Motor silindir honlamasının ve nanokaplamaların tribolojik yönden motor performansına, aşınmasına ve yağlanmasına etkilerinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the effects of engine cylinder honing and nanocoatings on tribological engine performance, wearand lubrication
Yazar: VELİ UYSAL
Danışman: PROF. DR. EMRULLAH HAKAN KALELİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Krom kaplama = Chromium plating ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear

Özet:
İçten yanmalı motorlarda sürtünme kayıplarının en çok meydana geldiği yer segman ile silindir gömleği arasında olup tüm mekanik kayıpların % 20-40'ını kapsamaktadır. Eğer bu mekanik kayıplar %10 azaltılabilirse, taşıtın yakıt verimliliği yaklaşık %1,5-2,5 kadar artırılabilir. Bu kayıpları en aza indirgemek için silindir gömlek yüzeyinin topografyasını honlama gibi daha iyi sonuçlar getiren bir yöntemle iyileştirmek önem arz etmektedir. Böylece aşınma ve sürtünmelerin azaltılması, motor ömrü ve dayanıklılığının artmasına neden olur. 
Literatür araştırmalarına göre, çeşitli honlama teknikleri yüzey pürüzlülüğü parametreleri dikkate alınarak nümerik hesaplama (simülasyon) ve pim-disk veya pim-plaka gibi tribometre sürtünme testleri yapılmış, fakat farklı honlama açılarının tribolojik özellikleri ve avantajlarının, gerek tribometrede gerekse gerçek motor testlerinde incelenmediği tespit edilmiştir.
Bu tez çalışmasında motor silindir kovanında 20°, 30°, 40°, 45° ve 60° gibi farklı honlama açılarının işlenmesi, plato honlama yapılması, bu farklı açılarda farklı nanokaplamaların yapılması ile ortaya çıkan deneysel çalışmalar sonucunda; yağlamanın iyileştirilmesi, motor sürtünmesinin ve aşınmaların azaltılması, motor gücünün artırılması sağlanmıştır.
Bu farklı açılarda sırasıyla Titanyum Nitrür (TiN), Krom Karbon Nitrür (CrCN), Elmas Benzeri Karbon (DLC) ve İndirgenmiş Grafen Oksit (rGO) gibi nanokaplamalar yapılması, sürtünmelerin azaltılması, motor gücünün, motor ömrünün arttırılması ile bilime ve ekonomiye önemli bir katkı sağlanmıştır.
Yağlamayı iyileştiren, sürtünmeyi ve aşınmayı azaltan daha düşük sürtünme ile en iyi açı ve mikro-nano pürüzlülük davranışı belirlenmiş, sürtünen yüzeyler ile katkı maddeleri de 2D-3D pürüzlülük dijital optik mikroskobu, SEM-EDX ve AFM analizi ile analiz edilmiştir.

Abstract:
Friction losses occur mostly between the piston ring and cylinder liner, and it covers 20-40% of all mechanical losses in internal combustion engines. If these mechanical losses can be reduced by 10%, the fuel efficiency of the vehicle can be increased by approximately 1.5-2.5%. In order to minimize these losses, it is important to improve the topography of the cylinder liner surface with a method that brings better results, such as honing. Thus, reducing wear and friction leads to an increase in engine life and durability.
According to the literature survey, various honing techniques have been used and the generated surfaces with various surface roughness parameters have been characterized using numerical calculation but the tribological properties and advantages of different honing angles have not been yet investigated in the literature using pin-on-plate tribometer friction tests.
In this thesis, processing plateau honing with different honing angles such as 20°, 30°, 40°, 45° and 60° on the engine cylinder sleeve, and making different nanocoatings at these different angles; improvement of lubrication, reduction of engine friction and wear, and increase of engine power have been provided, as a result of the experimental studies.
An important contribution to science and economy has also been made by making nanocoatings such as Titanium Nitride (TiN), Chromium Carbon Nitride (CrCN), Diamond-Like Carbon (DLC) and Reduced Graphene Oxide (rGO) at these different angles, reducing friction, increasing engine power and engine life.
The best angle and micro-nano roughness behavior with lower friction improving lubrication, reducing of friction and wear is determined and the rubbed surfaces as well as all additives were analyzed through 2D-3D roughness digital optical microscopy, SEM-EDX and AFM analysis.