Valve steel oxidation rate in the exhaust gases of diesel engines fueled with 5% biocomponent diesel oil

• Autorzy: Adamaszek K. , Suchecki A. , Wisła M.

Warianty tytułu

PL

Szybkość utleniania stali zaworowych w gazach spalinowych oleju napędowego z dodatkiem 5% biokomponentów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Out of the many components of four-stroke diesel engines the exhaust valves are under significant constant thermal and mechanical loads. They operate in a highly corrosive environment of hot exhaust gases. The durability of these elements is determined by the creep resistance of steel i.e. simultaneous resistance to mechanical deformations under high temperatures and the resistance of the surface to corrosive hot exhaust gases. Long term cyclic heating and burning of the exhaust valves in the exhaust gases whose main components are oxygen, carbon dioxide and superheated steam results in a simultaneous corrosion of the steel surface and core diffusion of carbon and alloy elements in the thin layer of the steel surface. In extreme operating conditions this may lead to a deformation of the exhaust valves, a reduction of the air tightness of the combustion chamber or damage or destruction of the engine. The paper discuses the results of investigations of the influence of Cr, Ni, Mn and Si on the oxidation rate of high alloy austenitic valve steel in the diesel oil exhaust gases containing 5% of biocomponents. The corrosion tests were conducted in the temperate of 973 K and 1173 K under the conditions simulating the operation of the exhaust valves in diesel engines under heavy thermal loads. Based on the conducted research significant influence of the said alloy elements on the oxidation rate of the valve steel in the exhaust gases has been observed. The tests were conducted on the engine durability test stand in Automotive Research and Development Institute BOSMAL in Bielsko-Biała.

PL

Spośród licznych elementów konstrukcyjnych czterosuwowych silników spalinowych o zapłonie samoczynnym zawory wylotowe należą do silnie obciążonych cieplnie i mechanicznie. Poza tym pracują w niezwykle agresywnym korozyjnie środowisku gorących gazów spalinowych. O trwałości tych elementów decyduje żarowytrzymałość stali, tj. jednoczesna odporność zaworów na odkształcenia mechaniczne w wysokich temperaturach oraz odporność powierzchni na wysokotemperaturowe korozyjne oddziaływanie gorących gazów spalinowych. Długookresowe cykliczne nagrzewanie i wygrzewanie zaworów wylotowych w atmosferze spalin oleju napędowego, gdzie głównymi składnikami utleniającymi są tlen, dwutlenek węgla i przegrzana para wodna, powoduje jednoczesną korozję powierzchni stalowej oraz odrdzeniową dyfuzję węgla i pierwiastków stopowych w cienkiej warstwie przypowierzchniowej stali. W skrajnych warunkach eksploatacyjnych może to prowadzić do odkształcenia zaworów wylotowych, zmniejszenia szczelności komory spalania i uszkodzenia lub zniszczenia silnika spalinowego. W artykule omówiono wyniki badań wpływu Cr, Ni, Mn i Si na szybkość utleniania wysokostopowych austenitycznych stali zaworowych w gazach spalinowych oleju napędowego z dodatkiem 5% biokomponentów. Badania korozyjne prowadzono w temperaturze 973 i 1173 K w warunkach symulujących pracę zaworów wylotowych w wysokoobciążonych cieplnie silnikach o zapłonie samoczynnym. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono duży wpływ wymienionych pierwiastków stopowych na szybkość utleniania stali zaworowych w gazach spalinowych silnika. Badania wykonano na stanowisku badań trwałościowych silników w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL w Bielsku-Białej.

Słowa kluczowe

EN

valve steel; diesel exhaust gases; oxidation rate

PL

stal zaworowa; spaliny oleju napędowego; szybkość utleniania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 51, nr 2
• Strony: 22--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Adamaszek K.

autor

Suchecki A.

autor

Wisła M.

• BOSMAL Automotive Research and Development Institute Ltd in Bielsko-Biała,

Bibliografia

• [1] Kasedorf J.: Zasilanie wtryskowe olejem napędowym. WKiŁ, Warszawa 1990.
• [2] Bernhardt M., Dobrzyński S., Loth E.: Silniki spalinowe. WKiŁ, Warszawa 1988.
• [3] Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych, tom I i II. Wyd. Politechniki Poznańskiej, 1999.
• [4] Adamczyk J.: Metaloznawstwo teoretyczne. Własności mechaniczne, Wyd. Politechniki Śląskiej, 1989.
• [5] Norma PN-EN 10098 - 1:2001. Stale i stopy zaworowe w silniku spalinowym.
• [6] Naumienko D., Singheiser L., Quadakkers W.J.: Oxidation Limited of FeCrAl Based Alloys During Thermal Cyclie, in Proceedings of an EFC Workshop, Frankfurt/Main 1999, pp. 287-306, ed. by M. Schultze and W.J. Quadakkers.
• [7] Mrowec S., Weber T.: Korozja gazowa metali. Wydawnictwo Śląsk, 1976.
• [8] Mrowec S.: Kinetyka i mechanika utleniania stali. Wydawnictwo Śląsk, 1982.
• [9] Mrowec S., Werber T.: Modern Sc-Resistant Materials, National Bureau of Standards and National Science Foundation, Washington D.C., 1982.
• [10] Kofstad P.: High Temperature Corrosion, Elsevier Applied Science, London and New York, 1988, p. 389.
• [11] Rahmel A.: Z. Elektrochem. 66, 363-371, 1961.
• [12] Wood G., Hobby M., Vaszko B.N.: J. Iron Steel Inst. 202, 685-691, 1964.