Hard TiC and TiNC coatings - BMWForum.gr

BMWForum.gr


Tech Cyclopedia Η τεχνική εγκυκλοπαίδεια της κοινότητας μας. Τεχνικά θέματα που μόνο εδώ θα βρείτε...

Απάντηση στο θέμα
 
Εργαλεία Θεμάτων Τρόποι εμφάνισης
18-11-12, 23:35   #1
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.295

Drives: E46 316i
Hard TiC and TiNC coatings

Ενα απο τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα κινητά μέρη κάθε μηχανολογικής εφαρμογής είναι η φθορά λόγω τριβής αλλά και λόγω συγκέντρωσης δυναμικών φορτίων, επαναλαμβανόμενων δηλαδή δυνάμεων σε μικρή επιφάνεια. Η αστοχία των μηχανικών μερών μπορεί άλλες φορές ασήμαντη αλλά όταν αναφερόμαστε σε ένα σύστημα έγχυσης καυσίμου σε μια μηχανή εσωτερικής καύσης τότε τα πράγματα γίνονται πιο σοβαρά.

Ειδικά στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού το πρόβλημα γίνεται πιο μεγάλο. Οι σύγχρονες νόρμες αναγκάζουν τους κατασκευαστές να βρίσκονται υπο αυστηρές νομιθεσίες για τους ρύπους ενώ ταυτόχρονα προσπαθούν να εξοικονομήσουν καύσιμο. Μια μηχανική αστοχία σε ένα σύστημα ψεκασμού μας φέρνει μακριά απο αυτούς τους στόχους ενώ ο ανταγωνισμός των εταιριών που κατασκευάζουν τέτοια συστήματα είναι μεγάλος.

Η μοντέρνα μηχανολογία και τεχνολογία των υλικών έχει προοδεύσει τα τελευταία χρόνια. Είναι δύσκολο να αναπτυχθούν υλικά που να έχουν μηχανικές ιδιότητες όπως χαμηλή τριβή και αυξημένη σκληρότητα σε μεγάλο βαθμό. Πώς κάνουμε όμως τα ήδη μοντέρνα υλικά πιο ανθεκτικά και με τις επιθυμητές ιδιότητες? Εδώ έρχονται οι σκληρές κεραμικές επικαλύψεις στις οποίες θα αναφερθούμε πιο κάτω.

Η σύγχρονες τεχνολογίες που εφαρμόζονται στους κινητήρες εσωτερικής καύσης έχουν φέρει τους σχεδιαστές και μηχανικούς απέναντι σε νέες προκλήσεις. Η έγχυση καυσίμου απευθείας στον θάλαμο καύσης είναι απο τις μεγαλύτερες προκλήσεις. Το πρώτο πρόβλημα εμφανίζεται στον τρόπο ομογενοποίησης του καυσίμου αλλά και στην διαχείριση του έτσι ώστε να λάβουμε το μέγιστο αποτέλεσμα καύσης σε συνδυασμό με τους λιγότερους ρύπους που επιβάλουν οι σύγχρονες νόρμες. Η δεύτερη πρόκληση είναι η κατασκευή ενός συστήματος για την μεταφορά και έγχυση του καυσίμου που προϋποθέτει αντοχή στις υψηλές πιέσεις που αναπτύσσονται και συνεπώς στην αντίσταση στη φθορά που προκαλείται στα μηχανικά μέρη που εγχύουν το καύσιμο στον θάλαμο καύσης, όπως τα μπέκ.

Τα σύγχρονα κράματα μετάλλων δεν επαρκούν για να επιτελέσουν αυτό το έργο, πόσο μάλλον όταν η πίεση της βενζίνης στον άμεσο ψεκασμό ξεπερνά τα 200 bar και η πίεση του diesel φτάνει άνετα τα 2300 bar. Σκεφτείτε οτι απο μια οπή περίπου 0.1 της διαμέτρου μιας τρίχας πρέπει να περάσουν αρκετά χιλιάδες λίτρα καυσίμου σε αυτή την πίεση στην ζωή ενός κινητήρα ενώ πρέπει να διασφαλιστεί η απροβλημάτιστη λειτουργία και η ακριβής ποσότητα καυσίμου.

Το καύσιμο μπορεί να είναι αρκετά λεπτόρευστο αλλά όπως είναι νόμως της φυσικής οτι σίγουρα θα υπάρχει τριβή με τα μηχανικά μέρη τα οποία έρχεται σε επαφή κατά την έγχυση του. Το καύσιμο έρχεται και παρέρχεται, τα μηχανικά μέρη όμως είναι τα ίδια για δισεκατομμύρια κύκλους του κινητήρα. Με κάποιο τρόπο πρέπει να κάνουμε αυτά τα μηχανικά μέρη να αντέχουν στην τριβή και να μην φθείρονται για τους λόγους που αναφέρθηκαν πιο πάνω.

Έχουμε μάθει πως τα σκληρά υλικά έχουν καλές αντιτριβικές ιδιότητες αλλάδεν έχουν καλή αντοχή στην κρούση και στην διάρκεια του χρόνου. Επίσης, έχουμε μάθει πως το πιο σκληρό υλικό στον πλανήτη είναι το διαμάντι με σκληρότητα 10 στην κλίμακα Moss. Πως θα σας φαινόταν αν λέγαμε οτι εργαστηριακά έχουν αναπτυχθεί υλικά με σκληρότητα που φτάνει τα 10.7 στην κλίμακα Moss, δηλαδή είναι πιο σκληρό απο το διαμάντι. Τέτοιο υλικό είναι για παράδειγμα το τετραεδρικό νιτρίδιο του Βορίου, cubic Boron Nitride ή σε συντομογραφία c-BN. Παρόμοια υλικά που πλησιάζουν αυτή την σκληρότητα είναι τα Νιτρίδια Τιτανίου (TiN), τα καρβονιτρίδια Τιτανίου (TiCN) και τα καρβίδια και καρβονιτρίδια του Χρωμίου (CrN & CrCN). Η επιστήμη γύρω απο αυτά τα υλικά είναι το μέλλον και το παρόν σε συστήματα έγχυσης καυσίμου όπως το γνωστό common rail της Bosch που έχει εφαρμογή στους κινητήρες Diesel άμεσου ψεκασμού.

Μπέκ καυσίμου άμεσου ψεκασμού:

Το σύστημα έγχυσης καυσίμου άμεσου ψεκασμού είναι κάτι σχετικά απλό στην λειτουργία:

Αποτελείται απο μια μικρή οπή περίπου 0.1 της διαμέτρου μιας τρίχας που προέρχεται απο κωνική διατομή. Φανταστείτε την τρύπα σε ένα χωνί. Αυτή η τρύπα ανοίγει και κλείνει απο μια βελόνα η οποία ακολουθεί το σχήμα του κώνου του χωνιού. Όταν η βελόνα βρίσκεται μπροστά με την πίεση ενός ελατηρίου τότε η τρύπα κλείνει και υπάρχει στεγανότητα αν και υπάρχει πίεση καυσίμου. Όταν η βελόνα βρίσκεται λίγο πιο πίσω, η τρύπα ανοίγει και περνάει καύσιμο στην μικρή οπή. Η κίνηση της βελόνας γίνεται μέσω ενός πιεζοηλεκτρικού στοιχείου το οποίο όταν ασκηθεί διαφορά δυναμικού (τάση) προκαλεί συστολή και συνεπώς μετακίνηση της βελόνας προς τα πίσω οπότε και περνά το καύσιμο.

Τα δύσκολα αρχίζουν με την εκκίνηση της ροής του καυσίμου. Το καύσιμο στην κυριολεξία τρίβεται με την βελόνα και το εσωτερικό τοίχωμα του χωνιού προκαλώντας θερμότητα αλλά και φθορά. Σκοπός μας είναι με χρήση κάποιας επικάλυψης να έχουμε στο υπόστρωμα ένα σχετικά μαλακό υλικό (το ατσάλι μόνο μαλακό δεν είναι) αλλά απο πάνω μια επίστρωση που να είναι σκληρή σαν ένα διαμάντι. Επειδή δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε διαμάντι, αναπτύσσουμε μια λεπτή επίστρωση που έχει παρόμοιες ιδιότητες για να αντιστέκεται στην τριβή του καυσίμου.

Κατασκευή σκληρών επικαλύψεων διαμαντοειδούς υφής με βάση τον άνθρακα (DLC - diamond like carbon):

Εδώ θα κάνουμε μια σύντομη εισαγωγή για τον τρόπο κατασκευής τέτοιων σκληρών επικαλύψεων. Το παρόν άρθρο είναι ενημερωτικό και απαιτεί μια εισαγωγή στον τρόπο κατασκευής επιστρώσεων που είναι λεπτές περίπου όσο 20 nm, δηλαδή 20 δισεκατομυριοστά του μέτρου ή 0.1 του χιλιοστού του mm, δηλαδή 0.1 της απόστασης αν χωρίσουμε σε 1000 μέρη μια απόσταση μεταξύ δύο γραμμών του χάρακα.


Εικόνα Νο. 1: ταξινόμηση των σκληρών επικαλύψεων σε σύγκριση με το διαμάντι.

Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι το Plasma Vapor Deposition με magnetron sputtering, δηλαδή η εναπόθεση ατμών μέσω πλάσματος υποβοηθούμενα με την μαγνητική διάσπαση των μορίων. Μην κλείσετε ακόμα τον υπολογιστή, ακολουθεί μια σύντομη ανάλυση.

Αρχικά, έχουμε αυτό που θέλουμε να επικαλύψουμε, δηλαδή την βελόνα έγχυσης καυσίμου. Την τοποθετούμε σε έναν αεροστεγή θάλαμο που μπορεί να αντέξει το απόλυτο κενό χωρίς να υπάρχει εσωτερική κατάρρευση λόγω της υποπίεσης.

Απέναντι απο την βελόνα τοποθετούμε το υλικό της εναπόθεσης. Το υλικό ανάλογα με την εφαρμογή διαφέρει αλλά στην περίπτωση μας μπορεί να είναι μια πλάκα καθαρού τιτανίου η χρωμίου. Στο ενδιάμεσο τοποθετούμε και μια αντίσταση βολφραμίου, όπως αυτή που έχουν οι κοινές λάμπες πυρακτώσεως. Να σημειώσουμε πως γύρω απο την πλάκα εναπόθεσης βρίσκεται ένας πανίσχυρος μαγνήτης των 10 Μεγα Tesla περίπου και ισχύως περίπου 1 MW, δηλαδή όσο 600 ηλεκτρικές σκούπες!!!

Στο πίσω μέρος του στόχου (που είναι η βελόνα) και του υλικού εναπόθεσης υπάρχουν 2 ηλεκτρόδια που δημιουργούν μεγάλη διαφορά δυναμικού (τάσης).

Ο θάλαμος πρέπει να φτάσει σχεδόν στο απόλυτο κενό, δηλαδή σε πίεση -0.0000000001 Pa για λόγους που θα εξηγήσουμε πιο κάτω.

Αρχικά, ρεύμα διαπερνά το ηλεκτρόδιο του βολφραμίου. Η μεγάλη θερμότητα που αναπτύσσεται αναγκάζει τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας να αποκτήσουν ενέργεια και να αρχίσουν να εκτοξεύονται έξω απο αυτό. Ταυτόχρονα ενεργοποιείται ο ηλεκτρομαγνήτης αλλά και η διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια φεύγουν απο το βολφράμιο και αναπτύσουν ταχύτητα ίση με αυτή του φωτός και κατεύθυνση τον θετικό πόλο που είναι πίσω απο το υλικό επικάλυψης.


Εικόνα Νο. 2: Το εσωτερικό μιας μηχανής magnetron sputtering κατα την διάρκεια της λειτουργίας.
Με μόβ χρώμα φαίνεται το πλάσμα που δημιουργείται απο την διάσπαση των θετικών πυρήνων
απο τα ηλεκτρόνια που τα περιβάλουν.


Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με την πλάκα Τιτανίου ή χρωμίου και δημιοργείται ένα "ατομικό" μπιλιάρδο. Την ώρα που τα ηλεκτρόνια χτυπούν την πλάκα Τιτανίου ή Χρωμίου η ενέργεια είναι μεγάλη με αποτέλεσμα να ξεκολλούν θραύσματα ατομικού μεγέθους απο την πλάκα. Τα άτομα Τιτανίου ταξιδεύουν προς όλλες τις κατευθύνσεις και μία απο αυτές είναι και η βελόνα έγχυσης καυσίμου. Τα μόρια λόγω της μεγάλης κινητικής ενέργειας που έχουν αποκτήσει συγκρούονται με την βελόνα και εισχωρούν όχι πολύ βαθιά μέσα της. Απο πάνω αρχίζει να σχηματίζεται μια στρώση απο Τιτάνιο η Χρώμιο η οποία αναπτύσσεται σιγά σιγά καθώς χτίζεται η μια στρώση πάνω στην άλλη.


Εικόνα Νο. 3: σχηματική αναπαράσταση του τρόπου λειτουργίας εναπόθεσης υλικού με magnetron sputtering.

Πρίν αναφερθήκαμε σε θάλαμο κενού, δηλαδή έναν θάλαμο που υπάρχει ελάχιστος ατμοσφαιρικός αέρας. Ο αέρας που υπάρχει σε έναν θάλαμο 0.5 κυβικών μέτρων δεν ξεπερνά τα 20 - 25 μόρια! Για να γίνει αυτό στην αρχή ξεκινά μια αντλία κενού με λοβούς. Αυτή φτάνει σε κάποιο όριο και μετά ανοίγει μία ή δύο υποατομικές αντλίες που έχουν την μορφή του τούρμπο που ξέρουμε. Στις 200.000 στροφές που περιστρέφονται μπορούν να απομακρύνουν στο ελάχιστο τα μόρια αέρα που υπάρχουν στον θάλαμο. Η διαδικασία αυτή διαρκεί 8 ώρες περίπου, η κάθε αντλία κοστίζει 700.000 Ευρώ και το ρεύμα που καταναλώνουν φτάνει στα 2.500 Ευρώ.

Γιατί θέλουμε κενό, δηλαδή απουσία μορίων αέρα? Είπαμε πως τα μόρια Τιτανίου ή Χρωμίου ταξιδεύουν προς την βελόνα. Ε, δεν θέλουμε να συγκρουστούν με άχρηστα μόρια αέρα, να χάσουν ενέργεια και στο τέλος να μην κολλήσουν πάνω στην επιφάνεια που θέλουμε.

Μιλήσαμε για Νιτρίδια και Καρβονιτρίδια, μορφές που αυξάνουν την σκληρότητα. Στον θάλαμο κενού εγχύουμε μικρές ποσότητες Αζώτου (N) ή μικρές ποσότητες αιθυνίου (ασετιλίνης - 2 μόρια άνθρακα ενωμένα με τριπλό ομοιοπολικό δεσμό) για να ενωθούν τα μόρια Τιτανίου ή Χρωμίου και να σχηματίσουν Νιτρίδια ή Καρβίδια αντίστοιχα. Αν εισάγουμε και τα 2 αέρια τότε έχουμε σχηματισμό καρβονιτριδίων. Η διαδικασία φαίνεται απλή, ο εξοπλισμός όμως που χρησιμοποιείται είναι αξίας 2.5 εκ. Ευρώ, το κόστος για κάθε δοκιμή φτάνει τα 8.000 Ευρώ (απώλεια μετάλλου βάσης και ρεύματος) ενώ το αποτέλεσμα για εργαστηριακές δοκιμές είναι μόλις 5-6 πλακίδια μεγέθους όσο το 1/4 ενός νομίσματος).

Αυτά εν συντομία για την παραγωγή σκληρών επικαλύψεων.

Προστατευτικές επικαλύψεις για τις βελόνες έγχυσης καυσίμου Diesel:

Η απόδοση και οι εκπομπές ρύπων ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης επηρεάζονται απο την διαδικασία της καύσης. Το καύσιμο όταν δεν καίγεται τέλεια τότε δεν υπάρχει μέγιστη απόδοση και οι υδρογονάνθρακες που παράγονται μένουν σαν ρύποι στον κινητήρα ή απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Στην ατελή καύση, στο μέτωπο της φλόγας δημιουργούνται οξείδια του αζώτου (NOx) ενώ στα σημεία με πιο χαμηλή θερμοκρασία δημιουργείται κάπνα (μαυρίλα) απο τους άκαυτους υδρογονάνθρακες. Αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με την δοσομετρική έγχυση καυσίμου στον θάλαμο καύσης αλλά και στην σωστή ανάμειξη του καυσίμου με το οξυγόνο πριν απο την έναρξη της καύσης.



Εικόνα Νο. 4: το σύστημα ψεκασμού diesel common rail

Η βελτιωμένη μείξη και καύση του μείγματος για τον ψεκασμό diesel μπορεί να επιφέρει συμβιβασμό μεταξύ βέλτιστης απόδοσης αλλά και με το να είμαστε εντός ορίων με τις σύγχρονες νόρμες για τις εκπομπές ρύπων. Σε αυτή την έκθεση θα ασχοληθούμε με τις τριβολογικές ιδιότητες των μπέκ καυσίμου άμεσου ψεκασμού, και κυρίως στο σημείο όπου βρίσκεται η βαλβίδα έγχυσης καυσίμου που συναντάται στα συστήματα άμεσου ψεκασμού. Όσο πιο καλός είναι ο έλεγχος του καυσίμου και όσο πιο καλή είναι η ατμοποίηση του τόσο λιγότεροι είναι οι υδρογονάνθρακες στα καυσαέρια. Έτσι επιτυγχάνεται και ομαλότερη λειτουργία της αντλίας καυσίμου, ειδικά στους κινητήρες diesel όπως για παράδειγμα το κατέβασμα σε κατηφορικούς δρόμους που προκαλεί υπερθέρμανση της αντλίας.


Εικόνα Νο. 5: Το μπέκ άμεσου ψεκασμού σε τομή.
Στο δεξί μέρος διακρίνεται η ακίδα που επιτρέπει την δίοδο του καυσίμου προς τον θάλαμο καύσης.


Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για το μπέκ του ψεκασμού θα πρέπει να είναι τέτοια έτσι ώστε να αποφεύγονται οι διαρροές καυσίμου στον θάλαμο καύσης που επιφέρουν αυξημένη κατανάλωση και ρύπους.Τα υλικά αυτά θα πρέπει να αντέχουν στις υψηλές πιέσεις καυσίμου που αναφέρθηκαν πιο πρίν αλλά και στην θερμοκρασία που στην άκρη του μπέκ μπορεί να ξεπερνά τους 500 βαθμούς C. Μια απλή στρώση απο κεραμικό υλικό (η υπόστρωμα απο στρώσεις πάχους μερικών νανομέτρων) μπορεί να αντέξει το επιθυμητό φορτίο που φέρει η εξωτερική επικάλυψη DLC που είναι χαμηλής τριβής ενώ μπορεί να έχει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά στην αντοχή στην τριβή και στην θερμοκρασία. Επιπροσθέτως, ενα θερμικά σταθερό υπόστρωμα κάτω απο την επίστρωση DLC χρησιμοποιήται ευρέως σε μηχανικά μέρη όπως τα μπέκ ψεκασμού diesel που χρειάζεται να αντέξουν τοπικές πιέσεις που υπερβαίνουν τα 200 MPa σε υψηλή θερμοκρασία για να αποφύγουμε την πρόωρη αστοχία αυτών των μηχανικών μερών.

Χωρίς αυτές τις επικαλύψεις, τα νέα συστήματα υψηλής πίεσης άμεσου ψεκασμού diesel (τα οποία έχουν πρωτοποριακή απόδοση και μειωμένους ρύπους σε σχέση με τα συστήματα που υπήρχαν πριν απο μία 10ετία) δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σωστά. Μια αυτοκινητοβιομηχανία σε συνεργασία με την BOSC Gmbh εφάρμοσαν το σύστημα των σκληρών επικαλύψεων για πρώτη φορά το 1994 και απο τότε οι επικαλύψεις με χαμηλό συντελεστή τριβής, υψηλή αντοχή στην παραμόρφωση και στην δυναμική πίεση επιφανείας άρχισαν να εφαρμόζονται και απο άλλες εταιρίες. Για αυτό τον λόγο, αρκετές εταιρίες παραγωγής σκληρών επικαλύψεων ανέπτυξαν επικαλύψεις με 2 επιστρώσεις, αποτελούμενες απο σκληρές στρώσεις νιτριδίων του Χρωμίου (CrN) σαν ενδιάμεση στρώση και στρώσεις απο άμορφο υδρογονοποιημένο άνθρακα (a-C:H) με περιορισμένη επιτυχία. Αυτές οι επικαλύψεις εμφανίζουν περιορισμούς στην ανθεκτικότητα σε δημιουργία μικρο-ρωγμών εκεί που απαιτείται μεγάλη αντοχή στην πίεση στις επιφάνειες που εφάπτονται. Ετσι, κρίνεται αναγκαίο η ανάπτυξη και η κατανόηση νέων μορφών επικαλύψεων που θα αντέχουν σε αυτές τις συνθήκες σε ένα μεγαλύτερο εύρος λειτουργίας των μηχανικών μερών.

Παρά το μεγάλο ενδιαφέρον και ανάγκη για ανάπτυξη τριβολογικών επιστρώσεων χαμηλής τριβής και βασισμένες σε άνθρακα, βασιζόμενες σε νανοκρυσταλικά καρβίδια πάνω σε πλέγμα DLC, δεν υπάρχει ακόμα εφαρμογή για μαζική παραγωγή σε βιομηχανικό επίπεδο. Η μεταφορά αυτών των ιδεών απο εργαστηριακό σε βιομηχανικό επίπεδο εμποδίζεται απο το οικονομικό κομμάτι.

Οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές παρουσίασαν την ανάφλεξη υπο συμπίεση με ομογενές πεδίο ρεύματος (Homogeneous Charge Compression Ignition - HCCI), μια τεχνολογία όπου χρησιμοποιούνται αισθητήρες συμπίεσης μέσα στον κύλινδρο και επιτρέπουν την αυτό-ρύθμιση της διαδικασίας της ανάφλεξης σε διαφορετικές καταστάσεις φορτίων. Με την χρήση αυτών των αισθητήρων μπορούν να μετρηθούν οι συνθήκες της ανάφλεξης και να ελεγχτεί απο την κεντρική ECU η ποσότητα του εισερχόμενου αέρα αλλά και η ποσότητα του καυσίμου που εγχέεται στον θάλαμο καύσης. Με αυτή την προσέγγιση μπορούμε να χαμηλώσουμε την θερμοκρασία καύσης και συνεπώς να μειώσουμε την εκπομπή NOx. Παρόλα αυτά, για να βελτιστοποιήσουμε την εξοικονόμηση καυσίμου, η τελική θερμοκρασία στην συμπίεση πρέπει να είναι υψηλή όσο αφορά τους κινητήρες diesel. Επιπροσθέτως, οι αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας ή οι αισθητήρες για αυτανάφλεξη του καυσίμου συμβάλουν στην ολική ρύθμιση του αβάνς σε κάθε κύλινδρο. Για αυτό τον λόγο, η τεχνολογία HCCI μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε μέτριες ταχύτητες περιστροφής του κινητήρα και σε εύρος μέτριου φορτίου. Αυτό γίνεται εξαιτίας του μικρού χρονικού παραθύρου για την δειγματοληψία - μεταξύ 0.05 και 0.12 του δευτερολέπτου ανα κύκλο - όπου υπάρχει πλήρες ομογενοποιημένο μείγμα. Όσο αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα τότε αυτό το χρονικό περιθώριο μειώνεται μέχρι το σημείο που δεν μπορούμε να δούμε πλήρες ομογενοποιημένο μείγμα, οπότε δεν μπορεί να εφαρμοστεί η τεχνολογία HCCI. Τετοιες περιπτώσεις είναι όταν επιταχύνουμε τον κινητήρα με μεγάλο φορτίο απο πολύ χαμηλές στροφές με μεγάλη σχέση στο κιβώτιο ταχυτήτων ή όταν ένα φορτηγό κατεβαίνει μια κατηφόρα με ταχύτητα μέσα για να φρενάρει το όχημα με τον κινητήρα.

Έτσι, δημιουργείται η ανάγκη ενός συστήματος που θα ελέγχει την καύση σε μεγαλύτερο εύρος λειτουργίας του κινητήρα. Ενα τέτοιο σύστημα που μπορεί να μας επιφέρει καλύτερη απόδοση της ανάφλεξης του καύσιμου μείγματος είναι το ηλεκτρο-υδραυλικό σύστημα ρύθμισης των βαλβίδων (electrohydraulic Valve-Train System - EHVS) που επιτρέπει την χρήση του HCCI αλλά ταυτόχρονα βελτιώνει τις συνθήκες καύσης. Η βελτιωμένη λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος σε συνδιασμό με τον ακριβή έλεγχο του εισερχόμενου αέρα, την ακριβή έγχυση καυσίμου αλλά και τον έλεγχο των καυσαερίων μπορεί να επιτύχει τους αυστηρούς κανονισμούς ρύπων αλλά και τους στόχους για την εξοικονόμηση του καυσίμου.


Εικόνα Νο. 6: το μπέκ άμσεσου ψεκασμού κατά την διάρκεια έγχυσης καυσίμου στον θάλαμο καύσης.

Τα τελευταίας τεχνολογίας μπέκ καυσίμου με πιεζοηλεκτρικά συστήματα όπως της πιο πάνω εικόνας έχουν 75% λιγότερη κινούμενη μάζα και κινητά στοιχεία που τους επιτρέπει να κινούνται με διπλάσια ταχύτητα απο τα συμβατικά μέρη των κοινών μπέκ καυσίμου αλλά αποτελεί και μεγαλύτερη πρόκληση για την κατασκευή μηχανικών μερών του μπέκ που να μπορούν να αντεπεξέλθουν στις υψηλές ταχύτητες κίνησης και στις υψηλές θερμοκρασίες ενώ ταυτόχρονα να μπορεί να λειτουργήσει το σύστημα HCCI σε μεγαλύτερο εύρος φορτίου.

Οι καινοτόμοι σχεδιασμοί επιστρώσεων μερικών νανομέτρων έχουν την ικανότητα να προσφέρουν επαρκή λίπανση σε διαφορετικό περιβάλλον λειτουργίας κάθε φορά αλλά και να έχουν χαμηλό συντελεστή τριβής και ταυτόχρονα αντοχή στα επαναλαμβανόμενα δυναμικά φορτία. Ενας πολλά υποσχόμενος τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι στην ανάπτυξη επιστρώσεων που βασίζεται στην πολυπληθή ανάπτυξη νανοεπιστρώσεων που βασίζονται στον άνθρακα χρησιμοποιώντας σκληρές κεραμικές επικαλύψεις (ΠΧ CrC, CrN/CrCN ή TiC) σε συνδυασμό με είτε αυτόνομες επιστρώσεις άμορφου υδρογονοποιημένου άνθρακα (a-C:H), είτε άμορφου άνθρακα χωρίς υδρογόνο (a-C), είτε τετραεδρικού άμορφου άνθρακα (ta-C) που ανέρχονται σε πάχος μερικών νανομέτρων έως 100 νανομέτρων.

Αυτές οι νέες επικαλύψεις χωρίς την χρήση ενδιάμεσων επικαλύψεων που χρησιμοποιούνται τώρα μπορούν να συνδυάσουν υψηλή σκληρότητα (πάνω απο 25 GPa), χαμηλό συντελεστή τριβής (περίπου 0.1-0.2), αυξημένη πρόσφυση επικάλυψης και επικαλυπτόμενου αντικειμένου, χαμηλά προφίλ επιστρώσεων σε μεγάλες παραγωγές σε χαμηλές θερμοκρασίες κάτω απο 200 βαθμούς C.

Άλλες εφαρμογές των σκληρών επικαλύψεων με κεραμικά υλικά συναντάμε στα κοπτικά καρβιδίου που χρησιμοποιούν τα κέντρα κατεργασίας για την αφαίρεση μετάλλου όπου επιθυμούμε χαμηλό συντελεστή τριβής. Ακόμα, τέτοια τεχνολογία χρησιμοποιείται στα τεχνητά προσθετικά μέλη όπως είναι οι τεχνητή γοφοί όπου η τριβή είναι μεγάλη και επιθυμούμε την αντοχή στον χρόνο έτσι ώστε να μεγαλώσει το εύρος ζωής τέτοιων εξαρτημάτων σε πάνω απο 7 χρόνια. Η τεχνολογία των σκληρών επικαλύψεων έχει εφαρμογή σε αναρίθμητες εφαρμογές στην σύγχρονη τεχνολογία.

Το παραπάνω άρθρο αποτελεί πνευματική ιδιοκτησία του συγγραφέα Ευστράτιου Λ. και του Πανεπιστημίου Κύπρου σε συνδυασμό με την πρακτική εφαρμογή στο εργαστήριο ACE (Advanced Coatings Engineering Laboratory) του πανεπιστημίου Κύπρου και της Bosh Gmbh στην Γερμανία. Οποιαδήποτε αντιγραφή η αναδημοσίευση του παρόντος άρθρου πέρα απο τον ιστότοπο του portal του bmwforum.gr χρειάζεται άδεια απο τον συγγραφέα ή τους αρμόδιους οργανισμούς που αναφέρθηκαν πιο πάνω αλλιώς εμπίπτουν νομικές κυρώσεις.
__________________

Τελευταία επεξεργασία από το χρήστη stratos_335i : 14-01-15 στις 00:43
Ο χρήστης stratos_335i είναι συνδεδεμένος  
14-01-15, 00:43   #2
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.295

Drives: E46 316i
Αυτό το θέμα γιατί δεν έχει σχολιαστεί ακόμα? Too much είναι?
__________________
Ο χρήστης stratos_335i είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
14-01-15, 01:44   #3
bimmer56
 
Το avatar του χρήστη bimmer56
 
Status:
Εγγραφή: 17-07-2011
Περιοχή: Space Coast, Florida USA
Ηλικία: 61
Μηνύματα: 711

Drives: E46 330I
Έχουμε μάθει πως τα σκληρά υλικά έχουν καλές αντιτριβικές ιδιότητες αλλάδεν έχουν καλή αντοχή στην κρούση και στην διάρκεια του χρόνου.

Διαφωνω με το παραπανω statement, εκτος και αν αναφερεται μονο σε φυσικα υλικα, οπως το διαμαντι.
__________________
2003 330I ZHP
2004 330CI ZHP
2010 535XI
2015 Audi A3 TDI
2015 Nissan Rogue SV
Ο χρήστης bimmer56 δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
14-01-15, 02:17   #4
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.295

Drives: E46 316i
Απο μόνα τους είναι σκληρά και εύθραυστα. Όλα εξαρτιούνται απο το υπόστρωμα (substrate) που είναι απο κάτω και το είδος του υμενίου (laminate) που βρίσκεται απο πάνω. Είναι αρκετά αργά, αν χρειάζεστε μπορώ να το προχωρήσω λίγο ακόμα στην εξήγηση
__________________
Ο χρήστης stratos_335i είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
14-01-15, 10:01   #5
TAZ 118!
 
Το avatar του χρήστη TAZ 118!
 
Εγγραφή: 10-01-2008
Περιοχή: Αγια Παρασκευη
Μηνύματα: 3.268

Drives: E81 118i
Μας κ@υλωσες πρωινιατικα...
__________________
Black Prince...
Ο χρήστης TAZ 118! δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
14-01-15, 19:55   #6
alex747
 
Το avatar του χρήστη alex747
 
Status:
Εγγραφή: 06-09-2010
Ηλικία: 37
Μηνύματα: 2.303

Drives: Ε84 X1 23d xDrive
Πολύ καλό και μπράβο στον Στρατο για την μελέτη που έκανε. ..
Ο χρήστης alex747 δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
14-01-15, 22:07   #7
giannis
 
Το avatar του χρήστη giannis
 
Status:
Εγγραφή: 01-03-2008
Περιοχή: Αθήνα
Μηνύματα: 3.939

Drives: E87 116i
Μπραβο Στρατο, πολυ ενδιαφερον θεμα!
Να σκεφτεις κιολας οτι τις τελευταιες μερες, μεταξυ αλλων, αλλαζαμε βελονες στα μπεκ της μιας μηχανης στη δουλεια!
Να σε ρωτησω ομως κατι κυριως για την Bosch. Οσο τα εργοστασια της ηταν κυριως Αυστρια δεν ειχε σχεδον κανεις ποτε προβλημα με αυτα τα εξαρτηματα, αντλιες, μπεκ κλπ. Απο τοτε που αυτα ξεκινησε και τα φτιαχνει σε χωρες οπως η Τουρκια, η Πολωνια κλπ ξεκινησαν ΤΑ προβληματα και ακους στην 'πιάτσα' παραπονα απο ευρεια γκαμα χρηστων, διαφορετικων μεταξυ τους.
Αυτα που αλλαξαμε εμεις ειναι γνησια Bosch αλλα Made in Brazil. Ενω τα μαμα που ειχε ηταν Αυστριακα. Να περιμενω να εχω προβληματα;..
__________________
Go Deeper...
Ο χρήστης giannis δεν είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
16-01-15, 18:26   #8
stratos_335i
MODERATOR
 
Το avatar του χρήστη stratos_335i
 
Status:
Εγγραφή: 18-04-2009
Περιοχή: Ελλάδα
Μηνύματα: 5.295

Drives: E46 316i
Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο TAZ 118! Εμφάνιση μηνυμάτων
Μας κ@υλωσες πρωινιατικα...
Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο alex747 Εμφάνιση μηνυμάτων
Πολύ καλό και μπράβο στον Στρατο για την μελέτη που έκανε. ..
Είναι το αντικείμενο των σπουδών και έπειτα του μεταπτυχιακού μου, μόνο με πολύ περισσότερες εξισώσεις. Για αυτό και όταν είχα λίγο χρόνο είπα να το εκμεταλλευτώ και να γράψω λίγα πράγματα για την εφαρμογή των επικαλύψεων στην αυτοκίνηση.

Παράθεση:
Αρχικό μήνυμα απο giannis Εμφάνιση μηνυμάτων
Μπραβο Στρατο, πολυ ενδιαφερον θεμα!
Να σκεφτεις κιολας οτι τις τελευταιες μερες, μεταξυ αλλων, αλλαζαμε βελονες στα μπεκ της μιας μηχανης στη δουλεια!
Να σε ρωτησω ομως κατι κυριως για την Bosch. Οσο τα εργοστασια της ηταν κυριως Αυστρια δεν ειχε σχεδον κανεις ποτε προβλημα με αυτα τα εξαρτηματα, αντλιες, μπεκ κλπ. Απο τοτε που αυτα ξεκινησε και τα φτιαχνει σε χωρες οπως η Τουρκια, η Πολωνια κλπ ξεκινησαν ΤΑ προβληματα και ακους στην 'πιάτσα' παραπονα απο ευρεια γκαμα χρηστων, διαφορετικων μεταξυ τους.
Αυτα που αλλαξαμε εμεις ειναι γνησια Bosch αλλα Made in Brazil. Ενω τα μαμα που ειχε ηταν Αυστριακα. Να περιμενω να εχω προβληματα;..
Η Βραζιλία φημίζεται για άλλα πράγματα, μεταξύ αυτών τα μπικίνι (και αυτά που κρύβουν απο πίσω) και για τα χυτά ατσάλια. Για τα μπέκ μάλλον βρήκαν εκεί πιο φτηνά εργατικά χέρια.

Και τα iphone είναι φτιαγμένα στην Κίνα, η ποιότητα τους είναι εξαιρετική χωρίς παραχωρήσεις. Κανονικά οι προδιαγραφές πρέπει να είναι ίδια όπου και αν κατασκευάζονται αφού περνούν ποιοτικό έλεγχο και τα "κεφάλια" είναι Γερμανοί και όχι Τούρκοι/Πολωνοί κτλ...

Πάντως στην Γερμανία 3 μήνες ήμουν στο Feuerbach όπου και έκανα πρακτική και έμενα Zuffenhausen για όποιον κατάλαβε.... Εκεί είναι το κέντρο R&D των επικαλύψεων και φυσικά μέρος εργοστασίου που φτιάχνει ηλεκτρονικά στοιχεία...
__________________
Ο χρήστης stratos_335i είναι συνδεδεμένος   Απάντηση με παράθεση
21-01-15, 14:45   #9
giannis
 
Το avatar του χρήστη giannis
 
Status:
Εγγραφή: 01-03-2008
Περιοχή: Αθήνα
Μηνύματα: 3.939

Drives: E87 116i
Εδω ειναι φωτος απο ενα μπεκ πετρελαιου της Bosch απο πετρελαιογεννητρια, μαζι με το νεο της 'προστόμιο', (βελονα) που προκειτε να αλλαχτει λογω σερβις ωρων λειτουργιας. Η πιεση ανοιγματος του συγκεκριμενου ειναι 300 bar.
Συνημένες Εικόνες
Τύπος Αρχείου: jpg 20012015163.jpg (66,9 KB, 10 εμφανίσεις)
Τύπος Αρχείου: jpg 20012015165.jpg (62,4 KB, 11 εμφανίσεις)
__________________
Go Deeper...
Ο χρήστης giannis δεν είναι συνδεδεμένος  
Απάντηση στο θέμα

Tags
ACE Lab, bosch, ceramic coatting, common rail, πλάσμα, diesel injection, direct injection, καρβονιτρίδια, καρβίδια, κεραμικές επικαλύψεις, fuel injector, μπέκ ψεκασμού, νιτρίδια, injector, magnetron sputtering, τιτάνιο, άμεσος ψεκασμός, χρώμιο

Εργαλεία Θεμάτων
Τρόποι εμφάνισης

Δικαιώματα - Επιλογές
You may not post new threads
You may not post replies
You may not post attachments
You may not edit your posts

BB code is σε λειτουργία
Τα Smilies είναι σε λειτουργία
Ο κώδικας [IMG] είναι σε λειτουργία
Ο κώδικας HTML είναι εκτός λειτουργίας

Forum Jump