Investigation of the Friction and Wear Characteristics of Chrome-Nickel Coated Rings Between Ring Cylinder Pairs

Abstract

In internal combustion engines, friction losses are the major cause of power losses. These losses occur as a result of the friction of parts working in the engine to each other. Engine performance and fuel consumption are negatively affected as well as material loss due to friction. About half of the friction loss occurs between the ring and the cylinder liner. In this study, the friction and wear behaviors between the ring-cylinder pair in case of coating raw ring chrome and nickel materials were investigated experimentally. In the experiments, the effects of different temperature, load and speed on the friction and wear characteristics were investigated. As a result of the experimental study; It was determined that cylinder liner and ring samples, which were subjected to friction at low speeds, were exposed to more wear than at higher speeds. In addition, in the experiments conducted at different loads, the amount of friction and wear increased as the load value increased. When the coatings were compared, it was observed that the nickel plated ring had a lower friction coefficient and wear than the chrome ring.

Keywords

• friction
• wear
• piston ring coated
• engine

Krom-Nikel Kaplı Segmanların Segman Silindir Çifti Arasındaki Sürtünme Ve Aşınma Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

İçten yanmalı motorlarda güç kayıplarının en büyük sebebi sürtünmelerden kaynaklı kayıplardır. Bu kayıplar motor içinde çalışan parçaların birbirine sürtünmesi sonucu meydana gelmektedir. Sürtünme ile malzeme kaybı meydana geldiği gibi motor performansı ve yakıt tüketimi de olumsuz etkilenmektedir. Sürtünme kaybının yaklaşık yarısı segman ve silindir gömleği arasında meydana gelmektedir. Bu çalışmada, ham segman krom ve nikel malzemelerin kaplanması durumunda segman-silindir çifti arasındaki oluşan sürtünme ve aşınma davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde, farklı sıcaklık, yük ve hızın sürtünme ve aşınma karakteristiği üzerine etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışma sonucunda; düşük devirlerde sürtünmeye maruz bırakılan silindir gömleği ve segman numunelerinin, daha yüksek devirlere göre daha fazla aşınmaya maruz kaldığı saptanmıştır. Ayrıca, farklı yüklerde yapılan deneylerde ise yük değeri arttıkça sürtünme ve aşınma miktarları artmıştır. Kaplamalar karşılaştırıldığında, nikel kaplamalı segmanın krom segmana göre daha düşük sürtünme katsayısı ve aşınma miktarı gözlenmiştir.

Keywords

• Sürtünme
• Aşınma
• segman kaplama
• engine

References

1. [1] Priest, M. ve Taylor, C.M. (2000). Automobile engine tribology-approaching the surface, Wear, 241, 193–203.
2. [2] Cesur İ., Ayhan V., Parlak A., Farklı Yakıt Karışımlarının Segman-Silindir Çifti Arasındakı Sürtünme ve Aşınma Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi, 10. Uluslararası Yanma Sempozyumu 9-10 Ekim 2008, Sakarya/Türkiye.
3. [3] Cesur, İ. (2008). Farklı yakıt karışımlarının segman-silindir çifti arasındaki sürtünme ve aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
4. [4] Cesur I., Ayhan V., Parlak A., Savas O., and Aydın Z., The Effects of Different Fuels on Wear Between Piston Ring and Cylinder, Advances in Mechanical Engineering, Volume 2014, Article ID 503212, 8 pages http://dx.doi.org/10.1155/2014/503212.
5. [5] Bayvas, Ş. (1978). Genel Mekanik, Meb, Ankara.
6. [6] Hutchings, I.M. (1992). Tribology: friction and wear engineering materials, Edwardarnold, London.
7. [7] Andersson, B. S. (1991). Company perspectives in vehicle tribology-volvo, Leeds-lyon symposium on tribology-vehicle tribology, Elsevier Science, 18, 503-506.
8. [8] Ruddy, B.L. Economou, P. N. Dowson, D. (1982 ). A review of studies of piston ring lubrication, Proc. 9th Leeds-Lyon Symp. on tribology: Tribology of Reciprocating Engines, Paper 5, 1, 109-121.

9. [9] Hazar, H. (2004). Bir dizel motor silindir yüzeyinin seramik malzeme ile kaplanarak aşınma davranışının deneysel incelenmesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
10. [10] Andersson, P. Tamminen, J. ve Sandström, C. E. (2002). Piston ring tribology, A literature survey, VTT Tiedotteita, Finland.
11. 11] Hazar, H. Öner, C. (2007). CrN kaplamanın dizel motor silindir gömleği aşınmasına etkisi, Mühendis ve Makine, 48, 14-18.
12. [12] RYK, G., ETSİON. I., “Testing piston rings with partial laser surface texturing for friction reduction” Department of Mechinical Engineering, Techion, Haifa 32000 Israel , 27/07/2005.
13. [13] Simon C. Tung ve Hong Gao “Tribological characteristics and surface interaction between piston ring coatings and a blend of energy-conserving oils and ethanol fuels, Wear, Volume 255, Issues 7–12, August–September 2003, Pages 1276-1285.
14. [14] Guizhen H.Xu, Jonah H. Lee, Hong Liang, Doglas Gearing.
15. [15] TRUHAN, J.J., QU. J., BLAU. P., J., “ A ring test to measure friction and wear of heavy duty diesel engine piston rings and cylinder liners using realistic lubricants”, University of Tennessee, Knoxville, TN 37996, USA.
16. [16] Liu, C. S. (2014). Experimental investigation of influence of different surface textures on wear characteristics of straight type diesel engine cylinders, Applied Mechanics and Materials, 443, 141-144.
17. [17] Qu, S. He, R. Yang, Z. and all. (2017). Research on friction and wear performance of heavy duty diesel engine piston rings and cylinder liners, International Journal of Advances on Automotive and Technology Promech Corp. Press, Istanbul, Turkey, 1, 172-179.
18. [18] Abdullah, S. Adril, E. Muchtar, A. ve Ariffin, A.K. (2010). Friction reduction in compressed natural gas direct injection engine using piston rings with diffusion chromium coating, Journal of applied sciences, 10, 462-470.
19. [19] Hirapara, B.B. Patel, V.C. Sharma, H.R. Ranjan, R.K. Patel, P. D. (2015). A Technical research on piston ring coating of single cylinder four stroke SI engine fuelled with compressed natural gas, International Journal of Science Technology & Engineering, 1, 270-275.