Numeryczna symulacja działania pakietu pierścieni tłokowych z uwzględnieniem przedmuchu spalin, smarowania i odkształceń kątowych pierścieni

• Autorzy: Wolff A.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of piston ring pack operation with regard to blowby, lubrication and ring twist effects

• Konferencja: Kongres Silników Spalinowych (20-23.05.2007; Kraków, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pakiet pierścieni tłokowych stosowany jest by zapewnić dynamiczne uszczelnienie gazowe pomiędzy tłokiem a gładzią cylindrową. Z działaniem pakietu pierścieni związane są następujące poniżej wymienione zjawiska fizyczne: dynamika przepływu gazu przez szczeliny złożenia: tłok-pierścienie-cylinder, smarowanie hydrodynamiczne w szczelinie pomiędzy powierzchnią pierścienia i gładzią cylindrową, tarcie mieszane w złożeniu pierścień-gładź cylindrowa, transport oleju i jego dystrybucja wzdłuż powierzchni cylindra, kątowe odkształcenia pierścieni, zmiany lepkości oleju spowodowane zróżnicowaniem temperatury gładzi cylindrowej. W odróżnieniu od poprzednich artykułów autora [9-12], niniejsze studium prezentuje nowy model matematyczny przepływu gazu przez uszczelnienie tłok-cylinder, który zawiera wszystkie istotne źródła przecieków gazu. Model ten bierze pod uwagę główną przyczynę przecieków tj. zamki pierścieni, których szczelina przepływowa zmienia się wskutek nierównomiernego zużycia cylindra i jego odkształceń termicznych. Model uwzględnia także chwilowe, gwałtowne zmiany przedmuchu gazu wskutek pionowych przeskoków pierścieni w rowkach tłoka, wywołanych przez siły gazowe, tarcia i bezwładności. Ponadto modele przepływu gazu oraz smarowania płynnego i mieszanego są ze sobą sprzężone. Umożliwia to rozwiązywanie skomplikowanych zagadnień takich jak ewentualne osiowe drgania (flutter) pierścieni w rowkach tłoka i wynikające z tego zmiany warunków smarowania pierścieni [2,3,6,7].

EN

A set of piston rings is used to form a dynamic gas seal between the piston and cylinder wall. Many physical phenomena are associated with ring pack operation, such as: inter-ring gas dynamics for blow-by and blow-back behaviour, hydrodynamic action in the gap between the ring land and cylinder liner, mixed lubrication at the ring faceliner conjunction for friction considerations, oil transport for distribution of lubricant along the liner, twist motion of rings, liner temperature influence on the oil viscosity. In contrast to the previous papers of the author [9-12], this study presents a new mathematical model of gas flows in the cylinder-piston seal, which contains a complete set of leak sources. This model takes into account the main reason of leaks, the ring gaps, including their changes due to variation of cylinder bore caused by the wear and thermal expansion. The model considers also temporary rapid changes of the blow-out due to axial changes of a ring position in a piston groove caused by gas, friction and inertial forces. In addition the models of gas flows, hydrodynamic and mixed lubrication are coupled. It enables to resolve detailed events such as eventual axial ring flutter in piston grooves and also resulting changes of lubrication phenomena [2,3,6,7].

Słowa kluczowe

PL

pierścień tłokowy; dynamika gazu; hydrodynamika; chropowatość powierzchni

EN

piston ring; gas dynamics; hydrodynamics; surface roughness

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 46, nr SC1
• Strony: 145--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Wolff A.

• Warsaw University of Technology, Poland

Bibliografia

• [1] Greenwood J., Trip J.H.: The contact of Two Nominally Flat Rough Surfaces, Proc IMech E., Vol. 185, pp. 625-633, 1971.
• [2] Koszałka G.: Modelling the blowby in internal combustion engine, Part 1: A mathematical model, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LI, Number 2, p. 245- 257, 2004; Part 2: Primary calculations and Verification of the model, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LI, Number 4, p. 595- 607, 2004.
• [3] Niewczas A., Koszałka G.: Niezawodność silników spalinowych, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003.
• [4] 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.
• [5] Patir N., Cheng H.S.: Application of Average Flow Model to Lubrication Between Rough Sliding Surfaces, Transactions of ASME, Vol 101, April 1979.
• [6] Tian T., Nordzij L.B., Wong V.W., Heywood J.B.: Modeling Piston-Ring Dynamics, Blowby, and Ring-Twist Effects, Transactions of ASME, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 120, p. 843-854, October 1998.
• [7] Tian T., Rabute R., Wong V.W., Heywood J.B.: Effects of Piston-Ring Dynamics on Ring/Groove Wear and Oil Consumption in a Diesel Engine, SAE Paper, No. 970835, p. 31-43, 1997.
• [8] Timoshenko S.: Strength of materials, Part II, p. 138, 1962.
• [9] Wolff A., Piechna J.: Numeryczna analiza hydrodynamiki układu: pierścienie tłokowe-cylinder silnika spalinowego, Międzynarodowa Konferencja Naukowa: Transport XXI wieku, Warszawa, 19-21.09.2001.
• [10] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. L, Number 3, p. 303- 329, 2003.
• [11] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation in the case of mixed lubrication, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LII, No. 3, p. 157-190, 2005.
• [12] Wolff A., Piechna J.: Numeryczna symulacja działania pakietu pierścieni tłokowych, Materiały międzynarodowego kongresu Polskiego Towarzystwa Naukowego Silników Spalinowych, The Developement of Combustion Engines, referat PTNSS P05-C076, Szczyrk, 25-28.09.2005.