Výzkum skutečných mezních stavů a tribologie aplikovaných materiálů k efektivnejší konstrukci a vyšší životnosti komponent spalovacího prostoru motoru TEDOM

Ing. Jakub Mráz

Doctoral thesis

Abstract:

This study analyzes materials used in valves, valve seats, and valve guides in internal combustion engines. It aims to understand their properties and performance under varied operating conditions. The research also investigates the impact of cylinder head stiffness on valve seat wear, exploring how different seating surface geometries influence valve and seat lifespans. Additionally, a section is dedicated to the manufacturing process of cylinder heads, including the freezing of valve seats before installation, which is a crucial part of the production procedure for cylinder head assemblies. Furthermore, the study examines the influence of cryogenic temperatures on the physical properties of materials utilized for valve seat applications. Considering the challenges posed by gaseous fuels and their effect on valve seats, the study examines self-lubricating supermaterials used by competitors. It also develops cost-effective cast iron processing technology to enhance its properties, akin to superalloys used by competitors. Tribological testing compares material properties of the world´s biggest manufacturers, assessing performance and durability under simulated operating conditions. The research contributes to understanding valve and valve seat behavior, providing insights to enhance gas engine performance and longevity in alternative fuel applications.

Abstract:

Tato studie analyzuje materiály používané pro výrobu ventilů, sedel ventilů a vodítek ventilů spalovacích motorů. Cílem je porozumět jejich vlastnostem a výkonu za různých provozních podmínek. Výzkum také zkoumá vliv tuhosti dosedací desky hlavy válců na opotřebení sedel ventilů a zkoumá, jak různé geometrie a materiály dosedacích ploch ovlivňují životnost ventilů a sedel. Kromě toho je věnována sekce výrobnímu procesu hlav válců, včetně mražení sedel ventilů před instalací, což je klíčová část výrobního postupu pro montáž hlav válců. Dále studie zkoumá vliv kryogenních teplot na fyzikální vlastnosti materiálů používaných pro aplikace sedel ventilů. S ohledem na výzvy spojené s plynnými palivy a jejich vliv na sedla ventilů, studie zkoumá samomazné supermateriály používané konkurenty. Zároveň vyvíjí technologii cenově efektivního zpracování litiny, aby se zlepšily její fyzikální vlastnosti srovnatelné se super-slitinami, které používají konkurenti. Provádí se tribologické testování k porovnání materiálových vlastností největších výrobců motorů na světě, hodnotí výkon a odolnost za simulovaných provozních podmínek. Výzkum přispívá k porozumění chování ventilů a sedel ventilů, poskytuje náhledy pro zlepšení výkonu a životnosti plynových motorů v aplikacích alternativních paliv.

Keywords

Spalovací motory, ventily, Sedla ventilů, Vodítka ventilů, Kobaltové materiály, Kryogenní zpracování, Tepelné zpracování, Hlava válců, Tribologické testování, Alternativní paliva, Plynové motory, Samomazné materiály, Litina, ADI, AGI, Supermateriály, Materiálové vlastnosti, Stellite.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 9. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Materials engineering