Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribological properties of piston rings designed for sliding against composite materials in lubricated contacts

Posmyk Andrzej

Tribologia

|

2023

|

nr 3

53--61

EN

The paper presents basic information on the production, structure and tribological properties of a composite chromium-ceramic coating deposited electrolytically on a cast-iron piston ring for a combustion engine designed for sliding against a composite cylinder liner. The results of comparative tests of two contacts, i.e. cast-iron GJL-250/AlMC and GJL250+Cr-Al2O3/AlMC, are described. The deposition of the Cr- Al2O3 coating on the cast-iron piston ring reduces almost trifold the wear of the piston ring and about 20% the friction resistance in the contact due to the presence of aluminium oxide particles and fibres. The reinforcing phase removed from the chromium layer polishes the chromium and composite sliding surfaces. The places left by the removed particles serve as depots for oil, which reduces the friction forces and minimises oil consumption. The Al2O3 wear debris decreases the roughness of the surfaces in contact, which additionally reduces the friction forces according to the friction hypothesis of Ernst and Merchant.

PL

W artykule opisano podstawy wytwarzania, budowę i właściwości tribologiczne kompozytowej powłoki chromowo-ceramicznej naniesionej elektrolitycznie na żeliwny pierścień tłokowy silnika spalinowego przeznaczony do współpracy z kompozytową tuleją cylindrową. Opisano wyniki badań porównawczych dwóch skojarzeń, tj. żeliwa GJL-250/AlMC i GJL-250+Cr- Al2O3/AlMC. Naniesienie powłoki Cr- Al2O3 na pierścień żeliwny zmniejsza ponad trzykrotnie zużycie pierścienia i około 20% opory tarcia skojarzenia dzięki obecności cząstek i włókien tlenku aluminium. Usunięta z chromu faza zbrojąca działa polerująco na współpracujące powierzchnie chromu i kompozytu. Miejsca po usuniętych cząstkach służą do gromadzenia oleju, co zmniejsza siły tarcia i zużycie oleju. Produkty zużycia Al2O3 zmniejszają chropowatość współpracujących powierzchni, co dodatkowo zmniejsza siły tarcia zgonie z hipotezą tarcia Ernsta i Merchanta.

2

Tribological Properties of Composite Piston Rings Designed for Oil-Free Contacts in Ecological Transport

Posmyk Andrzej

Tribologia

|

2022

|

nr 1

75--81

EN

The paper presents a comparison of tribological properties for two generations of sliding contacts, i.e. TG15/ Anodic Hard Coating and PASL/AlMC in oil-free piston compressors designed for ecological transport. In the first contact, the piston ring material is Teflon-graphite TG15 (PTFE+15% graphite), and in the other, an acetal-based (PA) sliding composite (PASL) with additional substances acting as solid lubricants (SL), i.e. PTFE, graphite and carbon fibres. Rings made of plastics slide under conditions of technically dry friction against a cylinder liner’s surface made of aluminium alloy and reinforced by an electrolytic oxide coating (AHC) in the case of the first contact and with a cylinder liner surface made of alloy reinforced by the addition of Al2O3 fibres (AlMC composite) in the latter contact. During friction, the wear debris of the filler form a sliding film (transfer film) on the cylinder liner’s surface, which results in a friction coefficient from 0.12 to 0.1 without the use of oil or greases.

PL

W artykule opisano tribologiczne właściwości tribologiczne dwóch generacji skojarzeń ślizgowych, tj. TG15/ anodowa powłoka tlenkowa oraz PASL/AlMC stosowanych w bezolejowych sprężarkach powietrza przeznaczonych do ekologicznego transportu. W pierwszym skojarzeniu materiałem pierścienia tłokowego jest tarfleno-grafit TG15 (PTFE+15% grafitu), a w drugim ślizgowy kompozyt z osnową acetalową (PASL) z dodatkiem substancji pełniących rolę smaru stałego (SL), tj. PTFE, grafit i włókna węgłowe. Pierścienie wykonane z tworzywa sztucznego współpracują, w warunkach tarcia technicznie suchego, z gładzią tulei cylindrowej wykonanej ze stopu aluminium umacnianego anodową powloką tlenkową (AHC) w pierwszym skojarzeniu oraz z gładzią tulei wykonanej ze stopu aluminium umacnianego przez dodanie włókien Al2O3 (kompozyt AlMC) w drugim skojarzeniu. Podczas tarcia produkty zużycia napełniaczy tworzą na gładzi tulei cylindrowej film ślizgowy (film transferowy), co skutkuje współczynnikiem tarcia 0.12 do 0.1 bez użycia olejów lub smarów.

3

MoS2/WS2/FineLPN Composite Layers – a New Approach to Low Frictional Coatings for Piston Rings

Kula Piotr, Pietrasik Robert, Pawęta Sylwester, Komorowski Jarosław

Tribologia

|

2022

|

nr 3

49--58

EN

In the search for alternative processes of technologically difficult and environmentally dangerous galvanic chromium coatings on cast iron piston rings, composite coatings of low-friction nanoparticles MoS2, WS2and/or rGO embedded in a hard matrix of iron nitrides have been investigated. Laboratory tribological and operational tests on a real aircraft engine have been carried out to select the optimal technological parameters and microstructures of low frictional layers. A dry friction coefficient of 0.13 has been obtained for the best of the processes, i.e., four times lower than for raw reference samples (0.55). According to that technological option, the low-friction layers were produced for a set of rings for three cylinders of a Boxer aircraft engine and tested comparatively in an operational test with the rings in the other three cylinders. The experimental engine has passed the operational test obtaining the assumed power performance, fuel consumption and admission criteria of exhaust purity and oil purity.

PL

W poszukiwaniu alternatywnych procesów dla trudnych technologicznie i niebezpiecznych dla środowiska galwanicznych powłok chromowych na żeliwnych pierścieniach tłokowych badano powłoki kompozytowe z niskotarciowych nanocząstek MoS2, WS2 i/lub rGO osadzonych w twardej osnowie z azotków żelaza. Przeprowadzono laboratoryjne badania tribologiczne oraz próby eksploatacyjne na rzeczywistym silniku lotniczym w celu doboru optymalnych parametrów technologicznych i mikrostruktur warstw o niskim współczynniku tarcia. Dla najlepszego z procesów uzyskano współczynnik tarcia suchego na poziomie 0,13, czyli czterokrotnie niższy niż dla surowych próbek referencyjnych (0,55). Zgodnie z tą opcją technologiczną wytworzono warstwy o niskim współczynniku tarcia dla zespołu pierścieni do trzech cylindrów silnika lotniczego Boxer i przetestowano je porównawczo w próbie eksploatacyjnej z pierścieniami chromowanymi w pozostałych trzech cylindrach, uzyskując założone parametry mocy, zużycie paliwa oraz kryteria dopuszczenia czystości spalin i oleju.

4

Industrial Scaling of Low-Friction Hybrid Layer Technology on Piston Rings

Kula Piotr, Pietrasik Robert, Pawęta Sylwester, Komorowski Jarosław

Tribologia

|

2022

|

nr 4

23--29

EN

Technological trials of gas sulphonitriding processes for cast iron piston rings were carried out as an alternative to chromium electroplating for the production of low-friction layers. The effectiveness of different ways of packing heat treatment charges in minimising or eliminating deformation of the rings was compared, and the effectiveness of ring packing with restraining tooling was confirmed. The maximum duration of the gas sulphonitriding process was determined at 1 hour, both as a stand-alone process and as a component process in a multi-stage technology for the manufacture of low-friction hybrid layers, ensuring the maintenance of sufficient ring toughness for an opening during assembly.

PL

Przeprowadzono próby technologiczne procesów azotonasiarczania gazowego żeliwnych pierścieni tłokowych jako alternatywy wytwarzania warstw niskotarciowych dla chromowych powłok galwanicznych. Porównano skuteczność różnych sposobów upakowania wsadów do obróbki cieplno-chemicznej w minimalizacji bądź eliminowaniu odkształceń pierścieni. W tym zakresie potwierdzono skuteczność pakietowania pierścieni w specjalistycznym, krępującym oprzyrządowaniu technologicznym. Wyznaczono maksymalny czas trwania procesu azotonasiarczania gazowego – 1 godziny – zarówno jako procesu samodzielnego, jak i procesu składowego w wieloetapowej technologii wytwarzania niskotarciowych warstw hybrydowych, który gwarantuje zachowanie dostatecznej wiązkości pierścienia dla rozwarcia montażowego.

5

Influence of engine load on piston ring pack operation of an automotive IC engine

Wolff Andrzej, Koszałka Grzegorz

Combustion Engines

|

2022

|

R. 61, nr 3

88--94

EN

A piston-rings-cylinder (PRC) assembly determines the blowby, engine oil consumption, and friction and wear processes accompanying the system's operation. Thus, it is crucial for the whole IC engine efficiency and lifetime. A lot of research effort is put into increasing the performance of this complex and highly dynamic system. Advanced, comprehensive models play an important role in understanding and improving the PRC system. In the presented work, the effect of load on the operation of the ring pack of an automotive gasoline engine is analyzed. A comprehensive model that covers the gas flow through the crevices of the PRC system, ring displacements in the groove, and ring lubrication was used for this analysis. The results of the simulations show that the local thickness of the oil film, especially near the piston top dead center is compared to the height of the combined surface roughness of a cylinder liner and piston rings, and friction-related asperity contact strongly increases as the engine load increases. The simulations also show that the engine load affects the axial displacements of the rings in the grooves but practically does not affect the thickness of the oil film left by the ring pack on the cylinder liner.

6

Influence of piston ring profiles and oil temperature distribution on cylinder liner lubrication of a marine two-stroke engine

Wolff Andrzej

Combustion Engines

|

2019

|

R. 58, nr 3

257--263

EN

In the paper a comprehensive model of a piston-ring-cylinder (PRC) system has been presented. The local thickness of the oil film can be compared to height of the combined surface roughness of a cylinder liner and piston rings. Equations describing the mixed lubrication problem based on the empirical mathematical model formulated in works of Patir, Cheng and Greenwood, Tripp have been applied. The main parts of the model have been experimentally verified abroad by the author at the marine engine designing centre. In contrast to the previous papers of the author concerning the PRC system of combustion engines, new calculation results for a marine two-stroke engine have been presented. Firstly the right selection of barrel-shaped sliding surface of piston rings has been analysed. Secondly the influence of oil temperature distribution along the cylinder liner on the lubrication of the PRC system has been assessed. The developed model and software can be useful for optimization of the PRC system design.

7

Metoda azotowania ZeroFlow jako sposób redukcji zużycia pierścieni tłokowych

Kowalska J, Wróblewski E.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

1082--1087

PL

W artykule omówiona została nowoczesna metoda regulowanego azotowania gazowego, nazywana ZeroFlow, która wykorzystywana jest do azotowania części silników spalinowych. Wzrastająca wydajność silników spalinowych powoduje, że silniki te pracują w warunkach dużych obciążeń cieplnych i mechanicznych, co jest zdecydowanie niekorzystnym zjawiskiem – zwłaszcza dla elementów układu tłokowo-korbowego, takich jak wały korbowe czy pierścienie tłokowe. Wysokie temperatury i ciśnienia panujące w cylindrze podczas procesu spalania powodują, iż pierścienie pracują w warunkach obciążeń dopuszczalnych; dlatego też głównym założeniem w ich konstrukcji jest wysoka wytrzymałość oraz odporność na zużycie ścierne. Jedną z metod podwyższenia odporności na zużycie czy korozję oraz podniesienia wytrzymałości zmęczeniowej powierzchni pierścieni, cieszącą się rosnącym zainteresowaniem przemysłu motoryzacyjnego, jest azotowanie, a dokładniej – regulowane azotowanie gazowe. Azotowanie stali z wykorzystaniem metody ZeroFlow umożliwia precyzyjne kształtowanie warstw azotowanych o określonej budowie fazowej, wymaganych grubościach występujących w niej stref oraz wymaganych rozkładach twardości. Oznacza to, że warstwa taka spełnia wszystkie stawiane jej wymagania, dzięki czemu zwiększa trwałość azotowanych detali, a co za tym następuje – trwałość eksploatacyjną maszyn i pojazdów. W artykule przedstawiono nie tylko wymagania stawiane pierścieniom tłokowym, wynikające z ich warunków pracy, ale również zaprezentowano przykład azotowania pierścieni tłokowych przy użyciu metody ZeroFlow oraz omówiono wyniki badań metalograficznych.

EN

Paper presents new method of controlled gas nitriding called ZeroFlow, which is used for nitriding of internal combustion engine parts. Increasing efficiency of internal combustion engines means that engines are working under high thermal and mechanical loads, which is the unfavorable phenomenon – especially for elements of engine power train such as crankshaft or piston rings. On account of high temperatures and pressures in the cylinder during combustion, piston rings work under the conditions of limit load; therefore, the main assumption in their construction is to ensure high strength and abrasive wear resistance. Heat treatment is the most common way used for improving tribological properties of piston rings; one of the methods of heat treatment using in automotive industry which meets with growing interest is nitriding, or more precisely – controlled gas nitriding. Steel nitriding using the ZeroFlow method allows precise forming of nitrided layers with respect to the phase structure, zone thicknesses and hardness distribution, which means that nitrided layer obtained on piston rings fulfil the requirements imposed on them, and as a consequence – it allows to achieve the appropriate durability of each part. This article discuss not only the requirements connected with nitrided layer on piston rings, but also shows the industrial example of nitriding piston rings using ZeroFlow method and presents results of metallographic tests.

8

Badania wpływu rozruchu i jakości olejów silnikowych na zużycie pierścieni tłokowych

Lewkowicz R., Piątkowski P., Kiedrowski T., Ściegienka R.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

1127--1132

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych wpływu rozruchu zimnego silnika na zużycie pierścieni tłokowych oraz tulei cylindrowej silnika spalinowego z zapłonem iskrowym. Celem badań było wykazanie wpływu częstości rozruchu i jakości oleju silnikowego na intensywność procesu zużycia tulei cylindrowej oraz pierścieni tłokowych. Badania obciążeniowe wykonano na specjalnie zaprojektowanym i wykonanym stanowisku badawczym z użyciem dwóch rodzajów olejów silnikowych wg klasyfikacji SAE oznaczonej jako 10W40, natomiast zużycie określono bezpośrednio poprzez pomiar wymiarów geometrycznych.

EN

Results of experimental research of piston rings and cylinder wearing process were presented in this article. The oil grade impact on piston’s rings wearing intensity were discussed in this paper. Research were conducted for “cold start” engine condition. The results were obtained for two different condition of 10W40 engine oil, like the new and used. Piston’s rings wearing process were assessed directly by measurement of geometrical parameters.

9

Modelowanie procesów przepływowych w układzie tłok-pierścienie-cylinder silnika spalinowego

Wolff A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 251

3--205

PL

Rozprawa dotyczy procesów przepływowych w układzie tłok-pierścienie-cylinder (TPC) silnika spalinowego. W jednym z początkowych rozdziałów dokonano przeglądu publikacji na temat zjawisk fizycznych towarzyszących funkcjonowaniu pierścieni tłokowych, metod modelowania oraz metod badań empirycznych rozpatrywanych zjawisk. Wnioski wysnute z przeglądu literatury posłużyły do sformułowania celów oraz zakresu rozprawy. Z funkcjonowaniem pakietu pierścieni związane są następujące zjawiska fizyczne: przepływ gazu przez szczeliny złożenia TPC, smarowanie hydrodynamiczne w szczelinie między powierzchnią pierścienia i gładzią cylindrową, tarcie mieszane w układzie pierścień-gładź cylindrowa, przepływ oleju i jego dystrybucja na powierzchni cylindra, kątowe odkształcenia pierścieni, zmiany lepkości oleju spowodowane zróżnicowaniem temperatury gładzi cylindrowej. W głównej części rozprawy przedstawiono zbudowany przez autora kompleksowy model procesów przepływowych towarzyszących pracy pierścieni tłokowych. Zawiera on dodatkowo zaczerpnięte z literatury modele cząstkowe, takie jak np. opracowany przez Patira i Chenga model przepływu oleju w szczelinie między chropowatymi powierzchniami oraz model sprężystego kontaktu chropowatych powierzchni zaproponowany przez Greenwooda i Trippa. Podczas pracy pierścieni tłokowych następuje przepływ dwu różnych płynów: pierścienie ślizgają się po cienkiej warstwie oleju, a ponadto występuje przepływ gazu przez szczeliny układu tłok-pierścienie-cylinder. Modele przepływu gazu oraz tarcia płynnego i mieszanego są ze sobą sprzężone. Umożliwia to rozwiązywanie skomplikowanych zagadnień, takich jak osiowe drgania pierścieni w rowkach tłoka i wynikające z tego zmiany warunków smarowania pierścieni. W rozprawie przedstawiono metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych (cząstkowych i zwyczajnych) opisujących wymienione procesy fizyczne. Opracowano program symulacyjny wykorzystujący przedstawione modele: przepływu gazu, przepływu oleju oraz oddziaływania chropowatości powierzchni pierścieni i gładzi cylindrowej. Jest to prawdopodobnie najbardziej uniwersalny program tego typu w Polsce. Weryfikację modelu symulacyjnego przeprowadzono dla dwóch okrętowych silników spalinowych o zapłonie samoczynnym. Pierwszy z nich (o mniejszych wymiarach) to silnik czterosuwowy, a drugi – dwusuwowy. Prace te wykonano w ramach kilku staży odbytych przez autora w ośrodku konstrukcyjnym silników okrętowych Wärtsilä (w Winterthur w Szwajcarii). Wykorzystano wyniki pomiarów nieustalonego ciśnienia gazu w cylindrze silnika, między pierścieniami oraz w skrzyni korbowej. W przypadku silnika czterosuwowego dostępne były ponadto wyniki pomiarów osiowych przemieszczeń pierścieni w rowkach tłoka, a także natężenia przedmuchu gazu do skrzyni korbowej. Natomiast weryfikacja empiryczna modelu hydrodynamiki pierścieni obejmowała wykorzystanie wyników pomiarów objętości oleju zgarnianego przez dławnicę dwusuwowego silnika okrętowego. Uzyskano zadowalającą zgodność ilościową i jakościową wyników obliczeń symulacyjnych i badań empirycznych. Opierając się na serii obliczeń numerycznych, przeprowadzono analizę wpływu wybranych wielkości fizycznych i geometrycznych złożenia TPC na jego funkcjonowanie. Na podstawie wyników obliczeń uzyskano informacje dotyczące zakresu stosowalności proponowanych modeli. W podsumowaniu pracy przedstawiono wnioski i wymieniono najważniejsze osiągnięcia własne autora. Wskazano także na kierunki i możliwości prowadzenia dalszych badań. W załączniku 1 podano krótką charakterystykę opracowanych programów symulacyjnych, a w załączniku 2 – opis opracowanej przez autora animacji komputerowej funkcjonowania pakietu pierścieni tłokowych.

EN

This work deals with the modelling and simulation of the tribological system piston-rings-cylinder of an internal combustion engine. The initial part of the work includes a relevant bibliography study of piston rings operation and presents methods of its modelling. As a conclusion, the aims and scope of the work have been formulated. Many physical phenomena are associated with ring pack operation, such as: inter-ring gas dynamics for blow-by and blow-back behavior, hydrodynamic action in the gap between the ring land and cylinder liner, mixed lubrication at the ring face-liner conjunction for friction considerations, oil transport for distribution of lubricant along the liner, twist motion of rings, liner temperature influence on the oil viscosity. The main part of this work presents a complex model of piston ring pack operation developed by the author. Among his own models, it includes several models taken from literature, like: a model of viscous oil flow between rough gap surfaces formulated by Patir & Cheng and an elastic contact model of Greenwood & Tripp. The motion of two different fluids has to be considered. At first, the rings slide on a thin layer of oil. Independently there exists the flow of exhaust gases through crevices among the piston, rings and cylinder liner. The models of gas flow, hydrodynamic and mixed lubrication are coupled. It enables to resolve detailed events such as eventual axial ring fl utter in piston grooves and also resulting changes of lubrication phenomena. Numerical methods of solving (partial and ordinary) differential equations describing the above mentioned physical phenomena have been discussed. Using accessible to the author results of experimental measurements, the verification of the developed mathematical model and software has been carried out. Taking into account results of numerical simulations, the influence analysis of chosen physical and geometrical parameters on piston ring pack operation has been done. On the basis of calculation results, some conclusions concerning the application range of the proposed models have been presented. In the summary of the work, final conclusions and main scientific achievements of the author are presented. Remarks on further possible research work are also given. In the Appendix, a computer animation of the ring pack operation, developed by the author, is described. The work is closed by the references which are referred to by the author.

10

Modelowanie i symulacja numeryczna funkcjonowania pakietu pierścieni tłokowych dwusuwowego silnika okrętowego

Wolff A.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2011

|

z. 1/82

5--17

PL

W artykule przedstawiono kompleksowy model ruchu pakietu pierścieni tłokowych po filmie olejowym o grubości porównywalnej z sumaryczną chropowatością pierścieni i gładzi cylindrowej. Zaadaptowano model przepływu oleju w szczelinie o chropowatych ściankach Patira i Chenga [3,4] oraz model elastycznego kontaktu chropowatych powierzchni Greenwooda i Trippa [1]. Opracowano także model przepływu gazu przez uszczelnienie labiryntowe pierścieni, jak i model odkształceń kątowych pierścieni i ich pionowych przemieszczeń w rowkach tłoka. W odróżnieniu od poprzednich artykułów autora dotyczących silników samochodowych, przedstawiono wyniki obliczeń dotyczące dwusuwowego silnika okrętowego. Obejmują one podstawowe wielkości fizyczne związane z procesami przepływu gazu i oleju w układzie tłok-pierścienie-cylinder rozpatrywanego silnika.

EN

The paper presents a model of a ring pack motion on an oil film. The thickness of the oil film can be compared to the thickness of the combined surface of a cylinder liner and piston rings roughness. Equations which describe the complex lubrication problem are based on the empirical mathematical model formulated by Patir, Cheng [3,4] and Greenwood, Tripp [1] The models have been combined and used in this paper. A model of a gas flow through the labyrinth seal of piston rings has been developed. In addition the models of ring twist effects and axial ring motion in piston grooves have been elaborated. Unlike the previous author’s papers on automobile engines, some calculation results concerning a marine two-stroke engine are presented. These results include basic physical quantities associated with gas and oil flow processes in the system piston-ring-cylinder for the analyzed engine.

11

Analiza numeryczna funkcjonowania pakietu pierścieni tłokowych dwusuwowego silnika okrętowego

Wolff A.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

PL

W artykule przedstawiono kompleksowy model ruchu pakietu pierścieni tłokowych po filmie olejowym o grubości porównywalnej z sumaryczną chropowatością pierścieni i gładzi cylindrowej. Zaadaptowano model przepływu oleju w szczelinie o chropowatych ściankach Patira i Chenga [8,9] oraz model elastycznego kontaktu chropowatych powierzchni Greenwooda i Trippa [4]. Opracowano także model przepływu gazu przez uszczelnienie labiryntowe pierścieni, jak i model odkształceń kątowych pierścieni i ich pionowych przemieszczeń w rowkach tłoka. Główne człony modelu matematycznego oraz oprogramowania zostały zweryfikowane eksperymentalnie przez autora w zagranicznym ośrodku konstrukcyjnym silników okrętowych. W odróżnieniu od poprzednich artykułów dotyczących silników samochodowych, przedstawiono nowe wyniki obliczeń dla dwusuwowego silnika okrętowego. Opracowany model i oprogramowanie mogą być przydatne przy optymalizowaniu konstrukcji układu tłok-pierścienie-cylinder.

EN

In the paper a complex model of a piston ring pack motion on an oil film has been presented. The local thickness of the oil film can be compared to height of the combined surface roughness of a cylinder liner and piston rings. Equations describing the mixed lubrication problem based on the empirical mathematical model formulated in works of Patir, Cheng [8,9] and Greenwood, Tripp [4] have been combined and used in this paper. In addition models of gas flow through the labyrinth seal of piston rings, ring twist effects and axial ring motion in piston grooves have been developed. The main parts of the mathematical model and software have been experimentally verified abroad by the author at the marine engine designing centre. In contrast to the previous papers of the author concerning automobile engines, new calculation results for a marine two-stroke engine have been presented. The developed model and software can be utilized for optimization of the piston-ring-cylinder system design.

12

Modele tribologiczne współpracy skojarzenia tłok-pierścienie tłokowe-tuleja cylindrowa silnika spalinowego

Napadłek W.

Tribologia

|

2009

|

nr 5

135-145

PL

Przedstawiono modele tribologiczne współpracy skojarzenia tłok–tuleja–pierścienie tłokowe silnika spalinowego w aspekcie poprawy współpracy elementów silnika oraz zmniejszenia ich zużycia. Wykorzystując ablacyjną mikroobróbkę laserową wytworzono mikrozasobniki olejowe, pozwalające na utrzymanie mikrofilmu olejowego. Przedstawiono wybrane wyniki badań własnych w zakresie kształtowania topografii powierzchni z wykorzystaniem mikroobróbki laserowej.

EN

A tribological model of the piston–brush–piston rings association interaction in combustion engines were presented in the aspect of engine element interaction improvements and usage decrease. Laser ablation micro-treatment was applied in oil micro-containers manufacturing, allowing the conserving of oil micro-film. Chosen experimental results in the field of surface topography shaping with laser ablation treatment were presented.

13

Numerical analysis of piston ring pack operation

Wolff A.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, nr 2

128-141

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.

14

Wymuszenia oddziałujące na układ triboologiczny tłok-pierścień-cylinder w silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym dwupaliwowo

Kozioł S.

Tribologia

|

2007

|

nr 5

53-65

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań, których celem była identyfikacja wymuszeń oddziałujących na układ tribologiczny tłok-pierścień--cylinder w silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym dwupaliwowo gazem LPG jako paliwem głównym, wykorzystującym do zapłonu niewielką dawkę oleju napędowego. Badania przeprowadzono na eksperymentalnym stanowisku zbudowanym na bazie jednocylindrowego silnika o wtrysku bezpośrednim 1HC102. Porównawcze próby trwałościowe silników zasilanego standardowo olejem napędowym i zasilanego dwu-paliwowo wykazały znacznie mniejszą trwałość silnika dwupaliwowego. Przeprowadzono badania zmian zachodzących w oleju silnikowym pracującym w silniku dla obu sposobów zasilania. Wykonano dodatkowe badania przebiegu procesu spalania w silniku dwupaliwowym, które wykazały, że przebieg ciśnienia w cylindrze silnika ma charakter spalania stukowego. Z analizy rezultatów badań wynika, że przyczyną przyspieszonego zużycia elementów zespołu tłok-pierścień-cylinder w silniku dwupaliwowym są szczególne wymuszenia termiczne i mechaniczne, oddziałujące na powierzchnie współpracujących ślizgowo detali oraz na pracujący w nim olej smarowy.

EN

In the paper the results of a test that aimed to identify input functions influencing the tribological system: piston-ring-cylinder of compression ignition engine fed with diesel oil and dually fuelled with LPG as a main fuel, using a small dose of diesel oil for the ignition were presented. The investigations were carried out on an experimental stationary engine 1HC102 with direct injection. During comparative durability experiments of the engines fed with engine oil and dually fuelled a significantly smaller durability of the dual fuel engine has been observed. The changes occurring in the engine oil were measured for each type of feed. Additional experiments to measure combustion process in the dually fed engine were carried out. The results showed that pressure course in the engine cylinder are of a knocking character. The analysis of testing results shows that particular thermal and mechanical load influencing the surface of details that mate glidingly and lubricating oil working in a dually fuelled engine, accelerate the wear process of the elements in the system: piston-rings-cylinder.

15

Zużycie pierścieni tłokowych i tulei cylindrowej silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego dwupaliwo - gazem płynnym i olejem napędowym

Kozioł S.

Tribologia

|

2006

|

nr 2

195-205

PL

W opracowaniu przedstawiono wyniki porównawczego testu trwałościowego silnika o ZS zasilanego klasycznie - olejem napędowym oraz dwupaliwowo - gazem LPG jako paliwem głównym wykorzystując do zapłonu niewielką dawkę oleju napędowego. Badania przeprowadzono na eksperymentalnym stanowisku zbudowanym na bazie jednocylindrowego silnika o wtrysku bezpośrednim 1HC102. Podczas 800-godzinnych prób trwałościowych dla każdego sposobu zasilania mierzono zużycie paliwa, zużycie powietrza, ciśnienie sprężania, zużycie i ciśnienie oleju silnikowego, przedmuchy spalin do skrzyni korbowej i okresowo przebieg ciśnienia w komorze spalania. Na podstawie pomiarów mikrometrycznych i wagowych dokonano oceny zużycia tulei cylindrowych, pierścieni tłokowych i tłoków. W wyniku eksperymentu stwierdzono znacznie większe zużycie pierścieni tłokowych i tulei cylindrowej w przypadku zasilania dwupaliwowego. Ponadto podczas testu z LPG wystąpiły awaryjne zużycia tłoków - wyłamanie półek pierścieni uszczelniających oraz ubytek materiału tłoka na krawędzi komory spalania. Analiza wyników badań wskazuje na występowanie szczególnych wymuszeń w układzie tribologicznym tłok - pierścienie - cylinder przyspieszających proces zużycia.

EN

In the paper the results of a comparative durability test of compression ignition engine fed with diesel oil and dually fuelled with LPG as a main fuel, using a small amount of diesel oil for the ignition were presented. The investigations were carried out on an experimental station constructed on the basis of 1HC102 one-cylinder engine with direct injection. During 800 hours of durability experiments the fuel and air consumption, the compression pressure, the engine oil consumption and pressure, exhaust blowdown to crankcase and, periodically, the pressure course in the combustion chamber were measured for each type of feed. On the basis of micrometric and weight measurements the wear of cylinder barrels, piston rings and pistons was assessed. As the experiment result a significantly greater wear of piston rings and cylinder barrel in case of the dual fuel feed has been observed. Moreover, during the test with LPG a failure wear of pistons occurred - the break off of tightening pistons plates and the loss of piston material on the edge of the combustion chamber was observed. The analysis of testing results shows the appearance of particular loads in the tribological system: - piston - rings - cylinder, that accelerates the wear process.

16

Wdrożenie technologii wytwarzania powłok z tlenkami żelaza na powierzchni roboczej pierścieni tłokowych

Kaźmierczak A., Michnowska E.

Inżynieria Powierzchni

|

2006

|

nr 4

42-51

PL

Tematem pracy było opracowanie technologii wypełniania rowków na powierzchni bocznej pierścieni tłokowych silników spalinowych. Jako wypełnienie zastosowano mieszaninę tlenku żelaza Fe3O4 oraz lepiszcza. Lepiszczem jest metakrzemian sodu (Na2SiO3) w postaci sypkiej lub jako składnik szkła wodnego. Określenie dokładnego składu ilościowego mieszaniny przeprowadzono na drodze doświadczalnej. Opracowano trzy technologie wypełniania rowków pierścieni tłokowych. Najlepsze wyniki uzyskano stosując technologię mokrą ze szkłem wodnym. Przedstawiono także technologię wykonania uszczelniających pierścieni tłokowych z rowkami wypełnionymi masą opartą o tlenki żelaza. W pracy zostały również przedstawione badania makro i mikroskopowe opracowanych pierścieni tłokowych.

EN

The object of this study was to develop the groove filling technology on lateral surface of piston rings of combustion engines. A mixture of iron oxides and a binder was used as a filler. The binder is sodium silicate (Na2SiO3) in loose form or as an ingredient of water-glass. The accurate mixture ratio was determined by way of experiment. Three groove filling technologies were developed. The best results were obtained by using the wet technology with water-glass. The technology of sealing piston rings with groove filled with iron oxides mass was presented. The macro- and microscopic testing of elaborated piston rings was showed.

17

Zużycie eksploatacyjne zespołu cylindrowego silnika lotniczego tłokowego o dużej mocy

Ostapski W.

Problemy Eksploatacji

|

2005

|

nr 4

235--248

PL

W pracy przedstawiono rezultaty badań eksploatacyjnych w zakresie zużycia eksploatacyjnego zespołu cylindrowego silnika tłokowego lotniczego dużej mocy podczas prób na stanowisku hamownianym. Przedmiotem weryfikacji był prototyp silnika z wytworzonymi warstwami przeciwzużyciowymi na elementach silnika i zmianami konstrukcyjnymi w stosunku do seryjnych jednostek ASz-62IR. Badania prowadzone w trakcie próby długotrwałej [370 h] obejmowały pomiary drgań i parametrów funkcjonalnych oraz badania metrologiczne i materiałowe. Uzyskany wzrost sprawności mechanicznej i mocy oraz spadek zużycia paliwa i poziomu drgań potwierdził zasadność wprowadzonych zmian konstrukcyjno-technologicznych.

EN

It the paper there are presented the results of experiments examining the operation wear of aircraft's high power cylindrical piston engine. The tests were conducted at the engine test house in order to verify the prototype of the engine with the anti-wear coatings covering some parts as well as with structural changes compared to serial Asz-62IR type. The test has been conducted during long-lasting trial (i.e. 370 h) and included measurements of vibration and functional parameters of the engine. After tests and disassembly of the engine the metrological and material examination took place. The results show the increase of mechanical efficiency and power as well as decrease of fuel consumption and level of vibration and in this way confirmed the legitimacy of introduced structural and technological changes.

18

Durability tests of prototype piston rings and the analisis of the wear results

Kaźmierczak A.

Journal of KONES

|

2005

|

Vol. 12, No. 3-4

149-158

EN

The results of durability test in article were described was conducted on engine Seicento 900. The investigation were subjected the piston rings of production FPT "Prima” S. A. It was applied as a first sealing ring prototype nitride steel ring rolled up from tape. Second ring was applied standard cast-iron. Third oil ring was gathering also prototype with spatial springy element. It after test was execution measurements were passed was investigative elements, and analysis their results of durability in Otto engine. The got results of investigative works testify on thing the starting the serial production the studied prototype rings profitably.

PL

W artykule omówiono wyniki kolejnej próby trwałości zespołowej przeprowadzonej na silniku Seicento 900. W szczególności badaniom poddano pierścienie tłokowe produkcji FPT „Prima" S. A. Przy czym jako pierwszy pierścień uszczelniający zastosowano prototypowy pierścień stalowy zwijany z taśmy poddany procesowi azotowania jonowego. Drugi pierścień zastosowano standardowy żeliwny. Trzecim pierścieniem zgarniającym był również prototypowy składany wieloczęściowy pierścień z przestrzennym elementem sprężystym. Po przeprowadzeniu próby elementy badawcze podano pomiarom, a ich wyniki zanalizowano w świetle ich trwałości w silniku o zapłonie iskrowym. Uzyskane wyniki prac badawczych świadczą korzystnie na rzecz uruchomienia produkcji seryjnej badanych prototypowych pierścieni.

19

Wpływ zastosowania pierścieni według patentu PL 170524 na wielkość przedmuchów

Abramek K. F.

Zeszyty Naukowe / Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie

|

2002

|

nr 66

9-15

PL

Przedstawiono wpływ zastosowania pierścieni, według patentu PL 170524 pomysłu prof. zw. dr hab. inż. Henryka Dziewanowskiego, na wielkość natężenia przedmuchów spalin do skrzyni korbowej jednocylindrowego, badawczego silnika SB-3.1. Charakterystyki natężenia przedmuchów gazów w funkcji prędkości obrotowej sporządzono dla biegu jałowego.

EN

This paper presents the influence of rings, using the patent PL 170524, developed by Prof. Henryk Dziewanowski, on blow-by into the crankcase of a single-cylinder engine SB-3.1. The blow-by-speed characteristics were made for idle running.

20

Ocena wpływu nowych rozwiązań konstrukcyjnych pierścieni uszczelniających na pracę węzła tłok-pierścienie-cylinder

Serdecki W.

Journal of KONES

|

2001

|

Vol. 8, No. 3-4

251-258

PL

Pośród widocznych zmian zachodzących w ostatnich latach w budowie układu tłokowo cylindrowego, a w szczególności tzw. uszczelnienia gazowego, należy wymienić zmniejszenie liczby wchodzących w jego skład pierścieni tłokowych oraz obniżenie ich wysokości osiowej. Współczesny silnik spalinowy jest najczęściej wyposażony w trzy pierścienie tłokowe. Zmniejszenie liczby pierścieni ma przede wszystkim na celu obniżenie strat tarcia towarzyszących pracy układu tłokowo cylindrowego. Z kolei stosowanie niższych pierścieni powoduje również spadek strat tarcia, a także poprawia ich przyleganie do gładzi cylindra, co zapewnia lepsze uszczelnianie komory spalania. W pracy przedstawiono wyniki badań symulacyjnych wpływu zmian zachodzących w budowie współczesnych pierścieni tłokowych, w szczególności ich wysokości osiowej, na prace węzła tłok pierścienie- cylinder.

EN

A reduction in ring number and narrower ring face are the most visible features of piston-cylinder set observed in recent years. Modem internal combustion engines are most frequently equipped with three piston rings, i.e. two compression and one oil control ring. Eliminating one of them, for example the second compression ring, is an easy way to substantially reduce friction losses that are created when piston moves in the bore. The paper presents results obtained during an analysis of influence of rings number and height of compression ring on friction loss and oil consumption. The presented results were achieved by a computer simulation employing a mathematical model of the piston - cylinder assembly.