بررسی تأثیر پوشش‌های نانومتری بر اتلاف اصطکاکی و سایش در حلقه سنبه

نویسندگان

چکیده

آب بندی مکانیکی محفظه احتراق در موتورهای درونسوز توسط رینگ پیستون انجام می‌گیرد که باید علاوه بر خاصیت آب بندی دارای مقاومت سایشی مناسب باشد و برای دسترسی به این خاصیت از پوشش آلیاژی بر روی رینگ استفاده می‌شود. در حال حاضر پوشش‌های  CrN برای پوشش دهی رینگ پیستون به کار می‌رود که مقاومت سایشی خوبی در دمای اتاق دارد ولی به خاطر ساختار متخلخل شونده سایش بسیار زیادی در دماهای بالای ۲۰۰ درجه از خود نشان می‌دهد و فاقد خاصیت خود روان کننده است. اگرچه رفتار سایشی پوشش‌های متنوع اعمالی بر روی رینگ‌های پیستون توسط محققان زیادی مورد بررسی قرار گرفته است، ولی به منظور مقایسه و بررسی کلی پوشش‌ها تحقیقات اندکی انجام شده است. هدف این پروژه، تحلیل پوشش‌های جدید نانو کوتینگ برای رینگ پیستون موتور TU5 می‌باشد. در ابتدا تأثیر پوشش‌های مختلف به روش نانو کوتینگ بر روی رفتار سایشی رینگ پیستون مورد مطالعه قرار گرفته است و سپس با استفاده از نرم افزار AVL معادلات مدل روانکاری هیدرودینامیک رینگ پیستون با سیلندر شبیه سازی و حل عددی شده وتأثیر پوششهای مختلف رینگ پیستون بر پارامترهائی از قبیل اتلاف اصطکاکی، سایش، میزان بلوبای و ضخامت فیلم روغن مورد بررسی قرار می‌گیرد. با توجه به نتایج حاصله و نمودارهای شبیه سازی، پوشش‌دهی نیترات کروم آلومینم آلیاژ شده با رنیوم به روش نانو کوتینگ و آلیاژ سازی، تأثیر ۳۰ درصدی بر کاهش اتلاف‌ اصطکاکی و کاهش ۸۳ درصدی سایش و بهبود ۷۹ درصدی خاصیت آب بندی رینگ دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of nanocoating on friction loss and abrasion in the piston rings

نویسندگان [English]

  • M. Kavand
  • A. Tabrizi
  • O. Froutan
چکیده [English]

The piston ring which prepares mechanical sealing of a combustion chamber, should have significant abrasion resistance and less friction loss, using appropriate ring coating. The coating widely used is CrN, because of its good abrasion resistance at room temperature. However, it suffers from some shortcomings, such as high abrasion rate at temperatures above 200°C and lack of self-lubricating property. Although the abrasion behavior of various coatings has been widely investigated, a comprehensive comparing procedure is required to demonstrate the advantages of each coating. In this study, the effects of different Nano-coatings applied to the piston rings of the TU5 IC engine is investigated. The AVL software was used to create hydrodynamic lubrication model and solve numerically the related equations, such as Reynolds and friction loss and the parameters such as friction loss, abrasion, blow-by and oil film thickness were investigated. The results demonstrate that using the Nano-coating reduced friction loss and abrasion by 30 percent and 83 percent, respectively, and the mechanical sealing were improved by 79 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • IC Engine
  • Piston ring
  • Nano-coating
  • Friction loss
  • Abrasion resistance
  • Oil film thickness