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.
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
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
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.
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
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
Tvarová řešení problémů způsobených vysokou teplotou Nosič pístního kroužku je vyroben z legované austenitické šedé litiny. Obsahuje 20%Ni+Cu+Cr (nirezist).
Další tvarové prvky
Povrchové úpravy pístů Pláště pístů: Broušení Soustružení diamantem (drážky) Cínové nebo olověné záběhové vrstvy 1-2 μm Povlak z grafitu 10-20 μm Tvrdé eloxování, fosfátování, cínování, kluzný lak na bázi molybdenu Tvrdé chromování HVOF (high-velocity oxy-fuel thermal spray proces)
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
Použitá literatura 1. RAUSCHER, J., Spalovací motory : Studijní opory. Brno, 2005. 2. TUNG, S.C., MCMILLAN, M.L., Automotive tribology overview of current advances and challenges for the future, Tribology Int. 37 (2004) 517-536 3. NAKADA, M. Trends in engine technology and tribology (1994) 4. PRIEST,M., TAYLOR, C.M., Automobile engine tribology approaching the surface, Wear 241 (2000) 193-203 5. ŠAMÁNEK, O. Vliv povrchových nerovností na funkci mazaných kontaktů strojních částí. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2007. 68 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:http://old.uk.fme.vutbr.cz/kestazeni/5CK/prednasky/ prednaska4.pdf (cit.2008-4-7) 7. ANDERSEN, P. Piston ring tribology : A literature survey [online]. 2002 [cit. 2008-04-07]. Dostupný z WWW: <www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2002/t2178.pdf>. 8. Piston and piston rings [online]. [cit. 2008-04-26]. Dostupný z WWW: http://courses.washington.edu/ engr100/section_wei/engine/uofwindsormanual/piston%20and%20piston%20rings.htm 9. COSWORTH Ltd., Performance pistons : pistons catalogue [online]. 2007 [cit. 2008-04-27]. Dostupný z WWW: <http://www.cosworth.com/downloads/pistons_catalogue.pdf>. 10. FITCH, J., Oil and Glycol Don't Mix [online]. 2001 [cit. 2008-04-27]. Dostupný z WWW: <http://www.practicingoilanalysis.com/article_detail.asp?articleid=193>. 11. BAZBEZAT, G., Advanced thermal spray technology and coating for lightweight engine blocks for the automotive industry,surface & Coatings Technology 200 (2005) 1990-1993
Děkuji za pozornost