The article presents the most important causes of the unstable connection between cast iron ring inserts and the silumin casting of an engine piston. It is shown that manufacturing defects are mainly related to the alfin processing of inserts in Al-Si alloy (the so-called AS9 alloy). Exceeding the permissible iron content in AS9 alloy causes the crystallization of brittle -Al5FeSi phases. Their unfavorable morphology and large size are the main reasons for the weakening of the diffusion connection between the inserts and the piston, causing an unacceptable proportion of defective products. The study presented in this work was conducted under industrial conditions on a population of 10.000 pistons. Quality control data, production parameters, as well as the micro- and macro-structures of the cast iron inserts, and the interface area between the inserts and the silumin piston, were analyzed. Material and technological solutions have been proposed to reduce the occurrence of casting defects at the insert-piston joint. This includes the introduction of so-called "morphological correctors" of the -Al5FeSi phases, reducing the possibility of gaseous impurities in the AS9 alloy and optimizing the temperature of the alfin alloy.
The article discusses the most important changes in the construction of permanent mould casting machines, as well as the method of casting engine pistons and their construction on the example of Federal-Mogul (FM) Gorzyce. The system of automatic cooling of the presently used permanent mould casting machines coupled with robots which pour the liquid alloy ensures uniform crystallization of the pistons and optimal efficiency of the casting process. As a result of the necessity to improve the engine efficiency and thus reduce the fuel consumption and harmful substance emission, the construction of the pistons has changed as well. The piston castings, which are produced by gravity casting for metal moulds, have undergone a diametric transformation. Typical piston designs for gasoline and Diesel engines are shown together with the most important parts of the piston, the crown (combustion chamber) and the guide part (skirt). Depending on the type of engine, the present pistons characterize in differently shaped crown, a slimmed internal construction as well as component participation (cooling channels and ring inserts), and the piston skirts undergo surface treatment procedures.
Diesel engine components in the combustion chamber have been exposed to cyclic loadings under environmental effects, including high temperatures and corrosive fluids. Therefore, knowing the corrosion-fatigue behavior of materials is essential for designer engineers. In this article, pure fatigue and corrosion-fatigue behaviors of the piston aluminum alloy have been experimentally investigated. For such an objective, as-cast and pre-corrosive standard samples were tested by the rotary bending fatigue machine, under 4 stress levels. Some specimens were exposed to the corrosive fluid with 0.00235 % of the sulfuric acid for 100 and 200 hours. The results showed higher weight losses for 200 hours immersion times. As another result, it could be concluded that the lifetime decreased in pre-corrosive samples for both 100 and 200 hours of the immersion time, compared to that of as-cast specimens. However, such a lifetime reduction was more significant for 200 hours of the immersion time, especially within the high-cycle fatigue regime (or lower stress levels). Under high stress levels, both pre-corrosive sample types had almost similar behaviors. The field-emission scanning electron microscopy images of specimen fracture surfaces indicated that the brittle region of the fractured surface was larger for specimens after the 200 hours of corrosion-fatigue testing than the other specimen.
A way of selecting the ceramic coating thickness concerning the axially symmetrical thermal stresses in a casting machine plunger with a horizontal shot sleeve was discussed. Application of a technological ceramic outer layer in the plunger enhances its tribological properties. The condition that stresses in tension in the outer ceramic layer are lower than the tensile strength was proposed as a selection criterion.
W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych laserowego teksturowania płaszcza tłoka silnika spalinowego w celu wytworzenia na jego powierzchni zasobników oleju. W pierwszym etapie badań na próbkach ze stopu aluminium dobrano najlepsze parametry obróbki laserowej (długość promieniowania, gęstość mocy, układ geometryczny), przy których wykonano teksturowanie płaszcza tłoka silnika. W drugim etapie badań o charakterze porównawczym analizowano topografię powierzchni płaszcza tłoka po tradycyjnej obróbce mechanicznej oraz po teksturowaniu laserowym. Dobór parametrów obróbki laserowej realizowano na podstawie uzyskanych wyników z analizy topografii powierzchni, twardości oraz mikrostruktury. Ablacyjna impulsowa mikroobróbka laserowa pozwala na wytworzenie mikrozasobników olejowych na płaszczu i piaście tłoka wykonanego ze stopu aluminium AlSi12Cu1Ni1Mg (EN AW-2816). Stosując wiązkę laserową o gęstości mocy q = 0,90ź106 W/cm2, czasie trwania impulsu t = 155 ns i częstotliwości repetycji f= 5 Hz uzyskano zasobniki olejowe o powtarzalnych wymiarach geometrycznych: średnica fi = 70÷100 um, głębokość H < 20 um, wysokość wypływki h < 2 um. Badania wykazały bardzo korzystny i powtarzalny układ geometryczny zasobników oleju, o kształcie regularnych półczasz kulistych, co rokuje duże nadzieje na możliwość kontynuacji badań z wykorzystaniem silnika spalinowego.
EN
The results of investigations laboratory of laser texturing overcoat piston combustion engine in the aim of producing on his surface the containers of oil were introduced in the article. The best parameters of laser processing (the length of the radiation, the thickness of the power, geometrical arrangement) were chosen in first stage of audits on samples from the melt of aluminum, near which the texturing of the sheath piston of the engine was made. The topography of the surface of the sheath piston after the traditional mechanical processing and after laser texturing was analyzed in second stage of comparative audits. The selection of the parameters of the laser processing was realized in the support about got results from the analysis of the topography of surface, hardness and microstructure. Pulse laser ablative micromachining enables the oil micro trays production on the coat and the hub of the piston made of aluminum alloy such a AlSi12Cu1Ni1Mg (EN AW-2816). Using a laser beam with power density of q = 0.90ź106 W/cm2, pulse duration t = 155 ns, repetition frequency f = 5 Hz, the oil micro trays with reproducible geometrical dimensions: diameter fi = 70÷100 um, the depth H < 20 um, height of micro burr h < 2 um, were obtained. Audits showed very profitable and repetition geometrical arrangement of the containers of oil what, about the shape cubic spherical, augurs large he will impale on the possibility of the farther continuation of audits on the real object - the combustion engine.
Na przykladzie zweryfikowanego doswiadczalnie modelu MES stojaka hydraulicznego z akumulatorem gazowym przedstawiono wplyw parametrów technicznych akumulatora na odpowiedź stojaka przy zadanym wymuszeniu. Wskazano na korzystne cechy stojaka z zabudowanym akumulatorem gazowym.
EN
Impact of technical parameters of gas accumulator on the leg response at set load was given on the example of FEM model of hydraulic leg with gas accumulator, verified experimentally. It was possible to prove advantages of the leg with gas accumulator installed.
Przedstawiono krótką charakterystykę siłowników hydraulicznych o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoczyska. Dokonano przegladu róznych metod napedu siłowników hydraulicznych. Wskazano na zalety i wady opisanych rozwiązań.
EN
In this paper there is a short characteristic of hydraulic actuators presented. A review about different types of driving systems for actuators has been presented as well as advantages and disadvantages for all described solutions.
The paper describes simulation model of thermal deformations of piston of Diesel engine with combustion chamber placed in piston crown. Results for different position of combustion chamber are presented and analyzed. For calculations assumed, that thermal deformation of piston does not vary within engine's cycle if it works in constant conditions. An hand of pressure and temperature charts of SW680 engine, heat transfer coefficient on piston crown surface was defined. Heat transfer coefficient on the rest piston surfaces was defined based on the literature. Using finite element method (FEM) code, piston shape was created, and then the piston body was meshed and loaded according to Fourier conditions. Nodes displacements let describe piston deformation. The results of initial simulation research of piston deformations shows that these deformations to a considerable degree will depend from the position of the combustion chamber. The largest deformations stepped out for piston with the chamber farther displaced from the piston axis, the smallest for piston with the symmetrically situated combustion chamber. The largest differences in the deformations steps out in the areas of piston crown. Results from the performed earlier simulations show, that the position of combustion chamber has comparable influence on the deformation of piston leading parts (so essential for the engine exploitation with accordance to the rules), how the combustion chamber shape. Obtained results encourage to the performing of further research works.
PL
W artykule przedstawiono model obliczeniowy odkształceń cieplnych tłoka silnika o zapłonie samoczynnym z komorą spalania umieszczoną w jego denku, oraz wyniki obliczeń dla różnie położonych komór spalania wraz z ich analizą. Do obliczeń przyjęto, że odkształcenia cieplne tłoka są stałe w całym cyklu pracy silnika, jeżeli pracuje on w ustalonych warunkach. Na podstawie wykresu indykatorowego silnika SW680 określono współczynnik przejmowania ciepła na powierzchni denka tłoka a0. Współczynniki przejmowania ciepła na pozostałych powierzchniach tłoka zostały przyjęte na podstawie zależności podanych w literaturze[6]. Przy pomocy programu komputerowego wykorzystującego metodę elementów skończonych (MES) zamodelowano tłok, a następnie dyskretyzowano jego objętość elementami przestrzennymi obciążonymi cieplnie przy wykorzystaniu warunków brzegowych trzeciego rodzaju (Fouriera). Wyznaczenie przesunięcia węzłów siatki pozwoliło na określenie odkształceń tłoka. Wyniki wstępnych badań symulacyjnych odkształceń tłoka wskazują, że odkształcenia te w znacznym stopniu zależą od położenia komory spalania. Największe odkształcenia wystąpiły dla tłoka z komorą najdalej odsuniętą od osi tłoka, a najmniejsze dla tłoka z symetrycznie umieszczoną komorą spalania. Największe różnice w odkształceniach występują w okolicach korony tłoka. Z przeprowadzonych wcześniej symulacji wynika, że położenie komory spalania ma porównywalny wpływ na odkształcenie części prowadzącej tłoka (tak istotne dla prawidłowej eksploatacji silnika), jak kształt komory spalania. Otrzymane wyniki zachęcają do prowadzenia dalszych prac badawczych.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono stanowisko badawcze do pomiaru odkształceń cieplnych tłoka. Badania prowadzono z użyciem czujników laserowych. Opisano pierwsze pomiary i ich analizę. W wyniku otrzymano zmianę wymiarów geometrycznych tłoka w funkcji czasu.
EN
The article describes research station which can be use to measure piston thermal deformation. Research was done with laser sensors. It is written first measurements and their analyses. As a result we got piston deformation versus time.
W modelu procesu sprężania bazującym na modelu politropowym zastosowano zmienny wykładnik w postaci wielomianu potęgowego, gdzie argumentem jest bezwymiarowa droga tłoka. Do modelu wprowadzono parametry konstrukcyjne, regulacyjne i eksploatacyjne silnika, wielkości wynikające ze zużycia cylindra oraz błąd położenia GMP tłoka i błędy transformacji osi czasu do osi kąta obrotu wału korbowego. Na przykładzie aproksymacji rzeczywistych wykresów indykatorowych silników okrętowych metodą najmniejszych kwadratów i metodami teorii eksperymentu pokazano właściwości modelu i możliwości jego wykorzystania do pozyskiwania informacji pomiarowej i diagnostycznej z wykresów indykatorowych.
EN
In the compression model based on politropic model used was the variable index in the form of power multinominal, where the argument is constituted by nondimensional piston path. The following were introduced into the model: design, regulatory, and operation parameters, the magnitudes resulting from the cylinder wear, and the error in piston GPM position, and errors in transformation on the time axis in relation to the axis of crankshaft revolution angle. Approximation of real indicator diagram for marine engines with the least square method and experiment theory methods was used to show the properties of the model and the possibilities of employing it to obtain measurement and diagnostic information from indicator diagrams.
W niniejszym opracowaniu przedstawiono koncepcję obróbki wykresów indykatorowych polegającą na dopasowaniu modelu procesu sprężania do zarejestrowanego przebiegu ciśnienia wewnątrzcylindrowego tłokowego silnika spalinowego. W procesie dopasowania modelu można odtworzyć nieznane lub niepewne parametry wejściowe dla tego modelu, które doprecyzują jakość stawianej diagnozy o stanie technicznym przestrzeni roboczych silnika pod względem jakościowym i ilościowym.
EN
The paper presents an initial concept of processing indicator diagrams which consists in matching the compression process model to the recorded inside-cylinder pressure distribution in an internal combustion engine. In the model matching process it is possible to recreate unknown or uncertain input parameters for this model, which particularize the quality of the diagnosis related to the technical condition of the working spaces in the engine with respect to quality and quantity.
Comparison combustion test results foe novel pistons manufactured from alloy on silumin base and together with alloy additives. The pistons were manufacture according to original technological process. Novel pistons have minimum hysteresis of thermal expansion coefficient, which allows on real decreasing working gaps between piston and cylinder in whole range of engine speed and loads. In the end of novel piston applying it Is possible to obtain some both economical and ecological effects as well functional quality one. Main effects contain oil consumption decreasing, toxic compounds in exhaust gases and noise level, as well mechanical and thermal loads decreasing for piston set. Fundamental research methods run on a course results obtaining were (dilatrometric researches worked out in straight and differential modes, which allow obtaining novel heat treatment and precise temperature and time ranges as well dimension changes versus temperature and essential singularity points.
PL
W artykule przedstawiono porównawcze wyniki badań silnikowych nowych tłoków wykonanych z materiału stopowego na bazie siluminu z pierwiastkami stopowymi. Tłoki wykonano według oryginalnego procesu technologicznego. Nowe tłoki charakteryzowały' się minimalną histerezą współczynnika rozszerzalności termicznej, co pozwala na istotne zmniejszenie luzów? roboczych między tłokiem a cylindrem w całym zakresie prędkości obrotowych i obciążeń silnika. W rezultacie zastosowania nowych materiałów na tłoki można uzyskać korzystne efekty zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne, a także użytkowe. Główne efekty odzwierciedlają się w zmniejszeniu zużycia oleju, zmniejszeniu poziomu emisji toksycznych składników spalin, zmniejszeniu poziomu emisji hałasu, a także zmniejszeniu obciążeń mechanicznych i termicznych węzła tłokowego. Główne oryginalnie metody badawcze prowadzące do uzyskania efektów były badania dylatrometryczne prowadzone w trybie prostym i różnicowym, które pozwoliły na opracowanie nowej obróbki termicznej oraz dokładne ustalenie zakresu temperatury i czasu, a także zmian wymiarów w funkcji temperatury i punktów osobliwych.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Among all components of the engine, the pistons are probably the one subjected to the widest range of stress and temperatur. Therefore selection of the proper material on the piston in varied temperature is very important. A satisfactory piston material must fulfill many, often conflicting, requirements. It is exposed to a range of static and dynamic stress with a wide range of temperatures from sub-zero to about 350°. This paper describes the research results of strength properties of eutectic and hypereutectic aluminum - silicon alloys comprise some nontraditional alloyed elements, as Co, Cr, Mo and higher contents of Ni, Cu. The strength properties of these silumins are shown in representative strength -temperature, hardness - temperature, strength - alloying element contents, hardness - alloying element contents curves. The researches were conducted with eutectic and hypereutectic alloys in which Si and Mg contents were set at constant level but Cu, Ni contents were changed from 1% to 4.5%, but Co, Cr, Mo contents were varied from 0% to l %. The tensile strength of siluminium increases if the Co, Cr, Mo contents growths to about 0.4% - 0.6%. The best results of strength properties were obtained when the silumins contain about 4% Cu, 4% Ni and 0.5% Mo. The tested elements forms multimetalic compounds which set on boundary of grains, which are rounded in shape and increase the strength properties of silumins.
PL
Istotne wymaganie materiału na tłoki dotyczy jego parametrów wytrzymałościowych w temperaturze otoczenia oraz przy różnych wartościach temperatury pracy tłoka. Wraz ze wzrostem temperatury następuje obniżenie parametrów wytrzymałościowych materiałów na tłoki. Zmniejszenie parametrów wytrzymałościowych silnie zależy od zawartości pierwiastków stopowych w materiale tłoków. W publikacji podano wyniki badań parametrów wytrzymałościowych nowych materiałów na tłoki w funkcji składu chemicznego i temperatury. Materiały wykonano na bazie siluminów okołoeutektycznych i nadeutektycznych, do których wprowadzono niekonwencjonalne dodatki stopowe, takie jak kobalt, molibden, chrom oraz zwiększoną zawartość miedzi i niklu. Wyniki badań pozwalają ocenić wpływ poszczególnych pierwiastków stopowych dodawanych pojedynczo, jak i łącznie. Stwierdzono, że wprowadzenie takich pierwiastków stopowych, jak: kobalt, molibden, chrom powoduje polepszenie parametrów wytrzymałościowych, zarówno w temperaturze otoczenia, jak i co szczególnie istotne, parametrów w maksymalnych temperaturach pracy tłoków. Stwierdzono także mniejszy spadek wytrzymałości przy zwiększaniu temperatury, aż do temperatury pracy tłoków.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W publikacji przeanalizowano wpływ różnych dodatków stopowych na właściwości wytrzymałościowe stopu oraz przedstawiono wyniki badań współczynnika rozszerzalności liniowej alfa nowego materiału na tłoki. Nowy materiał jest stopem aluminium zawierającym niekonwencjonalne dodatki stopowe molibden, kobalt, chrom, obok innych dodatków powszechnie stosowanych w stopach aluminium. Stop ten charakteryzuje się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi i dobrą stabilnością wymiarową.
EN
Results of thermal stability examinations of new material aluminium - silicon ailoy for pistons of IC engines has been presented in this paper. New material includes a few additives e.g. nickel, molybdenum, cobalt and chromium. These additives improve strength of material in higher temperature and coefficient of thermal expansion alfa.
Praca omawia rozwiązania konstrukcyjne tłoka silnika spalinowego oraz problemy związane z jego wykonaniem. Zawiera również parametry skrawania tłoków siluminowych wykonanych na uniwersalnych obrabiarkach oraz obrabiarkach zadaniowych sterowanych numerycznie.
EN
The work relates to design application of the piston in the combustion engines and problems associated production. Machining parameters for silumin piston manufactured on the universal machine tool and numerically controlled machine are also induced.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.