Modification of piston properties in a diesel engine by introduction of local reinforcement with AK12/A12O3 composite

• Autorzy: Sarnowski C. , Ignaciuk P.

Warianty tytułu

PL

Zmiana właściwości użytkowych tłoka do silnika zs poprzez zastosowanie lokalnego zbrojenia kompozytem AK12/A12O3

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tłoki należą do najbardziej obciążonych mechanicznie i cieplnie elementów silników spalinowych. Stawiane są im wysokie wymagania dotyczące stabilności wymiarowej, wytrzymałości i trwałości. Konstrukcjom wykonanym z klasycznych materiałów coraz trudniej jest sprostać tym wymaganiom. Obszar korony tłoka jest szczególnie narażony na bardzo duże obciążenia cieplne w tym znaczne gradienty temperatury związane cyklicznością procesu roboczego. W wyniku tego dochodzi do uszkodzeń powierzchni denka, powstają między innymi pęknięcia usytuowane głównie w pobliżu górnej krawędzi komory spalania tłoka. Obszar pierwszego pierścienia uszczelniającego również narażony jest na znaczne obciążenia cieplne i mechaniczne. Jedną z możliwych dróg zapewnienia odpowiednich właściwości użytkowych tłoka i zapobiegania powstawaniu niepożądanych zjawisk jest zastosowanie materiałów kompozytowych, które posiadają własności wytrzymałościowe znacznie korzystniejsze niż materiały klasyczne. W referacie przedstawiono wyniki obliczeń symulacyjnych modeli tłoków ze stopu AK12 z zastosowanym lokalnym zbrojeniem krawędzi komory spalania oraz pierwszego rowka pierścieniowego materiałem kompozytowym. Badania miały na celu określenie wpływu zastosowania lokalnej modyfikacji materiału na poziom obciążenia cieplnego tłoka do silnika o zapłonie samoczynnym, pracującego w trudnych warunkach. Badania numeryczne tłoka przeprowadzone zostały metodą elementów skończonych. Obciążenie tłoka zdefiniowane zostało poprzez zadanie warunków brzegowych wymiany ciepła oraz średnie ciśnienie użyteczne odpowiadające maksymalnemu obciążeniu silnika.

EN

Pistons belong to the most mechanically and thermally loaded components of the internal combustion engines and at the same time they have to fulfil very demanding requirements in terms of dimensional stability, strength and durability. For pistons made of classic materials it is increasingly difficult to meet these requirements. The area of piston crown is particularly under hazard of very high thermal loads and temperature gradients related to the cyclic variations of the engine working process. As a result, damages on the piston head can occur, like cracks situated mostly in the vicinity of the upper edge of the piston's combustion chamber. Area of the first sealing ring is also very vulnerable to high thermal and mechanical loads. One of possible solutions of ensuring proper operational properties of the piston and preventing unwanted phenomena is application of composite materials, which have much higher strength properties than classic materials. The paper presents results of simulational calculations of the piston models made of AK12 alloy, with local composite reinforcement of the combustion chamber edge and first ring groove. Research was aimed at determination of the influence of the local modification of the piston material on the level of piston's thermal load. The piston was used in a diesel engine working in difficult conditions. Numerical analysis of the piston was made using finite elements method. Thermal load of the piston was defined by giving boundary conditions of the heat exchange and mean effective pressure corresponding to the maximum engine load.

Słowa kluczowe

PL

transport; silniki spalinowe; tłok kompozytowy; MES (metoda elementów skończonych); kompozyty metalowe

EN

transport; internal combustion engines; FEM; MMC; composites

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, No. 3
• Strony: 537--542
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Sarnowski C.

autor

Ignaciuk P.

• Lublin University of Technology Nadbystrzycka 38D, 20-618 Lublin, Poland tel.: [phone], fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Buschow, J. K. H., Cahn, R. W., Flemings, M. C., Ilschner, B., Kramer, E. J., Mahajan, S., Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Elsevier, Vol. 1, Oxford 2001.
• [2] Evans, A., Ch., San Marchi, Mortensen, A., Metal Matrix Composites in Industry, An Introduction and a Survey, Springer Verlag 2003.
• [3] Gardyński, L., Badania nad podwyższeniem odporności na zmęczenie cieplne tłoków do wysokodoładowanych silników ZS, Rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska, Lublin 1999.
• [4] Jaskólski, J., Budzik, G., Stacjonarny przepływ ciepła w tłoku silnika spalinowego, monografia, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2003.
• [5] Jaskólski, J: Zagadnienia optymalizacji obciążenie cieplnych tłoków silników spalinowych, monografia, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001.
• [6] Korb, G., Neubauer, E., Thermophysical Properties of Metal Matrix Composites, Volume 7: Insitute of Materials Science and Testing – Vienna University of Technology, MMC-Assess Consortium, July 2001, Austrian Research Centres Seibersdorf, 2001.
• [7] Meijer, G., Ellyin, F., Xia Z., Aspects of residual thermal stress/strain in particle reinforced metal matrix composites, 1359-8368/00/ Elsevier Science Ltd, Composites: Part B31, 29–37, 2000.
• [8] Persson, H., Guidelines for joining of metal matrix composites, Volume 8, mmc-assess. tuwien.ac.at MMC-Assess Consortium, Insitute of Materials Science and Testing – Vienna University of Technology, September 2001.
• [9] Rudnik, D., Studium eksperymentalne materiału tłoka kompozytowego do silnika spalinowego, Rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska, Lublin, 2001.
• [10] Rusiński, E., Czmochowski, J., Smolnicki, T., Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nosnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2000.
• [11] Sarnowski, C., Analiza odkształceń tłoka kompozytowego do silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym w warunkach zróżnicowanych obciążeń cieplnych, Rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska, Lublin 2006.
• [12] Sarnowski, C., Niewczas, A., Analiza zmian obciążeń zbrojonego lokalnie kompozytowego tłoka silnika wysokoprężnego, Transport Samochodowy, nr 2/2004, Wydawnictwo ITS, Warszawa 2004.
• [13] Sobczak, J., Metalowe materiały kompozytowe, Wydawnictwo Instytutu Odlewnictwa i Instytutu Transportu Samochodowego, Kraków-Warszawa 2002.
• [14] Sławiński, Z., Prognozowanie warunków brzegowych w elementach komory spalania silnika tłokowego, Teka Komisji Naukowo-Problemowej Motoryzacji PAN, Zeszyt nr 17, s. 91-102, Kraków 1999.