USA/GLOBALNE: +1-949-461-9292
EUROPA: +39-011-3052-794
pl_PL PL
pl_PL PL en_US EN es_MX ES de_DE DE fr_FR FR it_IT IT zh_CN ZH ja JA pt_BR PT tr_TR TR ko_KR KO ar AR
KONTAKT

Badanie zużycia tłoka

TESTOWANIE ZUŻYCIA TŁOKÓWKORZYSTANIE Z TRYBOMETRU NANOVEA

Badanie zużycia tłoka przy użyciu tribometru NANOVEA w warunkach smarowania.

Przygotowane przez

FRANK LIU

Czym jest badanie zużycia tłoka?

Badanie zużycia tłoka ocenia tarcie, smarowanie i trwałość materiału między płaszczami tłoka a tulejami cylindrów w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Wykorzystując trybometr, inżynierowie mogą odtworzyć rzeczywisty ruch posuwisto-zwrotny i precyzyjnie zmierzyć współczynnik tarcia, szybkość zużycia oraz topografię powierzchni 3D. Wyniki te dostarczają kluczowych informacji na temat właściwości trybologicznych powłok, smarów i stopów stosowanych w tłokach silnikowych, pomagając zoptymalizować osiągi, zużycie paliwa i długoterminową niezawodność.

Schemat przedstawiający interfejs smarowania płaszcza tłoka i tulei cylindrowej podczas testów zużycia.

 Schemat układu cylindrów mocy i interfejsu spódnica tłokowa - smar - tuleja cylindrowa.

💡 Chcesz określić stopień zużycia i tarcie własnych próbek? Zamów niestandardowy test trybologiczny dostosowany do Twojej aplikacji.

Dlaczego testy zużycia tłoków mają znaczenie w rozwoju silników

Olej silnikowy jest środkiem smarnym, który jest dobrze zaprojektowany do swojego zastosowania. Oprócz oleju bazowego, aby poprawić jego działanie, dodaje się dodatki, takie jak detergenty, dyspergatory, polepszacze lepkości (VI), środki przeciwzużyciowe/przeciwtarciowe i inhibitory korozji. Dodatki te wpływają na to, jak olej zachowuje się w różnych warunkach pracy. Zachowanie oleju wpływa na interfejsy P-L-C i określa, czy występuje znaczne zużycie w wyniku kontaktu metal-metal, czy też smarowanie hydrodynamiczne (bardzo małe zużycie).

Trudno jest zrozumieć interfejsy P-L-C bez odizolowania tego obszaru od zmiennych zewnętrznych. Bardziej praktyczna jest symulacja zdarzenia z warunkami reprezentatywnymi dla jego rzeczywistego zastosowania. Strona NANOVEA Tribometr jest do tego idealny. Wyposażony w wiele czujników siły, czujnik głębokości, moduł smarowania kroplowego oraz liniowy stopień posuwisto-zwrotny. NANOVEA T2000 jest w stanie dokładnie naśladować zdarzenia zachodzące w bloku silnika i uzyskać cenne dane, które pozwalają lepiej zrozumieć interfejsy P-L-C.

Konfiguracja modułu do badania zużycia tłoka i tarcia za pomocą tribometru nanovea

Moduł cieczy na tribometrze NANOVEA T2000

Moduł "drop-by-drop" jest kluczowy dla tego badania. Ponieważ tłoki mogą poruszać się z bardzo dużą prędkością (powyżej 3000 obr/min), trudno jest stworzyć cienką warstwę środka smarnego poprzez zanurzenie próbki. Aby rozwiązać ten problem, moduł "kropla po kropli" jest w stanie konsekwentnie nakładać stałą ilość środka smarnego na powierzchnię spódnicy tłoka.

Zastosowanie świeżego środka smarnego usuwa również obawy o wpływ na właściwości środka smarnego zanieczyszczeń powstałych w wyniku zużycia.

Jak symulują tribometry
Rzeczywiste zużycie tłoka i tulei

W niniejszym raporcie zostaną zbadane interfejsy między płaszczem tłoka, smarem i tuleją cylindrową. Interfejsy zostaną odtworzone poprzez przeprowadzenie liniowego ruchu posuwisto-zwrotnego. test zużycia z modułem smarowania kroplowego.

Środek smarny będzie stosowany w temperaturze pokojowej i w warunkach podgrzewania, aby porównać zimny start i optymalne warunki pracy. COF i wskaźnik zużycia będą obserwowane, aby lepiej zrozumieć, jak interfejsy zachowują się w rzeczywistych zastosowaniach.

NANOVEA T2000
Tribometr do dużych obciążeń

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
Pneumatyczny trybometr NANOVEA T2000 do dużych obciążeń

Parametry i konfiguracja testu zużycia tłoka

LOAD ............................ 100 N

CZAS TRWANIA TESTU ............................ 30 min

PRĘDKOŚĆ ............................ 2000 obr.

AMPLITUDE ............................ 10 mm

ODLEGŁOŚĆ CAŁKOWITA ............................ 1200 m

POWLEKANIE SPODNI ............................ Moly-grafit

MATERIAŁ NA PIN ............................ Stop aluminium 5052

ŚREDNICA PINU ............................ 10 mm

SMAROWIDŁO ............................ Olej silnikowy (10W-30)

APPROX. PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura pokojowa i 90°C

Znaczenie w rzeczywistym świecie
Badanie zużycia tłoka

Testy zużycia tłoków z wykorzystaniem tribometru dostarczają kluczowych informacji na temat wpływu doboru materiałów i strategii smarowania na rzeczywistą niezawodność silnika. Zamiast polegać na kosztownych testach całego silnika, laboratoria mogą oceniać powłoki, oleje i powierzchnie stopów w realistycznych warunkach obciążenia mechanicznego i temperatury. NANOVEA Profilometria 3D Moduły trybologiczne umożliwiają precyzyjne mapowanie głębokości zużycia i stabilności tarcia, pomagając zespołom badawczo-rozwojowym w optymalizacji wydajności i skróceniu cykli rozwoju.

Wyniki i analiza testów zużycia tłoków

Porównanie śladów zużycia tłoka na podstawie testu zużycia smarowanego przeprowadzonego za pomocą tribometru

W tym eksperymencie jako materiał kontrastowy wykorzystano A5052. Chociaż bloki silnika są zazwyczaj wykonane z odlewanego aluminium, takiego jak A356, A5052 ma właściwości mechaniczne podobne do A356 w tym symulacyjnym teście [1].

W warunkach testowych zaobserwowano znaczne zużycie płaszcza tłoka w temperaturze pokojowej w porównaniu z temperaturą 90°C. Głębokie rysy widoczne na próbkach sugerują, że podczas testu często dochodziło do kontaktu między materiałem statycznym a płaszczem tłoka. Wysoka lepkość w temperaturze pokojowej może ograniczać całkowite wypełnienie szczelin na styku powierzchni przez olej, powodując kontakt metalu z metalem. W wyższej temperaturze olej rozrzedza się i może przepływać między sworzniem a tłokiem. W rezultacie w wyższej temperaturze obserwuje się znacznie mniejsze zużycie. RYSUNEK 5 pokazuje, że jedna strona śladu zużycia była znacznie mniej zużyta niż druga strona. Najprawdopodobniej wynika to z położenia wylotu oleju. Grubość warstwy smaru była większa po jednej stronie niż po drugiej, co spowodowało nierównomierne zużycie.

[1] “Aluminium 5052 a aluminium 356.0”. MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

Współczynnik COF w badaniach tribologicznych z liniowym ruchem posuwisto-zwrotnym można podzielić na wysoki i niski. Przejście wysokie odnosi się do próbki poruszającej się w kierunku dodatnim, a przejście niskie do próbki poruszającej się w kierunku przeciwnym, czyli ujemnym. Zaobserwowano, że średni COF dla oleju RT był poniżej 0,1 dla obu kierunków. Średni COF pomiędzy przejściami wynosił 0,072 i 0,080. Stwierdzono, że średni COF dla oleju 90°C był różny pomiędzy przejściami. Zaobserwowano średnie wartości COF wynoszące 0,167 i 0,09. Różnica w COF stanowi dodatkowy dowód na to, że olej był w stanie prawidłowo nawilżyć tylko jedną stronę trzpienia. Wysoki współczynnik COF uzyskano, gdy pomiędzy sworzniem a denkiem tłoka utworzył się gruby film w wyniku występującego smarowania hydrodynamicznego. Niższy współczynnik COF obserwuje się w drugą stronę, gdy występuje smarowanie mieszane. Więcej informacji na temat smarowania hydrodynamicznego i mieszanego można znaleźć w naszej nocie aplikacyjnej na stronie Krzywe Stribecka.
Współczynnik tarcia i wskaźnik zużycia wynikające z badania zużycia tłoka smarowanego

Tabela 1: Wyniki badań zużycia tłoków w stanie nasmarowanym.

Wykresy współczynnika tarcia dla testu zużycia tłoka w temperaturze pokojowej pokazujące surowe profile wysokich i niskich częstotliwości.

RYSUNEK 1: Wykresy COF dla testu zużycia oleju w temperaturze pokojowej A surowy profil B wysoki przebieg C niski przebieg.

Wykresy współczynnika tarcia dla testu zużycia tłoka w temperaturze 90 stopni Celsjusza, pokazujące surowe profile wysokich i niskich częstotliwości.

RYSUNEK 2: Wykresy COF dla testu oleju zużywalnego w 90°C A profil surowy B profil wysoki C profil niski.

Obraz mikroskopowy śladu zużycia tłoka uzyskany w wyniku badania zużycia oleju silnikowego w temperaturze pokojowej.

RYSUNEK 3: Obraz optyczny blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

Powierzchnia tłoka z zaznaczoną lokalną śladami zużycia, podkreślona do analizy trybologicznej.
Analiza objętości i głębokości śladu zużycia tłoka na podstawie badania trybometrycznego

RYSUNEK 4: Objętość otworu analiza blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

Skan profilometryczny powierzchni 3D śladu zużycia tłoka pokazujący głębokość zużycia i chropowatość

RYSUNEK 5: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego RT.

Obraz mikroskopowy śladu zużycia tłoka po teście zużycia oleju silnikowego w temperaturze 90 stopni.

RYSUNEK 6: Optyczny obraz blizny po zużyciu oleju silnikowego w 90°C

spód tłoka wykazujący strefę zużycia analizowaną podczas badania zużycia tłoka za pomocą tribometru
pomiar objętości i głębokości śladu zużycia tłoka na podstawie badania tribometrycznego oleju silnikowego pod kątem 90 stopni

RYSUNEK 7: Objętość analizy otworu blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego w 90°C.

Skanowanie profilometryczne powierzchni 3D śladu zużycia tłoka z 90-stopniowego testu zużycia oleju silnikowego, pokazujące głębokość zużycia i teksturę.

RYSUNEK 8: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego w 90°C.

Wnioski: Ocena zużycia silnika za pomocą tribometrów NANOVEA

Przeprowadzono testy zużycia smarowanego tłoka liniowego, aby symulować zdarzenia występujące w rzeczywistym silniku podczas pracy. Interfejsy między płaszczem tłoka, smarem i tuleją cylindrową mają kluczowe znaczenie dla działania silnika. Grubość smaru na interfejsie odpowiada za straty energii spowodowane tarciem lub zużyciem między płaszczem tłoka a tuleją cylindrową. Aby zoptymalizować działanie silnika, grubość warstwy smaru musi być jak najmniejsza, tak aby płaszcz tłoka i tuleja cylindrowa nie stykały się ze sobą. Wyzwaniem jest jednak to, jak zmiany temperatury, prędkości i siły wpłyną na styki P-L-C.

Dzięki szerokiemu zakresowi obciążenia (do 2000 N) i prędkości (do 15000 obr./min) tribometr NANOVEA T2000 jest w stanie symulować różne warunki występujące w silniku. Możliwe przyszłe badania w tej dziedzinie obejmują zachowanie interfejsów P-L-C pod wpływem różnych stałych obciążeń, obciążeń oscylacyjnych, temperatury smaru, prędkości i metody stosowania smaru. Parametry te można łatwo regulować za pomocą tribometru NANOVEA T2000, aby uzyskać pełne zrozumienie mechanizmów interfejsów między płaszczem tłoka, smarem i tuleją cylindrową.

ℹ️ Interesują Cię testy klocków hamulcowych? Dowiedz się więcej o naszym dedykowanym tester tarcia hamulców do produkcji klocków hamulcowych, okładzin i badań i rozwoju w branży motoryzacyjnej.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Masz pytanie? Eksperci NANOVEA są tutaj, aby pomóc!

Copyright © 2026 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.