Numerical analysis of piston ring pack operation

• Autorzy: Wolff A.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna funkcjonowania pakietu pierścieni tłokowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper a model of a piston ring pack motion on an oil film has been analysed. The local oil film thickness can be compared to height of the combined roughness of mating surfaces of piston rings and cylinder liner. Equations describing the mixed lubrication problem based on the empirical mathematical model formulated in works of Patir, Cheng [6, 7] and Greenwood, Tripp [3] have been combined [12] and used in this paper. A model of a gas flow through the labyrinth seal of piston rings has been developed [13, 15]. In addition models of ring twist effects and axial ring motion in piston grooves have been applied [14, 15]. In contrast to the previous papers of the author, an experimental verification of the main parts of developed mathematical model and software has been presented. A relatively good compatibility between the experimental measurements and calculated results has been achieved. In addition this study presents the simulation results for an automobile internal combustion engine.

PL

W artykule przedstawiono kompleksowy model ruchu pakietu pierścieni tłokowych po filmie olejowym o grubości porównywalnej z sumaryczną chropowatością powierzchni roboczych pierścieni tłokowych i tulei cylindrowej. Zaadaptowano model przepływu oleju w szczelinie o chropowatych ściankach Patira i Chenga [6, 7] oraz model elastycznego kontaktu chropowatych powierzchni Greenwooda i Trippa [3]. Opracowano także model przepływu gazu przez uszczelnienie labiryntowe pierścieni [13, 15] oraz model odkształceń kątowych pierścieni i ich pionowych przeskoków w rowkach tłoka [14, 15]. W odróżnieniu od poprzednich artykułów autora, w niniejszym przedstawiono eksperymentalną weryfikację głównych członów opracowanego kompleksowego modelu matematycznego oraz oprogramowania. Uzyskano relatywnie dobrą zgodność ilościową i jakościową wyników obliczeń symulacyjnych i badań eksperymentalnych. Ponadto przedstawiono wyniki obliczeń symulacyjnych dla samochodowego silnika spalinowego.

Słowa kluczowe

EN

piston rings; gas dynamics; hydrodynamics; surface roughness

PL

pierścienie tłokowe; dynamika gazu; hydrodynamika; chropowatość powierzchni

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 48, nr 2
• Strony: 128--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Wolff A.

• Faculty of Transport at Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Bobrowski D.: Probabilistyka w zastosowaniach technicznych. WNT, Warszawa 1980.
• [2] Demmerle R., Barrow S., Terrettaz F., Jaquet D.: New Insights into the Piston Running Behaviour of "Sulzer" Large Bore Diesel Engines, CIMAC Congress, Hamburg May 2001.
• [3] Greenwood J., Tripp J.H.: The contact of Two Nominally Flat Rough Surfaces. Proc I. Mech. E., Vol. 185, 1971, pp.625-633.
• [4] Iskra A.: Parametry filmu olejowego w węzłach mechanizmu tłokowo-korbowego silnika spalinowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.
• [5] Koszałka G.: Modelling the blowby in internal combustion engine. Part 1: A mathematical model, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LI, Number 2, 2004, pp. 245-257; Part 2: Primary calculations and Verification of the model, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LI, No. 4, 2004.
• [6] 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.
• [7] Patir N., Cheng H.S.: Application of Average Flow Model to Lubrication Between Rough Sliding Surfaces. Transactions of ASME, Vol 101, April 1979.
• [8] Räss K., Amoser M.: Progressive development of two-stroke engine tribology. Paper No. 83, CIMAC Congress, Vienna 2007.
• [9] Serdecki W.: Badania współpracy elementów układu tłokowo-cylindrowego silnika spalinowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2002.
• [10] 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, October 1998, pp. 843-854.
• [11] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation. The Archive of Mechanical Engineering, Vol. L, No. 3, 2003,pp. 303-329.
• [12] 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, 2005, pp. 157-190.
• [13] Wolff A.: Badania symulacyjne przepływu gazu przez uszczelnienie labiryntowe pierścieni tłokowych. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, Politechnika Warszawska, zeszyt 2, Warszawa 2007.
• [14] Wolff A., Piechna J: Numerical simulation of piston ring pack operation with regard to ring twist effects. The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LIV, No. 1, pp. 65-99, Warsaw 2007.
• [15] Wolff A.: Symulacja cyfrowa działania pakietu pierścieni tłokowych. Polska Akademia Nauk Oddział w Krakowie, Teka Komisji Motoryzacji pt. Konstrukcja, badania, eksploatacja, technologia pojazdów samochodowych i silników spalinowych, zeszyt nr 33-34, Kraków 2008, ss. 467-474.