Возможность применения метода испытаний дизелей проворачиванием коленчатого вала от постороннего источника энергии для оценки трения поршневых колец

Проведены эксперименты на дизельном двигателе 2Ч10,5/12 воздушного охлаждения номинальной мощностью 22 кВт. Температуры моторного масла в картере и окружающего воздуха поддерживались постоянными и равными, соответственно, 85±1 и 30±1 ^оС. Механические потери определялись методом проворачивания коленчатого вала дизеля с помощью постороннего источника энергии (без подачи топлива) и методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. В качестве моторных применялись минеральные масла И-20А и МС-20, а также композиции, составленные из смеси указанных масел. Оказалось, что мощность механических потерь, определенная методом проворачивания коленчатого вала с помощью электродвигателя, примерно на 16 % ниже мощности потерь при испытании дизеля в моторном режиме (на 30 % от номинальной мощности), т. е. методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. Исходя из того, что основная доля снижения механических потерь обусловлена меньшим давлением прижатия колец к стенке цилиндра, были рассчитаны коэффициенты трения колец. Полученные значения коэффициентов трения более чем в 5 раз превышают значения коэффициентов трения, имеющиеся в научной литературе, что свидетельствует о том, что изменение трения поршневых колец не является главной причиной снижения мощности механических потерь при переходе от моторного режима испытаний дизеля к режиму проворачивания коленчатого вала, поэтому трение поршневых колец невозможно оценить сопоставлением значений мощности потерь, полученных методом проворачивания коленчатого вала дизеля (без подачи топлива) и методом сравнения индикаторной и эффективной мощностей. Проведен анализ причин снижения мощности механических потерь при переходе от моторного режима испытаний к режиму проворачивания коленчатого вала.

1. Ерофеев В. Л. Управление энергоэффективностью объектов морской техники и судовых двигателей внутреннего сгорания / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник [и др.]. — Санкт-Петербург: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова, 2018. — 184 c. — EDN ZIZXNR.

2. Ханнанов М. Д. Экспериментальное исследование механических потерь современного дизеля / М. Д. Ханнанов, И. Ф. Гумеров, Л. И. Фардеев, А. С. Куликов, Э. Р. Алимгулов // Тракторы и сельхозмашины. — 2022. — Т. 89. — № 3. — C. 187–195. DOI: 10.17816/0321-4443-106271. — EDN VMAZNB.

3. Wakuri Y. Piston ring friction in internal combustion engines / Y. Wakuri, T. Hamatake, M. Soejima, T. Kitahara // Tribology International. — 1992. — Vol. 25. — Is. 5. — Pp. 299–308. DOI: 10.1016/0301–679X(92)90027-K.

4. Gangopadhyay A. A Review of Automotive Engine Friction Reduction Opportunities Through Technologies Related to Tribology / A. Gangopadhyay // Transactions of the Indian Institute of Metals. — 2017. — Vol. 70. — Is. 2. — Pp. 527–535.

5. Kumar R. Experimental and Simulation Study of Piston Ring Pack Influence on Heat Transfer and Friction / R. Kumar, S. Sambhav, P. R. Yadav, Md S. Ansari, A. Ansari, M. Ansari & S. Kumar // International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. — 2025. — Vol. 5. — Is. 11. — Pp. 106–110. DOI: 10.48175/IJARSCT-27212.

6. Delprete C. Piston ring–liner lubrication and tribological performance evaluation: A review / C. Delprete, A. Razavykia // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. — 2018. — Vol. 232. — Is. 2. — Pp. 193–209. DOI: 10.1177/1350650117706269.

7. Руднев Б. И. Расчетно-экспериментальное определение коэффициента трения компрессионных поршневых колец в судовом дизеле / Б. И. Руднев, О. В. Повалихина // Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана: Материалы VIII Международной научно-технической конференции, Владивосток, 23–24 мая 2024 года. — Владивосток: Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, 2024. — С. 312–316. DOI: 10.48612/dalrybvtuz/mntk-wo-2024–32. — EDN HUHYGH.

8. Nikolopoulou V–I. A Comparative Analysis of Friction and Energy Losses in Hydrogen and CNG Fueled Engines: Implications on the Top Compression Ring Design Using Steel, Cast Iron, and Silicon Nitride Materials / V–I. Nikolopoulou, A. Zavos, P. Nikolakopoulos // Materials. — 2024. — Vol. 17. — Is. 15. DOI: 10.3390/ma17153806.

9. Liu N. Simulation on the effect of cylinder liner and piston ring surface roughness on friction performance / N. Liu, C. Wang, Q. Xia, Y. Gao, P. Liu // Mechanics & Industry. — 2022. — Vol. 23. — Pp. 8. DOI: 10.1051/meca/2022007.

10. Dellis P. Comparative Research in the Field of the Parametric Effect of Lubricant Cavitation Initiation and Development on Friction and Wear in Piston Ring and Cylinder Liner Assemblies / P. Dellis // Lubricants. — 2024. — Vol. 12. — Is. 12. DOI: 10.3390/lubricants12120460.

11. Стефановский Б. С. Испытания двигателей внутреннего сгорания / Б. С. Стефановский, Е. А. Скобцев, Е. К. Корси и др. — М: Машиностроение, 1972. — 368 c.

12. Цветков Ю. Н. Дизельный стенд для испытаний смазочных материалов / Ю. Н. Цветков, А. А. Татулян, В. Н. Кузьмин, Д. А. Крылов // Журнал университета водных коммуникаций. — 2011. — № 3. — С. 57–66. — EDN OIVVDH.

13. Цветков Ю. Н. Соотношение потерь на трение, приходящихся на граничный и гидродинамический режимы смазки, в двигателях внутреннего сгорания / Ю. Н. Цветков, Д. А. Крылов, А. А. Татулян // Двигателестроение. — 2010. — № 1(239). — С. 13–19. — EDN MRMKHB.

14. Мышкин Н. К. Трибология. Принципы и приложения / Н. К. Мышкин, М. И. Петроковец. — Гомель: ИММС НАНБ, 2002. — 310 c.

15. Du C. Effects of Temperature on the Tribological Properties of Cylinder-Liner Piston Ring Lubricated with Different Oils / C. Du, C. Sheng, X. Liang, X. Rao, Z. Guo // Lubricants. — 2023. — Vol. 11. — Is. 3. DOI: 10.3390/lubricants11030115.

16. Мур Д. Основы и применения трибоникиОсновы и применения трибоники / Д. Мур — Л: Мир, 1978. — 487 c.

17. Энглиш К. Поршневые кольца / К. Энглиш. — М: Машгиз, 1962. — Том 1. — 583 c.

18. Луканин В. Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов / В. Н. Луканин, К. А. Морозов, А. С. Хачиян, И. В. Алексеев, Л. Н. Голубков, Б. Я. Черняк [и др.]. — М: Высшая школа, 2007. — 479 c.

19. Захаров С. М. Подшипники коленчатых валов тепловозных дизелей / С. М. Захаров, А. П. Никитин, Ю. А. Загорянский. — М: Транспорт, 1981. — 179 c.

20. Суркин В. И. Смазка пар трения дизелей / В. И. Суркин, Б. В. Курчатов. — Челябинск: Челябинский государственный агроинженерный университет, 1999. — 224 c.