Влияние керамического покрытия поршней на эксплуатационные показатели двигателя

Аннотация

Исследовано влияние керамического покрытия, сформированного на днище поршня c помощью технологического метода микродугового оксидирования, на эксплуатационные показатели двигателя внутреннего сгорания. Испытания проводили на базе четырехтактного бензинового двигателя УМЗ-341 на специально спроектированном и изготовленном стенде на шести режимах, которые отличались мощностью нагрузочного генератора и частотой вращения коленчатого вала двигателя. Сначала при испытаниях использовали штатный поршень, а затем поршень, на днище которого сформировано керамическое покрытие. В результате эксперимента доказано, что покрытие повышает эксплуатационные показатели двигателя, а именно уменьшается расход топлива и, следовательно, увеличивается коэффициент полезного действия. Описанный эффект отмечен на режимах с высокими оборотами коленчатого вала (3200 мин^-1). Наибольшее увеличение коэффициента полезного действия наблюдалось на режиме работы двигателя 3200 мин--1 и 500 Вт и составило 9 %. На этом же режиме получено наибольшее уменьшение расхода топлива, которое составило 0,117 кг/ч. Одновременно наблюдалось снижение температуры отработавших газов. Предположено, что обнаруженный эффект связан с каталитическим действием покрытия на рабочий процесс двигателя

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания (№ FRRR-2026-0006)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Ситдиков В.М., Дударева Н.Ю. Влияние керамического покрытия поршней на эксплуатационные показатели двигателя. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 3 (158), c. 143--159. EDN: JNGDCE

Литература

[1] Муратаев Ф.И. Исследование причин повреждения литых композитных поршней двигателей внутреннего сгорания. Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, 2024, т. 80, № 3, с. 64--70. EDN: ABZOIJ

[2] Li Z., Li J., Chen Z., et al. Experimental and computational study on thermo-mechanical fatigue life of aluminium alloy piston. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 2021, vol. 44, no. 1, pp. 141--155. DOI: https://doi.org/10.1111/ffe.13342

[3] Денисов В.А., Попов Н.А. Исследование износостойкости гильз цилиндров, восстановленных керамическим покрытием. Технический сервис машин, 2024, т. 62, № 1, с. 101--106. DOI: https://doi.org/10.22314/2618-8287-2024-62-1-101-106

[4] Цыденов А.Г., Сокорев А.А. Плазменно-электролитическое оксидирование деталей из алюминиевых сплавов. Литейное производство, 2023, № 11, с. 14--16. EDN: CQBGFC

[5] Кривенков А.О., Батрашов В.М., Киселев И.В. и др. Теплопроводность материалов с оксидокерамическими покрытиями, полученными микродуговым оксидированием. Транспортное машиностроение, 2025, № 12, с. 87--93. DOI: https://doi.org/10.30987/2782-5957-2025-12-87-93

[6] Серикбекулы Н., Орманбеков К.Д., Шынарбек А.Б. и др. Перспективы использования микродугового оксидирования в производстве авиационных и автомобильных компонентов. Вестник университета Шакарима. Сер. Технические науки, 2024, № 3, с. 71--78. DOI: https://doi.org/10.53360/2788-7995-2024-3(15)-11

[7] Чавдаров А.В. Закономерности формирования МДО-покрытий на алюминиевых сплавах. Технический сервис машин, 2025, т. 63, № 1, с. 69--74. DOI: https://doi.org/10.22314/2618-8287-2025-63-1-69-74

[8] Zaynullina L.I., Sharipov I.Z., Gunderov D.V., et al. Effect of cyclic heating on the properties of PEO coatings on an UFG TI--18ZR--15NB alloy. Russ. Metall., 2024, vol. 2024, no. 8, pp. 1797--1802. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029525700338

[9] Комаров А.И., Романюк А.С., Шипалов Д.А. Формирование, структура и свойства модифицированного форстеритом МДО-покрытия на магниевом сплаве МЛ10. Механика машин, механизмов и материалов, 2022, № 4, с. 61--67. DOI: https://doi.org/10.46864/1995-0470-2022-4-61-61-67

[10] Суминов И.В. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. Т. 2. М., Техносфера, 2011.

[11] Дударева Н.Ю. Теплопроводность тонких керамических покрытий, формируемых методом микродугового оксидирования. М.; Вологда, Инфра-Инженерия, 2025.

[12] Захаров А.С., Багайсков Ю.С. Исследование технологических методов повышения прочности поверхности цилиндров блоков ДВС из алюминиевых сплавов. Известия ВолгГТУ, 2024, № 8, с. 18--20. DOI: https://doi.org/10.35211/1990-5297-2024-8-291-18-20

[13] Чавдаров А.В. Применение технологии МДО для двигателей внутреннего сгорания. Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт, 2021, № 10, с. 37--41. DOI: https://doi.org/10.33920/sel-10-2110-05

[14] Аль-Бдейри М.Ш., Дубровина Н.А., Сергеев С.В. Модификация поверхности алюминиевого сплава АК12ММГН гальваноплазменным методом с целью повышения эксплуатационных характеристик поршней ДВС. Технология машиностроения, 2021, № 6, с. 5--11. EDN: SZQSQK

[15] Валеев Р.С., Еникеев Р.Д., Сакулин Р.Ю. Повышение стойкости поршней двухтактных ДВС к прогару посредством нанесения МДО-покрытий. Двигателестроение, 2020, № 2, с. 30--34. EDN: KCLJEJ

[16] Дударева Н.Ю., Коломейченко А.В., Кисель Ю.Е. Эффективность тепловой защиты поршней ДВС покрытием, сформированным микродуговым оксидированием. Тракторы и сельхозмашины, 2024, т. 91, № 1, с. 101--112. DOI: https://doi.org/10.17816/0321-4443-586629

[17] Дударева Н.Ю., Ситдиков В.М. Снижение токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с помощью керамического покрытия на деталях камеры сгорания. Двигателестроение, 2023, № 3, c. 61--70. EDN: HSGZEP

[18] Rajan A.G., Nithish A.B., Ramprakaash S., et al. Analysis of performance characteristics of an internal combustion engine with thermal barrier coated piston. IJETER, 2021, vol. 9, no. 4, pp. 455--459. DOI: https://doi.org/10.30534/ijeter/2021/21942021

[19] Парсаданов И.В., Поливянчук А.П. Оценка влияния гальваноплазменного покрытия поршня автотракторного дизеля на выбросы твердых частиц с отработавшими газами. Двигатели внутреннего сгорания, 2009, № 2, с. 97--100.

[20] Казанцев И.А., Бычков В.И., Казанцев А.И. Влияние теплофизических свойств поршней на эксплуатационные характеристики ДВС. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2018, № 2, с. 107--118. DOI: https://doi.org/10.21685/2072-3059-2018-2-10

[21] Марченко А.П., Шпаковский В.В. Влияние корундового слоя на рабочих поверхностях поршней на процесс сгорания в ДВС. Двигатели внутреннего сгорания, 2011, № 2, с. 24--28. EDN: TSIWMF

[22] Шпаковский В.В., Линьков О.Ю. Анализ эффективности применения поршней с корундовым слоем для снижения расхода топлива. Авиационно-космическая техника и технология, 2008, № 10, с. 140--144.

[23] Зайнуллина А.Р., Зайнуллина Л.И., Мотков М.М. и др. Влияние термообработки на микроструктуру и свойства сплава АЛ30, полученного литьем в электромагнитный кристаллизатор. Materials. Technologies. Design, 2025, т. 7, № 1, с. 14--20. EDN: GBOFYX

[24] Dudareva N.Yu., Kolomeichenko A.V., Deev V.B., et al. Porosity of oxide ceramic coatings formed by micro-arc oxidation on high-silicon aluminum alloys. J. Surf. Investig., 2022, vol. 16, no. 6, pp. 1308--1314. DOI: https://doi.org/10.1134/S1027451022060362

[25] Пепелышев Д.И., Воробьев Д.А. Сравнительный анализ реализации корреляционного анализа в Microsoft Excel и Libreoffice Calc. Научное обозрение. Технические науки, 2024, № 6, с. 24--31. EDN: CVLWWG

[26] Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

[27] Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. New York, McGraw Hill, 1988.

[28] Dudareva N.Yu. Influence of the piston crown ceramic coating on the thermal state of engine parts and heat flows distribution in the combustion chamber. Russ. Aeronaut., 2025, vol. 68, no. 1, pp. 117--124. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068799825010131

[29] Ситдиков В.М. Наноструктурные каталитические покрытия для поршней двигателей внутреннего сгорания. Дис. ... канд. техн. наук. Уфа, УУНиТ, 2025.