Ein interessantes bericht von verschleiss der steuerketten von infineum. Von englisch auf deutsch übersetzt
Verschleiß der Steuerkette
Bewertung der Auswirkung der Schmiermittelformulierung auf die Verschleißleistung
Da der Verschleiß von Steuerketten für OEMs zunehmend Anlass zur Sorge gibt, spricht Ryan Rieth, Lubricant Development Technologist, mit Insight über die Arbeit, die Infineum unternommen hat, um die Auswirkungen von Schmierstoffformulierungen auf dieses störende Phänomen besser zu verstehen.
Bei Pkw-Motoren verbindet die im Motor befindliche und vom Motoröl geschmierte Steuerkette aus Metall die Kurbelwelle mit der Nockenwelle, die wiederum das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile steuert. Bei längerem routinemäßigem Gebrauch verlängert sich die Kette allmählich, was schließlich die Einlass- und/oder Auslassventilsteuerung stören kann, was zu Motorineffizienz und erhöhten Emissionen führt. Da die Abgasgesetzgebung immer strenger wird, müssen OEMs den Verschleiß der Steuerkette minimieren, um Verstöße zu vermeiden.
Um diese Bedenken auszuräumen, wird ein gefeuerter Motortest entwickelt, der in die kommende ILSAC GF-6-Schmierstoffspezifikation aufgenommen werden soll. Der neue Test, der von Ford entwickelt wurde, verwendet seinen 2,0-Liter-GTDI-EcoBoost-Motor, um den Einfluss der Ölqualität auf die Verschleißleistung zu bewerten, indem die Länge der Steuerkette als Funktion der Zeit gemessen wird.
Da Motoröle Additive enthalten, die den Oberflächenabbau begrenzen können, führte Infineum Experimente durch, um den Verschleiß der Steuerkette besser zu verstehen und die Auswirkungen von Schmiermittelformulierungen zu bewerten.
Arten von Steuerketten
Silent- und Rollensteuerketten sind die beiden am häufigsten verwendeten in Personenkraftwagen.
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Silentketten werden im Ford EcoBoost-Motor
verwendet, der im ILSAC GF-6-Test verwendet wird
Die geräuscharme Kette besteht aus Metallgliedern, die von zylindrischen Stiften gehalten werden. Dieser Kettentyp ist in dem Ford-Motor enthalten, der bei der Entwicklung des ILSAC GF-6-Kettenverschleißtests verwendet wurde.
Es ist ein gängiges Design mit vielen Vorteilen:
- Einfachheit
- Niedrigere Kosten
- Geringes Kettengeräusch
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Rollenketten sind komplexer und teurer als geräuscharme Ketten
Die Rollenkette ist ein komplexeres System zur Verringerung der Reibung, bei dem die Verbindungsstifte durch eine Rollenhalterung (oder Buchse) verstärkt werden, die frei rotierende Stahlrollen aufnimmt. Dieser Typ hat jedoch mehrere Nachteile:
- Teuer in der Herstellung
- Schneller Verschleiß, wenn Partikel eingeschlossen werden
- Deutliches Kettengeräusch
Überlegungen zum Tragen
Bei längerem routinemäßigem Gebrauch verschleißen die Steuerketten und es entsteht Spiel zwischen den Oberflächen, die sich in unmittelbarem Kontakt befinden. Dieser Durchhang bewirkt, dass sich die Kette verlängert und ihre Teilung durch die relative Verschiebung der Glieder ändert. Verschleiß wurde an den Rollen und Stützen einer Rollenkette und an den Drehzapfen und Gliedern einer Zahnkette beobachtet.
Einige der bemerkenswerteren Kettenkontakte in Bezug auf Verschleiß können je nach Konstruktion variieren.
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Kettenverschleiß kann durch verschiedene Mechanismen gefördert werden, einschließlich der wiederholten Schwenkbewegung von Antriebsgliedern oder Buchsen gegen stationäre Verbindungsstifte, das Vorhandensein übermäßiger Mengen an Ruß und/oder Säure und die Beziehung zu anderen Steuerkomponenten.
Änderungen der Motorbetriebsbedingungen und der Ölviskosität bedeuten jedoch, dass das Schmierregime und damit die Verschleißrate nicht unbedingt festgelegt sind.
Wissenschaftliche Techniken
Infineum hat eine Vielzahl fortschrittlicher Techniken eingesetzt, um die Oberflächen von Ketten zu untersuchen, um die Auswirkungen der Schmiermittelformulierung auf den Verschleiß besser zu verstehen. Zwei Öle, ein relativ gutes und ein leistungsschwaches Öl, wurden auf demselben mit ILSAC GF-6 befeuerten Motorprüfstand für unterschiedliche Zeiträume betrieben. Anschließend wurden verschiedene Analysetechniken verwendet, um die Stifte und Glieder in der dekonstruierten Steuerkette zu bewerten.
Mithilfe eines 3D-Profilometers zur Verschleißkartierung konnte Infineum die Schadensbereiche in mehreren Teilen der Kette lokalisieren.
- Narbentiefe entlang der Länge der einzelnen Stifte
- Bewertung der Oberflächenebenheit für einzelne Glieder
- Verformung in der Nähe von Löchern, die möglicherweise durch Bewegung gegen die Stifte verursacht wird
Beim Vergleich der Verschleißnarbenergebnisse für die beiden Testöle wurden tiefere Verschleißnarben an den Stiften für Proben aus längeren Tests mit Öl geringerer Qualität beobachtet.
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Tragen Sie NarbenergebnisseAnsicht vergrößern
Diese Ergebnisse stimmen mit den Kettendehnungsergebnissen überein, die aus dem ILSAC -GF-6- Motortest mit Zündung erhalten wurden.
Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und optische Mikroskopie wurden verwendet, um die Oberflächen von Ketten zu analysieren. Defekte wurden vergrößert, um sie als Ergebnis von Kratzen, Ätzen, Lochfraß oder Polieren zu charakterisieren. Ort, Art und Ausmaß der Belastung können genutzt werden, um mögliche Verschleißmechanismen besser zu verstehen.
Bei den beiden Testölen wurde ein Einfluss von Testdauer und Ölqualität auf die Entfernung von Bearbeitungsspuren quer zur Schwenkbewegungsrichtung in den Bohrungen der Glieder beobachtet. Außerdem wurde der Beginn des Polierens notiert.
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Analyse der Oberflächen von KettenAnsicht vergrößern
Darüber hinaus wurde energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) verwendet, um Elementzusammensetzungen an bestimmten Oberflächenstellen zu quantifizieren. Diese Technik kann möglicherweise verwendet werden, um die Wirksamkeit von Formulierungen zu bewerten und die Grundmetallurgie auf Hinweise auf Oberflächenbeschichtungen zu bewerten, die Informationen über Oberflächenbehandlungen für neue Hardware liefern können.
Durch die Verwendung von SEM und EDS zur Analyse der gealterten Ketten nach Motortests mit Zündung wurden Anzeichen von Tribofilm auf den Gliedern festgestellt. Diese Ergebnisse könnten dazu beitragen, den besten Formulierungsansatz für zukünftige Bewertungen vorzuschlagen.
Motorischer Screener-Test
Um verschleißfördernde Betriebsvariablen zu isolieren und Versuchsöle einfach und schnell zu sieben, hat Infineum eine motorisierte Siebanlage konzipiert und entwickelt. Die Konfiguration und die Abmessungen des Prüfstands entsprechen dem Steuerkettensystem in dem Motor, der im ILSAC GF-6-Kettenverschleißtest getestet wurde. Es ist jedoch viel einfacher, Nockenlasten, Motordrehzahl, Öldruck und Öltemperatur für jeden Prüfstandstest anzupassen. Zudem ist die Testdauer für den Prüfstand bisher deutlich kürzer als für den befeuerten Motor, was einen erhöhten Probendurchsatz ermöglicht.
Während sich die Umgebung des Prüfstands erheblich von dem gefeuerten Triebwerkstest unterscheidet, wurde beobachtet, dass die Betriebsbedingungen die Verschleißrate signifikant beeinflussen. Und genau wie beim ILSAC GF-6-Test war der Prüfstand auch in der Lage, zwischen Ölen unterschiedlicher Qualität zu unterscheiden.
Zukünftige Arbeit
Infineum engagiert sich weiterhin stark dafür, das Verständnis der Verschlechterung der Steuerkette unter verschiedenen Bedingungen zu erweitern. Da OEMs auf der ganzen Welt unterschiedliche Steuerketten in ihren Motoren verwenden, kann das Rig unter bestimmten Umständen ein nützliches Werkzeug sein, um bestimmte Hardware und Betriebsbedingungen nachzuahmen. Darüber hinaus können die Testbedingungen variiert werden, um die einflussreichsten Variablen zu lokalisieren und die schnellere Identifizierung von Ölen mit schlechter und guter Leistung zu ermöglichen.
Zukünftige Arbeiten werden sich voraussichtlich auf die Erweiterung des Umfangs bestehender Studien konzentrieren, indem das Ausmaß regionaler Hardwarevariationen bewertet und das Verhältnis von Verschleiß zu Motorbetriebsbedingungen und Oberflächenchemie abgebildet werden.
Quelle: https://www.infineuminsight.com/en-gb/articles…ing-chain-wear/
