Yüksek performanslı Racing Motorları Tasarımında Tribology

Yarış Motor Performansında Tribolojinin Eleştirel Rolü

Triboloji - interdisipliner olarak sürtünme bilimi, aşınma ve yağlanma – yüksek performanslı yarış motor tasarımını azaltmak için bir temel taşı. motorsport, motor hızlarının 15,000 RPM ve bileşen sıcaklıklarının 300°C'yi aşabileceği, yüzey etkileşimlerinin yönetilmesi istenmiyor: kazanan ve felaket başarısızlık arasındaki sınırı tanımlar.

Bu makale, tribolojinin modern yarış motorlarını nasıl şekillendirdiğini, piston ring paketlerinden camshaft loblara kadar ve bu güç implantlarını aşırı durgun altında yapan gelişmiş malzemeleri, kaplamaları ve yağlama stratejilerini araştırıyor.

Yüksek Hızlı Ortamlarda Tribolojinin Temelleri

Tribology, üç ilgili fenomenleri inceler: sürtünme, aşınma ve yağ tüketimi. Bir yarış motorunda, bu faktörlerden her biri doğrudan güç çıktısını, yakıt verimliliğini ve dayanıklılığını etkiler.Çalışanlar arasındaki dayanıklılık aksi takdirde zaman boyunca kritik önlemleri alır.Performasyon ve artan petrol tüketimini azaltır.

Racing motorları geleneksel sınır, karışık ve hidrodinamik yağ yağ yağ ovuşağı modelleri aşırılığa itilir.Spek meclislerinde yüksek kayaç ve boşluklar 106 s-1. Bu tür koşullar altında, yağ ısıtıcısının aşırı derecede yüksek oranda azaltılabilir ve enerji tabakasının üst kısmında bile koruyucu bir tabakayı korumak için üst katta.

Daha derin bir şekilde ince film yağının fiziğine geri dönülemez, SAE International konuyla ilgili kapsamlı teknik makaleler yayınlar.ASIFLT:0) Bu SAE kağıt), yüksek hızlı benzinli motorlarda yağar kalınlığı ölçümlerinin titiz bir analizi sunar.

Ölçme ve Modelleme Tribolojik Performans

Modern tribolojik tasarım hem deneysel rig testlerine ve hesaplama modellerine dayanıyor. Pin-on-disk testleri, reciprocating giyilebilir testörler ve motor dynamometreleri tek bir metal parçası kesmeden önce şarj ve aşınmaya izin veriyor.

Bir kritik ölçüm, Stribeck eğrisidir, ki bu haritalar vizolojinin bir kombinasyonunun birleşimine karşı katlanır, hız ve yük (Sommerfeld numarası) Hidrodinamik rejimdeki işletim noktalarına göre değişir - tam bir sıvı film ayrı yüzeyleri -mühendisler metal-to-metal temasını en aza indirirler. yüksek RPM'de, yarış motorları genellikle hidroelektrik santraline kadar çalışır, ancak vitesli değişiklikler veya aniden throttle değişiklikleri gibi geçici olarak sıkıştırılabilir.

Yarış Motorlarında Strategies Azaltma

Friction indir doğrudan mekanik verimliliğini geliştirir. Tipik bir yarış motorunda, piston montaj hesapları yaklaşık 40-50 toplam mekanik kayıplar için, (20-30%) ve valftrain (10-20%) tarafından takip edilen toplam kaynak saldırıyı gerektirir.

Gelişmiş Lubricants ve Katkılar

Sentetik baz yağları -polialphaolefins (PAOs), esterler ve polialkylene glycols (PAGs) - üst düzey termal istikrar ve visity indeksi geleneksel mineral yağ asitleriyle kıyasla, lig yağı formülü, katalizörleri korumak için bazı serilerde düzenlenir.

Granville Oil'in yarış yağlayıcıları, örneğin, visity bozulması olmadan 150°C'nin üzerinde sürekli operasyon için mühendisi tarafından gerçekleştirilir.ETHFLT:0) Teknik literatür) Özel katkı paketlerinin kozmetikten% 15'e kadar azaltımı nasıl azaltılabilir.

Low-Friction Kaplamalar

Kaplamalar, yüzey davranışını büyük malzeme özelliklerini değiştirmeden dönüştürür. yarış motorlarında ortak kaplamalar şunları içerir:

En iyi kaplama seçimi, substrat materyali, işletim sıcaklığı ve yağlayıcı kimyasına bağlıdır. Örneğin, DLC kaplamaları belirli deterjan agresifleri içeriyorsa, bu yüzden OEM ve yarış takımları uyumluluk sağlamak için petrol tedarikçileri ile işbirliği yapar.

Yüzey Topografi Optimizasyonu

Yüzey bitirmek - Ra (herthmetical mean kabalık) veya Rz (ortalama maksimum yükseklik) - yönlendirilen petrol film kalınlığı ve sürtünmeyi etkiler. Mikro-reservoirlerde sıkışıp kalmak için çok iyi bir yüzey, kaba bir yüzey artışları ve aşınmayı hızlandırır.

Silindir Borcularında, haçlı özel açılarda (tipik olarak 20-35°) yağ dağıtımını ve yüzüğün kapatılmasını sağlar. platoz yapısının derinliği ve yoğunluğu artık hassas taşlama ve özel fırça bitirme araçları ile kontrol edilir.

Direniş ve Malzeme Seçme

Yarış motorlarında giymek, yapıştırıcı giymek, aşındırıcı aşınma, yorgunluk çukurunu ve korrosive aşınmayı ortaya koyar. Her mekanizma belirli malzeme özelliklerini talep eder. Motorsport'da kilo kısıtlamaları, mühendislere hafif alaşımları (aluminum, titanyum, magnezyum) bu nedenle çeliklerin dirençlerini sık sık sık eksiktir.

Piston Ring ve Silindir Liners

piston yüzüğü paketi – sıkıştırma halkaları, petrol kontrol halkaları ve hurdaları – bir motordaki en tribolojik olarak yüklenen montaj. Ring face kaplamaları, algFLT gibi gelişmiş malzemelere ev sahipliği yaptı:0, fiziksel buhar dekonsolasyonu (PVD) kromatları nitrit. ve scrapFLT:2).

Yarış motorlarında silindir çizgileri genellikle% 20 cmugal olarak gri demirden sağlam yağ için ince grafiklere sahip olarak yapılır. ancak, birçok yüksek performanslı motorlar şimdi hijyenik alüminyum lineerler)[selektroless nikel).

Leeds'in Makina Mühendisliği Okulu'ndan araştırma, farklı ring gerilim ve yüzey sertliğinin aşınma oranlarına nasıl etkileyebileceğini gösteriyor.]Their tribology laboratuvarı), optimize edilmiş yüzüğün aşınmasını tipik bir hafta sonu azaltabileceğini gösteren veriler yayınladı.

Taşlar: Crank, Rod ve Cam

Yarış motorlarında bulunanlar, kurşunlanmış bronz, alüminyum-tin veya polimer kompozitleri astarıyla ince duvarlı çelik kabuklar kullanıyor. yüksek hızlı köşeleme ve frenleme sırasında yükleri şarj edebilir.

Demiryolu-element yataklar - yüksek performanslı turboşarjlarda kullanılanlar gibi - işe yaramaz yataklar:0)hybrid seramik top taşımaları[[DDDD: 1) Çelik yarışlarda nitrit topları daha hafif, daha zor ve çelikten daha az ısı üretiyorlar, turboşar hızları azaltır.

valfli, silindir rocker kolları ve parmak takipçileri cam destekli arayüzde sürtünmeyi azaltmaktadır. Bazı F1 motorları geleneksel çelik ilkbaharlarının tamamen ortadan kaldırılması için pnömatik kapak baharları kullandılar, ancak bu tür sistemler tüm serilerde izin verilmez.

Camshaft ve Valve Tren

Camshaft, valf asansörüne karşı sürüklenir (tappet) bir motordaki en yüksek kontakt arabirimlerden biridir. Racing camshafts genellikle soğutulmuş dökme demir veya çelikten yapılır, sertçe tedavi edilir, sonra tam olarak hesaplanan flank profilleri ile zemin. Tappets bir motor elemanı ile tasarlanabilir (roller takipçileri) veya bir DLC kaplama ile sabit bir düz yüz.

Valve rehberleri ve kökler de kayaçları deneyimliyor. Bronz valf kılavuzları yaygındır, ancak bazı yarış motorları demir veya seramik destekli alüminyum kılavuzları kullanır. valf kök mühür kritik bir tribolojik unsurdur: kılavuz-stem arayüzüne aşırı yağ yakma odasına izin vermeden metreye kadar, bu da duman veya depozito oluşumuna neden olacaktır.

Yüksek performanslı Motorlarda Yağma Teknikleri

Yağ tesliminin aktif yönetimi, dağıtım ve en aza indirmek için geri dönüş, ısıyı kaldır ve yıkanmış fındıklar ile çalışır. Racing motorları, 3 ila 7 bar arasında tipik olarak değişen petrol basınçları ve 1-40C'yi aşabilecek petrol sıcaklıkları ile çalışır.

Kuru Sump Systems

Neredeyse tüm amaçlanmış yarış motorları kuru bir sump yağdırıcı sistemi kullanır. Kuru bir sump, petrol bir veya daha scavenge pompalarından dış rezervuarlara pompalanır.Bu, yüksek seviyeli sütunlarda petrol açlıklarını önler, rüzgaraj kayıpları azaltır (petrol crankf) ve motorun daha düşük bir ağırlık merkezi için eğimli bir pompaya oturmasına izin verir.

Kuru sump tasarımları genellikle motor yapılandırmasına bağlı olarak iki ila beş scavenge aşamalarını içerir (örneğin, her bir V-mühendis bankası için bir tane). Petrol, ana petrol galerisine teslim edilmeden önce filtre ve soğutucular yoluyla gönderilir. Bazı sistemler, düşük hızlarda yeterli yağ beslemesini sağlar.

Değişken Petrol Baskısı ve Akış Yönetmeliği

Modern yarış motorları giderek değişken yer değiştirme yağı pompalarını benimsemektedir (örneğin, Gerotor pompaları RPM ve yüke dayalı olarak ayarlayan elektronik kontrol ile pompalar. yüksek hızlarda, pompa parasitik kaybı ve aerasyonu en aza indirmek için aşırı kapasite azaltır.

Ayrıca, pistonların altındaki petrol jetleri - piston soğutma nozları olarak adlandırılan - sıcaklık yükü sırasında ısıtılması için piston taçlarının altına yağ. Akış oranı bazen ışık yükü koşulları sırasında aşırı soğutmadan kaçınmak için modlu.

Yağ Filtrasyon ve Kirişleme Kontrolü

Temiz petrol uzun motor ömrü için gereklidir. Racing motorları, ilk şekerno seansı sonrasında bir yağ şişesi ile dolu dolu dolu akış filtreleri kullanıyor ve demirli parçacıkların ilk birkaç ısı döngüsünden (işlev-in enkazı) kırıyor. Birçok takım ilk şekerno seanstan sonra bir yağ kızarmış ve demirli asır parçacıkları yakalamak için manyetik temizleyiciler ve filtre mıknatısları kullanıyor.

Petrol filtre mikron derecelendirme seçimi bir ticaret-off içerir: 10micron filtre daha iyi parçacık kaldırma sağlar, ancak daha yüksek basınç düşüşü oluşturabilir, özellikle soğukken. Bazı dayanıklılık yarış serisi belirli filtrasyon standartları.ASIFLT:0).Mann-Filter'in teknik kaynakları).

Vaka Çalışmaları: Eylemde Triboloji

Yüksek performanslı Dizel Racing Motorları

Dizel sürüklenme yarışında, motorlar 30.000 psi'in üzerindeki enjeksiyon baskılarıyla 4.000'den fazla akıp gidiyor. Yakıtın kendisi enjekte eden ve pompa elementleri için bir yağlayıcı olarak hareket ediyor. Motor dynamometre testlerinde de% 25 azalma gösteriyor.

Formula 1 Hybrid Power Birimleri

Mevcut F1 motorları (1.6L V6 turbo hibrit) 50'den fazla ısı verimliliği elde eder, büyük ölçüde tribolojik gelişmeler nedeniyle. MGU-H ve MGU-K elektrikli makineler yüksek hızlarda döner ve yatakları özel petrol jetleri ve seramik taşıma elemanları gerektirir. ana motor yatakları petrol filmleriyle çalışır, ancak 1-2 mikron kalınır, elastohidrooksidinamik yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ yağ emisyonlarının sınırlarına yaklaşabilir.

Future Path in Tribology for Racing Engines

Motorsport'da sürdürülebilirlik için zorlama, tribolojik öncelikler yeniden şekillendiriyor. Hybrid ve tamamen elektrikli yarış serisi (Formula E, Extreme E) hala dişliler, yataklar ve termal yönetim sistemleri konusunda tribolojik olarak güvenmektedir. Ancak, iç yanma motoru motorspor'da çok uzaktadır ve gelecekteki gelişmeler muhtemelen gelecektir:

Sonuçta, motorsport'daki rekabet, sonunda üretim araçlarına hile yapan tribolojik çözümlerin gelişimini artırıyor. eksicule verimlilik kazanımları için sürekli arama - yüzde on 10'da sigortalandı - tribolojinin mühendislik tasarımında önemli bir alan olduğunu varsayıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Tribology sadece yarış motor tasarımında destekleyici bir disiplin değildir; motor mimarisi ve yeni güçlerin ortaya çıkması, betonlama ve verimlilikten kaynaklanan kaplamalar ve gelişmiş yağlardan kuru sump sistemleri ve değişken akış pompalar hakkında, her detay, atık enerji ve kısa bileşen yaşamı ile mücadele etmek için optimize edilir.