تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

مطالعه تجربی تعیین نیروی اصطکاک بین حلقه و استوانه‏ با سنجش حرکت سمبه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران‏
چکیده
سازوکار رفت و برگشتی استوانه‏-سمبه‏ یکی از غالب‌­ترین طرح‌ها از آغاز اختراع موتور‌‌های احتراق داخلی تا به حال بوده است. با کاهش اصطکاک بین استوانه‏ و سمبه‏ می‌­توان حرکت رفت و برگشتی سمبه‏ را براحتی میسر ساخت. فشار داخل استوانه‏ در مراحل تراکم و انبساط مقادیر خیلی قویتری نسبت به محفظه میل‌­لنگ دارد و به دلیل حرکت سمبه‏ در داخل استوانه‏ و تغییر دمای آن در طول کارکرد موتور، وجود لقی بین آن­‌دو ضروری است. این لقی، شکاف‌هایی را بین محفظه استوانه‏ و محفظه میل‌لنگ بوجود می‌آورد. با استقرار حلقه الاستیک دهان­‌باز در شیار مخصوص آن روی سمبه‏ مانع جدی برای عبور جریان ایجاد می‌­شود. با این وجود اصصکاک بین حلقه و استوانه‏ علاوه بر اتلاف کار می‌­تواند سبب حرکت نسبی حلقه در شیار خود طی رفت و برگشت سمبه‏ شود و هندسه نشتی را تغییر دهد، لذا نیروی اصطکاک حلقه حائز اهمیت است. در کار حاضر برای اندازه‌گیری این اصطکاک یک روش دقیق تجربی بکمک دستگاه جرم-قرقره-ریسمان مجهز به حسگر اندازه‌گیری جابجایی پیشنهاد و استفاده شده است. پس از برآورد تجربی-تحلیلی گشتاور مقام قرقره‌­ها، نیروی اصطکاک در دو حالت سمبه‏ بدون حلقه و سمبه‏ با حلقه اندازه‌­گیری و محاسبه شد تا از روی آنها نیروی اصطکاک حلقه را برآورد کرد. نتایج حاصله نشان داد که نیروی اصطکاک یک حلقه فشاری 2.87 نیوتن بود و اگرچه سمبه‏ تحت حرکت قائم، بار جانبی ملموسی نداشت اما ملاحظه شد که نیروی اصطکاک آن حدود 77% اصطکاک حلقه فشاری بود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

An experimental study of determining friction force between ring and cylinder by ‎measuring piston movement

نویسندگان English

Ebrahim Abdi Aghdam
Nima Moradi
Mohammad Vajdi
Mechanical Engineering Department, ‎University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

The cylinder-piston reciprocating mechanism has been one of the most dominant designs since the invention of internal combustion engines. By reducing friction between the cylinder and piston of the engine, the reciprocating movement of the piston can be made possible, easily. The pressure inside the cylinder during the compression and expansion strokes is much higher than in the crankcase. Due to the movement of the piston inside the cylinder and its temperature change during the engine operation, a clearance needs to be between them. The clearance creates some crevices between the cylinder chamber and the crankcase. By placing the open-mouthed elastic rings in their special grooves on the piston, some serious flowing obstacles are created. However, in addition to the loss of work, the friction between the rings and cylinder can cause the relative motion of the rings in their grooves during the reciprocating movement of the piston and change the blowby geometry, so the ring friction forces are important. In the present work, an accurate experimental method is proposed and used to measure the friction of a ring with a cylinder applying a mass-pulley-string set, equipped with a displacement measurement sensor. After the experimental-analytical estimation of pulley-resistant torques, to extract the friction force of the ring, the friction force was measured and calculated in two states piston without ring and piston with ring. The results showed that the friction force of a compression ring was 2.87 N and although the piston under vertical movement had no noticeable lateral load, it was observed that its friction force was about 77% of the compression ring friction.

کلیدواژه‌ها English

Engine
Friction Force
Piston
Ring
Cylinder Bush
[1] Chen H. Modelling of liner finish effects on oil control ring lubrication in internal combustion engines based on deterministic method (Doctoral dissertation, Master Thesis), 2008.
[2] Mishra PC, Rahnejat H, King PD. Tribology of the ring—bore conjunction subject to a mixed regime of lubrication. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2009 Apr 1;223(4):987-98. doi: 10.1243/09544062JMES1220
[3] Truhan JJ, Qu J, Blau PJ. A rig test to measure friction and wear of heavy duty diesel engine piston rings and cylinder liners using realistic lubricants. Tribology International. 2005 Mar 1;38(3):211-8. doi: 10.1016/j.triboint.2004.08.003
[4] Mehrab-Vegar M, Ehteram M, Shargi P, Padash A. Simulating the friction of piston and ring system of national engine under motoring and firing conditions and study of the effects of piston- cylinder clearance on the friction. The Journal of Engine Research. 2015;41-8. [In Persian]
[5] Ferguson CR, Kirkpatrick AT. Internal combustion engines: applied thermosciences. John Wiley & Sons; 2015 Jul 1.
[6] Heravi MM. Investigating blow-by flow in internal combustion engines and its effect on piston ring friction, Iran University of Science and Technology, 2002. [In Persian]
[7] Abdi aghdam E, Zamzam A. Study of the Effect of Engine Speed and the Operating Life on Blowby in Fueled Motoring for XU7JP/L3 Engine. Journal of Mechanical  Engineering. 2019;48:209–18. [In Persian]
[8] Mohammadi S. Study of the effect of piston motion on mass exchange between cylinder and top land crevice in a single cylinder research engine, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, 2021. [In Persian]
[9] Abdi Aghdam E, Rahimi M, Kabir MM. Confirmation of engine eakage pattern using experimental results in motoring mode. The Journal of Engine Research. 2008;9-14. [In Persian]
[10] Abdi Aghdam E, Kabir MM. Validation of a blowby model using experimental results in motoring condition with the change of compression ratio and engine speed. Experimental thermal and fluid science. 2010 Feb 1;34(2):197-209. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2009.10.021
[11] Tahouneh S, Abdi Aghdam E. Validation of a Polytropic-Base Blowby Model using Experimental Data of Gasoline Fuelled Motoring Cycles. Modares Mechanical Engineering. 2018 Jan 10;17(10):205-12. [In Persian]
[12] Majbouleh M. Study of the effect of accelerated piston motion of interned combustion engine on crevice in a blowby ploytropic model, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, 2023. [In Persian]

  • تاریخ دریافت 26 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 28 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 02 اردیبهشت 1403