Miljöanpassning ökar slitage av motorventiler
Renare motorer och ökade krav på prestanda och livslängd kan öka slitaget på ventilerna. Civilingenjören Peter Forsberg har utvecklat en testutrustning för avgasventiler i lastbilar och visar hur nötning sker under olika förhållanden.
Alla förbränningsmotorer har en uppsättning ventiler som styr in- och utflödet av gaser i cylindrarna, och tätar dem från läckage när trycket byggs upp under förbränningen. Dessa funktioner medför att ventilernas tätningsytor utsätts för höga krafter och stora temperaturförändringar.
De senaste decenniernas ökande globala miljömedvetenhet har lett till att lastbilstillverkarna nu följer en serie av stegvis allt mer krävande miljölagar som reglerar tillåtna utsläpp. Detta har tvingat fram en snabb utveckling av motorer, användning av allt renare bränslen och bättre styrda förbränningsparametrar. Alla dessa förändringar i förbränningskammaren påverkar även ventilerna.
– Särskilt minskar det partikelflöde som passerar genom avgasventilerna och som visat sig vara positivt ur slitagesynpunkt. Samtidigt efterfrågas ökad livslängd och prestanda, vilket sammantaget ställer enorma krav på framtidens ventiler, säger Peter Forsberg.
Han har studerat nötningen av tätningsytorna på ventiler i förbränningsmotorer, särskilt avgasventiler i dieseldrivna lastbilsmotorer. Inom ramen för avhandlingsarbetet utvecklade han en unik testutrustning, som på ett förenklat sätt simulerar ventilernas kontaktsituation.
Utrustningen är uppbyggd runt verkliga komponenter för att i bästa möjliga mån ge resultat som kan överföras till verkliga motorer. För att simulera de partiklar som motorernas avgasventiler blir utsatta för sprayades några miljondelar olja in i det varmluftsflöde som passerar genom testutrustningens ventiler.
Resultatet visar att det både i verkliga motorer och i testet spontant bildades en skyddande film på tätningsytorna. Denna så kallade tribofilm byggs upp av oljerester i ett flertal lager med en sammanlagd tjocklek av bara 1-5 tusendels millimeter. Den täcker den ursprungliga ytan och fyller ut ojämnheter.
– Mina studier visar tydligt på vikten av dessa självreparerande och nötningsskyddande tribofilmer. Utan dem måste ventiler anpassas för att inte slitas ut i förtid i framtiden. Det kan till exempel göras genom nya utformningar som minskar glidningen i kontaktytan, genom att använda alternativa slittåligare material eller andra mer innovativa lösningar, säger Peter Forsberg.
Projektet har bedrivits i nära samarbete med Scania CV AB som levererat materiel och bidragit med praktiska erfarenheter. Avhandlingen läggs fram den 20 september. Mer information om avhandlingen på Uppsala universitet.
