Snižování tření a opotřebení u spalovacích motorů Vypracoval: Miroslav Pešek

Výskyt a vlivy na opotřebení Technologie snižování tření a opotřebení Obsah: Historie Výskyt a vlivy na opotřebení Technologie snižování tření a opotřebení LST Povrchové laserové kalení DLC Keramické povlaky Tepelné naprašování Povlaky s nano-strukturou Maziva Zhodnocení 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

Historie Spalovací motor byl vyvinut v roce 1885 Gottliebem Daimlerem. Prvními mazivy byl řepkový olej, rybí tuk a loje. Rostoucí požadavky na výkon motorů vedly k rozvoji olejářského průmyslu. Dnes tvoří motorové oleje hlavní náplň většiny firem zabývající se výrobou maziv. Postup vývoje snižování mechanických ztrát: Vývoj maziv Změna materiálového složení součástí Vytváření povlaků Texturování povrchů Nano-povlaky 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

Výskyt a vlivy na opotřebení Ventilové rozvody Kliková hřídel Pístní skupina Oleje ve spalovacích motorech Wanklův motor Jiné okolnosti [<URL>http://motorkari.cz, 2006-04-15] [<URL>http://motorkari.cz, 2006-04-15] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

Technologie snižování tření a opotřebení Bloky motorů se vyráběly 100 let z šedé litiny. Posledních 20 let jsou bloky lity ze slitiny AlSi (silumin). Tyto bloky mají nižší hmotnost při vyšší tuhosti, ovšem AlSi nedisponuje tak dobrými tribologickými vlastnostmi jako šedá litina. Posledních 15 let se usilovně pracuje na hledání vhodných povlaků, které by snížily tření a opotřebení. [I. Etsion, G. Halperin, E. Becker, Wear, 2006] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

Laser surface texturing Uměle vytvořený systém mikro-důlků na povrchu. Zkoumá se použití pro pístní čepy, pístní kroužky. Jedná se zatím o nejefektivnější metodu v redukci tření, jak dokládá předchozí obrázek. [G. Ryk, I. Etsion, Wear 2006] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

Povrchové laserové kalení Metoda používaná pro zlepšení tribologických vlastností zejména klikových a vačkových hřídelí. Používají se vysoce výkonné lasery o výkonech 103 až 105 W/cm2 a časová interakce 0,1-0,3 s. Tvrdost oceli En18 běžně požívané pro tyto hřídele vzroste tvrdost z 250 HV02 na 950 HV02 a tloušťka vrstvy se pohybuje v rozmezí 0,2-1 mm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 12

DLC diamant like carbon Diamant je materiál s jedinečnými vlastnostmi, zejména povrchovou tvrdostí a otěru-vzdorností. Povlak se nanáší na tenkou vrstvu Cr-N, která zvyšuje přilnavost. V současné době se uskutečňují testy, které by měly nalézt nejvhodnější tloušťku povlakové vrstvy. [S. C. Tung, H. Gaob, Waer, 2003] 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Keramické povlaky Tepelné ztráty v motoru jsou stále dominantní a proto se vědci zabývají možností jejich snížení. Zájem je směřován především na keramické materiály, které poskytují dobré tepelně izolační vlastnosti. Testují se především tři materiály Al-Mo-Ni, CaZrO3 a MgZrO3. Výhody - snížení tepelných ztrát - odolnost proti opotřebení Nevýhody - opracování povrchu - kluzné vlastnosti - dokončovací operace - povlaky 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tepelné naprašování Plazmová technologie Metoda dnes již běžně používaná pro vytvoření povlaků na pístních kroužcích, pístních čepech Způsob vhodný pro povlaky na stěnách válců HVOF (high velocity oxy-fuel) Podobné plazmovému povlakování, pracuje s vyšší teplotou a vzdáleností od tělesa. Nevhodné pro povlaky stěn válců. 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Nano-strukturní povlaky Nano-technologie jsou symbolem budoucnosti, testují se tudíž i ve spalovacích motorech. Konkrétní materiál TiC, vsazený do beztvárné uhlíkové mřížky TiC/a-H:C. Materiál poskytne velmi nízký koeficient tření 0,012 bez jakéhokoliv maziva. Tribologické vlastnosti vysoce závisí na prostředí v kterém se tělesa vyskytují. [Y.T. Pei, D. Galvan, J.Th.M. De Hosson C. Strondl, JECS] 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Maziva Vývoj maziv je úzce spjat s ekologickými požadavky. Nejúčinnější látky, pro snížení opotřebení a tření, jsou zároveň škodlivé. Hledají se i jiné maziva, zejména rostlinné oleje. Kokosový olej poskytuje dobré kluzné vlastnosti, naproti tomu nízkou ochranu proti opotřebení. [acea, 2004] 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Závěr Většina uvedených způsobů redukce tření a opotřebení je ve fázi testování v reálných motorech a hledání vhodných nositelů. Všechny metody poskytují krok kupředu, záleží tedy na nákladnosti výroby a ostatních kritériích. Zajímavou cestu ukazuje použití nano-povlaků, velmi sledovaným povlakem je DLC, u kterého se dá předpokládat brzké nasazení do reálného provozu. 1 … 4 5 6 7 8 9 10 11 12