Investigation of titanium nitride coated piston rings.

• Autorzy: Kaźmierczak, A.

Warianty tytułu

PL

Badania pierścieni tłokowych z powłoką z azotku tytanu.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ring seal of combustion engine which consists of piston rings assembly, piston and cylinder sleeve, must be able to withstand varied heat and mechanical loads. In order to achieve this, the ring seal has to have a very specific structure. Generally, it means that it is necessary to create conditions for obtaining the minimum values of friction forces. It can be done by shaping the ring seal and sleeve's surface in such a way that these properties are guaranteed. The most difficult task is to assure, by an appropriate structure and coating technology, that there will be no seizing if the oil film breaks. A new author's own and original technology of combustion engine piston rings and cylinder sleeve has been developed in this paper. The subject's ring seal has come out as a result of the complex research such as the simulation numerical research, introductory quality research involving a real object, comparative research on a tribotester and fundamental research on the real object. Positive results of numerical calculation constituted the base for further research. Introductory quality research on the real object confirmed the usefulness of the ring seal for the combustion engine. The research carried out on the tribotester enabled the development of the outer layer technology of the cylinder sleeve. The layer in co-operation with the titanium nitride coating ring features the least value of wear and friction coefficients. Having had a specific comoposition of materials i.e. the ring with the titanium nitride coating - cylindre sleeve with in the outer layer nitrated in Nitrovac technology the essential variant research has begun on the real object. The research resulted in the selection of the construction solution of both the piston ring, so called "undercut", and the cylinder sleeve with the nitrated outer layer.

PL

Uszczelnienie pierścieniowe silnika spalinowego składające się z zespołu pierścieni tłokowych, tłoka i tulei cylindrowej musi sprostać zmiennym obciążeniom cieplnym i mechanicznym. W tym celu stosuje się odpowiednią jego konstrukcję. Generalnie dąży się do tego, aby stworzyć warunki minimalnych wartości sił tarcia. Można to osiągnąć na drodze nadania pierścieniowi uszczelniającemu oraz powierzchni tulei kształtu zapewniającego te właściwości. Odpowiednia konstrukcja i technologia powłok ma zagwarantować przy tym brak zatarcia w przypadku przerwania filmu olejowego, co jest zadaniem najtrudniejszym. W ramach prac badawczych opracowano nową, własną technologię pierścieni tłokowych silników spalinowych oraz tulei cylindrowej. Przedmiotowe uszczelnienie pierścieniowe otrzymano w wyniku przeprowadzenia kompleksowych prac koncepcyjno-badawczych. W ich skład weszły symulacyjne badania numeryczne, wstępne badania jakościowe na obiekcie rzeczywistym, porównawcze badania na tribotesterze oraz zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym opisane w artykule. Pozytywne wyniki obliczeń numerycznych stanowiły podstawę dalszych prac badawczych. Wstępnie badania jakościowe na obiekcie rzeczywistym potwierdziły zdatność opracowanego uszczelnienia pierścieniowego dla silnika spalinowego. Przeprowadzone badania na tribotesterze umożliwiły wyłonienie technologii warstwy wierzchniej tulei cylindrowej, która we współpracy z pierścieniem z powłoką z azotku tytanu cechuje się najmniejszymi wartościami zużycia i współczynnika tarcia. Mając sprecyzowane zestawienie materiałowe pierścień z powłoką z azotku tytanu-tuleja cylindrowa o warstwie wierzchniej azotowanej w technologii Nitrovac, przystąpiono do zasadniczych opisanych wariantowych prac badawczych na obiekcie rzeczywistym. Ich efektem jest wybór rozwiązania konstrukcyjnego pierścienia tłokowego, tzw. ostrokrawędziowego i tulei cylindrowej o warstwie wierzchniej azotowanej.

Słowa kluczowe

PL

pierścień tłokowy; powłoka przeciwzużyciowa; azotek tytanu; zużycie

EN

piston ring; antiwear coating; titanium nitride; wear

• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 37, nr 3
• Strony: 29-40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Kaźmierczak, A.

• Wrocław University of Technology, Institute of Machine Design and Operation, Lukasiewicza Str., 50-371 Wrocław, tel. fax [phone],

Bibliografia

• [1] Buran, U., Mader, H.Ch., Morsbach, M.: Couches pulverisees au plasma pour segments de piston; Situation et possibilites d'emploi, Biuletyn Informacyjny GOETZE A.G., Burscheid, Niemcy 1997.
• [2] Kaźmierczak, A.: A design and preliminary test of piston ring covered by ceramic, Tribologia 5/98 (161). str. 708-714, Oficyna Wydawnicza SIMPress, Warszawa 1998.
• [3] Kaźmierczak, A.: Analiza możliwości wykonania uszczelniającego pierścienia tłokowego z przeciwzużyciową warstwą ceramiczną, Journal of KONES Internal Combustion Engines, Warsaw - Bielsko Biala 1997.
• [4] Kaźmierczak, A.: Analiza możliwości wykorzystania materiałów ceramicznych w konstrukcji elementów układu korbowego silników spalinowych, Raport Serii Sprawozdania nr S-048/96, Wrocław 1996.
• [5] Kaźmierczak, A. Pytko, S.: A preliminary test of piston ring with antiwear thin coating, VII International Symposium INTERTRIBO '99, April 27-30 1999 Stara lesna-Tatranska Łomnica, Slovak Republik 1999.
• [6] Kaźmierczak, A.: Badania trwałościowe zestawów naprawczych typu Leyland LO 400 N, Raport Serii Sprawozdania nr S/002/2000, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2000.
• [7] Kaźmierczak, A.: Badania trwałościowe zestawów remontowych TSPC silników Raba Man. Analizy wyników, Raport Serii Sprawozdania nr S/049/98, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1998.
• [8] Kaźmierczak, A.: Badania uszczelniającego pierścienia tłokowego z przeciwzużyciową warstwą ceramiczną, Czasopismo Techniczne 5M/1998 (rok 95), str. 183-190, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej. Kraków 1998.
• [9] Kaźmierczak, A.: Ispitania na dolgowiecsnost dizielnyh dwigatieliej wnutriennego sgorania w aspektie mikro geometrii wierhniego słoja gilz cylindra, International Scientific - Practical Symposium, Sankt Petersburg, June 23-27, 1997.
• [10] Kaźmierczak, A.: Metoda optymalizacji mikrogeometrii warstwy wierzchniej chromowanych tulei cylindrowych. Rozprawa doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1994,
• [11] Kaźmierczak, A. - red.: Tarcie, zużycie i smarowanie w silnikach spalinowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1996.
• [12] Kaźmierczak, A.: Technologie przeciwzużyciowych warstw wierzchnich pierścieni tłokowych, Teka Komisji Naukowo-Problemowej Motoryzacji Polskiej Akademii Nauk, Zeszyt 20/2000, Kraków 2000.
• [13] Kaźmierczak, A.: The Piston Ring with Antiwear Thin Coating, International Scientific - Practical Symposium, Sankt Petersburg, June 26-30, 2000.
• [14] Kaźmierczak, A.: The Piston Ring with Thin Coating, The Proceeding of International Konference of Internal Combustion Engines, Sofia, Republik of Bulgaria, 18-20 October 2000.
• [15] Kaźmierczak, A.: Wybrane kierunki działań tribologii w silniku spalinowym, Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, Zeszyt 3 (123) 2000, Polska Akademia Nauk, Wydawnictwo Instytutu Technologii Eksploatacji, Radom 2000.
• [16] Materiały reklamowe technologii NITROVAC, Instytut Inżynierii Materiałowej i Technik Bezwiórowych. Politechnika Łódzka.