Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wyznaczanie rozkładów temperatury, gradientów temperatury oraz naprężeń termicznych w zaworze wylotowym pokrytym warstwą nagaru

Hornik Aleksander

Napędy i Sterowanie

|

2022

|

R. 24, nr 5

38--43

PL

W artykule przedstawiono modelowanie obciążeń cieplnych w zaworze wylotowym pokrytym warstwą nagaru w początkowej fazie pracy doładowanego silnika z zapłonem samoczynnym. W obliczeniach wykorzystano dwustrefowy model procesu spalania, metodę elementów skończonych (MES). Modelowanie przeprowadzono przy użyciu warunków brzegowych III rodzaju. W wyniku przeprowadzonych obliczeń otrzymano rozkłady temperatury, gradientów temperatury oraz naprężeń termicznych. Naprężenia te powodują wzrost mikropęknięć na powierzchni zaworu, które ostatecznie prowadzą do defektów materiału, uszkodzeń zaworu, a w konsekwencji nawet silnika.

EN

This paper presents the model ling of the heat loads in the exhaust valve with using the layer of carbon deposit in initial phase of work of the turbocharged Diesel engine. In calculations used the two-zone combustion model , finite elements method (FEM). Modelling was conducted by use of III kind of the boundary conditions. As a result of the calculations were obtained distributions of temperature, thermal gradients and thermal stresses. These stresses cause the growth of micro cracks in the area of the valve, which finally give occasion to the defect of material, the damage of the valve and engine failure.

2

Hardness prediction of a cold rolled Nimonic 80A exhaust valve spindle

Kang S. W., Heo S. J., Yoo J. H., Kang J. H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2019

|

Vol. 94, nr 1-2

13--21

EN

Purpose: of this paper is to predict the hardness of cold rolled exhausts valve spindle fabricated of Nimonic 80A via axisymmetric finite element analysis, compression testing, and hardness inspection. Design/methodology/approach: The stress-strain relationship of Nimonic 80A was obtained via compression testing with deformation ratios of 10%, 20%, and 30%. Hardness changes caused by the strain hardening effect were measured in cut specimens in both the axial and circumferential directions following compression testing. The effective strain at the measurement position was calculated via finite element analysis. The regression equation for hardness changes caused by work hardening was derived from analysed strain and inspected hardness. The cold-rolling deformation of an exhaust valve spindle was analysed using axisymmetric finite element analysis. Findings: The stress-strain relationship calculated from compression testing was well expressed using the Holloman equation and the strain-hardness relationship by strain hardening was successfully regressed using the shifted power law model for Nimonic 80A, Nickel-Chromium based super alloy. Research limitations/implications: This research focused hardness prediction of spindle after ring rolling operation for generating beneficial compressive surface residual stresses for enhancing fatigue life. Further research to quantify compressive residual stress after rolling shall be followed to increase fatigue life. Practical implications: The cold rolling process is a typical incremental forming method and should be analysed under three-dimensional conditions. However, it takes lots of time to solve incremental forming analysis. To predict hardness distribution after rolling in the manufacturing field, FE analysis was performed under two-dimensional axisymmetric conditions based on the assumption of no friction generated by the rolling tool. The deformed shapes and hardness distribution from the inspection quality standard and two-dimensional FE analysis showed very similar results. Simplified finite element analysis method for ring rolling process for local area could be very effective method in the industrial field. Originality/value: The stress-strain relationship and the hardness and strain relationship were derived by compression test and hardness measurement for compressed specimen for Nimonic 80A, Nickel-Chromium based super alloy. And simplified finite element analysis method was suggested to predict deformed shape and hardness distribution of locally cold rolled region and achieved similar result between FE analysis result and Quality standard. Suggested method would be very effective method to engine spindle manufacture to predict hardness of different size of product.

3

Transient heat transfer as a leading factor in fatigue of thick-walled elements at power plants

Wacławiak Krzysztof, Okrajni Jerzy

Archives of Thermodynamics

|

2019

|

Vol. 40, no 3

43--55

EN

The authors present a numerical study of a start-up of a boiler with a thick-walled element subjected to thermomechanical loading. The significance of calculations of real heat transfer coefficients has been demonstrated. Fluid dynamics, mechanical transient thermal and static structural calculations have been conducted in both separate and coupled modes. Strain-stress analyses prove that the effect of the heat transfer coefficient changing in time and place in comparison with a constant one as recommended by standards is the key factor of fatigue calculations.

4

Difference spectrum as a measure of the state of wear of the exhaust valve

Górnicka D.

Diagnostyka

|

2016

|

Vol. 17, No. 4

59--64

EN

The article presents an algorithm of diagnosing damages to the exhaust valve of the combustion engine. The process of obtaining a symptom as a difference spectrum takes into account time selection, which allows to reduce significantly the calculations necessary to obtain a measure of malfunction. As a result, we obtain a simple measure not requiring special conditions of object work and insensitive to simultaneously occurring valve clearance which is inappropriately set. Thus, we obtain a measure easy to use in diagnostics in real time.

PL

W artykule przedstawiono algorytm diagnozowania uszkodzeń zaworu wylotowego silnika spalinowego. Proces pozyskania symptomu w postaci widma różnicowego uwzględnia selekcję czasową, co pozwala znacznie ograniczyć obliczenia niezbędne do otrzymania miary niesprawności. W efekcie otrzymujemy miarę prostą, niewrażliwą na równolegle występujący nieprawidłowo ustawiony luz zaworowy i nie wymagającą specjalnych warunków pracy obiektu. Tym samym otrzymujemy miarę łatwą do wykorzystania w diagnostyce w czasie rzeczywistym.

5

Wpływ rozmieszczenia nagaru na powierzchniach zaworu wylotowego na występujące w nim zmiany rozkładu temperatury oraz gradientów temperatury

Hornik A., Jędrusik D.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

4519-4526

PL

W pracy wyznaczono rozkłady pól temperatur oraz gradientów temperatur w zaworze wylotowym doładowanego silnika z zapłonem samoczynnym samoczynnym z elektronicznie sterowanym bezpośrednim wtryskiem paliwa o pojemności skokowej 2390 cm3 i mocy znamionowej 85 kW w stanie nieustalonym przy założeniu, że warstwa nagaru występuje na powierzchni trzonka zaworu w kanale wylotowym oraz na powierzchni trzonka i przylgni zaworu. Do modelowania zastosowano model dwustrefowy procesu spalania oraz metodę elementów skończonych (MES). Do budowy modelu geometrycznego zaworu i warstwy nagaru zastosowano element typu SOLID. Analizę wymiany ciepła oparto o warunki brzegowe III rodzaju, które opisuje współczynnik przejmowania ciepła oraz temperatura czynnika roboczego otaczającego powierzchnie zaworu. Obliczenia wykonano z dokładnością do 0,5 OOWK dla współczynnika nadmiaru powietrza =1,69 i prędkości obrotowej 4250 min-1.

EN

This paper determines distributions of temperature and temperature gradients in the exhaust valve of the turbocharged Diesel engine with electronically controlled engines direct injection of fuel with a cubic centimeter 2390 cm3 and a power rating of 85 kW in the transient state on the assumption that the surface of the valve stem is coated with of the layer of carbon deposit and on the surface of the valve steam and of the valve seat. For modeling using two-zone model of the combustion process, the finite element method (FEM). For the construction of a geometric model of the valve and a layer of carbon deposits using SOLID element type. The analysis was based on the heat transfer boundary conditions III type, which describes the heat transfer coefficient and the temperature and the working medium of the surrounding surfaces of the valve. The calculations were performed with an accuracy of 0,5 degrees of Crankshaft Angle for air excess factor =1,69 and the rate of rotation 4250 min-1.

6

Diagnozowanie uszkodzenia zaworu wylotowego silnika spalinowego na podstawie analizy falkowej drgań

Komorska I., Stanik Z.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

PL

W referacie zaproponowano metodę diagnozowania nieszczelności zawór wylotowy - cylinder w oparciu o pomiar sygnału drgań głowicy silnika. Przedstawiono wyniki analizy pomiarów sygnału drgań silnika w warunkach uszkodzonego zaworu wylotowego silnika oraz niewłaściwego luzu zaworowego. W tym celu przeprowadzono czynny eksperyment diagnostyczny na silniku samochodu Fiat Punto 1.2. W czasie testów drogowych zarejestrowano sygnał przyspieszenia drgań, a także pomocnicze sygnały służące synchronizacji oraz identyfikacji faz rozrządu. Wykorzystano przy tym naturalne wzmocnienie drgań w zakresie częstotliwości rezonansowej czujnika piezoelektrycznego. Zadowalające rezultaty uzyskano w oparciu o analizę falkową sygnału przyspieszenia drgań silnika. Wyznaczono miary sygnału w jednoznaczny sposób określający stan zaworu. Metoda jest nieinwazyjna, a badania przeprowadzane są w warunkach eksploatacyjnych. Z pewnymi modyfikacjami metoda może być zastosowana do diagnozowania zaworów on-line.

EN

The paper proposes the method of diagnosing of cylinder exhaust valve leakage based on the measurement of the cylinder head vibration signal. The results of vibration signal analysis of the engine with the damaged exhaust valve and with changed exhaust valve clearance are presented. In this purpose the diagnostic experiment was carried out with car engine Fiat Punto 1.4. During road test the acceleration vibration signal was recorded with additional signals for synchronization and engine timing. The natural amplification of vibration at the range of resonance frequency of the piezoelectric sensor was used. Satisfactory results were obtained based on wavelet analysis of engine vibration signal. The measures of signal were determined that allow determination of the valve condition. This is the non-invasive method and the investigations are conducted during car maintenance. With some modification the method can be used for on-line diagnosis of the exhaust valves.

7

Analiza numeryczna przyczyn uszkodzeń głowicy i zaworów silnika o zapłonie samoczynnym

Hejwowski T., Dębski H., Koszałka G.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

PL

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych wykonanych metodą elementów skończonych rozkładów naprężeń, temperatury i przemieszczeń. Rozpatrywanym silnikiem był wolnossący silnik o zapłonie samoczynnym typu 4C90. Obliczenia wykonano przy pomocy programu ABAQUS/Standard. Rozważanymi elementami silnika były zawory dolotowy i wylotowy oraz głowica. Wyniki analiz numerycznych identyfikują mechanizm uszkodzenia głowic jako zmęczenie niskocyklowe spowodowane cyklicznym włączaniem i wyłączaniem silnika i poprawnie określają lokalizację pęknięć. Rezultaty obliczeń udowodniły, że występuje znaczny poślizg na powierzchni kontaktu grzybka i gniazda, co jest spowodowane wzajemnym przemieszczeniem gniazd i zaworów i jest przyczyną zużywania adhezyjnego. Wysoka temperatura powierzchni przylgni zaworu wylotowego powoduje intensywną korozję. Przeprowadzone obliczenia numeryczne umożliwiają szczegółową analizę przyczyn uszkodzeń silnika ZS.

EN

In the paper, the results of FEM calculations of stress, temperature and displacement distributions are presented. The considered engine was naturally aspirated diesel engine of 4C90 type. The numerical calculations were performed by means of ABAQUS/Standard software. The considered elements of the engine were cylinder head, inlet and exhaust valves. The results of numerical analysis identify mechanism of failure of cylinder head as low cycle fatigue caused by cyclic switching on and off the engine and provide precisely locations of cracks. Results of calculations proved that there is the considerable slip at the surface of contact of valve with valve insert, which is caused by the relative displacement of valves and inserts. It is the cause of adhesive wear. High temperature of exhaust valve surface accelerates corrosion. The carried out numerical calculations enable to analyze in detail failure causes of diesel engine.

8

Adaptation of engine vibration characteristics for diagnostics of mechanical defects

Komorska I., Górnicka D.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

EN

An engine vibration and noise signal being applied for the engine combustion assessment contains also information on: a valve clearance, head gasket damage and wearing out of elements of a vehicle driving system. As the engine mileage increases the wearing out of driving system elements also increases, and in consequence the characteristics of vibration and noise generated by individual sub-assemblies are changing. Diagnosing of defects can be performed on the grounds of the model-based vibroacoustic signal by comparing the measured signal with this model. However, this model should be adapted after each changes of driving system elements and after each engine overhaul. Thus, it should be easily and fast automatically identifiable. The problem of changing vibration characteristics was illustrated on the example of the new Ford Fiesta engine and Fiat Punto engine of a considerable mileage (400 000 km). Time histories and vibration spectra for the engine in a good working condition and for the engine with the damaged exhaust valve were presented. Methods of generating the base model and its identification were proposed.

PL

Sygnał drgań i hałasu silnika jest wykorzystywany do oceny spalania w silniku ale niesie też informacje o luzie zaworowym, uszkodzeniu uszczelki głowicy i zużyciu elementów zespołu napędowego pojazdu. W miarę wzrostu przebiegu silnika rośnie zużycie elementów układu napędowego, a co za tym idzie, zmieniają się charakterystyki drgań i hałasu generowane przez poszczególne podzespoły. Diagnozowanie uszkodzeń można przeprowadzać na podstawie modelu bazowego sygnału wibroakustycznego przez porównanie sygnału zmierzonego podczas eksploatacji silnika z tym modelem. Jednak model ten powinien ulec adaptacji po każdorazowej wymianie elementów zespołu napędowego i każdym remoncie silnika. Musi więc być łatwo i szybko identyfikowalny, najlepiej w sposób automatyczny. Problem zmiany charakterystyk drganiowych przedstawiono na przykładzie drgań nowego silnika Ford Fiesta i silnika Fiat Punto o znacznym przebiegu (400 tys. km). Przedstawiono przebiegi czasowe i widma drgań dla silnika sprawnego i z wypalonym zaworem wylotowym. Zaproponowano metody generowania modelu bazowego i jego identyfikacji.

9

Teksturowanie laserowe warstwy wierzchniej trzonka zaworu silnika spalinowego

Napadłek W.

Logistyka

|

2011

|

nr 6

PL

W artykule przedstawiono metodykę i wyniki badań teksturowania laserowego warstwy wierzchniej trzonka zaworu wylotowego tłokowego silnika spalinowego, wykonanego ze stali zaworowej X53CrMnNiN 21-9. Obróbkę laserową przeprowadzono za pomocą lasera Nd: YAG o długości fali promieniowania laserowego ?=1064 nm. Zastosowanie ablacyjnej mikroobróbki laserowej w newralgicznych strefach trzonka zaworu miało na celu wytworzenie odpowiedniej tekstury powierzchni z mikrozasobnikami olejowymi w kształcie mikrokanałów oraz mikroczasz. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów uzyskano bardzo regularną teksturę powierzchni, co prawdopodobnie korzystnie wpłynie na procesy tribologiczne i zmniejszenie zużycia skojarzenia trzonek zaworu - prowadnica.

EN

In the article shown methodology and results of investigations laser texturing surface layer exhaust valve handle internal combustion engine made from steel alloy X53CrMnNiN 21-9. The laser processing was conducted with use laser Nd:YAG ( wavelength laser radiation = 1064 nm). The use of laser ablation micromachining in neuralgic zones of valve handle to produce the suitable texture on surface with oil microgrows in shape micro- chanells and micro- bowls. It the experiment made very regular surface texture, what probably will be have good influance on tribological processes the and decrease the waste of association valve handle - valve guide.

10

Analysis of failures to inlet and exhaust valves of 4C90 diesel engine

Hejwowski T., Dębski H., Gardyński L., Nastaj T.

Journal of KONES

|

2008

|

Vol. 15, No. 3

171-178

EN

The paper presents results of MES calculations of temperature, stress and displacement distributions. The considered engine was the actual naturally aspirated one of 4C90. Calculations were performed by means of Abaqus Standard computer program. The engine elements considered were exhaust and inlet valves. This numerical tool used in the calculations enabled the execution of the finite element method calculations in non-linear range on the basis of iterative calculations of the geometrically non-linear issues using Newton - Raphson methods. The elements utilized in model were of C3D8T type, 8th. nodal, hexagonal to paired temperature-distortional analysis with the shape function of the first type. The elements of this type were used to model geometrically straight elements, such as: the valve seats, weld overlay, the valve guides, the valve disks, the valve stems. The remaining parts of engine were modelled with the utilization of C3D4T elements 4th nodal, tetragonal to paired temperature-distortional analysis with the shape function of the first type. The paired temperature-distortional analysis was carried out. The total number of elements was 371095, in this 20698 elements in inlet valve, 15117 elements in exhaust valve, 3264 elements in weld overlay, 2108 of elements in inlet valve seat, 1664 elements in exhaust valve seat, 126233 elements in the head. Obtained results are in fair agreement with similar studies for the other CI engines. Results of experimental studies into wear mechanisms at the valve seat surfaces are presented. Corrosion, adhesion and indentation wear were documented by means of SEM and EDX measurements. Results of numerical calculation proved that significant sliding takes place on the mating surfaces, which was caused by the mutual displacement of valve seat insert and valve stem.

PL

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych wykonanych metodą elementów skończonych rozkładów naprężeń, temperatur i odkształceń. Rozpatrywanym silnikiem był wolnossący silnik ZS typu 4C90. Obliczenia wykonano przy pomocy programu Abaqus Standard. Rozpatrywanymi elementami silnika były zawory dolotowe i wylotowe. Zastosowane do obliczeń narzędzie numeryczne umożliwiało wykonywanie obliczeń MES w zakresie nieliniowym w oparciu o iteracyjne techniki obliczeń zagadnień geometrycznie nieliniowych z wykorzystaniem metody Newtona - Raphsona. W modelu wykorzystano elementy typu C3D8T 8-węzłowe, heksagonalne do analizy sprzężonej temperaturowo-odkształceniowej z funkcją kształtu 1-rzędu. Elementy tego typu były wykorzystane do zamodelowania elementów prostych geometrycznie, takich jak: gniazda zaworów, napoina, prowadnice zaworów, talerzyki zaworów, trzonki zaworów. Pozostałe części silnika zamodelowano z wykorzystaniem elementów C3D4T 4-węzłowych, tetragonalnych do analizy sprzężonej temperaturowo-odkształceniowej z funkcją kształtu 1-rzędu. Wykonano analizę sprzężoną temperaturowo-odkształceniową. Liczba elementów wynosiła 371095, w tym 20698 elementów w zaworze ssącym, 15117 elementów w zaworze wydechowym, 3264 elementy w napoinie, 2108 elementów w gnieździe ssącym, 1664 elementy w gnieździe wydechowym, 126233 w głowicy. Rezultaty analiz numerycznych są w dobrej zgodności z publikowanymi wynikami dla innych silników ZS. Zostały przedstawione wyniki badań eksperymentalnych mechanizmu zużywania powierzchni przylgni zaworów. Udokumentowano metodami SEM i EDX występowanie korozji, odkształcenia plastycznego oraz zużycia adhezyjnego. Rezultaty obliczeń numerycznych udowodniły, że występuje znaczny poślizg na powierzchni tarcia co jest spowodowane wzajemnym przemieszczeniem gniazd i zaworów.

11

Porównawcze badania zależności między geometrią zaworów silnikowych a ich stanem cieplnym

Nagórski Z.

Silniki Spalinowe

|

2007

|

R. 46, nr SC1

73-87

PL

Referat stanowi kontynuację tematyki symulacyjnych badań cieplnych zaworów wylotowych tłokowych silników spalinowych, m. in. podczas tzw. "zimnego" rozruchu. Przedstawiono zmodyfikowany, trójwymiarowy model nieustalonej wymiany ciepła w zespole zaworowym (gniazdo - zawór - prowadnica) z zaworami o różnych kształtach grzybków. W modelu odwzorowano ruch zaworów względem gniazd i prowadnic, uwzględniono zmienną w czasie temperaturę gniazd i prowadnic oraz charakterystykę termiczną cyklu roboczego silnika. Uzyskano chwilowe rozkłady pól temperatury i jej gradientów w zaworach z grzybkami: płaskim, wklęsłym i wypukłym oraz dla trzech rodzajów materiałów grzybków, przy takich samych charakterystykach termicznych cyklu roboczego. Pola temperatury posłużyły do wyznaczenia przebiegów temperatury w wybranych punktach grzybków zaworowych. Pozwala to na porównawczą ocenę wpływu geometrii i rodzaju materiałów zaworowych na stany cieplne zaworów np. w okresie "zimnego" rozruchu silnika oraz wybór najkorzystniejszego wariantu zaworu.

EN

The present work is the continuation of the simulational thermal investigations of exhaust valves of piston combustion engines during so called cold start. The modified 3D model of unstable heat transfer in valve unit (valve + valve-seat + valve-guide) for different forms the valve-head. The model refers to valves motion with respect to valveseats and valve-guides considering valve-seat and valve-guide temperature fluctuations in time as well as the thermal characteristic of engine working cycle. The transient temperature fields distributions were obtained for plane, convex and concave valve-heads. Three different materials of valve-heads were tested under the same thermal conditions of engine working cycle. The temperature fields were used to formulate the time distribution of temperature in selected points of valve-heads. In the result the comparative estimation of the influence of geometry and material properties on the valve thermal state were obtained for engine cold start, as an example, and the optimal choice of valve shapematerial was possible.

12

Modelowanie pola temperatur zaworu wylotowego doładowanego silnika z zapłonem samoczynnym w stanie nieustalonym

Gustof P., Jędrusik D.

Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 50

15-22

PL

W pracy wyznaczono pola temperatur zaworu wylotowego doładowanego silnika z zapłonem samoczynnym w stanie nieustalonym przy zastosowaniu modelu dwustrefowego procesu spalania oraz metody elementów skończonych (MES) za pomocą programu Cosmos/M.

EN

The thesis determines fields of temperatures the exhaust valve of Diesel turbo engine in an unsteady state performed using model of process of two-zone combustion and the finite elements method (MES) with support of programme Cosmos/M.

13

Modyfikacja warstwy wierzchniej stali 50H21G9N4 z wykorzystaniem azotowania jarzeniowego

Napadłek W., Bogdanowicz Z., Kowalczyk S., Pakowski C., Szudrowicz M.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

534-536

PL

W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań warstwy wierzchniej wytworzonej przy użyciu azotowania jarzeniowego na stali zaworowej 50H21G9N4. Określono wpływ azotowania na mikrostrukturę, skład chemiczny, mikrotwardość oraz właściwości tribologiczne wytworzonej warstwy. W wyniku doboru parametrów obróbki cieplno-chemicznej, ustalono takie, przy których należy prowadzić przemysłowy proces azotowania jarzeniowego stali zaworowej. Przeprowadzone wyniki badań potwierdziły możliwość zastosowania tej technologii w procesach modyfikacji warstwy wierzchniej zaworów wylotowych stosowanych w silnikach spalinowych.

EN

The article presents some chosen results of the research of the surface layer made on a 50H21G9N4 austenitic steel by ion nitriding. The influence of the nitriding onto microstructure, chemical constitution, microhardness and tribological properties of created layer, was determined. Because of the different variants of thermochemical treatment, the best conditions were established to industrial ion nitriding of austenitic steel. Obtained results of investigations confirmed the possibility of using this technology in modification processes of exhaust valves in combustion engines.

14

Komputerowe wspomaganie obliczeń cieplnych zaworu dolotowego i wylotowego silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym

Gustof P.

Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska

|

2002

|

z. 46

41-45

PL

W pracy wyznaczono obciążenia cieplne dla zaworu dolotowego i wylotowego silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym. Obliczenia cieplne tych elementów przeprowadzone zostały z zastosowaniem metody elementów skończonych (MES).

EN

The paper determines the heat load for the inlet valve and the exhaust valve of Diesel piston engine. Computation of thermal parameters for these component parts -as been performed using the finite elements method (MES).