POLECAMY
-20%
Autor:
Wydawca:
Format:
pdf, ibuk
Motywację do powstania tej pracy stanowił obserwowany w ostatnich latach intensywny rozwój inżynierii materiałowej w zakresie nanomateriałów, szczególnie nanorurek węglowych. Autor podjął zadanie zbadania skutków zastosowania nanorurek węglowych w konstrukcji wybranych elementów tłokowego silnika spalinowego. Wykonanie tego zadania rozpoczęto od przeprowadzenia wstępnych dwukierunkowych studiów literaturowych, w wyniku czego usystematyzowano wiedzę w zakresie podstawowych właściwości nanorurek węglowych oraz zdefiniowano najbardziej prawdopodobny scenariusz rozwoju konstrukcji przyszłościowych silników spalinowych.
Postawiono cel naukowy, którym jest zbadanie skutków zastosowania nanorurek węglowych w konstrukcji wybranych elementów silnika. Osiągnięcie celu naukowego pośrednio przybliża do celu utylitarnego, którym jest ukierunkowanie badań aplikacyjnych przez wskazanie takich obszarów zastosowań nanorurek węglowych, które umożliwią dalszy rozwój konstrukcji silnika i będą efektywne kosztowo.
Pierwszy etap zasadniczej części pracy stanowił wybór obszaru eksperymentalnych zastosowań nanorurek węglowych w konstrukcji tłokowego silnika spalinowego. Przeprowadzono ukierunkowany przegląd literatury w zakresie wyników badań właściwości nanorurek w zastosowaniach funkcjonalnie zbliżonych do wybranych elementów silnika: reaktora katalitycznego i powierzchni nośnej tłoka. Obydwa zaproponowane rozwiązania stanowią próbę wykorzystania unikalnych cech nanorurek węglowych, którymi są niezwykle rozwinięta powierzchnia i korzystne właściwości tribologiczne. W odniesieniu do reaktora katalitycznego oczekiwano zwiększenia powierzchni czynnej nanocząstek katalizatora – platyny naniesionej na warstwę nanorurek węglowych. Pokrycie powierzchni nośnej tłoka warstwą nanorurek węglowych miało na celu przede wszystkim ograniczenie strat tarcia pracującego silnika.
Zasadnicza część pracy polegała na zbudowaniu i zbadaniu właściwości eksperymentalnego reaktora katalitycznego i eksperymentalnego tłoka. Eksperymentalny reaktor poddano badaniom w laboratorium fizykochemicznym i badaniom silnikowym. W laboratorium fizykochemicznym wykonano między innymi liczne badania struktury powierzchni reaktora z wykorzystaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego oraz określono wielkość powierzchni czynnej reaktora. Badania silnikowe przeprowadzono w zasadniczej części w hamowni silnikowej; ich wyniki były na bieżąco analizowane i stanowiły podstawę do budowania kolejnych, ulepszonych wersji eksperymentalnego reaktora katalitycznego. Cykl badań reaktora zamykają testy wybranych wersji, przeprowadzone w warunkach hamowni podwoziowej zgodnie z procedurą homologacyjną. Badania tłoków eksperymentalnych miały również charakter wieloetapowy. Podobnie jak w przypadku reaktora, wyniki testów pierwszych wersji stanowiły przesłankę do ulepszeń kolejnych partii tłoków. Zasadniczą część badań stanowiło porównanie strat tarcia tłoków eksperymentalnych i tłoków standardowych. Badania porównawcze przeprowadzono z wykorzystaniem zbudowanego przez autora stanowiska symulacyjnego, którego główny element stanowi silnik spalinowy z napędem zewnętrznym. Liczne dodatkowe badania miały na celu precyzyjne określenie kształtu i chropowatości współpracujących powierzchni tłoków i cylindrów przed badaniami silnikowymi i po ich zakończeniu. W badaniach tych wykorzystano maszynę współrzędnościową, profilograf i precyzyjną średnicówkę. Po zakończeniu badań silnikowych wykonano badania obrazowe powierzchni nanorurek z wykorzystaniem transmisyjnego mikroskopu skaningowego. W wyniku przeprowadzonych prac stwierdzono między innymi, że zastosowanie nanorurek węglowych w strukturze warstwy pośredniej reaktora katalitycznego prowadzi do radykalnego zwiększenia jego aktywności w odniesieniu do cząstek stałych. Z kolei pokrycie powierzchni nośnej eksperymentalnych tłoków warstwą nanorurek umożliwiło bardzo duże zmniejszenie strat tarcia w szerokim zakresie warunków pracy silnika.
Wykonane prace badawcze umożliwiły wskazanie obszarów nowych zastosowań nanorurek węglowych. Uzyskane wyniki pozwalają ukierunkować przyszłościowe badania na filtry cząstek stałych i wielowarstwowe, funkcjonalnie wyspecjalizowane pokrycia powierzchni nośnej tłoków.
Rok wydania | 2013 |
---|---|
Liczba stron | 178 |
Kategoria | Budowa i eksploatacja maszyn |
Wydawca | Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej |
ISBN-13 | 978-83-7775-272-2 |
Numer wydania | 1 |
Język publikacji | polski |
Informacja o sprzedawcy | ePWN sp. z o.o. |
POLECAMY
Ciekawe propozycje
Spis treści
Streszczenie | 5 |
Wykaz skrótów i oznaczeń | 7 |
1. Wstęp | 11 |
2. Tendencje rozwojowe w konstrukcji tłokowych silników spalinowych jako czynnik stymulujący zastosowania nowych materiałów | 14 |
2.1. Uwarunkowania i perspektywy rozwoju silników spalinowych | 14 |
2.2. Downsizing silnika | 16 |
3. Nanorurki węglowe | 23 |
3.1. Nanorurki węglowe jako alotropowa odmiana węgla | 23 |
3.2. Budowa i właściwości nanorurek węglowych | 24 |
3.3. Wybrane metody wytwarzania nanorurek węglowych | 29 |
3.4. Wpływ nanorurek węglowych na organizm człowieka | 31 |
4. Cel, zakres i charakterystyka oczekiwanych rezultatów pracy | 33 |
4.1. Cel pracy | 33 |
4.2. Zakres pracy | 34 |
4.2.1. Wybór obszaru zastosowań nanorurek węglowych | 34 |
4.2.2. Charakterystyka oczekiwanych rezultatów | 35 |
4.2.3. Etapy pracy i rodzaje prowadzonych badań | 36 |
5. Wykorzystanie unikalnych właściwości nanorurek węglowych do kształtowania cech funkcjonalnych wybranych elementów konstrukcyjnych silnika | 39 |
5.1. Zastosowanie nanorurek w konstrukcji reaktora katalitycznego | 39 |
5.1.1. Budowa i warunki pracy reaktora katalitycznego | 39 |
5.1.2. Badania nanorurek węglowych w zastosowaniach zbliżonych funkcjonalnie do silnikowego reaktora katalitycznego | 44 |
5.2. Zastosowanie nanorurek na powierzchni nośnej tłoka | 55 |
5.2.1. Warunki pracy powierzchni nośnej tłoka i przewidywane korzyści wynikające z zastosowania nanorurek węglowych | 55 |
5.2.2. Konstrukcyjne i eksploatacyjne uwarunkowania nasilające efekt tarcia mieszanego | 58 |
5.2.3. Badania właściwości nanorurek węglowych w zakresie tarcia i tłumienia drgań | 63 |
5.2.4. Materiał tłoka i powłoki stosowane w produkcji seryjnej | 68 |
6. Zastosowanie nanorurek węglowych w konstrukcji utleniającego reaktora katalitycznego | 76 |
6.1. Koncepcja eksperymentalnego reaktora katalitycznego | 76 |
6.2. Budowa eksperymentalnego reaktora katalitycznego | 77 |
6.3. Pozasilnikowe testy badawczego reaktora katalitycznego | 80 |
6.4. Badania silnikowe | 84 |
6.4.1. Cel i strategia badań silnikowych | 84 |
6.4.2. Badania w hamowni silnikowej | 86 |
6.4.3. Badania w hamowni podwoziowej | 98 |
7. Zastosowanie nanorurek węglowych na powierzchni nośnej tłoka | 105 |
7.1. Koncepcja tłoka eksperymentalnego | 105 |
7.2. Przygotowanie tłoków eksperymentalnych | 106 |
7.3. Badania tłoków eksperymentalnych | 109 |
7.3.1. Cel, zakres i metody badań | 109 |
7.3.2. Pierwszy etap badań – pomiary tłoków przed pokryciem nanorurkami | 111 |
7.3.3. Drugi etap badań – pomiary tłoków przed montażem w silniku | 114 |
7.3.4. Trzeci etap badań – badania silnikowe | 121 |
7.3.5. Czwarty etap badań – ocena zużycia warstwy nanorurek i gładzi cylindra | 138 |
8. Wnioski końcowe i podsumowanie | 148 |
8.1. Omówienie badań eksperymentalnego reaktora katalitycznego | 148 |
8.2. Wnioski wynikające z badań eksperymentalnego reaktora katalitycznego | 149 |
8.3. Omówienie badań tłoków eksperymentalnych | 150 |
8.4. Wnioski wynikające z badań tłoków eksperymentalnych | 151 |
8.5. Podsumowanie | 152 |
9. Kierunki dalszych badań i nowe zastosowania nanorurek węglowych | 153 |
Literatura | 156 |
Załącznik 1 | 167 |
Załącznik 2 | 168 |
Załącznik 3 | 169 |
Załacznik 4 | 170 |
Załącznik 5 | 171 |