Så påverkar mikrostrukturer prestandan i tunga dieselmotorer

Nytt miljövänligt och lågsvavligt bränsle är en utmaning för tillverkare av tunga dieselmotorer. Hårdare lagstiftning och högre krav på utsläpp och bränsleekonomi ska förenas med förväntningar på kraftfullare motorer och ökad hållbarhet. Därför behövs nya material med optimerade mekaniska och tribologiska egenskaper. I en ny doktorsavhandling från Tekniska Högskolan, Jönköping University, presenterar Rohollah Ghasemi nya kunskaper om gjutjärnets fördelar i dieselmotorer, på hav och land.

Under lång tid har skivgrafitjärn (LGI) varit det vanligaste materialet i dieselmotorkomponenter som kolvringar och cylinderfoder. Eftersom grafitlamellerna fungerar självsmörjande har LGI utmärkta tribologiska egenskaper som innebär en minskad risk för repning samt problem i samband med hening.

– Nackdelen med LGI är att det har dåliga mekaniska egenskaper. Vid hög mekanisk belastning och högt tryck försvagas materialet, vilket är en stor nackdel. När motorernas storlek och vikt ska minskas, samtidigt som belastningen och trycket ökar, måste man därför ersätta LGI-komponenterna med ett annat, starkare material, förklarar Rohollah Ghasemi.

Perlitiska kompaktgrafitjärn (CGI) är ett intressant alternativ som förenar överlägsna mekaniska egenskaper med godtagbara tribologiska egenskaper jämfört med LGI. CGI klarar också de tuffare och torrare smörjningsförhållandena som uppstår när de nya, miljövänliga bränslena används i dieselmotorer. Men också detta material har sina begränsningar då det är mer svårbearbetat än LGI-legeringarna, vilket resulterar i höga produktionskostnader.

I sin avhandling klarlägger Rohollah Ghasemi hur mikrostrukturerna hos LGI och CGI påverkar materialens mekaniska och tribologiska egenskaper i motorapplikationer.

– Det här är nya intressanta kunskaper för alla som utvecklar motorer – framförallt dieselmotorer – inom olika industriella områden, eftersom de ökar förståelsen för hur mikrostrukturerna påverkar gjutjärnslegeringarnas egenskaper.

Hans forskning har också resulterat i produktion, modellering och simulering av de mekaniska egenskaperna hos ett nyutvecklat material. En kiselförstärkt CGI-legering med hög mekanisk prestanda som är mer lättbearbetad än konventionella CGI-legeringar, vilket även innebär att bearbetningsverktygen får längre livslängd.

– I min studie har jag fokuserat på stora, borrade tvåtaktsmarinmotorer, men de här resultaten är också värdefulla för svenska lastbilstillverkare som Volvo och Scania. Om tillverkarna ska kunna behålla sina ledande positioner på en global marknad med knivskarp konkurrens, så måste den här ekvationen lösas.

Rohollah Ghasemi försvarade framgångsrikt sin avhandling ‘‘The Influence of Microstructure on Mechanical and Tribological Properties of Lamellar and Compacted Irons in Engine Applications” på Tekniska Högskolan, Jönköping University, fredagen den 25 november.

Länk till avhandlingen Länk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster.