Simulering av kolvringsfriktion Markus Söderfjäll 2014-10-09
Agenda Bakgrund och motivering till arbetet Simuleringsmodell Testrigg Komponenter Var finns förlusterna? Hur kan man minska friktionen? Simuleringsmodell Testrigg Framtida arbete
Kolvsystemet
Komponenter i kolvsystemet Kolvringar Kompressionsring Skrapring Oljering Cylinderfoder
Friktionsförluster i kolvsystemet Distribution av total energi Richardson, 2000, Review of power cylinder friction for diesel engines Distribution av mekanisk friktion Kolvsystemet står för 1.1-6.8% av totala förlusterna i dieselmotorer. Distribution av kolvring och vevstaksfriktion. Distribution av kolvringsfriktion
Hur kan vi reducera friktionen? 𝐹 𝑓 =µ∙ 𝐹 𝑛 Minskad ringspänning Konformabiliteten försämras Ökad oljeförbrukning Mer blow-by Bör kombineras med minskad orundhet Δr 2nd 3rd 4th
Simuleringsmodell FEM Oljering Reynolds ekvation Ingen rotation Reynolds ekvation Fullt flödad ring Luleå blandfilmsmörjningsmodell Kontaktmodell Flödesfaktorer för hydrodynamik Elastisk deformation
Simuleringsparametrar Parabolisk ringprofil Uppmätt cylinderfoder yta Stationära fall mitt på slaget Orunda cylinderfoder Varierade parametrar: Ringspänning Orundheten skalas Ordning av orundhet 2 3 4 5 6 8 Max amplitud [µm] 32.5 20.8 15.6 7.8 5.2 3.9 AVL Glide User’s Manual 2000
Resultat 22% 29% 32%
Testrigg Komponentrigg för kolvsystemet Verifiering av simuleringsmodell Högre hastighet än tidigare riggar Liknande flytande-foder Variabla parametrar Hastighet Temperatur Orundhet
Testrigg
Testrigg
Framtida arbete Simuleringsmodell Färdigställa testriggen Orunda cylinderfoder Karakterisera effekterna av orunda cylinderfoder Utreda friktionsminskningen genom kombination av minskad ringspänning och orundhet Utveckla modell för texturer Utöka modellen för att studera samtliga kolvringar Färdigställa testriggen Verifiera simuleringsmodell
Tack till
Kontakt Markus Söderfjäll Avdelningen för maskinelement Luleå tekniska universitet markus.soderfjall@ltu.se
Simuleringsmodell Fh + Fc Ph+Pc v Rt Fh + Fc Ph+Pc Ph= Hydrodynamiskt tryck Pk= Kontakttryck Ff = Friktion Rt = Ringspänning Ps = Axiell kraft från kolv Ps