Как известно, коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания находится в пределах 25-30 %. Теоретически без изменения принципиальной конструкции двигателя его КПД можно повысить до 40 %. Повышение коэффициента полезного действия на 1 % приводит к увеличению мощности двигателя примерно на 4 %, так как 25 % КПД соответствует 100 % мощности двигателя.

Потеря мощности (от 9 до 15 %) может происходить из-за усиленного трения в некоторых узлах, например, паре поршневое кольцо-стенки цилиндра. Снижение потерь в этой паре способствует не только увеличению мощности ДВС, но и значительной экономии топлива.


пара трения


Стенки цилиндра могут быть образованы как самим корпусом двигателя, так и отдельным элементом – гильзой цилиндра. Основным материалом для изготовления этой детали является серый чугун, реже – сталь. Стальные гильзы менее устойчивы к задирам и износу по сравнению с чугунными и требуют дополнительной обработки.

Трение происходит в тончайших поверхностных слоях гильзы и поршневого кольца, поэтому от физико-механических свойств этих поверхностей зависит работоспособность всей пары трения. Увеличение удельной мощности современных двигателей привело к значительному ужесточению требований к антифрикционным, физико-механическим и прочностным свойствам поверхностей трения.


Так, например, для повышения износостойкости поршневого кольца используют покрытия из твердого или пористого хрома. Однако покрытие из твердого хрома хуже удерживает масло, тем самым увеличивая склонность к прижогам и пригарам с сопряженными поверхностями.


Кроме того, между кольцом и гильзой находится очень тонкий слой масла, который в момент сгорания топлива под воздействием рабочих температур и высокого контактного давления мгновенно испаряется, и участок с хромовым покрытием подвергается сухому трению.


Условия работы сопряженных поверхностей можно улучшить за счет:

  • Применения масел с высокими качественными характеристиками
  • Увеличения маслоемкости поверхностей трения и способности к удержанию разделяющей масляной пленки
  • Нанесения на сопряженные поверхности трения антифрикционных покрытий, играющих роль смазки в условиях масляного голодания
  • Повышения антифрикционных свойств масла путем введения в него твердых смазочных веществ

С уменьшением коэффициента трения уменьшается износ деталей двигателя, так как отсутствуют схватывание и глубинное вырывание металла.


Хорошие результаты дает применение твердых смазочных материалов, например, покрытий из мягких металлов: свинца, меди, молибдена или полимеров (тефлона). Ранее в качестве антифрикционного покрытия использовали олово: его наносили на поршневые кольца слоем толщиной 4-6 мкм.

Известен способ натирания деталей цилиндро-поршневой группы войлочными «притирами», пропитанными неорганическими соединениями меди, латуни, бронзы, и поверхностно-активными веществами. Однако следует помнить, что некоторые металлы (например, медь и ее соединения) могут окисляться и образовывать абразивные продукты, что чревато снижением срока службы поршневого кольца.


Сегодня в качестве твердых смазок чаще всего используются:

  • Молибден
  • Цинк
  • Олово
  • Свинец
  • Вольфрам
  • Сурьма
  • Графит (природный и синтетический)
  • Фториды и хлориды кальция, других металлов
  • Оксиды циркония и некоторых других металлов

В пластиковых деталях режим граничного трения (прерывистое скольжение) возникает при гораздо меньших нагрузках, поэтому в качестве смазки могут использоваться термопластики: полиэтилен и политетрафторэтилен.


В случае невозможности использования химических присадок, например, из-за особых температурных условий, твердые смазочные материалы включают в состав различных продуктов, в т.ч. жидких смазок.


Твердые смазочные материалы являются незаменимыми компонентами порошков, дисперсий, некоторых пластичных смазок, паст, антифрикционных покрытий.

Смеси твердых смазочных материалов в виде порошков обычно используются в тормозных колодках. Они обеспечивают низкий коэффициент трения, малый износ дисков, снижений вибраций и шума.


В тех случаях, когда использование жидкости или покрытия нежелательно, применяется порошок чистого дисульфида молибдена. Он хорошо заполировывается в поверхность и выдерживает самые тяжелые нагрузки.


Высококонцентрированные дисперсии твердых смазочных материалов чаще всего применяются в качестве добавок к редукторным маслам, трансмиссионным маслам для двухтактных двигателей, моторным маслам для дизельных двигателей без системы тонкой очистки. Дисперсии используются также в процессах формования металла и в качестве высокотемпературных цепных масел (базовое масло испаряется, оставляя на поверхности твердый смазочный материал).


Твердые смазочные материалы вводятся в состав пластичных смазок в количестве примерно 3 %.


В отличие от химически реактивных присадок высокого давления твердые добавки не требуют обеспечения температуры реакции. Пластичные смазки с твердыми веществами используются в сфере металлургической промышленности, автомобилестроении (например, в шаровых шарнирах и шарнирах для передачи постоянной частоты вращения).


смазочная паста


Количество твердых смазочных веществ в составе паст значительно выше, чем в пластичных смазках. В зависимости от типа вещества и вязкости базового масла оно может достигать 70 %. По областям применения пасты подразделяются на три категории.

Резьбовые обеспечивают коэффициент трения порядка 0,1 с очень низким разбросом, обеспечивают разборку оборудования после длительного простоя, а также выдерживают ультравысокие температуры. Резьбовые пасты обладают совместимостью с высокопрочными сплавами, поэтому успешно используются при производстве турбин.

Сборочные пасты предотвращают фреттинг-коррозию, позволяют проводить безаварийную разборку при снятии подшипников с вала, обеспечивают очень низкий коэффициент трения и повышенную защиту от коррозии.

Смазочные пасты («смазки-пасты») обеспечивают долговременное смазывание, а по таким параметрам как адгезия, защита от коррозии и температурная стойкость значительно превосходят жидкие смазки.


Твердые смазочные материалы наряду со смолами составляют основу антифрикционных покрытий (АФП). От типа твердых добавок зависит метод полимеризации и устойчивость покрытия к среде. Добавки улучшают пленкообразование и повышают коррозионную стойкость АФП.