контакта детали с нагревателем тем меньше этот самый нагрев, как пример провелите ладонью над костром, сначала медленно, затем быстро. В первом случае получите ожог, во втором - слегка согреете кожу, а копоти на ладони осядет(в смысле всесться в кожу) примерно равное кол-во(ну, гипотетически). Можно долго рассуждать на сии темы, НО... Это давно работает и применяется на производстве, технологии(и ее идеологии) лет 20-ть. Щаз стали доступны вполне мощные лазеры, которые могут быть применены в "гаражных" условиях. Нужны данные/формулы/рекомендации/импирические выводы/етц. которых, я уверен, "есть место быть". Просто, чтобы не изобретать "костотряс". Планировал сам заняться сим.(в конетексте с другими своими "тараканами") но жена опередила - затеяла ремонт. Два кредита одновременно нам не потянуть, посему "делюсь мыслёй".
 
Тема металлокерамик в цилиндрах (и не только) будет актуальна ещё очень долго. Наверное, до тех пор, пока будем использовать классические механизмы изготовленные из сталей.
Затронутая тема очень актуальная.
Что касается применения присадок для моторов на основе МоS[sub]2[/sub] не рекомендовал бы экспериментировать на своей шкуре.  Одно дело мотор автомобиля, остановка которого на дороге обернётся буксировкой, а другое дело авиационный мотор. Остановка последнего в воздухе не всегда желательна.
Для справки: "При температуре +538С дисульфид молибдена превращается в триокись, являющуюся АБРАЗИВОМ" (книга:авторы Старосельский, Гаркунов "Долговечность трущихся деталей машин")
Насколько мне известно, во время второй мировой в Англии моторы самолётов имели в масле МоS[sub]2[/sub]. Моторы имели ресурс 50 моточасов (то ли механический, то ли боевой до попадания), поэтому задача оной присадки - позволить мотору (с долей вероятности) дотянуть до полоски земли и не дать лётчику утонуть в море. Лётчиков в Англии не так много было, как у нас, поэтому ценили.
 
Что касается применения присадок для моторов на основе МоS2 не рекомендовал бы экспериментировать на своей шкуре.Одно дело мотор автомобиля, остановка которого на дороге обернётся буксировкой, а другое дело авиационный мотор. Остановка последнего в воздухе не всегда желательна.
Лет 15 назад,когда присадки из дисульфида молибдена ещё не продавались на каждом углу,в нашем городе его источником был авиамоторный завод КМПО,где он применялся при сборке ТРД. 😉
 
Дисульфидом пользовался и мой отец, который применял его в Волге за неимением других. Если применить МоS[sub]2[/sub] в подшипниках, то там может и дать эффект (если другого нет под рукой). Но в цилиндро-поршневой группе никак. В силу зазоров часть масла и МоS[sub]2[/sub] останется на поверхностях цилиндра, что потом при работе попадёт под тепературы больше +600[sup]о[/sup]С .  Это первая вещь. Но есть ещё более высокие температуры - это локальные, контактные тмпературы. Достигают значений 1200[sup]о[/sup]С - 1400[sup]о[/sup]С. Происходит в микронах, там где есть контакт металлов.  Вот в этих местах и происходят главные химические и механические процессы разрушения пары трения.
ТРД имеют свой ресурс на отказ, а потом его выкидывают, либо делают капремонт (замена подшипников, узлов...) даже если мотор внешне и хорошо работает. Отработал свои миллионы циклов и будь здоров! против расчётов и ресурсных испытаний не попрёш. Так что там дисульфид молибдена в определённых местах и делал своё доброе дело.
Интересно, а почему или из-за чего начинают гореть ТРД на гражданских и не только самолётах?
А какими расчётами и ресурсными испытания руководствуются владельцы моторов СЛА?
 
Для поверхностного упрочнения цилиндров в своё время начали применять никасил Ni-Al-Si  или алюсил Al-Si. Никасил создавался при помощи технологии  осаждения металлов на поверхность отлитого цилиндра электролизом (не ручаюсь за точность). Алусил создавался из самой отливки блока. Блок отливали из алюминия с большим содержанием кремния. Быстро охлаждали в зоне цилиндров. Из жидкой фазы в первую очередь остывал кремний, что и приводило к высокой его концентрации в области цилиндров. Блок позже вытравливали (может и щёлочью), алюминий уходил а кремний оставался. Размеры доводили до ума и дальше поршневые кольца скользили по пористой поверхности, состоящая в основном из кремния.
Как только поверхность немного изнашивалась, то начинался лавинный процесс износа. Жизненный цикл мотора на этом заканчивался.
В настоящий момент есть очень много способов нанесения различных порошковых материалов на конструкционные детали.  Но на цилиндры моторов проблематичная вещь.
 
Нанесение порошковых покрытий при помощи плазмы, електрической дуги, газовое высокотемпературное напыление эффективно при контакте порошка и поверхности под углом 90 градусов. Чем меньше диаметр цилиндра, тем более острый угол необходимо иметь, а значит адгезия ухудшается. На внешние поверхности цилиндра нанесение без проблемм.
В годы 89-91 сам ездил в Ленинград, в институт, который занимался подобными напылениями. Пробовал нанести на цилиндр  мотора (35куб.см) для лодочной модели. Позже этот слой успешно отлупился. Пришлось делать классику - хромирование.
После напыления керамики на цилиндр (если удалось напыление) последний необходимо обработать под размер.
Есть другие технологии и продукты, которые умеют создавать подобные поверхности. причём безо всяких особых приспособлений и лазеров.
 
Так что за соединение алюминия с углеродом применялось для покрытия? Карбиды отпадают, так как полностью разлагаются водой.
Что из соединений алюминия могло быть жаростойким и высокотвердым?
 
Таковыми напыляемыми материалами может быть соединение Al-C.Надо сказать, что количество предлагаемых порошков превеликое множество. Само собой, что в чистом виде Алюминий-Углерод не обязателен. Напыляемый порошок состоит из многих компонент.
Например: алюминиевая бронза для фрикционных пар трения состоит из 6-7 компонент.
На одной из фотографий представленных Obormot две трубки. Правая, тёмная трубка напылена соединениями молибдена.
Вообще-то для решения задач нормального хода мотора (и не только) лучше применить другие технологии и материалы. Более эффективные и надёжные.
 
SERGEJ CZ
Про то, что это одно из соединений Al-C с самого начала темы ясно. Карбонат легко получить, но он тут не подходит, так как реагирует с водой.
Какие еще соединения есть Al-C удовлетворяющие описаным в первых постах темы характеристикам?
Какие материалы и технологии более эффективные и надежные при гаражном применении?
 
Сначала поставим себе задачу: - Что мы хотим решить при помощи металлокерамиеских технологий или присадок?
С моей точки зрения:
1. Увеличенный ресурс, долговечность.
2. Надёжность пар трения и как следствие надёжность механизма
3. Устойчивые температурные режимы (для моторов)
4. Слабая восприимчивость к изменяющимся режимам смазки и качеству масел.

Есть и другие параметры, но они могут быть второстепенными. Рад если их дополните.
После того, как обрисуем себе задачу мы сможем продвинутся вперёд. Это нам даст возможность понят какие свойства керамики нам нужны, а чего надо избегать.
 
5. Обеднить смесь и повысить температуру сгорания, соответственно кпд и экономичность двигателя за счет снижения теплопередачи от продуктов сгорания к стенкам цилиндра и поршня, так как исходное вещество, если не напутали с описанием, использовалось для термоизоляции российского космического челнока. Возможно удастся избавиться от сильного перегрева двигателя в критических режимах, точнее, режимы тогда уже не будут критическими, а значит можно будет более безопасно и длительно снимать с мотора повышенную мощность.
 
Назад
Вверх