Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical simulation of flow through microchannels of technical equipment with triangular and rectangular elements of roughness

Kmiotek Małgorzata, Iwan Tomasz

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2021

|

nr 4

16--23

PL

Celem pracy jest określenie wpływu chropowatej powierzchni na przepływ płynu w mikrokanałach stosowanych w różnych mikrourządzeniach technicznych złożonych wyrobów. Rozpatrywano dwuwymiarowy osiowo-symetryczne mikrokanały o przekroju kołowym. Chropowatość została zasymulowana jako proste figury geometryczne tj. trójkąt i prostokąt o różnej wysokości h i różnej odległości s między sobą. Równania przepływowe zostały rozwiązane za pomocą oprogramowania Ansys/Fluent. Przeprowadzana jest analiza linii prądu w celu zbadania przepływów w strefie recyrkulacji za elementami chropowatości. Stwierdzono, że współczynnik tarcia wzrasta wraz ze wzrostem wysokości elementów chropowatych. Współczynnik tarcia jest większy dla elementów prostokątnych niż trójkątnych i zmniejsza się wraz ze zmianą geometrii elementu. Straty tarcia maleją wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa. Autorzy wskazują, że w produkcji mikrokanałów złożonych wyrobów do modelowania chropowatości zaleca się używać elementów trójkątnych.

EN

This paper presents a computational study on an influence of a rough surface on the fluid flow in a microchannel used in various technical microdevices of complex products. Two-dimensional axially symmetrical microchannels with a circular cross-section were considered. The fluid flow were simulated as simple geometric figures, i.e. a triangle and a rectangle with different height h and different distance s between each other. The flow equations were solved with Ansys / Fluent software. A streamline analysis is performed to investigate the flows in the recirculation zone behind the roughness elements. It was found that the friction factor increases with increasing height of rough elements. The coefficient of friction factor is greater for rectangular elements than for triangular elements, and decreases as the geometry of the element changes. Friction factor decreases as the Reynolds number increases. The authors indicate that in the production of microchannels of complex products, it is recommended to use triangular elements to model roughness.

2

Experimental study of mechanical losses of single-cylinder spark-ignited engine

Romero Carlos A., Henao Edison, Ramírez Juan

Diagnostyka

|

2021

|

Vol. 22, No. 3

13--24

EN

In this study, the mechanical losses of a single-cylinder spark-ignited Robin EY15 engine were experimentally determined and analysed by the indicated method. The effects of the load and speed on the mechanical loss balance were also analysed. The tests were conducted on a test bench equipped with a DC motor generator at speeds between 1500 and 4800 min-1 and three load levels of 25, 50, and 100%. The results showed that the mechanical efficiency ranges between 22.5% and 83.2% for the tested engine and the evaluated operation points, attaining the highest efficiency under the full load and 2100 min-1. However, at this load level, the efficiency is reduced to 29% with the increase in the rotation speed. Concurrently, the pumping losses contribute up to 58.7% of the total losses, which indicates that their contribution is even higher than the sum of the other components under low load conditions. However, as the load increases, this contribution decreases to 18% for lower rotation regimes. In addition, the experimental results of the total mechanical losses were compared with some numerical correlations found in the literature. Finally, some empirical correlations were proposed for the mechanical efficiency calculation of the tested engine.

3

Hydrostatic Thrust Bearing with Reduced Power Losses

Wasilczuk F., Wasilczuk M., Wodtke M

Tribologia

|

2018

|

nr 5

123--131

EN

In many cases in rotating machinery, axial load is carried by tilting pad thrust bearings which have been developed since the beginning of 20th century. For high reliability and simplicity, most commonly the bearings are bath lubricated. In the times of sustainable development, however, minimization of friction losses becomes an important criterion for machinery assessment, and a strategic goal of their development. Performed calculations, based on elementary rules of fluid dynamics, showed that shearing losses in specially designed hydrostatic bearings can be considerably smaller than the losses in tilting pad hydrodynamic bearings. The aim of the research described in this paper was to check if the preliminary results presented earlier and conclusions of benefits of the further increase of the size of the hydrostatic pocket can be confirmed with the use of CFD calculations.

PL

W wielu maszynach wirnikowych obciążenia osiowe są przenoszone za pomocą rozwijanych od ponad 100 lat hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych z wahliwymi segmentami. Dla prostoty konstrukcji i dużej niezawodności smarowanie tych łożysk najczęściej jest smarowaniem zanurzeniowym. Jednak w czasach zwiększonej presji na oszczędności energetyczne ograniczanie strat tarcia stało się strategicznym celem rozwoju maszyn. Obliczenia wskazują, że w specjalnie zaprojektowanym łożysku hydrostatycznym można uzyskać znaczące ograniczenia strat tarcia w porównaniu z łożyskiem hydrodynamicznym. Obiecujące wyniki i wnioski z poprzedniej pracy skłoniły autorów do przeprowadzenia obliczeń strat tarcia w łożysku hydrostatycznym za pomocą CFD (Obliczeniowej Dynamiki Płynów) z założeniem dalszego zwiększania rozmiaru komory hydrostatycznej w łożysku, co powinno przyczynić się do dalszej minimalizacji strat tarcia.

4

Prospects of decreasing power losses in a hydrostatic thrust bearing

Wasilczuk F., Wasilczuk M., Wodtke M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

91--96

EN

In numerous machines, axial load is carried by tilting pad thrust bearings known since the beginning of 20th century. These bearings are commonly bath lubricated, which is simple, does not require any additional pumps, and, due to this, such systems are highly reliable. In a contemporary technology, however, minimization of friction losses became an important goal of machinery improvement. Calculations based on elementary rules of fluid dynamics show that shearing losses in a specially designed hydrostatic bearing can be considerably smaller than the losses in a tilting pad hydrodynamic bearing. The aim of the research described in this paper was to check if the preliminary results can also be confirmed with the use of more advanced CFD calculations.

PL

W wielu maszynach przenoszenie obciążeń osiowych umożliwiają znane od ponad 100 lat hydrodynamiczne łożyska wzdłużne z wahliwymi segmentami. Smarowanie tych łożysk bardzo często jest smarowaniem zanurzeniowym, niewymagającym zastosowania dodatkowych pomp, co jest zaletą z punktu widzenia niezawodności. We współczesnej technice ograniczanie strat tarcia stało się istotnym kierunkiem doskonalenia konstrukcji maszyn. Obliczenia przeprowadzone w oparciu o podstawowe prawa mechaniki płynów wskazują, że w specjalnie zaprojektowanym łożysku hydrostatycznym można uzyskać znaczące ograniczenia strat tarcia w porównaniu do łożyska hydrodynamicznego. Obiecujące wyniki skłoniły autorów do przeprowadzenia dokładniejszych obliczeń strat tarcia w łożysku hydrostatycznym za pomocą CFD (Obliczeniowej Dynamiki Płynów). Wyniki tych obliczeń zostały w artykule porównane do znanych z literatury danych dotyczących strat w hydrodynamicznych łożyskach wzdłużnych z wahliwymi klockami.

5

Influence of stepped piston bearing surface on friction loss in rail combustion engine

Finke S., Wróblewski E.

Journal of Mechanical and Transport Engineering

|

2017

|

Vol. 69, No. 3

15--20

EN

In designing railway combustion engines, the key objective is to reduce fuel consumption. The way to achieve this objective is reduction of friction losses in the piston – cylinder node, which is the main in combustion engine. The analysis subjected railway engine DZC6 produce by Anglo Belgian Corporation, where on the basis of the parameters was carried out simulations for pistons with revised microgeometry bearing surface.

PL

W projektowaniu współczesnych kolejowych silników spalinowych, kluczowym warunkiem jest uzyskanie niskiego zużycia paliwa. Drogą do spełnienia tego założenia jest redukcja strat tarcia w węźle tłok–cylinder, który stanowi główny węzeł silnika spalinowego. W artykule, analizie poddany został zmodyfikowany tłok ze zmienioną mikrogeometrią powierzchni nośnej, pochodzący z silnika kolejowego DZC6 produkcji Anglo Belgian Corporation, gdzie na podstawie jego parametrów pracy przeprowadzono symulacje strat tarcia.

6

The effect of the distribution of variable characteristics determining the asymmetry of the sealing rings sliding surfaces on the values of friction loss coefficients and other selected parameters of oil film

Wróblewski P.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 4

107--116

EN

The article presents the results of research on the effect of the change in coordinates that determine the location of the common vertex of the parabolas and ellipses demonstrating the asymmetric shape of the rings sliding surfaces on the change in the thickness of oil film, the amount of scraped oil, and the oil left on the cylinder wall, once a set of selected sealing rings has passed, as well as the results concerning friction losses. Mathematical relationships of the asymmetric shapes of the rings sliding surfaces were presented, and the values of coefficients characterizing selected parameters of oil film and friction losses were determined. It was confirmed that there is a large dependence of the coordinate values of the vertices determining the asymmetric shapes of these surfaces on the condition and cooperation between piston rings and the cylinder bearing surface, and mainly on the amount of the oil scraped in the selected engine strokes.

7

Test bench measurement of friction loss in combustion engine

Wróblewski E., Finke S.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 1

46--50

EN

The results of modeling and bench testing friction losses in the main engine kinematic nodes for different lubricating oil temperature values was presented in the article. The study was performed to evaluate the effect of lubricating oil temperature on the engine friction losses. In addition to friction losses in the crankshaft bearings and the piston rings in a cylinder-piston group the friction loss due to charge exchange in the cylinder, drive of timing system and the oil pump were measured. The obtained results show the course of the friction loss in the combustion engine. The research shows that the thermal state of the engine lubricating oil has effect on the amount of friction losses. Formulated conclusions allow to assess the impact of the oil temperature on the friction losses in the main friction nodes in combustion engine.

8

Effect of asymmetric elliptical shapes of the sealing ring sliding surface on the main parameters of the oil film

Wróblewski P.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 1

84--93

EN

This article discusses the results of simulation studies of the effect of selected sealing ring sets with asymmetrical elliptical sliding surfaces on the oil layer thickness distribution over the whole operating range of an internal combustion engine. The problem of calculating the sliding surface coverage with visco-elastic oil film as well as in mixed friction conditions is discussed. The effect of asymmetrical elliptical sliding surfaces particularly on the dimensionless slip and squeeze indicators was determined, defining these surfaces ability to produce an oil film. The research results presented in this article show that there exists a real possibility of friction loss reduction in the cylinder and sealing rings contact area, while maintaining the oil film continuity between the sliding surfaces.

9

Synteza warstwy nanorurek węglowych na powierzchni nośnej tłoka silnika spalinowego

Wróblewski E., Iskra A., Babiak M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2016

|

z. 112

423--430

PL

Powierzchnia nośna tłoka poddawana jest w czasie pracy silnika spalinowego znacznym obciążeniom mechanicznym, co jest związane z ciągłym doskonaleniem silników spalinowych. Tak trudne warunki pracy elementów mechanizmu tłokowo-korbowego, a w szczególności tłoka, stwarzają określone problemy w zapewnieniu pożądanej trwałości i niezawodności mechanizmu tłokowo-korbowego. Od kilku lat bardzo szybko rozwijają się metody uszlachetniania powierzchni przez nanoszenie warstw nanomateriałów takich jak nanorurki węglowe. W artykule przedstawiona zostanie procedura formowania nanorurek węglowych na powierzchni nośnej tłoka prowadząca do redukcji strat tarcia w grupie tłok-cylinder.

EN

The bearing surface of the piston is given on a combustion engine to mechanical load, which is associated with the continuous improvement of internal combustion engines. So difficult working conditions elements of piston-crank mechanism, in particular the piston, creates certain problems in ensuring the desired stability and reliability of the piston-crank mechanism. Currently, surface treatment methods based on applying nanomaterials, such as carbon nanotubes, become a fast developing domain. The paper will be presents the procedure of forming carbon nanotubes on the bearing surface of the piston leading to reduction friction loss in the piston-cylinder group.

10

The influence of the thermal state of lubricating oil for friction in combustion engine

Wróblewski E., Iskra A., Babiak M.

Journal of Mechanical and Transport Engineering

|

2016

|

Vol. 68, No. 2

71--77

EN

The results resistance of loss motion diesel engine for different temperatures of lubricating oil is presented in the paper. Tests were performed to evaluate the effect of lubricating oil temperature of friction losses in engine. In addition to friction losses in the bearings of the crankshaft and a group of piston rings – piston – cylinder, the friction loss due to charge exchange in the cylinder drive system and oil pump were measured also. The research results shows the progress resistance of loss motion engine.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań strat oporów ruchu silnika spalinowego ZS dla różnych wartości temperatur oleju smarującego. Badania wykonano w celu oceny wpływu temperatury oleju smarującego silnika na straty tarcia. Oprócz strat tarcia w łożyskach wału korbowego oraz grupie pierścienie tłokowe – tłok – cylinder, zmierzone zostały również straty wynikające z wymiany ładunku w cylindrze, napędu układu rozrządu oraz pompy oleju. Uzyskane wyniki badań przedstawiają przebieg strat oporów ruchu silnika spalinowego.

11

The impact of the piston bearing surface stepped profile microgeometry on friction losses in the supercharged combustion engine

Wróblewski E., Iskra A., Babiak M.

Combustion Engines

|

2016

|

R. 55, nr 2

54--59

EN

The currently designed engines are usually supercharged and are characterized by high values of the boost pressure. As a result high values of maximum combustion pressure are obtained. This in turn leads to the occurrence of high mechanical loads and thermal stresses on elements of the crank mechanism. The piston is the most mechanically and thermally loaded engine component. Geometry of the gap between piston bearing surface and cylinder liner significantly affects the total friction losses of the internal combustion engine. On the basis of previous research it appears that friction losses depend more on the area of the piston bearing surface which is covered with the oil film than on the thickness of the oil layer separating collaborating parts. Properly designed barrel shape of the piston bearing surface is a way to reduce the oil film cover area. Another shape which could lead to reduce the oil film cover area is the stepped profile. The stepped profile, contrary to the barrel shape, can be obtained by covering the cylindrical or tapered piston bearing surface with a thin layer of graphite. In this paper the results of simulation for the stepped piston bearing surface are presented.

PL

Obecnie silniki spalinowe projektowane są zazwyczaj z systemem doładowania i charakteryzują się wysokimi wartościami ciśnienia doładowania. W rezultacie uzyskuje się wysokie wartości maksymalnego ciśnienia spalania. W konsekwencji prowadzi to do występowania dużych obciążeń mechanicznych i cieplnych elementów mechanizmu korbowego. Najbardziej narażonym na obciążenia mechaniczne i cieplne elementem silnika jest więc tłok. Geometria szczeliny pomiędzy powierzchnią nośną tłoka i tulei cylindrowej znacząco wpływa na całkowite straty tarcia silnika spalinowego. Na podstawie wcześniejszych badań można stwierdzić, że straty tarcia bardziej zależą od obszaru powierzchni nośnej tłoka, która pokryta jest warstwą oleju, niż od grubości warstwy oleju rozdzielającej współpracujące elementy. Odpowiednio zaprojektowany kształt baryłkowy powierzchni nośnej tłoka jest sposobem na zmniejszenie obszaru pokrycia filmu olejowego. Innym kształtem, który może doprowadzić do zmniejszenia obszaru pokrycia filmu olejowego jest schodkowy profil powierzchni nośnej tłoka. Schodkowy profil, w przeciwieństwie do kształtu baryłkowego, można uzyskać, nanosząc na cylindryczną lub stożkową powierzchnię nośną tłoka cienką warstwę grafitu. W artykule przedstawiono wyniki symulacji dla schodkowej powierzchni nośnej tłoka, zmierzającej do zmniejszenia strat tarcia dla warunków pracy doładowanego silnika o zapłonie iskrowym i samoczynnym.

12

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

Wróblewski P., Iskra A.

Combustion Engines

|

2016

|

R. 55, nr 4

38--52

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.

13

Modelowe badanie współpracy elementów układu tłokowo-cylindrowego

Wróblewski E., Iskra A., Babiak M.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

1491--1494

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań strat tarcia w silniku spalinowym, uzyskane na stanowisku modelowym, wyposażonym w specjalny układ regulacji temperatury, zapewniający znacznie większą stabilność temperatury niż ma to miejsce w standardowych układach. Omówiono wyniki badań laboratoryjnych zależności momentu wywołanego tarciem od temperatury oleju w misce olejowej. Sprecyzowane wnioski pozwalają na ocenę wpływu temperatury oleju na straty tarcia w głównym węźle kinematycznym silnika jakim jest tłok-cylinder.

EN

In the paper the results of researches, which were obtained at test stand equipped with special temperature control system which assures much more stabilization of temperature than in regular temperature control systems, are presented. The results of laboratory researches over friction torque and lubrication oil temperature relation are discussed. Precise conclusions allow to assess the impact of the oil temperature on the friction losses in the main kinematic node of the engine which is piston-cylinder pair.

14

Wpływ schodkowego profilu powierzchni nośnej tłoka na straty tarcia silnika spalinowego

Iskra A., Babiak M., Wróblewski E.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2015

|

R. 22, nr 12

644--647, CD

PL

Geometria szczeliny między powierzchnią nośną tłoka a cylindrem w bardzo dużym stopniu wpływa na straty tarcia w silniku spalinowym. Okazuje się, że na wymienione straty w większym stopniu wpływa obszar pokryty filmem olejowym niż grubość filmu olejowego rozdzielającego współpracujące elementy. Drogą do zmniejszenia obszaru pokrytego filmem olejowym jest baryłkowy lub schodkowy kształt powierzchni nośnej tłoka. Kształt schodkowy szczeliny można uzyskać nanosząc warstwę grafitu na cylindryczną lub stożkową powierzchnię nośną tłoka. W artykule przedstawiono wyniki symulacji zmierzających do redukcji strat tarcia i zużycia ściernego powierzchni nośnej tłoka i gładzi cylindra. Nanosząc na powierzchni nośnej tłoka cienką warstwę grafitu uzyskuje się bardzo dobre właściwości trybologiczne pary kinematycznej, jaką stanowi zespół tłok - cylinder, co oznacza oczekiwane parametry filmu olejowego, a w przypadku jego braku, prowadzącego do bezpośredniego kontaktu mikro - nierówności tłoka i cylindra.

EN

Geometry of the gap between piston bearing surface and cylinder affects the friction losses of the IC engine. It appears that these losses depend more on the area covered with oil film than the thickness of oil film layer separating collaborating parts. Barrel shaped or stepwise piston bearing surface is the way to reduce the oil covered area. The stepwise profile can be obtained covering the cylindrical or tapered piston bearing surface with a thin layer graphite. This paper presents the results of simulation leading to the reduction in friction losses and abrasive wear of piston bearing surface and cylinder bore. Covering the piston bearing surface with a thin layer of graphite one can get an advantageous tribological properties of the piston assembly which means the expected parameters of oil film and in a case of film rupture – an ignorable abrasive wear of the graphite layer and cylinder bore.

15

Zastosowanie powłok na powierzchni nośnej tłoka jako metoda zmniejszenia zużycia i strat tarcia w mechanizmie tłokowo-korbowym silnika spalinowego

Babiak M.

Logistyka

|

2015

|

nr 3

73--79, CD 1

PL

W artykule przedstawiono istotę rozwoju silników spalinowych, który ukierunkowany jest na ochronę środowiska przez zmniejszenie emisji toksycznych składników spalin i zużycia paliwa. Skupiono się przy tym na możliwość osiągnięcia powyższych celów przez odpowiednią konstrukcję grupy tłokowo-cylindrowej. W szczególności opisano wpływ zastosowania powłok naniesionych na powierzchnię nośną tłoka na redukcję strat tarcia silnika spalinowego.

EN

The article presents the essence of the development of internal combustion engines, which is aimed at protecting the environment by reducing toxic exhaust emissions and fuel consumption. The focus here is on the ability to achieve these objectives by suitable design of the piston-cylinder group. In particular, it describes the impact of the coatings applied to the piston bearing surface to reduce friction losses of combustion engine.

16

Układ regulacji i stabilizacji stanu cieplnego silnika spalinowego w warunkach hamowni silnikowej

Iskra A., Babiak M., Wróblewski E.

Logistyka

|

2015

|

nr 3

1858--1864, CD 1

PL

W artykule przedstawiono modyfikację stanowiska silnikowego na hamowni silnikowej poprzez budowę układu regulacji i stabilizacji stanu cieplnego silnika. Stanowisko zostało wyposażone w specjalne układy regulacji temperatury, zapewniające większą stabilność temperatury niż ma to miejsce w standardowych układach. Podstawowym warunkiem przeprowadzania badań na stanowisku silnikowym jest utrzymywanie powtarzalności warunków przeprowadzania eksperymentu. Omówiono przebudowę układu chłodzenia silnia, chłodzenia powietrza doładowanego oraz układu podgrzewania oleju w misce olejowej. Dodatkowo przeanalizowano wpływ tych układów na stan cieplny silnika oraz uzyskaniu dokładniejszych warunków pomiarowych badań przeprowadzanych na stanowisku silnikowym zamontowanym na hamowni. Sformułowane wnioski pozwalają ocenić wpływ temperatury cieczy chłodzącej, powietrza doładowanego i oleju na straty tarcia w głównych węzłach tarcia silnika spalinowego.

EN

The paper presents a modification of engine test stand by building control and stabilization system of combustion engine thermal state. Test stand has been equipped with special temperature control, providing greater temperature stability than in the case of standard systems. The basic requirement for carrying out the tests on the engine test stand is to keep the repeatability conditions of the experiment. The paper discusses the reconstruction of the factory cooling system, charge air cooling and heating of the oil in the oil sump. In addition, it analyzes the impact of these systems on the thermal state of the engine and obtaining more accurate measurement conditions of tests carried out on a engine test bench. Conclusions allow to assess the impact of the coolant temperature, charge air and oil on the friction losses in the main engine kinematic pairs.

17

The application of carbon nanotubes for reducing the friction losses of internal combustion engine

Kałużny J., Iskra A., Giersig M., Kempa K.

Combustion Engines

|

2015

|

R. 54, nr 3

64--77

EN

Carbon nanotubes are a relatively new allotropic variety of carbon and due to a number of very favorable properties – including chemical and mechanical – are now under intensive investigation. Introduction to the main part of the article requires an overview of carbon nanotubes studies conducted by different authors, the results of which can provide important guidelines for possible use of the material in the construction of piston engines. The core of the article is the description of attempts to use carbon nanotubes made by the authors in order to improve the functional properties of various components of internal combustion engines, in particular to reduce losses caused by friction. Therefore, the results from the original study have been presented which indicate that the use of carbon nanotubes as an additive for engine lubricant can contribute to a significant reduction in friction losses. Article concludes with a discussion of the tasks that need to be completed in order to allow for an industrial application of carbon nanotubes.

PL

Nanorurki węglowe stanowią niedawno poznaną odmianę alotropową węgla i ze względu na wiele wyjątkowo korzystnych właściwości – między innymi chemicznych i mechanicznych – poddawane są obecnie intensywnym badaniom. Wprowadzeniem do zasadniczej części artykułu jest przegląd takich badań nanorurek węglowych prowadzonych przez różnych autorów, których wyniki mogą stanowić istotne wskazówki do zastosowania tego materiału w konstrukcji tłokowych silników spalinowych. Główną część pracy stanowi opis podjętych przez autorów tego artykułu prób wykorzystania nanorurek węglowych do poprawy właściwości funkcjonalnych różnych elementów tłokowych silników spalinowych, w szczególności w celu ograniczenia strat tarcia. W tym zakresie przedstawiono wyniki oryginalnych badań wskazujące, że zastosowanie nanorurek węglowych jako dodatku do oleju smarującego może przyczynić się do istotnego zmniejszenia strat tarcia. Artykuł podsumowują rozważania dotyczące zadań, które muszą być wykonane aby umożliwić przemysłowe zastosowanie nanorurek węglowych.

18

Charakterystyka strat tarcia aluminiowych i stalowych tłoków dla silnika o zapłonie samoczynnym samochodu osobowego

Iskra A., Babiak M., Wróblewski E.

Combustion Engines

|

2015

|

R. 54, nr 3

504--510

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę konstrukcji i wyniki symulacji strat tarcia oraz warunków tworzenia filmu olejowego dla tłoków aluminiowych i stalowych silnika o zapłonie samoczynnym samochodu osobowego. Duże obciążenia mechaniczne i termiczne sprawiają, że tłoki wykonane ze stopów aluminium pracują w warunkach naprężeń dopuszczalnych. Tłoki aluminiowe aktualnie stosowane są w większości konstrukcji silników spalinowych. Ich szerokie zastosowanie jest uwarunkowane niewielką masą, odpornością na warunki pracy w cylindrze oraz niski koszt wytwarzania w masowej produkcji. Jednak dalsze zwiększenie stopnia wysilenia silników ZS samochodów osobowych może wymagać zastosowania tłoków wykonanych ze stali, które charakteryzują się większą wytrzymałością i odpornością na wysoką temperaturę.

EN

This paper presents the design characteristics of car’s diesel engine, simulation results of the friction loss and the oil film formation conditions for aluminum and steel pistons. High mechanical and thermal loads allow the aluminum alloys pistons to perform under acceptable stresses. Aluminum pistons are currently commonly used in most combustion engines. Their widespread use emerges from low weight, resilience to working condition and low cost of mass production. However, with further increasing of diesel engine’s strain it might be required to use the steel pistons featuring greater durability and resilience to high temperature conditions.

19

The influence of applying a layer of carbon nanotubes on the piston bearing surface on friction losses

Iskra A., Babiak M., Kałużny J.

Combustion Engines

|

2014

|

R. 53, nr 4

26--31

EN

The paper presents results of testing the resistance to motion of pistons whose bearing surface was coated with a layer of carbon nanotubes (CNTs). A part of this paper was devoted to the problems of applying a layer of nanotubes on the surface of an aluminum alloy, which is the most common material used for pistons. Obtaining a layer of nanotubes of a very narrow margin of tolerance was a difficult technological problem to overcome. A standard process of growing a layer of nanotubes leads to corrosion damage of the side surface of pistons; therefore, new technologies were developed which allow for obtaining a permanent layer of nanotubes less than 5 microns thick. Pistons with the bearing surface coated with a layer of nanotubes were mounted to the engine, and then measurements of the moment of momentary resistance to motion were performed. Also capturing phases of the engine work cycles in which the layer of nanotubes gives the best results seems to be possible. At present, long-term research is being carried out in order to determine the degree of the risk of exfoliation of the layer of CNT under the conditions of high mechanical and thermal loads.

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań oporów ruchu tłoków pokrytych warstwą nanorurek węglowych. Część opracowania poświęcono również problemom nakładania warstwy nanorurek na powierzchni stopu aluminium. Uzyskanie warstwy nanorurek o bardzo wąskim polu tolerancji stanowiło trudny do rozwiązania problem technologiczny. Standardowy proces syntezy warstwy nanorurek prowadzi do korozyjnego uszkodzenia powierzchni bocznej tłoków, dlatego zostały opracowane nowe technologie pozwalające uzyskać trwałą warstwę nanorurek o grubości od kilkunastu do kilkudziesięciu mikrometrów. Tłoki o powierzchniach bocznych pokrytych warstwą nanorurek zamontowano do silnika o napędzie zewnętrznym, a następnie wykonano pomiary momentu chwilowych oporów ruchu, co umożliwia wskazanie tych faz cyklów pracy silnika, w których warstwa nanorurek daje największe korzyści. Obecnie prowadzone są długotrwałe badania mające na celu wyeliminowanie niebezpieczeństwa złuszczania się warstwy nanorurek w warunkach dużego obciążenia mechanicznego i termicznego.

20

Porównanie oporu ruchu tłoków pokrytych warstwą nanorurek węglowych z tłokami standardowymi

Iskra A., Babiak M., Kałużny J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2013

|

z. 98

215--223

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań oporów ruchu tłoków pokrytych warstwą nanorurek węglowych. Część opracowania poświęcono również problemom nakładania warstwy nanorurek na powierzchni stopu aluminium. Uzyskanie warstwy nanorurek o bardzo wąskim polu tolerancji stanowiło trudny do pokonania problem technologiczny. Standardowy proces hodowania warstwy nanorurek prowadzi‚ do korozyjnego uszkodzenia powierzchni bocznej tłoków, stąd też zostały opracowane nowe technologie pozwalające uzyskać trwałą warstwę nanorurek o grubości poniżej 5 mikrometrów. Tłoki o powierzchniach bocznych pokrytych warstwą nanorurek zamontowano do silnika o napędzie zewnętrznym, a następnie wykonano pomiary momentu chwilowych oporów ruchu, co pozwala uchwycić te fazy cyklów pracy silnika, w których warstwa nanorurek daje najlepsze rezultaty. Obecnie prowadzone są długotrwałe badania mające na celu określenie stopnia niebezpieczeństwa złuszczania się warstwy nanorurek w warunkach dużego obciążenia mechanicznego i termicznego.

EN

The paper presents preliminary results of the resistance to motion test of pistons coated with a layer of carbon nanotubes (CNTs). A significant part of this paper concerns the problems of coating the surface of an aluminium alloy with a layer of carbon nanotubes. Obtaining a layer of carbon nanotubes of a very narrow margin of tolerance was a difficult technological problem to overcome. A standard process of growing a layer of CNTs leads to a corrosion damage of the side surface of pistons. Therefore, the new technologies were developed allowing obtaining a durable layer of carbon nanotubes less than 5 microns thick. Pistons which side surfaces were coated with a layer of nanotubes were mounted to an engine with an external drive, and then measurements of the moment of momentary resistance to motion were performed, which enables capturing these phases of the engine work cycles in which the layer of nanotubes gives the best results. At present, long-term researches are being carried out in order to determine the risk of exfoliation of the layer of nanotubes under the conditions of heavy mechanical and thermal loads. The special nanotechnology method cold nanosphere lithography has been invested to control the structural properties sand growth of multiwall carbon nanotubes. The preliminary analysis of dismantled pistons revealed that nanotubes layers were partially worn off at the peaks of micro roughness but in the valleys the nanotubes accurately adhered to the piston lateral surface.