Segman silindir çifti yüzeylerinde bor dop edilmiş kaplamanın motor sürtünme kayıplarına etkisinin incelenmesi

Abstract

İçten yanmalı motorların performans kayıplarının en büyük nedeni sürtünme kayıplardır. Bu kayıpların en önemli kısmı da motor içerisindeki sürtünen parçalar tarafından oluşturulan sürtünme kayıplarıdır. Motor içerisinde oluşan sürtünme kayıpları, motor performansı ve yakıt ekonomisini olumsuz yönde etkiler. Sürtünme kayıplarının yarısını oluşturan piston segmanı ve silindir gömleği sürtünmesi içten yanmalı motorlarda karşılaşılan en büyük sürtünme kaynağıdır. Piston segmanı ve silindir gömleği sürtünmesinin azaltılması için birçok araştırma yapılmış ve çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Uygulanan yöntemler; düşük viskoziteli ve sentetik oranı yüksek yağ kullanımı, plazma kaplı silindirler, döner gömlekli motor uygulaması ve alternatif segman kaplamalarıdır. Günümüzde malzeme kaplama yöntemleri sürekli gelişmektedir. Segman uygulamalarında, en yaygın şekilde kullanılan geleneksel elektrokimyasal krom kaplama yerini farklı kaplama yöntemlerine bırakmaktadır. Bu kaplamalar, CVD, PVD, atmosferik plazma ve HVOF (Yüksek hızlı alev püskürtme) kaplamalar şeklinde yaygınlaşmaktadır. Kaplama uygulamalarının en önemli özelliği katı yağlayıcı ve aşınma dayanımı çok yüksek olan malzemelerin dökme demir segmanlara uygulanabilmeleridir. Literatürde genellikle HVOF yöntemi ile sert karbürler uygulanmıştır. Bu çalışmada, aşınma dayanımı yüksek olan NiCrBSi ve WC-NiCrBSi tozları HVOF yöntemi ile dökme demir segmanlar üzerine kaplanmıştır. Aynı şekilde dökme demir segman üzerine uygulanan elektrokimyasal krom kaplama ile aşınma ve sürtünme performansları açısından karşılaştırılmışlardır. Aşınma deneylerinden önce Taguchi analiz metodu uygulanarak optimum deney şartları ve etkin faktörler belirlenmiştir. Aşınma tezgâhın da tüm kaplamaların sürtünme katsayıları belirlenmiş daha sonra aşınma oranları ölçülerek standart değerle karşılaştırılmıştır. Aşınma ve sürtünme üzerinde etkin olan sıcaklık, yük ve hız parametreleri deneylerde farklı şartlarında uygulanmıştır. Bu deneylerin ışığında motor deneylerine geçilmiştir. Kaplanan segmanlar benzinli motor üzerine monte edilerek, motorun sürtünme kayıpları farklı sıcaklık ve devirler için ölçülmüştür.

Performance losses of internal combustion engine are mostly due to mechanical losses. The most important part of these losses is friction losses which are composed by friction component inside the engine. Friction losses composed inside the engine effect the engine performance and fuel economy negatively. Nowadays, material coating methods are improving continuously. In piston ring applications, traditional electrochemical chrome coating method which is used widely replaces different coating methods. These coating methods are CVD, PVD, atmospheric plasma and HVOF. The most important features of the coating applications are their applicability to materials having high resistant of wear and solid lubricant. In this study the die cast piston rings were coated with NiCrBSi and WC- NiCrBSi powders by HVOF method. These coatings were compared with electrochemical chrome coating in terms of wear and friction performance. All coatings were reproduced. First, friction coefficient of all coatings were determined in wear test bench and then wear rate were compared each other. All experiments were applied under different temperatures, loads and speeds conditions. After friction and wear tests the engine tests were done. The coated piston rings were assembled to a SI engine and the friction losses of the test engine were measured under different temperature and speeds. At last, optimum tests conditions and efficient factors were determined for all tests by applying Taguchi design method.