Model of operational changes in the combustion chamber tightness of a diesel engine

• Autorzy: Koszałka G.

Warianty tytułu

PL

Model eksploatacyjnych zmian szczelności przestrzeni nadtłokowej silnika o zapłonie samoczynnym

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents the results of tightness testing of an internal combustion engine combustion chamber during long-term operation. The tests were conducted on 5 six-cylinder diesel engines used in motor trucks. Changes in tightness for the distance range 0–500,000 km were determined based on the measurement results of the following: pressure drop measured using a cylinder leakdown tester, maximum compression pressure in the cylinders, and the blow-by flow rate at different engine operating conditions. The obtained test results were analyzed statistically. Stochastic models of changes in engine combustion chamber tightness versus distance traveled were developed. Each model describes the time history of the mean value of a selected diagnostic parameter and the limits of probable changes in this parameter. The test results have shown that both the rate and character of changes as a function of engine operation time differed depending on a parameter. The maximum compression pressure was characterized by the lowest dynamics of changes (a decrease by less than 20% for the distance range 0–500,000 km), the cylinder leakage was characterized by a moderate change dynamics, while the blow-by flow rate exhibited the highest dynamics of changes (a threefold increase at 2200 rpm). It should also be mentioned that in the case of the first two parameters, the rate of changes increased with the distance traveled, whereas in the case of the blow-by the observed changes were linear. Also, dispersion fields (i.e. changes in standard deviations) were calculated for the tested diagnostic parameters.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań szczelności komory spalania silnika o zapłonie samoczynnym w czasie długotrwałej eksploatacji. Badania przeprowadzono na 5 egzemplarzach sześciocylindrowego silnika wykorzystywanego do napędu samochodów ciężarowych. Zmiany szczelności w zakresie przebiegów 0–500 tys. km określono na podstawie wyników pomiarów: spadku ciśnienia z wykorzystaniem próbnika szczelności komory spalania, maksymalnego ciśnienie sprężania w cylindrach oraz natężenia przedmuchów spalin do skrzyni korbowej w różnych warunkach pracy silnika. Wyniki badań poddano analizie statystycznej. Opracowano stochastyczne modele zmian szczelności komory spalania silnika w funkcji przebiegu samochodu. Model opisuje przebieg wartości średniej wybranego parametru diagnostycznego w czasie oraz granic obszaru prawdopodobnych zmian tego parametru. Wyniki badań wykazały, że zarówno prędkość jak i charakter zmian w funkcji czasu eksploatacji były różne dla różnych parametrów. Najmniejszą dynamiką zmian wyróżniało się maksymalne ciśnienie sprężania (spadek o mniej niż 20% w zakresie przebiegów samochodu: 0–500 tys. km), średnią dynamiką – wskaźnik szczelności, a największą – natężenie przedmuchów spalin (3-krotny wzrost przy 2200 obr/min), przy czym dla dwóch pierwszych parametrów szybkość zmian zwiększała się wraz z przebiegiem samochodu, natomiast w przypadku przedmuchów spalin zmiany miały charakter liniowy. Wyznaczono również pola rozproszeń (zmian odchyleń standardowych) dla badanych parametrów diagnostycznych.

Słowa kluczowe

EN

internal combustion engine; ring pack; diagnostics; stochastic model; compression pressure; blow-by; wear

PL

silnik spalinowy; uszczelnienie pierścieniowe; diagnostyka; model stochastyczny; ciśnienie sprężania; przedmuchy spalin; zużycie

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 16, no. 1
• Strony: 133--139
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Koszałka G.

• Institute of Transport, Combustion Engines and Ecology, Lublin University of Technology, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Giorgio M, Guida M, Pulcini G. A state-dependent wear process with an application to marine engine cylinder liners. Technometrics 2010; 52 (2): 172–187.
• 2. Jones NB, Li Y-H. A review of condition monitoring and fault diagnosis for diesel engines. Tribotest 2000; 6 (3): 267–291.
• 3. Kazmierczak A. Computer simulation of the new ring seal coaction in combustion engine. Industrial Lubrication and Tribology 2004; 56 (4): 210–216.
• 4. Kaźmierczak A. Tarcie i zużycie zespołu tłok-pierścienie-cylinder [Friction and wear of the piston-rings-cylinder unit]. Wrocław: Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wroclawskiej [Scientific Papers of the Institute of Machine Design and Operation of the Technical University of Wroclaw] 2005, 89 (32).
• 5. Kazmierczak A. Physical aspects of wear of the piston-ring-cylinder set of combustion engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 2008; 222: 2103–2119.
• 6. Koszałka G, Niewczas A. Wear profile of the cylinder liner in a motor truck diesel engine. Journal of KONES Powertrain and Transport, 2007; 14 (4): 183–190.
• 7. Koszalka G. Application of the piston-rings-cylinder kit model in the evaluation of operational changes in blowby flow rate. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2010; 4: 72–81.
• 8. Koszalka G, Niewczas A, Pieniak D. Reliability assessment of a truck engine based on measurements of combustion chamber tightness. Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering 2012 Conference Proceedings, IEEE 2012, pp. 995–999.
• 9. Kouremenos DA, Rakopoulos CD, Hountalas DT, Kouremenos AD. The maximum compression pressure position relative to top dead centre as an indication of engine cylinder condition and blowby. Energy Conversion and Management 1994; 35 (10): 857–870.
• 10. Lamaris VT, Hountalas DT. Validation of a diagnostic method for estimating the compression condition of direct injection diesel engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy 2010; 224 (4): 517–532.
• 11. Lemski J. Modele zmian stanu technicznego [Models of technical state changes of objects]. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn 2001; 1 (125): 193–210.
• 12. Merkisz J, Tomaszewski F, Ignatow O. Trwałość i diagnostyka węzła tłokowego silników spalinowych. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1995.
• 13. Niewczas A. Trwałość zespołu tłok-pierścienie tłokowe-cylinder silnika spalinowego. Warszawa: WNT, 1998.
• 14. Piekarski W. Wybrane problemy diagnostyki ciągników rolniczych w aspekcie doskonalenia ich eksploatacji. Lublin: Wydawnictwo Akademii Rolniczej, 1994.
• 15. Rakopoulos CD, Kosmadakis GM, Dimaratos AM, Pariotis EG. Investigating the effect of crevice flow on internal combustion engines using a new simple crevice model implemented in a CFD code. Applied Energy 2011; 88 (1): 111–126.
• 16. Serdecki W, Krzymień P. How the wear of cylinder liner affects the cooperation of piston-cylinder assembly of IC engine. Journal of KONES Powertrain and Transport 2012; 19 (1): 357–363.
• 17. Watzenig D, Steiner G, Sommer MS. Robust estimation of blow-by and compression ratio for large diesel engines based on cylinder pressure traces. Instrumentation and Measurement Technology 2008 Conference Proceedings, IEEE 2008, pp. 974–978.
• 18. Wolff A. Numerical analysis of piston ring pack operation. Combustion Engines 2009; 2: 128–141.