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

Influence of piston ring pack configuration on blowby and friction losses in a marine two-stroke engine

Wolff A.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 3

164--170

EN

In the paper a comprehensive 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 and Greenwood, Tripp have been combined and used in this paper. In addition a model of gas flow through the labyrinth seal of piston rings has been developed. The main parts of the model and software have been experimentally verified abroad by the author at the marine engine designing centre. For the selected two-stroke marine engine, the influence of the number of piston rings used and the type of the top ring lock (straight or overlapped) on blowby to piston underside and on friction losses of the piston-ring-cylinder (PRC) system have been investigated. The developed model and software can be useful for optimization of the PRC system design.

8

Reducing wear of piston rings using zero flow nitriding

Kowalska J., Wróblewski E.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 2

193--199

EN

This article 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 unfavourable phenomenon – especially for elements of engine power train such as crankshaft or piston rings. Due to the high temperature and pressure in cylinder during combustion, piston rings are working under limit loads, which mean that lengthened fatigue life and wear resistant are of critical importance. 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, especially controlled gas nitriding. The main aim of nitriding is to obtain layer with higher surface hardness, improved fatigue life and corrosion resistance, increased wear resistant and antigallic properties. According to that, this layer increase durability of nitrided parts, and as a result – durability of machines and vehicles. 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 the ZeroFlow nitriding enable maintenance of full control over the kinetics of the nitrided layer growth. Kinetics of nitrided layer growth allows developing the especially dedicated process with specific parameters, which ensure obtaining on piston rings nitrided layer with strictly defined, required properties.

9

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.

10

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.

11

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.

12

Operational evaluation of piston ring wear in large marine diesel engines

Adamkiewicz A., Drzewieniecki J.

Journal of Polish CIMAC

|

2012

|

Vol. 7, no 1

9-17

EN

This article presents operational evaluation of piston ring wear in large marine diesel engines based on inspection through cylinder liner scavenge ports. It contains a description of verification methods of piston rings based on visual inspections, clearance measurement of piston rings in piston grooves and piston rings gap measurement. Moreover, it is indicated that piston ring gap measurements can lead to an evaluation of piston ring wear and by calculating into running hours can be treated as a reference parameter at next inspections and a parameter determining wear trends. Furthermore, application of chromium layers on working surfaces of piston rings enforces the need to control chromium layer wear by measuring the layer thickness by induction and eddy current methods. Concluding, the authors discussed constructional – operational methods of improvement between tribological pair – liner and piston rings in working conditions .

13

Influence of engine load on piston ring pack operation of a marine two - stroke engine

Wolff A.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 2

557-568

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 the operation of the system piston-ring-cylinder (PRC), such as: inter-ring gas dynamics for the labyrinth seal, hydrodynamic lubrication and mixed friction in gaps between the rings and cylinder liner, oil flow and distribution of lubricant along the liner, twist motion of rings, liner temperature influence on the oil viscosity. A complex model of the PRC system has been developed by the author. Among own models it includes several sub-models taken from literature, like: a model of viscous oil flow between rough gap surfaces formulated by Patir and Cheng and an elastic contact model of Greenwood and Tripp. The main parts of the mathematical model and software have been experimentally verified abroad by the author at the marine engine-designing centre. A relatively good qualitative and quantitative compatibility between the experimental measurements and calculated results has been achieved. In contrast to the previous papers of the author, new calculation results for a marine two-stroke engine have been presented. These results concern influence of engine load on piston ring pack operation of the analysed engine. They include basic physical quantities associated with gas and oil flow in the piston-ring-cylinder system of the engine. The developed model can be utilized for: evaluation of gas leakage through the sealing ring set, prediction of lubrication conditions of piston rings and oil consumption, defining areas of the possible cylinder liner wear and profile changes of piston rings sliding surfaces, and thus can be useful for optimization of the PRC system design.

14

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.

15

Teksturowanie laserowe warstwy wierzchniej pierścienie tłokowych silnika spalinowego

Napadłek W., Balicki P.

Logistyka

|

2010

|

nr 6

PL

W artykule zaprezentowano rozważania dotyczące współpracy elementów skojarzenia tłok - tuleja - pierścienie tłokowe (T-P-C) w aspekcie poprawy ich własności tribologicznych. Wykorzystując ablacyjną mikroobróbkę laserową przeprowadzono teksturowanie powierzchni czołowej i bocznej pierścienia tłokowego, wytwarzając charakterystyczne mikrozasobniki olejowe. Przedstawiono wstępne wyniki badań własnych w zakresie teksturowania warstwy powierzchniowej. Badania wstępne mające na celu poprawę własności tribologicznych skojarzenia (T-P-C) obejmowały: dobór najlepszych parametrów mikroobróbki laserowej, badania topografii powierzchni, twardości oraz składu chemicznego w mikroobszarach.

EN

This paper presents piston - brush - piston rings association interaction (TPC) in the aspect of tribological characteristics improvement. Laser micro-treatment and its ablation were applied in oil micro-containers manufacturing on the butting face and lateral surface of a piston ring. Preliminary own experimental studies in the field of surface topography shaping were presented. Preliminary tests included: selection of optimum parameters of laser processing, measurement and analysis on surface topography, hardness and chemical constitution in microvolumes.

16

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.

17

Lubricating oil consumption at low temperatures

Iskra A., Krzymień A., Krzymień P.

Journal of KONES

|

2009

|

Vol. 16, No. 4

163-170

EN

The problem of lubricating oil consumption still seems to be important one at least because of the use of DPFs in exhaust systems of diesels. Even a minor consumption can be a source of particulate matter that blocksfilters. On the other hand formation of oil film parameters that guarantee minimum oil consumption could lead to the increased friction losses. Ali these remarks relate to the nominal temperature ofoperation. Situation can differ at temperature of cold start. Presented paper deals the problem of oil consumption at lower temperatures. The observation concerning friction losses under these conditions are mentioned as well. Parameters influencing the lubricating oil consumption, oil consumption at nominal temperature of engine run, oil consumption at low temperature are presented in the paper. As well course of oil film thickness, layer thickness and friction force for upper compression ring at engine nominal temperature of operation, course of oil film thickness, layer thickness and friction force for upper compression ring at lower engine run temperature, ring face wetting level at nominal temperature of operation, ring face wetting level at lower temperature of operation, lubricating oil consumption and friction losses generated by ring pack of single cylinder are subject of the paper.

18

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.

19

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.

20

Analytical research on friction losses in piston - cylinder assembly of motored engine

Serdecki W., Krzymień P., Piątkowski B.

Journal of KONES

|

2006

|

Vol. 13, No. 2

387-396