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.

Format: pdf
Wydawnictwo: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
Liczba stron: 178
Język: pl
ISBN: 9788377752722
Data wydania: 2015-01-26

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

Nikt jeszcze nie ocenił tego tytułu. Twoja recenzja może być pierwsza.

Koszyk

Eksperymentalne zastosowania nanorurek węglowych w konstrukcji tłokowego silnika spalinowego