Wpływ mikrogeometrii powierzchni bocznej tłoka na sprawność mechaniczną silnika spalinowego
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Napędów, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Napędów, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ E ] pensioner
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Napędów, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN The Influence of Microgeometry of the Piston Lateral Surface on the Mechanical Efficiency of a Combustion Engine
polish
- silnik spalinowy
- tarcie
- smarowanie
- tłok
- powierzchnia nośna
- combustion engine
- friction
- lubrication
- piston
- bearing surface
PL Mechanizm tłokowo-korbowy odgrywa szczególną rolę w silniku spalinowym. Z jednej strony jest niezbędny do przetworzenia energii zawartej w paliwie na energię mechaniczną, z drugiej jednak jest głównym zespołem powodującym straty tej energii. Można zatem stwierdzić, że zarówno zalety, jak i wady silnika spalinowego są w dużej mierze uzależnione od rozwiązań konstrukcyjnych mechanizmu tłokowo-korbowego. Problematyka poruszona w pracy doktorskiej ma na celu określenie wad tego mechanizmu, a następnie sposobów ich ograniczenia. Ograniczenie wad to przede wszystkim redukcja strat energii wywołanych tarciem, co jest podstawowym sposobem zmniejszenia zużycia paliwa. Na początku przedstawiono spis ważniejszych skrótów i oznaczeń przedstawionych w rozprawie. Praca została podzielona na dwanaście rozdziałów i zawiera 120 stron. We wstępie przedstawiono opis zagadnień związanych z genezą tematyki pracy. W drugim rozdziale dokonano przeglądu rozwoju konstrukcji silników spalinowych szczególnie grupy tłok-cylinder. Dalej omówiono procesy zużywania elementów grupy tłokowo-cylindrowej. Kolejny rozdział poświęcony został technologii konstrukcji tłoków silników spalinowych w aspekcie redukcji strat tarcia oraz zużycia paliwa. W piątym rozdziale przedstawiony został cel oraz sformułowano tezę rozprawy. W kolejnym rozdziale dotyczącym metodyki badań dokonano analizy sposobu rozwiązania problemu badawczego. W rozdziale siódmym zaprezentowane zostały wyniki badań symulacyjnych eksperymentalnych powierzchni bocznych tłoków. Dodatkowo opisano program wykorzystany do symulacji oraz przedstawiono wyniki badań dla eksperymentalnych mikrogeometrii powierzchni bocznej tłoków. W kolejnym rozdziale opisano kształtowanie i ocenę mikrogeometrii eksperymentalnych tłoków silnika spalinowego, które wykorzystano do badań stanowiskowych. Przedstawiono sposób uzyskania mikrogeometrii, opracowano metodykę jej pomiaru. Dokonano również pomiarów metrologicznych. W rozdziale ósmym zaprezentowano laboratoryjne stanowisko do badań zjawisk tarcia w układzie tłok-cylinder na którym wykonano badania stanowiskowe. W rozdziale dziewiątym zaprezentowano wyniki badań wraz z analizą przyczynowo skutkową wykonanych na stanowisku modelowym. Przedstawiono rezultaty oraz wpływ eksperymentalnych mikrogeometrii tłoków na straty tarcia w silniku spalinowym. Wyniki te zostały porównane z wynikami badań symulacyjnych. W kolejnym rozdziale przedstawiono podsumowanie wyników badań i analiz dotyczącej problematyki rozprawy. W ostatnim, dwunastym rozdziale zaprezentowano kierunek dalszych badań.
EN The crank-piston assembly plays a particular role in the operation of a combustion engine. On one hand, it is essential for converting the energy contained in the fuel into mechanical energy and on the other, it is the main assembly that generates loss of this energy. One may assume that both the pros and the cons of a combustion engine are heavily dependent on the design solutions of the crank-piston assembly. The problem discussed in the dissertation aims at determining the imperfections of the mechanism and the methods of their elimination. By Eliminating the imperfections, the author means the reduction of friction-related energy loss, which is the fundamental method reducing the fuel consumption. In the beginning of the study, the author presents a list of all important names and abbreviations used in the dissertation. The dissertation has been divided into twelve chapters and contains 120 pages. In the introductory part, the author presents a description of problems related to the topic origin of the dissertation. In the second chapter, an analysis of the advancement of the design of combustion engines to date was carried out, particularly in the area of the cylinder-piston assembly. Further in the dissertation, the author discusses the processes of wear of the components of the said assembly. The next chapter is devoted to the technology of piston construction in combustion engines in terms of reduction of the friction loss and fuel consumption. In chapter five, the author presents the aim of the dissertation and its thesis. In the next chapter related to the research methodology, the author performs an analysis of the method of solution of the research problem. In chapter seven, the author presents the results of simulation experimental research related to the lateral surfaces of the pistons. Chapter seven additionally describes software used for the simulation and presents the results of the experimental research of the microgeometries of the piston lateral surfaces. In the next chapter, the author describes the formation and evaluation of the microgeometry of the pistons used in the test stand investigations. A method of obtaining of the microgeometry was presented, the methodology of its measurement was developed and metrological measurements were carried out. In chapter eight, the author presents a laboratory test stand for the investigations of the friction phenomena in the cylinder-piston assembly. The said investigations were carried out on this equipment for the purpose of the dissertation. In chapter nine, the author presents the results of the investigations performed on the model test stand along with the cause-and-effect analysis thereof. Chapter nine also includes the results and the influence of the experimental microgeometries on the friction-related loss in a combustion engine. These results were compared with the results of the simulation research. In the next chapter, the author presents the summary of the research results and analyses related to the topic of the dissertation. In the final, twelfth chapter, the author presents the trends for further research.
120
mechanical engineering
construction and operation of machinery
DrOIN 2073
public
Jerzy Girtler
Gdańsk, Polska
30.11.2019
polish
public
Stefan Żmudzki
Szczecin, Polska
07.01.2020
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
21.10.2020
Rada Dyscypliny Inżynieria Mechaniczna Politechniki Poznańskiej
doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: inżynieria mechaniczna