Wpływ asymetrycznych kształtów powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających na sprawność mechaniczną tłokowego silnika spalinowego
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Inżynierii Transportu, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Wydział Inżynierii Transportu, Politechnika Poznańska | [ E ] pensioner
EN The impact of the asymetric shapes of sliding surfaces of sealing rings on the mechanical efficiency of the reciprocating combustion engine
polish
- silnik spalinowy
- sprawność mechaniczna
- pierścienie tłokowe
- film olejowy
- straty tarcia
- internal combustion engine
- mechanical efficiency
- piston rings
- oil film
- friction losses
PL Praca dotyczy określenia wpływu asymetrii kształtu powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających na sprawność mechaniczną tłokowego silnika spalinowego i wybrane para-metry filmu olejowego pokrywającego powierzchnie współpracujące par kinematycznych. We wprowadzeniu zaprezentowano wymagania funkcjonalne i problematykę modelo-wania zjawisk fizycznych zachodzących podczas współpracy pierścieni tłokowych z gładzią cylindrową. W kolejnych rozdziałach określono znaczenie strat tarcia pierścieni uszczelniają-cych współpracujących z gładzią cylindra w bilansie energetycznym wielocylindrowego tłoko-wego silnika spalinowego, wpływ przepływu strumienia mieszaniny gazów przez uszczelnienie pierścieniowe na lokalny rozkład temperatur i położenie kątowe pierścieni tłokowych w row-kach tłoka oraz fragmentaryczne wypełnienie olejem przestrzeni między asymetryczną po-wierzchnią ślizgową pierścieni uszczelniających a gładzią cylindra. Następnie opisano meto-dykę i problem wprowadzania opisu matematycznego reprezentującego zjawiska fizyczne i chemiczne pokrycia powierzchni ślizgowych pierścieni tłokowych filmem olejowym o cechach lepkosprężystych. Przedstawiono także problematykę zmniejszania strat tarcia zestawienia tłok-pierścienie-cylinder w tłokowym silniku spalinowym o zwiększonym izochorycznym stopniu przyrostu ciśnienia. Skupiono się przede wszystkim na obecnych tendencjach w pro-jektowaniu tłokowych silników spalinowych posiadających doładowanie i wpływie tego doła-dowania na pokrycie filmem olejowym asymetrycznych kształtów powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających. W projektowaniu odpowiednich asymetrii kształtu powierzchni ślizgowych pierścieni istotne jest kształtowanie odporności na zużycie ścierne tych powierzchni pierścieni tłokowych przez stosowanie zróżnicowanych metod ich obróbki oraz powłok przeciwzużyciowych. Opi-sano również różne powłoki stosowane na pierścienie tłokowe i skutki funkcjonalne ich zasto-sowania. Wyodrębniono wady i zalety tych powłok oraz możliwość ich stosowania w wyrobie przyjętych asymetrii kształtu powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających. Na podsta-wie odpowiedniej analizy możliwości modelowania określonych zjawisk zachodzących w tło-kowym silniku spalinowym oraz możliwości technologicznych wyrobu wybranych asymetrii kształtu powierzchni ślizgowych pierścieni sformułowano cel i tezy pracy, oraz zakres prowadzonych badań eksperymentalnych i czynności dodatkowych niezbędnych do udowodnienia tez pracy. Przestawiono wyniki badań symulacyjnych symetrycznych i asymetrycznych kształtów powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających oraz technologię wyrobu asymetrii stereo-metrycznych kształtów powierzchni ślizgowych pierścieni uszczelniających. Opisano metodykę i wyniki prowadzonych badań eksperymentalnych na stanowisku badawczym oraz po-dano wyniki badań eksperymentalnych tribologicznych pierścieni przed i po okresie docierania złożeń kinematycznych silnika. Na podstawie przeprowadzonych badań pośrednich i eksperymentalnych stanowisko-wych sformułowano wnioski, które potwierdziły tezy pracy.
EN This research work deals with the determination of the effect of shape asymmetry of the sliding surfaces of the sealing rings on the mechanical efficiency of a piston combustion engine and selected parameters of the oil film covering mating surfaces of kinematic pairs. The introduction presents functional requirements and problems of modeling physical phenomena which occur during the cooperation of piston rings and the cylinder bearing sur-face. The consecutive chapters concerning theoretical considerations determine the signifi-cance of frictional loss of the sealing rings mated with the cylinder bearing surface in the energy balance of a multi-cylinder piston combustion engine, as well as the influence of the flow of gas mixture flux through the ring seal on the local temperature pattern and the angu-lar position of piston rings in the piston grooves and fragmentary oil filling of the gaps be-tween the asymmetric sliding surface of the sealing rings and the cylinder bearing surface. Next, one describes the methodology and problems with the introduction of a mathematical description representing the physical and chemical phenomena involved in the coating the sliding surfaces of piston rings with oil film of viscoelastic properties. A subsequent chapter presents the problems of reducing frictional loss of the piston-rings-cylinder set in a piston combustion engine with an increased isochoric degree of pressure gain. This chapter focuses attention on the current tendencies in the design of piston combustion engines with turbo charge and its impact on covering asymmetric shapes of the sliding surfaces of the sealing rings with oil film. In the design of appropriate shape asymmetries of the sliding surfaces of rings, it is crucial to form abrasion resistance of these surfaces of piston rings by means of various methods of treatment and anti-wear coatings. This chapter describes a variety of coatings applied on piston rings and the functional effects of their use. It distinguishes the advantages and disadvantages of these coatings and the possibility of using them in manufacturing the adopted shape asymmetries of sliding surfaces of sealing rings. On the basis of a proper analysis of the possibility of modeling specific phenomena occurring in the piston combus-tion engine and technological capabilities of producing selected shape asymmetries, the goal and theses of this work, and the scope of experimental research and additional activities necessary to prove the theses have been formulated. The main chapters present simulation studies of symmetric and asymmetric shapes of sliding surfaces of sealing rings, the technology of manufacturing asymmetries of stereomet-ric shapes of sliding surfaces of sealing rings, and describe the results and methodology of conducting experimental research on a test bench. These chapters also demonstrate the re-sults of experimental and tribological tests of the rings used for the bench tests before and after the lapping of kinematic sets of the engine. On the basis of indirect research and exper-imental bench tests, appropriate conclusions have been drawn which confirmed the theses of this work.
245
engineering and technical sciences
construction and operation of machinery
DrOIN 1946
public
Jerzy Girtler
Gdańsk, Polska
25.09.2018
polish
public
Stefan Żmudzki
Szczecin, Polska
01.10.2018
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
08.11.2018
Rada Wydziału Inżynierii Transportu Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budowa i eksploatacja maszyn