Geometry of shape of profiles of the sliding surface of ring seals in the aspect of friction losses and oil film parameters

• Autorzy: Wróblewski P. , Iskra A.

Identyfikatory

DOI

10.19206/CE-2016-404

Warianty tytułu

PL

Geometria profilu powierzchni ślizgowej pierścieni uszczelniających w aspekcie strat tarcia i parametrów filmu olejowego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article describes the results of simulations of the approved variations of sliding surfaces of ring seals in relation to a reference symmetrical barrel profile which is most often used in piston internal combustion engines. In particular the paper discusses the impact of the five assumed variants of sliding profiles of ring seals onto the thickness of oil film left on the cylinder face by a bottom and upper ring seal, the distribution of internal friction force in oil film between the ring seal set and the cylinder face, finally the oil film cover on a sliding surface of the upper ring seal. The results presented in the article show a close relationship between the sliding surface profile of ring seals and a unit oil consumption. A relationship between these parameters for the elements lying in the movement plane of a wrist pin axis was proven, as well as for the one lying in the plane perpendicular to it. Exemplary parameters of oil film and friction losses were presented while assuming a constant total axial values of the height and depth of circumferential grooves. The shapes of these grooves on the sliding surface of the ring seals in free state can be made with electroerosion microprocessing or ablative laser microprocessing.

PL

W artykule omówiono wyniki badań symulacyjnych różnych wariantów profili powierzchni ślizgowej pierścieni uszczelniających w porównaniu do referencyjnego profilu baryłkowego symetrycznego. W szczególności przybliżono wpływ pięciu przykładowych wariantów profili powierzchni pierścieni uszczelniających na grubość warstwy oleju pozostawionej na gładzi cylindra przez dolny i górny pierścień uszczelniający, rozkład siły tarcia wewnętrznego w filmie olejowym między pakietem pierścieni uszczelniających a gładzią cylindra oraz przebieg pokrycia filmem olejowym profilu powierzchni górnego pierścienia uszczelniającego. Zaprezentowane w artykule wyniki badań wskazują na zależności jednostkowego zużycia oleju od profilu powierzchni ślizgowej pierścieni uszczelniających. Wykazano różnice tych zależności dla tworzących leżących w płaszczyźnie ruchu osi sworznia tłokowego oraz w płaszczyźnie prostopadłej do tej płaszczyzny. Przedstawiono przykładowe parametry filmu olejowego i strat tarcia przy założeniu stałej sumarycznej wartości szerokości i głębokości rowków obwodowych. Rowki te systematyzowano w wybranych kombinacjach na powierzchni ślizgowej pierścieni uszczelniających. Kształty tych rowków na powierzani ślizgowej pierścienia w stanie swobodnym otrzymuje się za pomocą mikroobróbki elektroerozyjnej i technologii ablacyjnej mikroobróbki laserowej.

Słowa kluczowe

EN

friction losses; profile of ring sliding surface; oil film; internal combustion engine

PL

straty tarcia; profil powierzchni ślizgowej pierścieni; film olejowy; silnik spalinowy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 55, nr 4
• Strony: 38--52
• Opis fizyczny: Biblior. 15 poz., wykr.

Twórcy

autor

Wróblewski P.

• Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology, doctoral student

autor

Iskra A.

• Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology

Bibliografia

• [1] Derndinger, H. Konstruktive Mittel zur Leistungssteigerung von Fahrzeugmotoren. ATZ, 1967, nr 3.
• [2] Groth, K. Neuere Methodezur Untersuchung von Reibverlusten in Motorentriebwerken. Schiff und Hafen/Kommandobrucke, 1977, nr 10.
• [3] Iskra, A., Wiśniewski T. Wpływ kształtu powierzchni ślizgowej pierścienia tłokowego na zużycie zespołu pierścień– tuleja i oleju smarującego, Silniki Spalinowe, 1981/1.
• [4] Iskra, A., Wiśniewski T. Wpływ ruchów poprzecznych tłoka na zużycie rowków pierścieniowych i pierścieni, Kones’87, Lublin – Kazimierz Dolny 25–27.11.1987.
• [5] Iskra, A. Modele matematyczne warunków tworzenia filmu olejowego na gładzi cylindrowej. Problemy rozwojowe silników spalinowych, Szczecin 1984.
• [6] Iskra, A. Rozkład filmu olejowego na gładzi cylindrowej silnika tłokowego. Rozprawy nr 181. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1987.
• [7] Iskra, A. Studium konstrukcji i funkcjonalności pierścieni w grupie tłokowo-cylindrowej. Wydawnictwo PP, Poznań 1996.
• [8] Niewczas, A., Koszałka, G., Guzik, M. Modeling of collaboration between the piston ring and the piston groove shelf in an internal combustion engine. Eksploatacja i Niezawodność 4, 2006.
• [9] Serdecki, W. Analysis of ring pressure distribution on a deformed cylinder face. Journal of POLISH CIMAC. Energetic aspects, Vol. 7, No.1, Gdańsk 2012.
• [10] Serdecki, W. Znaczenie poprawności opisu profilu pierścienia tłokowego w procesie modelowania jego współpracy z gładzią cylindra. Journal of Kones – Internal Combustion Engines. Warsaw 1999.
• [11] Tian, T., Noordzij, L.B., Wong, V.W., Heywood, J.B. Modeling piston-ring dynamics, blowby, and ring-twist effects. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 120 (4), 1998.
• [12] Tian, T. Dynamic Behaviors of Piston Rings and Their Practical Impact – Part II: Oil Transport, Friction, and Wear of Ring/Liner Interface and the Effects of Piston and Ring Dynamics, Proc. Inst. Mech. Eng., Part J: Journal of Engineering Tribology, 216, 2002.
• [13] Wolff, A., Piechna, J. Numerical simulation of piston ring pack operation. The Archive of Mechanical Engineering, Vol. L, 3, 2003.
• [14] Wolff, A., Piechna, J. Numerical simulation of piston ring pack operation in the case of mixed lubrication, The Archive of Mech. Engineering, Vol. LII, No. 3, 2005.
• [15] Wolff, A. Numerical analysis of piston ring pack operation of a marine two-stroke engine, Combustion Engines, 3, 2011.