Nové trendy v konstrukci pístů spalovacích motorů z hlediska tribologie

Transkript

1 Tribologie Nové trendy v konstrukci pístů spalovacích motorů z hlediska tribologie (Prezentace přehledového článku) Autor práce: Vedoucí práce: Pavel Chlup prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

2 Obsah 1. Tření v pístovém spalovacím motoru 2. Pístní skupina 3. Materiály 4. Tepelné zatížení 5. Tvarové prvky ovlivňující tribologii 6. Povrchové úpravy 7. Závěr 8. Použitá literatura

3 Tření v pístovém spalovacím motoru Účinnost spalovacích motorů: -Zážehový až 30% -Vznětový až 40% Samotný píst a pístní kroužky až 60% třecích ztrát Metody snižování tření motorů: - Vývoj mazání a maziv - Moderní materiály - Konstrukční a technologické inovace komponent - Povlaky

4 Pístní skupina Komponenty pístní skupiny: Píst Pístní kroužky Pístní čep a pojistky (Válec motoru) Samotný píst pracuje podle [4] v režimu hydrodynamického mazání, ale v horní a dolní úvrati dosahuje mazání mezného.

5 Píst a používané materiály Materiály pístů: Šedá litina Tvárná litina Litá ocel AlSi Bimetalové Hořčíkové kompozity Redukce ztrát způsobených třením pístu: Snižování hmotnosti Zmenšování pláště pístu (třecí povrch) Povrchové úpravy pláště AlSi tzv. Silumin je slitina hliníku běžně s obsahem 11-13% křemíku a okolo 1% mědi, niklu a hořčíku. Vyskytují se i se zvýšeným obsahem křemíku na 18-24%, což zmenší tepelnou roztažnost a opotřebení, avšak sníží také pevnost. Měď se přidává z důvodu zvýšení únavové pevnosti

6 Tepelné zatížení pístu Teplota pístu z AlSi by neměla překročit 320 C z důvodů snižování pevnosti materiálu. Max. teplota spalin se běžně pohybuje okolo 2500 C. Odvod tepla: 60% kroužky 30% plášť pístu 10% vzduch a olejová mlha

7 Tvarová řešení problémů způsobených vysokou teplotou Nosič pístního kroužku je vyroben z legované austenitické šedé litiny. Obsahuje 20%Ni+Cu+Cr (nirezist).

8 Další tvarové prvky

9 Povrchové úpravy pístů Pláště pístů: Broušení Soustružení diamantem (drážky) Cínové nebo olověné záběhové vrstvy 1-2 μm Povlak z grafitu μm Tvrdé eloxování, fosfátování, cínování, kluzný lak na bázi molybdenu Tvrdé chromování HVOF (high-velocity oxy-fuel thermal spray proces)

10 Povrchové úpravy pístů Keramický povlak: 0,15 mm NiCrAl jako substrát 0,35 mm CaZrO3 hlava a ventily 0,35 mm MgZrO3 plášť pístu metodou plazmového nástřiku

11 Použitá literatura 1. RAUSCHER, J., Spalovací motory : Studijní opory. Brno, TUNG, S.C., MCMILLAN, M.L., Automotive tribology overview of current advances and challenges for the future, Tribology Int. 37 (2004) NAKADA, M. Trends in engine technology and tribology (1994) 4. PRIEST,M., TAYLOR, C.M., Automobile engine tribology approaching the surface, Wear 241 (2000) ŠAMÁNEK, O. Vliv povrchových nerovností na funkci mazaných kontaktů strojních částí. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. 6. VUT v Brně, Ústav Konstruování, prezentace předmětu Konstruování strojů : strojní součásti, přednáška 4, Tření, mazání a opotřebení, URL: prednaska4.pdf (cit ) 7. ANDERSEN, P. Piston ring tribology : A literature survey [online] [cit ]. Dostupný z WWW: < 8. Piston and piston rings [online]. [cit ]. Dostupný z WWW: engr100/section_wei/engine/uofwindsormanual/piston%20and%20piston%20rings.htm 9. COSWORTH Ltd., Performance pistons : pistons catalogue [online] [cit ]. Dostupný z WWW: < 10. FITCH, J., Oil and Glycol Don't Mix [online] [cit ]. Dostupný z WWW: < 11. BAZBEZAT, G., Advanced thermal spray technology and coating for lightweight engine blocks for the automotive industry,surface & Coatings Technology 200 (2005)

12 Děkuji za pozornost