Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания

Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания

Растущие требования к экологичности, топливной экономичности, надежности и долговечности поршневых ДВС определяют режимы работы их узлов трения, что требует применения все более совершенных трибоматериалов. Одно из наиболее перспективных направлений ⎯ “газом армированных” композитных пористых матери...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Вісник Українського матеріалознавчого товариства
Datum:2012
Hauptverfasser: Шаповалов, В.И., Высоцкий, А.С.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Українське матеріалознавче товариство 2012
Schlagworte:
Результати наукових досліджень
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125368
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания / В.И. Шаповалов, А.С. Высоцкий // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 9-15. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125368
record_format dspace
spelling Шаповалов, В.И.
Высоцкий, А.С.
2017-10-25T19:59:54Z
2017-10-25T19:59:54Z
2012
Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания / В.И. Шаповалов, А.С. Высоцкий // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 9-15. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
2310-9688
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125368
539.431+620.178.32
Растущие требования к экологичности, топливной экономичности, надежности и долговечности поршневых ДВС определяют режимы работы их узлов трения, что требует применения все более совершенных трибоматериалов. Одно из наиболее перспективных направлений ⎯ “газом армированных” композитных пористых материалов “газаров” для изготовления гильз цилиндров ДВС. Исследования показывают, что использование в качестве материала гильзы газара существенно увеличивает долговечность и надежность трибосистемы “гильза–поршневые кольца–поршень”. Эта технология вполне конкурентоспособна с традиционной в массовом производстве. Использование анизотропных пористых газоармированных материалов в двигателе вцелом открывает уникальные возможности для улучшения традиционных технологий.
Зростаючі потреби до екологічності, поливної економічності, надiйності та витривалостi порошкових ДВЗ визначають режими роботи їх вузлів тертя, що викликає до необхідності створення більш досконалих трібоматеріалів. Одним з таких є використання “газом армованих” композиційних матеріалів “газарiв” для виготовлення гільз циліндрів ДВЗ. Дослідження показали, що їх використання значно підвищує тривалість та надійність системи “гільза–поршньові кільця–поршень”. Ця технологія є конкурентоздатна в порівнянні з традиційною в масовому виробництві. Використання анізотропних пористих газоармованих матеріалів в двигуні в цілому відкриває унікальні можливості для покращання традиційних технологій.
Constantly increasing demands for environmental performance, fuel economy, reliability and durability of piston engines is tightening their modes of friction, which requires more sophisticated tribological materials. One of the most promising areas USBD reinforced composite gas for the production of porous materials “gazars” in engine cylinder liners. Studies indicate that the use of gazars as thermowell material increases the number of essential service characteristics tribosystem “liner-piston ring-piston”. It is also clear that the proposed technology is quite competitive with traditional in terms of mass production. Furthermore, the use of anisotropic porous materials gazars in engine as a whole presents a significant opportunity to improve traditional technologies and creating new tribosystems with unique parameters.
ru
Українське матеріалознавче товариство
Вісник Українського матеріалознавчого товариства
Результати наукових досліджень
Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
spellingShingle Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Шаповалов, В.И.
Высоцкий, А.С.
Результати наукових досліджень
title_short Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
title_full Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
title_fullStr Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
title_full_unstemmed Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
title_sort газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания
author Шаповалов, В.И.
Высоцкий, А.С.
author_facet Шаповалов, В.И.
Высоцкий, А.С.
topic Результати наукових досліджень
topic_facet Результати наукових досліджень
publishDate 2012
language Russian
container_title Вісник Українського матеріалознавчого товариства
publisher Українське матеріалознавче товариство
format Article
description Растущие требования к экологичности, топливной экономичности, надежности и долговечности поршневых ДВС определяют режимы работы их узлов трения, что требует применения все более совершенных трибоматериалов. Одно из наиболее перспективных направлений ⎯ “газом армированных” композитных пористых материалов “газаров” для изготовления гильз цилиндров ДВС. Исследования показывают, что использование в качестве материала гильзы газара существенно увеличивает долговечность и надежность трибосистемы “гильза–поршневые кольца–поршень”. Эта технология вполне конкурентоспособна с традиционной в массовом производстве. Использование анизотропных пористых газоармированных материалов в двигателе вцелом открывает уникальные возможности для улучшения традиционных технологий. Зростаючі потреби до екологічності, поливної економічності, надiйності та витривалостi порошкових ДВЗ визначають режими роботи їх вузлів тертя, що викликає до необхідності створення більш досконалих трібоматеріалів. Одним з таких є використання “газом армованих” композиційних матеріалів “газарiв” для виготовлення гільз циліндрів ДВЗ. Дослідження показали, що їх використання значно підвищує тривалість та надійність системи “гільза–поршньові кільця–поршень”. Ця технологія є конкурентоздатна в порівнянні з традиційною в масовому виробництві. Використання анізотропних пористих газоармованих матеріалів в двигуні в цілому відкриває унікальні можливості для покращання традиційних технологій. Constantly increasing demands for environmental performance, fuel economy, reliability and durability of piston engines is tightening their modes of friction, which requires more sophisticated tribological materials. One of the most promising areas USBD reinforced composite gas for the production of porous materials “gazars” in engine cylinder liners. Studies indicate that the use of gazars as thermowell material increases the number of essential service characteristics tribosystem “liner-piston ring-piston”. It is also clear that the proposed technology is quite competitive with traditional in terms of mass production. Furthermore, the use of anisotropic porous materials gazars in engine as a whole presents a significant opportunity to improve traditional technologies and creating new tribosystems with unique parameters.
issn 2310-9688
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125368
citation_txt Газоармированные гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания / В.И. Шаповалов, А.С. Высоцкий // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 9-15. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT šapovalovvi gazoarmirovannyegilʹzycilindrovdvigateleivnutrennegosgoraniâ
AT vysockiias gazoarmirovannyegilʹzycilindrovdvigateleivnutrennegosgoraniâ
first_indexed 2025-11-26T15:21:02Z
last_indexed 2025-11-26T15:21:02Z
_version_ 1850626238491656192
fulltext ІІ. Результати наукових досліджень 9 І І . Результати наукових досл іджень УДК 539.431+620.178.32 В. И. Шаповалов, А. С. Высоцкий* ГАЗОАРМИРОВАННЫЕ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Зростаючі потреби до екологічності, поливної економічності, надiйності та ви- тривалостi порошкових ДВЗ визначають режими роботи їх вузлів тертя, що викликає до необхідності створення більш досконалих трібоматеріалів. Одним з таких є вико- ристання “газом армованих” композиційних матеріалів “газарiв” для виготовлення гільз циліндрів ДВЗ. Дослідження показали, що їх використання значно підвищує три- валість та надійність системи “гільза–поршньові кільця–поршень”. Ця технологія є конкурентоздатна в порівнянні з традиційною в масовому виробництві. Використання анізотропних пористих газоармованих матеріалів в двигуні в цілому відкриває унікаль- ні можливості для покращання традиційних технологій. Ключові слова: новітня технологія “газарiв”, трибо технічні матеріали, двигуни внутрішнього згоряння. Вступ Материалы деталей пар трения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) должны обладать обширным комплексом служебных свойств, и, прежде всего, оптимальными прочностью, теплопроводностью, опреде- ляемых условиями смазывания, нагружения и т. п. В двигателестроении обеспечение постоянно ужесточающихся требований к свойствам мате- риалов достигается оптимизацией легирования, режимов термической и химико-термической обработок, созданием упрочненных рабочих слоев с соответствующими физико-химическими свойствами и т. п. Однако воз- можности “классических” конструкционных материалов не безграничны... . Поэтому серьезный практический интерес представляет разработка тех- нологий получения новых материалов и изделий. Газары (газом армиро- ванные материалы) – новый класс пористых анизотропных композицион- ных материалов с матрицей, практически соответствует известному в триботехнике понятию “идеальное пористое тело”. Уникальность порис- той матрицы этих композитов определяет их возможное использлвание в триботехнике в качестве самосмазывающихся материалов, в том числе, для высоконагруженных узлов трения, поскольку прочность газаров с по- ристостью 30–40% не меньше прочности монолитных аналогов. Газартех- © Шаповалов В. І., докт. техн. наук, професор, головний металовед Materials and Electro- chemical Research Corporation, Tucson, Arizona 85706 (США), Висоцький А. С., канд. техн. наук, доцент кафедри “Матеріалознавство та ливарне виробництво”, Кіровоградський Наці- ональний технічний університет, м. Кіровоград "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 10 нологии, основанные в результате открытия украинских ученых в области взаимодействия металлов и сплавов с водородом при кристаллизации, ус- пешно развиваются в ряде стран, прежде всего в США. Они представляют возможный интерес к организации совместных межгосударственных разра- боток. Авторы газаров ⎯ газом армированных анизотропных пористых композиционных материалов акцентируют внимание на том, что газары в качестве конструкционных либо функциональных материалов применимы там, где использование пористых материалов, полученных иными техно- логиями, нерационально либо невозможно [1, 2]. Часто это обстоятельст- во делает трудновыполнимыми важные функции, в частности, трибологи- ческих объектов. Так, моторостроители констатируют конструктивную сложность ор- ганизации качественного смазывания поверхности трения трибопары поршень-цилиндр в процессе работы ДВС. Смазывание этих поверхно- стей “масляным туманом” из картера двигателя чревато повышенным из- носом при холодных пусках, катастрофическим износом либо заклинива- нием в результате аварийной потери смазки и т. п. Очевидно, речь идет о случаях работы трибопары в условиях граничного трения. Анизотропная пористая матрица газаров с цилиндрическими порами, нормальными к поверхности трения цилиндр-кольцо практически анало- гична известному в триботехнике “идеальному пористому телу” [3]. Современное развитие газартехнологий может обеспечить изготовле- ние самосмазывающихся в процессе всего срока эксплуатации гильз ци- линдров ДВС [4]. Весьма перспективно использовать для их изготовления плазменно- сканирующий способ получения газаров. Этим способом можно получать пористый слой поверхности трения, сохраняя посадочную часть гильзы монолитной. Такая гильза будет иметь намного более высокую прочность, чем полностью пористая. Следует особо остановиться на этом совершенно новом способе по- лучения пористых покрытий и объемных изделий из газаров, разработан- ном в США сравнительно недавно [5, 6]. Способ основан на том, что ио- низация водорода резко повышает скорость насыщения металла и увеличивает его концентрацию до газо-эвтектической точки даже без применения высокого давления. Такая ионизация происходит в плазмен- ном потоке при температуре 4000–5000 °С. Ранее плазменно-дуговой на- грев для получения газаров (без сканирования) был предложен в Украине [7]. Используя возможность контролируемого сканирования плазменной горелки, этим методом можно получать пористые покрытия на монолит- ных изделиях, расплавляя только поверхностный слой материала (рис. 1). Водород или другой активный газ подаются в зону горения дуги, газ ио- низируется и быстро насыщает небольшой объем расплавленного метал- ла. Затем при затвердевании происходит газо-эвтектическая реакция и в поверхностном слое формируется структура газара (рис. 2). Можно также использовать вместо плазмотрона лазер, но этот вариант несколько доро- же, хотя и имеет свои преимущества. Таким способом можно получать поры, закрытые с поверхности, либо поры, выходящие на поверхность (рис. 3, 4). ІІ. Результати наукових досліджень 11 Рис. 1. Общая схема получения пористых покрытий на монолит- ных изделиях путем сканирова- ния пучком высокотемператур- ной плазмы: 1 ⎯ базовый материал (изделие); 2 ⎯ расплав; 3 ⎯ пористое покрытие; 4 ⎯ плазмотрон; 5 ⎯ плазменный пучок, содержащий активный газ (водород) Рис. 2. Разные типы структуры пористых покрытий с монолит- ной корочкой (диаметр пор 0,5–1,5 мм) Рис. 3, 4. Пористое покрытие с отрытой пористостью (слева ⎯ аустенитная сталь; справа ⎯ титановый сплав) Если же подавать в зону дуги базовый материал в виде порошка или про- волоки, то можно слой за слоем наращивать газар в виде изделий любой фор- мы и любого размера (рис. 5, 6). Рис. 5. Общая схема получения изделий из газаров путем ска- нирования плазмотроном: 23 ⎯ водо-охлаждаемый холодиль- ник-кристаллизатор; 15 ⎯ вы- сокотемпературная плазменная горелка; 16 ⎯ поток плазмы; 4 ⎯ насыщенная водородом или другим активным газом жид- кость; 10 ⎯ газар; 26 ⎯ уст- ройство доставляющее в зону горения дуги водород в виде газа, жидкости (например, во- ды) или твердых частиц (на- пример, гидридов); 22 ⎯ уст- ройство, доставляющее в зону горения дуги базовый материал в виде порошка, проволоки или ленты "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 12 Рис. 6. Вид изделия из титановых газаров с открытой пористо- стью, полученных методом плазменного сканирования В этом случае активный газ может поставляться в зону горения дуги не только в газообразном, но и в жидком состоянии или в виде соединений, кото- рые разлагаются под воздействием очень высоких температур (вода, гидриды, углеводороды, окислы металлов). Для получения газаров таким методом отпа- дает необходимость высокого давления активного газа. Другим достоинством этого метода является возможность получения газаров практически любого размера и любой формы с абсолютно равномерной структурой по всему объе- му. Для получения изделий из газаров таким методом не требуется литейной формы, так как само изделие формируется слой за слоем и движение плазмен- ной горелки контролируется компьютером. Этим способом можно получать газары на основе практически любого металла или сплава (титан, вольфрам или молібден). Камера, в которой происходит формирование газара (рис. 7, 8), заполняется инертным газом при нормальном или слегка повышенном давле- нии, что обеспечивает безопасность и невысокую стоимость всего устройства. Рис. 7. Общая схема технологии получения газаров с помощью плазменного сканирования: 1 ⎯ плазмотрон; 2 ⎯ система охлаждения подложки; 3 ⎯ система нагревания подложки; 4 ⎯ подача активного газа; 5 ⎯ управление мощностью плазменного пучка; 6 ⎯ система подачи порошка или проволоки базового металла (керамики); 7 ⎯ система, управляющая трехмерным движением подложки или плазмотрона; 8 ⎯ охлаждаемая подложка; 9 ⎯ ком- пьютерная система управления; 10 ⎯ сформировавшая структура газара Рис. 8. Внешний вид системы для получения газаров методом плазменного сканирования (ПС) ІІ. Результати наукових досліджень 13 Весьма актуален вопрос размерной обработки поверхности трения газо- армированной гильзы [8]. Традиционная технология обработки монолитных гильз предполагает последовательное растачивание и плосковершинное хо- нингование. Плосковершинное хонингование состоит собственно из двух опе- раций ⎯ черновой и чистовой. Растачивание обеспечивает “макрогеометрические” параметры цилинд- рической поверхности трения; черновое хонингование создает маслоудержи- вающую “сетку” на поверхности трения; чистовое сглаживает вершины греб- ней, образующих сетку, облегчая приработку трибоповерхностей. Очевидно, для пористой газоармированной гильзы отпадает надобность в хонинговании, поскольку маслоудерживающие поры составляют матрицу га- зара (рис. 9). Исключение хонингования из технологического процесса раз- мерной обработки гильзы чрезвычайно важно, поскольку отсутствует шаржи- рование поверхности трения абразивом хонинговальных брусков, резко снижающей долговечность гильзы. Рис. 9. Цилиндриче- ские поры гильзы ци- линдра ДВС, нормаль- ные к поверхности трения. Антифрикци- онный газоармирован- ный серый чугун, × 30 Одним из вариантов альтернативной хонингованию финишной размерной обработки поверхности трения гильзы авторы предлагают электроэрозионное резание. В этом случае силовое воздействие на обрабатываемую поверхность минимально и поры не завальцовываются (рис. 10). Рис. 10. Поверхность трения гильзы цилин- дра ДВС после элек- троэрозионной раз- мерной обработки, ×30 Конструктивные варианты газоармированных гильз достаточно разнооб- разны и приведены рис. 11. "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 14 а б в Рис. 11. Схема макроструктуры гильзы, изготовленной путем внутреннего сканирования монолитной заготовки и последующей размерной обработки (а); составная гильза изго- товленная путем запрессовки газоармированного цилиндра в стальную обойму (б); вид газоармированного цилиндра в пространственном изображении (в) Если перед запрессовыванием газоармированного цилиндра в стальную обойму проточить по его образующей винтовую канавку, можно организо- вать подачу смазки под давлением на поверхность трения гильзы изнутри. Смазка подается из штатной смазочной магистрали двигателя, поэтому принципиально конструкция поршневого ДВС не меняется. Таким образом, в результате применения газаров, преодолевается известная всем моторо- строителям “конструктивная невозможность” организации принудительной смазки трибопары “цилиндр-поршень”. Оптимизируя систему “давление масла-диаметр пор” можно практически обеспечить “всплывание” поршня, то есть его работу по поверхности цилиндра в режиме жидкостного трения. По оценкам, на долю цилиндро-поршневой группы ДВС приходится около 30% потерь на трение, которые в предлагаемом “газарном конструк- тивном” варианте можно существенно уменьшить. Авторы надеются, что новые триботехнические композитные пористые материалы – газары найдут достойное применение в промышленности Украины и за её пределами [9]. Растущие требования к экологичности, топливной экономичности, надежности и долговечности поршневых ДВС определяют режимы работы их узлов трения, что требу- ет применения все более совершенных трибоматериалов. Одно из наиболее перспективных направлений ⎯ “газом армированных” композитных пористых материалов “газаров” для изготовления гильз цилиндров ДВС. Исследования показывают, что использование в каче- стве материала гильзы газара существенно увеличивает долговечность и надежность трибосистемы “гильза–поршневые кольца–поршень”. Эта технология вполне конкуренто- способна с традиционной в массовом производстве. Использование анизотропных порис- тых газоармированных материалов в двигателе вцелом открывает уникальные возможно- сти для улучшения традиционных технологий. Ключевые слова: новая технология “газаров”, триботехнические материалы, двига- тели внутреннего сгорания. Constantly increasing demands for environmental performance, fuel economy, reliability and durability of piston engines is tightening their modes of friction, which requires more sophisticated tribological materials. One of the most promising areas USBD reinforced composite ІІ. Результати наукових досліджень 15 gas for the production of porous materials “gazars” in engine cylinder liners. Studies indicate that the use of gazars as thermowell material increases the number of essential service characteristics tribosystem “liner-piston ring-piston”. It is also clear that the proposed technology is quite competitive with traditional in terms of mass production. Furthermore, the use of anisotropic porous materials gazars in engine as a whole presents a significant opportunity to improve traditional technologies and creating new tribosystems with unique parameters. Keywords: new technologies “gazars”, tribotechnical materials, internal combustion en- gines. 1. Шаповалов В. И. Газоармированные материалы ⎯ 30-летний путь проблем и прогрес- са. Сообщение 1. Металл и Литье Украины, 2011, № 3. – С. 3–12. 2. Шаповалов В. И. Газоармированные материалы – 30-летний путь проблем и прогресса. Сообщение 2. Металл и Литье Украины, 2011, № 3. – С. 3–9. 3. Белов С. В. Пористые материалы в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1981. – 247 с. 4. Высоцкий А. С. Применение газоармированных гильз блока цилиндров в концептуаль- ном двигателе внутреннего сгорания ДизОтто / А. С. Высоцкий, В. Ю. Карпов // Тези- сы VI международной н.-практ. конференции “Наука и технология: шаг в будущее ⎯ 2010” (27. октября–05ноября 2010, Прага, Чехия). – С. 36–38. 5. Pat. No. 5181549 USA. Method for manufacturing porous articles / V. Shapovalov. – Jan. 26, 1993. 6. Pat. No. 60/956,374 US Application Serial. Method and Apparatus for Producing Porous Articles / J. Withers, V. Shapovalov. – Filed: August 16, 2007. 7. Pat. WO9811264. Method for the production of porous cast products / V. Naydek, V. Pere- loma, V. Shapovalov, Y. Lenda. – Filed September 16, 1996. 8. Высоцкий А. С. Размерная обработка изделий общетехнического назначения из газоар- мированных капиллярно-пористых материалов / А. С. Высоцкий, В. Ю. Карпов // Тези- сы II международной н.-практ. конференции “Наука и технология: шаг в будущее ⎯ 2010” (13–18 ноября 2010, Прага, Чехия). – С. 53–56. 9. Отрошенко В. А. “Сплав со структурой лотоса”, Украинская техническая газета. 7 но- ября 2011.

Ähnliche Einträge