Friktion under (omhyggelig) kontrol
Uanset om vi kan lide det eller ej, ledsager fænomenet friktion alle bevægelige mekaniske elementer. Situationen er ikke anderledes med motorer, nemlig med stempler og ringes kontakt med indersiden af cylindrene, dvs. med deres glatte overflade. Det er på disse steder, at de største tab fra skadelig friktion opstår, så udviklerne af moderne drev forsøger at minimere dem så meget som muligt ved brug af innovative teknologier.
Ikke kun temperatur
For fuldt ud at forstå, hvilke forhold der hersker i motoren, er det nok at indtaste værdierne i en gnistmotors cyklus, der når 2.800 K (ca. 2.527 grader C) og diesel (2.300 K - omkring 2.027 grader C) . Høje temperaturer påvirker den termiske udvidelse af den såkaldte cylinder-stempel-gruppe, der består af stempler, stempelringe og cylindre. Sidstnævnte deformeres også på grund af friktion. Derfor er det nødvendigt effektivt at fjerne varme til kølesystemet, samt at sikre tilstrækkelig styrke af den såkaldte oliefilm mellem stemplerne, der arbejder i individuelle cylindre.
Det vigtigste er tæthed.
Dette afsnit afspejler bedst essensen af funktionen af den ovenfor nævnte stempelgruppe. Det er tilstrækkeligt at sige, at stempel og stempelringe bevæger sig langs cylinderens overflade med en hastighed på op til 15 m/s! Det er da ikke så mærkeligt, at der lægges så stor vægt på at sikre tætheden af cylindrenes arbejdsrum. Hvorfor er det så vigtigt? Hver lækage i hele systemet fører direkte til et fald i motorens mekaniske effektivitet. En forøgelse af afstanden mellem stempler og cylindre påvirker også forringelsen af smøreforholdene, herunder det vigtigste spørgsmål, dvs. på det tilsvarende lag oliefilm. For at minimere ugunstig friktion (sammen med overophedning af individuelle elementer) bruges elementer med øget styrke. En af de innovative metoder, der bruges i øjeblikket, er at reducere vægten af selve stemplerne, der arbejder i cylindrene på moderne kraftenheder.
NanoSlide - stål og aluminium
Hvordan kan ovenstående mål så i praksis nås? Mercedes anvender eksempelvis NanoSlide-teknologien, som bruger stålstempler i stedet for det almindeligt anvendte såkaldte forstærkede aluminium. Stålstempler, der er lettere (de er mere end 13 mm lavere end aluminium), gør det blandt andet muligt at reducere massen af krumtapakslens kontravægte og bidrage til at øge holdbarheden af krumtapaksellejerne og selve stempelstiftslejet. Denne løsning bruges nu i stigende grad i både gnisttændings- og kompressionstændingsmotorer. Hvad er de praktiske fordele ved NanoSlide-teknologien? Lad os starte fra begyndelsen: løsningen foreslået af Mercedes involverer kombinationen af stålstempler med aluminiumshuse (cylindre). Husk, at under normal motordrift er stemplets driftstemperatur meget højere end cylinderens overflade. Samtidig er den lineære udvidelseskoefficient for aluminiumslegeringer næsten dobbelt så stor som for støbejernslegeringer (de fleste af de aktuelt anvendte cylindre og cylinderforinger er lavet af sidstnævnte). Brugen af en stålstempel-aluminiumshusforbindelse kan reducere monteringsafstanden af stemplet i cylinderen markant. NanoSlide-teknologien omfatter også, som navnet antyder, den såkaldte sputtering. nanokrystallinsk belægning på cylinderens lejeflade, hvilket reducerer overfladens ruhed betydeligt. Men hvad angår stemplerne selv, er de lavet af smedet og højstyrkestål. På grund af det faktum, at de er lavere end deres aluminium-modstykker, er de også kendetegnet ved en lavere egenvægt. Stålstempler giver bedre tæthed af cylinderens arbejdsrum, hvilket direkte øger motorens effektivitet ved at øge driftstemperaturen i dens forbrændingskammer. Dette udmønter sig igen i en bedre kvalitet af selve tændingen og en mere effektiv forbrænding af brændstof-luftblandingen.
