Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Simulation research into the influence of the combustion chamber blowby on the efficiency of a diesel engine

Koszałka G., Gęca M., Suchecki A.

Combustion Engines

|

2014

|

R. 53, nr 3

73--79

EN

Combustion chamber leakage, caused mainly by blowby, results in a reduced engine performance and higher fuel consumption. The blowby rate is, to some extent, determined by the design of the piston-ring-cylinder assembly (PRC) and the blowby rate varies throughout the life of an engine due to wear of the said assembly. The paper presents a quantitative evaluation of the influence of the combustion chamber blowby on the engine performance and fuel consumption on the example of two diesel engines: older generation naturally aspirated indirect injection diesel engine and a modern turbocharged direct injection engine. The assessment was made based on a simulation research using the AVL Boost software and the input data for the calculations were ascertained based on measurements performed on actual objects. The results have shown that a reduction of the blowby by half compared to the values occurring in engines of good technical condition would increase the maximum torque and power by approx. 0.5% for both investigated engines. The results of the simulation have also shown that increases in the blowby occurring in engines after long service lead to increased fuel consumption from 1% to 7% and the lower the engine speed and load the greater theses values.

PL

Nieszczelności komory spalania silnika spalinowego, spowodowane głównie przedmuchami spalin do skrzyni korbowej, są przyczyną mniejszych osiągów silnika oraz większego zużycia paliwa. Wartości natężenia przedmuchów spalin mogą być, w pewnym zakresie, kształtowane przez konstrukcję układu tłok–pierścienie–cylinder (TPC), ponadto zmieniają się one w czasie eksploatacji silnika na skutek zużycia układu TPC. W artykule dokonano ilościowej oceny wpływu nieszczelności komory spalania na osiągi i zużycie paliwa na przykładzie dwóch silników o zapłonie samoczynnym: starszej generacji niedoładowanego silnika z wtryskiem pośrednim oraz nowoczesnego, turbodoładowanego silnika z wtryskiem bezpośrednim. Oceny dokonano na podstawie badań symulacyjnych prowadzonych z wykorzystaniem programu AVL Boost, przy czym dane wejściowe do obliczeń ustalono na podstawie pomiarów przeprowadzonych na obiektach rzeczywistych. Wyniki badań wykazały, że zmniejszenie o połowę przedmuchów spalin, w stosunku do wartości spotykanych w silnikach będących w bardzo dobrym stanie technicznym, pozwoliłoby na zwiększenie maksymalnego momentu obrotowego i mocy maksymalnej o około 0,5% dla obu badanych silników. Wyniki symulacji wykazały również, że spotykane w eksploatacji wzrosty natężenia przedmuchów spalin powodują wzrost zużycia paliwa od 1% do 7%, przy czym wartości te są tym większe, im mniejsze są obciążenie silnika i jego prędkość obrotowa.

3

Numerical simulation of the ring twists during diesel engine operation

Koszałka G., Guzik M., Niewczas A.

Silniki Spalinowe

|

2011

|

R. 50, nr 3

EN

The paper presents a mathematical model of ring pack of a diesel engine. A submodel of ring twists is described in details. Numerical algorithms applied and computer program worked out are characterised. A method of input data determination and results of simulations are also described. The results of initial simulations investigating the effect of engine operation condition on ring twists are presented. The possible applications of the results of calculations in engine design is also discussed in the paper.

PL

W artykule przedstawiono matematyczny model uszczelnienia tłok-pierścienie-cylinder silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym, w szczególności podmodel opisujący skręcenia pierścieni tłokowych. Scharakteryzowano założenia modelu oraz opracowaną aplikację komputerową. Opisano sposób wyznaczania danych wejściowych oraz przedstawiono wyniki wstępnych badań wpływu warunków pracy silnika na skręcenia pierścieni. Omówiono możliwe obszary wykorzystania wyników badań symulacyjnych prowadzonych z wykorzystanie opracowanego programu komputerowego.

4

Prognozowanie trwałości układu tłok-pierścienie-cylinder, silnika o zapłonie samoczynnym z wykorzystaniem modelu uszczelnienia TPC

Koszałka G.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2011

|

nr 3

40-44

PL

W artykule przedstawiono nową metodę prognozowania trwałości tłokowego silnika spalinowego, wykorzystującą wyniki pomiarów zużycia elementów układu tłok-pierścienie-cylinder oraz komputerową symulację uszczelnienia TPC silnika. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, proponowana metoda nie wymaga wyprzedzającej znajomości zużycia granicznego, kluczowego dla dokładności prognozy, a którego wiarygodne określenie dla nowych konstrukcji jest trudne. W prezentowanej metodzie zużycie graniczne wyznaczane jest na podstawie analitycznego modelu uszczelnienia TPC. W artykule przedstawiono przykład wykorzystania metody do prognozowania trwałości samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym.

EN

The article presents a new method for predicting the durability of an internal combustion engine, which uses results of wear measurements of components of the piston-rings-cylinder system and computer simulations of the piston ring pack. In contrast to traditional methods, the method proposed here does not require previous knowledge of wear limits, which, though crucial for precise prediction, are difficult to determine reliably in modern structures. In the method presented here, wear limits are determined on the basis of an analytical model of the piston ring pack. The article shows an example of the application of the proposed method for predicting the durability of a motor-vehicle compression-ignition engine.

5

Changes in the tightness of the combustion chamber of an diesel engine during long-term operation

Koszałka G.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 3

215-222

EN

The paper presents results of research on changes in the tightness of the combustion chamber during long-term operation. The study was conducted on 5 six-cylinder diesel engines with a swept volume of 6.8 dm mounted in medium size trucks. All 5 trucks were used and serviced in similar conditions. The changes in the tightness o f the combustion chamber were determined on the basis of the results of periodical measurements of maximum compression pressure in cylinders, drop of pressure during a cylinder leakage test and blowby rate under different conditions of engine operation. The investigation was carried out in the range of vehicle mileage of 0-450,000 km. The results show ed that in the initial period of engine use (0-40,000 km) the tightness of the combustion chamber improved, after which it gradually deteriorated. For mileages of over 40,000 km, the significance of linear correlations between results of all tightness measurements and mileage were conflrmed and regression lines were determined. Mean rates of changes in the individual tightness parameters differed considerably among one another. Mazimum compression pressure changed the slowest and blowby the fastest together with mileage. Mean value of maximum compression pressure at 440,000 km was only 13% lower than at 40,000 km, whereas blowby rate at full engine loadat 2200 rpm was 125% higher.

6

Prediction of IC engine power system durability with the use of ring pack model

Koszałka G., Niewczas A.

Journal of KONBiN

|

2010

|

No. 1 (13)

299-310

EN

The paper presents the new method of engine life prediction, which bases on the results of wear measurements taken on an investigated engine and simulations carried out with the use of the analytical model of ring pack of the engine. In the contrary to traditional methods the proposed method does not require the prior knowledge of the limit wear value, which is essential for the prediction, however its reliable establishing for new engines is difficult. In the presented method its value is determined with the use of the ring pack model. The example of durability calculation for an automotive diesel engine is also presented.

PL

W artykule przedstawiono nową metodę prognozowania trwałości silnika, wykorzystującą wyniki pomiarów zużycia elementów układu tłokpierścienie-cylinder oraz wyniki badań symulacyjnych modelu uszczelnienia TPC silnika. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, proponowana metoda nie wymaga wyprzedzającej znajomości zużycia granicznego, która jest kluczowa dla dokładności prognozy, a której wiarygodne określenie dla nowych konstrukcji jest trudne. W prezentowanej metodzie wartość zużycia granicznego wyznaczana jest z wykorzystaniem modelu uszczelnienia TPC. W artykule przedstawiono przykład wykorzystania metody do prognozowania trwałości samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym.

7

Wykorzystanie modelu szczelności układu TPC do oceny eksploatacyjnych zmian natężenia przedmuchów spalin do skrzyni korbowej

Koszałka G.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2010

|

nr 4

72-81

PL

W pracy dokonano oceny możliwości wykorzystania analitycznego modelu szczelności układu tłok-pierścienie-cylinder (TPC) do przewidywania eksploatacyjnych zmian stanu technicznego samochodowego silnika spalinowego. Oceny tej dokonano porównując wyniki badań symulacyjnych modelu TPC z wynikami badań przeprowadzonych na obiektach rzeczywistych. Na podstawie długotrwałych badań eksploatacyjnych wyznaczono przebieg zużycia tulei cylindrowej oraz zmiany natężenia przedmuchów spalin do skrzyni korbowej samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym. Następnie przy użyciu opracowanego modelu TPC, pozwalającego uwzględniać wpływ zużycia, obliczono natężenia przedmuchów spalin dla wartości zużycia odpowiadających różnym przebiegom samochodu. Wyniki porównania wartości obliczonych ze zmierzonymi pozwalają stwierdzić, że opracowany model uszczelnienia TPC może być wykorzystany do przewidywania zmian natężenia przedmuchów spalin spowodowanych eksploatacyjnym zużyciem silnika.

EN

The study provides an evaluation of possible applications of the analytical model of the piston-rings-cylinder kit for prediction of the operational changes in the technical condition of a motor-vehicle internal combustion engine. This evaluation was based on a comparison of the results of piston-rings-cylinder kit model simulation and the results of real object testing. Based on long-term operational tests, cylinder liner wear profiles were determined along with blowby flow rates for compression ignition engines. Then, using the developed piston-rings-cylinder model, which takes into consideration the impact of the wear, the blowby flow rates were calculated for wear values corresponding to different kilometrage. The results of the comparison of values calculated with the values measured suggest that the developed piston-rings-cylinder kit model may be used for prediction of blowby flow rate changes due to engine wear.

8

Effect of friction force determination method on results obtained from model of gas flow from combustion chamber to the crankcase

Koszałka G., Niewczas A., Guzik M.

Journal of KONES

|

2009

|

Vol. 16, No. 4

223-239

EN

The paper presents investigation of the influence of the friction force calculation method on the results of simulations run with the use of the model ofgas flow from the combustion chamber to the crankcase and piston rings motion in the grooves. The first series of simulations was run using the gas flow and ring motion model in which the friction force was calculated from the empirical equation. The second series was run with the use of the gas flow and ring motion model fully integrated with the ring lubrication model. In that case the friction force was derived from the hydrodynamic model of ring lubrication. Comparison of the results obtained in the first and second series of simulations indicated that despite the fact that the friction forces calculated with these two methods differed considerably, the method of friction force calculation had insignificant effect. This refers to the ąuantities determined in the simulations which are most important from practical point of view - i.e. displacements of the rings in the grooves, pressure courses in inter-ring regions and blowby rate. It is not necessary to integrate the gas flow and ring motion model with the model of ring lubrication, and doing so to complicate it very much, if the aim of the calculations is simulation of blowby and rings behaviour in the grooves.

9

Eksperymentalne badania wpływu luzu promieniowego drugiego pierścienia uszczelniającego na natężenie przedmuchów spalin i zużycie oleju silnikowego

Koszałka G., Niewczas A.

Silniki Spalinowe

|

2007

|

R. 46, nr SC1

139-144

EN

Piston ring should have possibility of movement in its groove to perform the sealing function properly. This is ensured by clearance fit of the ring in the groove. However, the clearance fit means that there are crevices between side surfaces of the ring and the groove (ring axial clearance) and between the back surface of the ring and the bottom of the groove (ring radial clearance). Combustion gases and oil may flow through these crevices. In production engines ring radial clearances are much bigger then axial ones so throttling action of a behind ring crevice can be neglected. But as the flow through the labyrinth is unsteady, its intensity depends not only on the flow section of throttling passages but also on the volumes of the spaces the gas flows through. Thus, the radial ring clearance that determine the volume of the behind-ring region can have significant influence on the gas flow intensity and oil consumption. Influence of the clearance between the back surface of the second compression ring and the bottom of its groove on diesel engine blowby and oil consumption was investigated experimentally. The clearance value was varied by modification of the depth of the second ring groove. Research was done using four cylinder, naturally aspirated diesel engine with displacement volume 2.4 dm3 (cylinder bore = 90 mm) and rated power 51.5 kW at 4200 rpm. Blowby flowrate was measured with the use of the AVL 442 BlowBy Meter and oil consumption was measured with the use of the AVL 403S Oil Consumption Meter. Results of the experiment show that the influence of radial clearance of the second ring in its groove on blowby and oil consumption depends on engine operation conditions and generally the clearance has higher influence on the oil consumption than on the blowby. The increase of the clearance causes the increase in oil consumption at small engine rotational speed but decrease at medium and high speed. The results allow to state that the increase of the clearance causes some decrease in blowby at small speed and full load of the engine but the effect of the clearance on blowby at other engine working conditions is ambiguous.

10

Model of compression ring twist in the piston groove of a diesel engine

Koszałka G., Guzik M., Niewczas A.

Journal of KONES

|

2006

|

Vol. 13, No. 3

147-153

EN

The paper presents a mathematical model of the compression ring movements and twist in the piston groove. The twist of the ring results from the moment of forces acting on the ring. In the model following forces are considered: force of gas pressure, oil squeezing, friction, asperity contact and inertia. Pressure in oil film is calculated with the use of Reynolds equation. Asperity interactions are calculated with the use of the model developed by Greenwood and Tripp. The wear of the ring side and piston flank are also considered. Adopted in the model scheme of forces and pressures acting on the compression ring is shown in Fig. 1. The model is to be a sub-model for previously developed piston-rings-cylinder kit model [2], which has not taken this phenomena into consideration. Taking into account the twists of the rings and wear of its side surfaces will enable a better prediction of the ringpack performance and so the engine blowby and oil consumption.

PL

W artykule przedstawiono matematyczny model skręceń pierścienia tłokowego w rowku pierścieniowym tłoka. Skręcenia pierścieni są wynikiem momentów sil się działających na pierścień. W modelu rozważono następujące siły: sita ciśnienia gazów, sita pochodząca od wyciskania filmu olejowego, sita kontaktu pomiędzy chropowatościami współpracujących powierzchni oraz siłą bezwładności. Przyjęty w modelu układ sił i ciśnień działających na pierścień uszczelniający przedstawiono na rys. 1. Ponadto w modelu uwzględniono zużycie bocznych powierzchni pierścienia rowka pierścieniowego. Przedstawiony model jest podmodelem poprzednio rozwijanego modelu zespołu tłok--pierścienie-cylinder, w którym nie uwzględniono tych zjawisk. Uwzględnienie skręceń pierścieni pozwoli lepiej przewidywać zachowanie pakietu pierścieni, w szczególności wpływ skręceń statycznych i zużycia elementów na przemieszczenia pierścieni w rowkach, wartość przedmuchów spalin do skrzyni korbowej i zużycie oleju silnikowego.

11

Modelowanie współpracy pierścienia tłokowego z półką tłoka w silniku spalinowym

Niewczas A., Koszałka G., Guzik M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2006

|

nr 4

82-86

PL

W artykule przedstawiono modele współpracy pierścienia uszczelniającego z rowkiem pierścieniowym tłoka stosowane lub możliwe do zastosowania podczas modelowania uszczelnienia tłok-piścienie-cylinder. Prezentowane modele różnią się przede wszystkim zakresem opisywanych zjawisk, w szczególności uwzględnianiem: skręceń poprzecznych pierścienia, występowania filmu olejowego pomiędzy bocznymi powierzchniami pierścienia i rowka oraz kontaktu pomiędzy chropowatościami tych powierzchni, zużycia powierzchni elementów.

EN

The paper presents models of cooperation between the compression ring and the piston groove used, or possible to use, in models of piston-rings-cylinder assembly. Presented models differ from each other in the range of considered phenomena. In particular the model can consider: twists of the rings, existence of oil film and asperity contact between side surfaces of the ring and the groove and wear of the surfaces.

12

Modelling the blowby in internal combustion engine. Part I. A mathematical model.

Koszałka G.

Archive of Mechanical Engineering

|

2004

|

Vol. LI, nr 2

245-257

EN

The paper describes the mathematical model of gas flow through crevices between the piston, ring and cylinder in internal combustion engine. The model has been developed to study the influence of numerous design parameters and engine operation condition on piston ring pack behaviour and the exhaust gases blowby from the combustion chamber to the crankcase. The model integrates the gas flow and axial rings desplacements in the grooves, and separately treats lands between piston, cylinder and adjacent rings and regions in the grooves behind the rings. The heat transfer between the gas and the surrounding surfaces is calculated and emphasis is placed on considering the influence of wear and thermal deformations of elements on ring pack performance.

PL

W pracy przedstawiono matematyczny model uszczelnienia tłok-pierścienie-cylinder umożliwiający lepsze rozpoznanie mechanizmów działania uszczelnienia, m.in. związków pomiędzy przemieszczeniami pierścieni w rowkach pierścieniowych tłoka a przepływem gazu przez uszczelnienie. Model pozwoli przewidywać wpływ różnych czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na natężenie podmuchów spalin do skrzyni korbowej. Opracowany model jest zintegrowanym modelem przepływu gazu przez szczeliny pomiędzy tłokiem, pierścieniem i cylindrem i przemieszczeń pierścieni w rowkach pierścieniowych tłoka. W modelu przestrzennie między- i zapierścieniowe rozpatrywane są niezależnie. Ponadto uwzględniono deformacje cieplne i zużycie elementów zespołu TPC oraz uszczelniające działanie pierścienia zgarniającego, a także wymianę ciepła pomiędzy przepływającym gazem a otaczającymi go ściankami.

13

Modelling the blowby in internal combustion engine. Part 2. Primary calculations and veryfication of the model.

Koszałka G.

Archive of Mechanical Engineering

|

2004

|

Vol. LI, nr 4

595-607

EN

The paper presents computer application of the mathematical model of piston-ring-cylinder packing, which was described in detail in the first part of the paper. Methodology of selection of the input data, results of primary calculations and the method of model veryfication are also shown. The results allow acknowledging the mathematical model as verified.

PL

W artukule scharakteryzowano strukturę programu komputerowego opracowanego na podstawie matematycznego modelu uszczelnienia TPC, opisanego w pierwszej części artykułu. Model ten jest zintagrowanym modelem przepływu gazu przez szczeliny pomiędzy tłokiem, pierścieniami i cylindrem i przemieszczeń pierścieni w rowkach pierścieniowych tłoka. Scharakteryzowano również sposób doboru danych wejściowych do obliczeń. Model zidentyfikowano dla silnika wysokoprężnego i wykonano obliczenia. Do weryfikacji modelu wykorzystano wyniki pomiarów natężenia przedmuchów spalin. Zadowalająca zbieżność wyników obliczeń i pomiarów, w różnych warunkach pracy silnika, pozwalają uznać opracowany matematyczny model uszczelnienia TPC za zweryfikowany.