Geometry of the improved layer over a piston skirt

Geometry of the slot between piston skirt and cylinder bore affects the friction losses of the IC engine to the far extent. It appears that these losses depend more on the area covered with oil than the thickness of oil layer separating collaborating parts. Barrel-shaped or stepwise piston skirt is the way to reduce the oil covered area. The first concept has been used for years while the stepwise profile has not been applied for various reasons, although this idea providing higher load capacity of oil layer in stepwise slot was published in literature in the fifties of twentieth century. The stepwise profile can be obtained covering the cylindrical or taper piston skirt with a thin layer of carbon nanotubes (CNT). This paper presents the results of simulation and test stand investigations leading to the reduction in friction losses and abrasive wear of piston skirt and cylinder bore. Covering the piston skirt with a thin layer of CNT one can get an extremely advantageous tribological properties of the piston assembly which means the expected parameters of oil film and in a case of film rupture – an ignorable abrasive wear of the CNT layer and/or cylinder bore.

Geometria szczeliny między powierzchnią boczną tłoka a cylindrem w bardzo dużym stopniu wpływa na straty tarcia w silniku spalinowym. Okazuje się, że na wymienione straty w większym stopniu wpływa obszar pokryty filmem olejowym niż grubość filmu olejowego rozdzielającego współpracujące elementy. Drogą do zmniejszenia obszaru pokrytego filmem olejowym jest baryłkowy lub schodkowy kształt powierzchni bocznej tłoka. Pierwszy sposób stosowany jest od dawna, natomiast kształt schodkowy z różnych powodów nie był dotychczas stosowany, chociaż publikacje o największej nośności filmu olejowego utworzonego w szczelinie schodkowej ukazały się jeszcze w latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku. Kształt schodkowy szczeliny można uzyskać nanosząc cienką warstwę nanorurek węglowych (CNT) na cylindryczną lub stożkową powierzchnię boczną tłoka. W artykule przedstawiono wyniki badań stanowiskowych i symulacyjnych zmierzających do redukcji strat tarcia i zużycia ściernego powierzchni bocznej tłoka i gładzi cylindra. Syntetyzując na powierzchni bocznej tłoka cienką warstwę CNT uzyskuje się bardzo dobre właściwości trybologiczne pary kinematycznej, jaką stanowi zespół tłok – cylinder, co oznacza oczekiwane parametry filmu olejowego, a w przypadku jego braku, prowadzącego do bezpośredniego kontaktu mikro-nierówności tłoka i cylindra - pomijalne zużycie ścierne warstwy CNT i/lub gładzi cylindra.