Numerical simulation of piston ring pack operation with regard to ring twist effects.

• Autorzy: Wolff A. , Piechna J.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna symulacja działania pakietu pierścieni tłokowych z uwzględnieniem odkształceń kątowych pierścieni.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The motion of a ring pack on a thin film covering a cylinder liner has been analysed. In contrast to the previous papers, which considered a primary hydrodynamic phenomena (including mixed lubrication), in the present paper an additional degree of freedom of a ring i.e. a twist motion is also taken into account. Equations describing the twist of rings are presented and used in simulation. The twist phenomena of a single ring have been analysed in the past. In this paper, the twist effects of separate rings forming a ring pack are considered. In the pack configuration, the twist of the upstream ring strongly influences the operation of the downstream ring. The phenomenon commonly treated as secondary effect seems to be influencing the ring motion strongly. Differences between results obtained applying and neglecting ring twist motion are analysed and discussed.

PL

W artykule przedstawiono model i wyniki symulacji ruchu pakietu pierścieni tłokowych przemieszczających się po filmie olejowym i mogących wykonywać ruchy "kołyszące" w zakresie ograniczonym wymiarami luzów w rowkach tłoka. W modelu uwzględniono działanie sił hydrodynamicznych, siły elastycznego kontaktu w przypadku częściowego smarowania, siły sprężystości pierścieni, jak też siły gazowe działające na poszczególne pierścienie. Pokazano zmiany momentów skręcających pierścień, zmiany szczeliny smarującej wywołane odkształceniami kątowymi pierścieni i wpływ tych zmian na ruch poszczególnych pierścieni. Wyniki obliczeń przedstawiono w formie wykresów.

Słowa kluczowe

EN

hydrodynamics; gas dynamics; oil consumption; elastic contact; surface roughness; piston engines

PL

hydrodynamika; siły gazowe; zużycie oleju; kontakt elastyczny; chropowatość powierzchni; silnik tłokowy

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. LIV, nr 1
• Strony: 65--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wolff A.

autor

Piechna J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Transport, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Adams G. G., Müftü S., Azhar N. M.: A Nano-Scale Multi-Asperity Contact and Friction Model, Journal of Tribology, ASME, submitted for review, 2002.
• [2] Christensen H.: Some aspects of the functional influence of surface roughness in lubrication, Wear, 17 pp. 149÷162, 1971.
• [3] Christensen H.: A theory of mixed lubrication, Proc Instn Mech Engrs, vol. 186, pp. 421÷430, 1972.
• [4] Dowson, D., et al.: Piston Ring Lubrication, Part II. Theoretical Analysis of a Single Ring and Complete Ring Pack, Energy Conservation Through Fluid Film Lubrication Technology: Frontiers in Research and Design, ASME Publication, New York, 1979.
• [5] Gelinck E.: Mixed Lubrication of Line Contacts, PhD Thesis, University of Twente, 1999.
• [6] Greenwood J., Trip J. H.: The contact of Two Nominally Flat Rough Surfaces, Proc IMechE., Vol. 185. pp. 625÷633, 1971.
• [7] Gui C. L., Liu K.: Effect of surface roughness on the lubrication properties of the piston ring and cylinder of an engine, and calculation of lubrication and power loss analysis of piston-ring pack of a S195 diesel engine, Lubrication Science 4-4 (4) 263 0954-0075, 1992.
• [8] Gulwadi S. D.: Analysis of Tribological Performance of a Piston Ring Pack, Tribology Transaction, Vol. 43, No. 2, pp. 151÷162, 2000.
• [9] Iskra A.: Ölverbrauch eines Verbrennungsmotors, Tribologie/Schmierungstechnik 40, Heft 1, pp. 3÷9, 1993.
• [10] Jeng Y. R.: Theoretical Analysis of Piston-Ring Lubrication. Part I – Fully Flooded Lubrication. Part II – Starved Lubrication and Its Application to a Complete Ring Pack, Tribology Transactions, Vol. 35, No. 2, pp. 696÷705 and Vol. 4, pp. 707÷714, 1992.
• [11] Keribar R., Dursunkaya Z., Flemming M. F.: An Integrated Model of Ring Pack Performance, ASME Transactions, Vol. 113, pp. 382÷389, 1991.
• [12] Koszałka G.: Modeling the blowby in internal combustion engine, Part 1: A mathematical model, The Archive of Mechanical Engineering, 2004.
• [13] Kozaczewski W.: Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych, WKŁ 2004.
• [14] Kuo T.-W., Sellnau M. C., Theobald M. A., Jones J. D.: Calculation of Flow in the Piston-Cylinder-Ring Crevices of a Homogenous-Charge Engine and Comparison with Experiment, SAE Paper, No. 890838, 1989.
• [15] Liu Q.: Friction in Mixed and Elastohydrodynamic Lubricated Contacts Including Thermal Effects, PhD Thesis, University of Twente, 2002.
• [16] Niewczas A.: Trwałość zespołu tłok-pierścienie tłokowe-cylinder silnika spalinowego, WKŁ 1998.
• [17] Niewczas A., Koszałka G.: Niezawodność silników spalinowych, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003.
• [18] Odyck van D. E. A.: Stokes Flow in Thin Films, PhD Thesis, University of Twente, 2001.
• [19] Patir N., Cheng H. S.: An Average Flow Model for Determining Effects of Three-Dimensional Roughness on Partial Hydrodynamic Lubrication, Transactions of ASME, Vol. 100, January 1978.
• [20] Patir N., Cheng H. S.: Application of Average Flow Model to Lubrication Between Rough Sliding Surfaces, Transactions of ASME, Vol. 101, April 1979.
• [21] Rachoor H.: Investigation of dynamic friction in lubricated surfaces, praca doktorska, New Jersey Institute of Technology, 1996.
• [22] Radcliffe C. D., Dowson D.: Analysis of Friction in a Modern Automotive Piston Ring Pack, Lubricant and Lubrication/ D. Dowson et al. (editors), Elsevier Science B.V., 1995.
• [23] Rangert, B.: Hydrodynamic Piston Ring Lubrication with Reference to Lubricating Oil Consumption, Doctorsavhandlingar vid Chalmers Tekniska, Hogskola, 1974.
• [24] Richardson D.E., Borman G.L.: Theoretical and Experimental Investigations of Oil Films for Application to Piston Ring Lubrication, SAE 922341, 1992.
• [25] Ruddy B. L., Dowson D., Economous P. N.: A Theoretical Analysis of the Twin-Land Type of Oil-Control Piston Ring, Journal Mechanical Engineering Science, Vol. 23, No. 2, pp. 51÷62, 1981.
• [26] Ruddy B. L., Dowson D., Economous P. N.: The Prediction of Gas Pressures within the Ring Packs of Large Bore Diesel Engines, Journal Mechanical Engineering Science, Vol. 23, No. 6, pp. 295÷304, 1981.
• [27] Tian T., Wong V. W., Heywood B.: A Piston Ring Pack Film Thickness and Friction Model for Multigrade Oils and Rough Surfaces, SAE Paper, No. 962032, pp. 27÷39, 1996.
• [28] Timoshenko S.: Strength of materials, Part II, p. 138, 1962.
• [29] Wolff A., Piechna J.: Numeryczna analiza hydrodynamiki układu: pierścienie tłokowe-cylinder silnika spalinowego, Międzynarodowa Konferencja Naukowa: Transport XXI wieku, Warszawa, 19–21.09.2001.
• [30] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. L, Number 3, pp. 303÷329, 2003.
• [31] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation in the case of mixed lubrication, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LII, Number 2, pp. 157÷190, 2005.
• [32] Wolff A., Piechna J.: Numeryczna symulacja działania pakietu pierścieni tłokowych, Materiały międzynarodowego kongresu silników spalinowych, referat PTNSS P05-C076, Szczyrk, 25–28.09.2005.
• [33] Yun J. E., Chung Y., Chun S. M., Lee K. Y.: An Application of Simplified Average Reynolds Equation for Mixes Lubrication Analysis of Piston Ring Assembly in an Internal Combustion Engine, SAE Paper 952562, 1996.