Aplikace tenkých vrstevAplikace tenkých vrstev
Nadace na podporu rozvoje pokročilých technologií, inovací a technického vzdělávání v České republice

dáváme věci do pohybu ...

  • Projekt je realizován na ČVUT
  • Velikost podpory je 45.000,- Kč
  • Odhadovaná délka projektu činí 6 měsíců

Bližší informace lze nalézt na stránkách věnovaných projektu.

 

Závěrečná zpráva ke stažení je zde.

Aplikace tenkých vrstev na zdvihátka ventilů motoru formule CTU CarTech

Řešitel: Petr Mutafov

 

Cílem tohoto projektu bylo otestovat dva vybrané typy tenkých vrstev v laboratorních podmínkách a v motoru formule CTU CarTech. Hlavní motivací byla snaha snížit opotřebení funkční plochy zdvihátka a alespoň částečně ovlivnit výkonové parametry a spotřebu paliva. Projekt byl rozdělen na testování povlakovaných zdvihátek v laboratorních podmínkách a dále ve spalovacím motoru formule v rámci měření na motorové brzdě. Dosažené výsledky z laboratorních a motorových testů byly následně porovnány pro nalezení vzájemná korelace.

Laboratorní testy měly za účel simulovat podmínky v motoru formule. Nejprve však byla provedena analýza kontaktních tlaků mezi vačkou a ventilovým zdvihátkem. Přestože je skutečný kontakt mezi vačkou a zdvihátkem čárový, tento typ kontaktu by nemusel vést k opotřebení tenké vrstvy během laboratorních testů. Z tohoto důvodu byl pro laboratorní testy zvolen bodový kontakt mezi zkušební kuličkou ø 6 mm a povlakovaným zdvihátkem – metoda pin-on-disk. Kontaktní tlak byl během laboratorních testů obou vrstev záměrně zvolen vyšší, než mezi vačkou a zdvihátkem.

 

Výsledky laboratorních testů ukázaly, že DLC-W vrstva dosahuje nejlepší hodnoty součinitele tření µ = 0,06 a míry opotřebení povlaku za podmínky, že není použit motorový olej Motul 5W-40 (stejný olej jaký je používán v motoru formule). Tento jev lze vysvětlit formováním třecí mezivrstvy mezi vrstvou DLC-W a zkušební kuličkou. Pokud je vrstva DLC-W testována v motorovém oleji, součinitel tření se zvyšuje.

 

Zcela opačné chování oproti vrstvě DLC-W bylo pozorováno při testování vrstvy WSC-Cr, kdy nejvyšší součinitel tření µ = 0,17 byl naměřen při pokojové teplotě bez použití motorového oleje, zatímco nejnižší součinitel tření µ = 0,10 byl dosažen při 120 °C v motorovém oleji. Hlavní výsledek laboratorních testů shrnuje graf, kde jsou porovnány součinitele tření pro obě vrstvy oproti standartnímu nepovlakovanému zdvihátku.

 

Výsledky DLC-W vrstvy (testování vrstvy WSC-Cr naplánováno na podzim 2012) testované na motorové brzdě ukazují dobrou korelaci s laboratorním experimentem z hlediska opotřebení. Typické opotřebení standartních ventilových zdvihátek je charakterizované kruhovými a radiálními rýhami. Jakmile byly použity zdvihátka s DLC-W vrstvou, kruhové ani radiální vrypy nebyly přítomné na funkčním povrchu zdvihátka (viz foto zdvihátek). Tento výsledek může mít pozitivní vliv na snížení kontaminace motorového oleje kovovými částicemi.

 

Testování vrstvy DLC-W v motoru formule CTU CarTech nepřineslo žádný přínos z hlediska zvýšení výkonu nebo snížení spotřeby. Důvodem je zřejmě množství dalších pasivních odporů přítomných v motoru. Další důvod lze též spatřit i v příliš krátkém motorovém testu, čemuž by mohlo napomoci provedení testu v řádu několika hodin.