Tytuł pozycji:
Fizykalne aspekty przeciwzużyciowej technologii uszczelniania pierścieniowego silnika spalinowego.
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 taką jego konstrukcję, aby stworzyć warunki minimalnych sił tarcia. W artykule przedstawiono nową, własną technologię pierścieni tłokowych silników spalinowych oraz tulei cylindrowej i wyjaśniono istotę ich bardzo dobrych właściwości tribologicznych. Stwierdzono, że istotą bardzo dobrych właściwości tribologicznych nowego uszczelnienia pierścieniowego jest niska wartość swobodnej energii powierzchniowej (SFE) powłoki z azotku tytanu na pierścieniu tłokowym oraz wysoka wartość tej energii, która cechuje powierzchnię azotowanej żeliwnej tulei cylindrowej. Takie zestawienie materiałowe zapewnia efekt nazwanej tu "czystej" powierzchni powłoki z azotku tytanu na pierścieniu tłokowym oraz ściśle przywartej do podłoża warstwy granicznej czynnika smarnego na powierzchni azotowanej żeliwnej tulei cylindrowej. Dzięki temu w chwili, gdy ruch pierścienia po powierzchni tulei zamiera - szczególnie w miejscu zwrotu zewnętrznego (ZZ) w suwie rozprężania - stykowi metalicznemu zapobiega tworząca się warstwa graniczna oleju na powierzchni tulei. Podczas ruchu pierścienia, dzięki efektowi klina smarnego, powstaje film olejowy, po którym prześlizguje się pierścień tłokowy o "czystej" powierzchni, zmniejszając do minimum straty energii na tarcie. Stwierdzono, że należy dążyć do możliwie maksymalnej różnicy wartości pomiędzy swobodnymi energiami powierzchniowymi współpracujących elementów, konstytuując je tak, aby element o większej powierzchni cechowała większa wartość tej energii.
The ring seal of combustion engine which consists of an assembly of piston rings, 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. This can be done by shaping the ring seal and sleeve's surface in such a way as to guaranty these properties. 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. A new index of material selection for elements working in the reciprocating motion was suggested. It has been found that the essence of excellent tribological properties of the new ring seal lies, on the one hand, in its low value of surface free energy of titanium nitride coating on the piston ring and, on the other hand, in its high value of energy which is characteristic of the nitrated surface of the cast iron cylinder sleeve. Such composition of materials guarantees the effect of "pure" coating surface with titanium nitride on piston ring, and assures that the border layer on the nitrated surface of the cast iron cylinder sleeve tightly clings to the base. As a result, when the ring's motion on the sleeve's surface ceases, especially in the outer dead centre in expansion stroke, the bordening layer of oil on the sleeve's surface prevents metallic contact. During the ring's motion, due to the effect of an oil wedge, an oil film is being formed on which the piston ring of the "pure" surface slips diminishing to minimum the energy loss in friction. In general, it has been found that the free surface energy can be an important index of material selection for cutting pairs, especially for those working in the reciprocating motion. Hence, if possible, the maximum difference in the values of free surface energies of co-operating elements should be obtained by a means of forming them in such a way that the element of larger surface is equipped with the higher energy value.
