Tulosta Tulosta Lähetä linkki Bookmark and Share

VTT tutkii moottorien männänrenkaiden ja sylinteriputkien kitkaa todellisuutta jäljittelevissä olosuhteissa

16.11.2006


Moottorin kitkan aleneminen näkyy polttoaineen kulutuksen ja päästöjen vähenemisenä

VTT tutkii polttomoottorien männänrenkaiden ja sylinteriputkien välistä kitkaa ja kulumista laboratoriomittakaavan kokeilla, jotka vastaavat pitkälti moottorin käynnin aikaista tilannetta. Kitkan alentaminen vähentää moottorinosien kulumista ja pidentää niiden vaihtoväliä. Lisäksi se parantaa moottorin hyötysuhdetta sekä vähentää polttoaineen kulutusta ja pakokaasupäästöjä.

VTT:n kehittämällä koelaitteella voidaan mekaanisesti simuloida polttomoottorien männänrenkaiden ja sylinteriputkien kitkaan ja kulumiseen, eli tribologiseen suorituskykyyn, liittyviä ominaisuuksia käyvässä moottorissa niin, että kokeet vastaavat todellisia olosuhteita mahdollisimman hyvin. Männänrenkaille ei ole olemassa kitkan ja kulumisen koestandardia, joten koelaite ja kokeet räätälöidään tapauskohtaisesti erilaisia moottoreita ja tilanteita varten. Koestandardin puuttuessa koetulosten tulkinta edellyttää selkeästi dokumentoitua koemenetelmää.

Ulkomaisiin vastaaviin laitteisiin verrattuna edistyksellistä VTT:n koelaitteessa on, että sillä pystytään tekemään kokeita suuren nopeuden ja iskun liikkeen, suuren kuormituksen ja korkean lämpötilan yhdistelmällä, ja että kitkavoiman mittaustapa antaa seikkaperäisiä tuloksia. Nopeita muutoksia kitkavoimassa rekisteröivä mittaustapa sisältää liikkuvien osien massavoiman vaikutuksen poiston, mikä on tärkeä piirre mutta epätavallinen muissa vastaavissa laitteissa. Nopea tiedonkeruujärjestelmä tallentaa yhden edestakaisen liikkeen aikana kitkavoiman suuruutta 500 kertaa, minkä perusteella voi laatia seikkaperäistä kuvaajaa kitkavoimasta männänrenkaan yhden edestakaisen liikkeen aikana.

Tämänhetkisellä kokoonpanollaan VTT:n koelaite soveltuu monenlaisiin männänrengaskokeisiin erikokoisten diesel- ja bensiinikäyttöisten moottorien männänrenkaista ja sylinteriputkista valmistetuilla koekappaleilla. Kokeessa mitataan kitkavoima, jolla männänrengaspala kuormitettuna liikkuu edestakaisin sylinteriputkesta valmistetun koekappaleen pinnalla. Kuormitus, liikenopeus, liikematka, lämpötila, voitelutapa ja voiteluaineen koostumus valitaan todellisen tilanteen perusteella. Koelaitteessa voidaan tutkia kaikkia ääriolosuhteita, mikä on herättänyt kansainvälistäkin kiinnostusta. Laboratoriomittakaavan takia männänrengaskoekappaleen keskinopeus on suurimmillaan 3,2 m/s, mikä vastaa noin viidesosaa moottoreissa yleisimmin käytetystä suurimmasta männän keskinopeudesta. Koelaitteen suurin käyntinopeus on 2400 kierrosta minuutissa, männänrenkaan liikkeen iskunpituus on 40 mm, suurin kuormitus on 500 N ja korkein lämpötila 230 celsiusastetta.

VTT on myös selvittänyt mittausmenetelmien soveltuvuutta voitelutilanteen määrittelyyn. Sylinterin seinämillä oleva voiteluöljy ja sen määrä vaikuttavat pakokaasupäästöihin.

VTT tekee tällä hetkellä laitteella laivojen dieselmoottorien tuotekehitystä tukevia kokeita yhteistyössä moottori- ja moottorinosavalmistajien kanssa. Tutkimus liittyy EU:n 6. puiteohjelmaan. Aiemmin VTT on tutkinut koelaitteellaan myös mm. kuorma-autojen ja traktorien männänrenkaiden ja sylinteriputkien välistä kitkaa ja kulumista ProMotor- ja COST 532 -tutkimusohjelmien projekteissa.

Kuva 1: Männänrengaskoelaite
Kuva 2: Männänrengaskoelaitteen esimerkki kitkakäyrä

 

 

Lisätietoja

Peter Andersson
Erikoistutkija
020 722 5387