Advanced Solution to Piston Assembly Dynamics
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Hlavní cíl této práce je vyvinout pokročilý výpočtový model dynamiky pístové skupiny. Kontakt mezi pístem a válcem je zprostředkován skrz vrstvu maziva nebo pomocí kontaktu nerovností. To vede k různým režimům mazání, tudíž k různým silovým interakcím působících na plochy kontaktní dvojice. Během řešení hydrodynamiky a kontaktu nerovností, je nutné zahrnout deformaci pístu a válce do výpočtu—přirozeně iterační proces. Jelikož požadavky na výpočtovou síť kontaktních sil a deformaci těles se liší, byl navržen robustní mapovací algoritmus. Výsledky vyvinutého výpočtového nástroje jsou experimentálně verifikovány. Pro tento účel je uskutečněno měření sekundárního pohybu pístu pomocí laserových snímačů vzdálenosti. Měření je vykonáno na experimentálním motoru s bočním vedením ventilů a průhlednou hlavou válce, aby byl přítomen kompresní tlak ve spalovací komoře. Naměřený boční pohyb pístů je znehodnocen. Proto je další analýze potrobeno pouze úhlové natočení pístů. Shoda mezi naměřenými a vypočítanými výsledky variuje pro různé části pracovního cyklu. Dobrá shoda je dosažena během komprese a expanze. Naopak výrazné rozdíly nastávají, když boční síla dosahuje nízkých hodnot: sání a výfuk. Hlavní přínos této práce je vytvoření výpočtového nástroje, který je schopný zahrnout výše popisované jevy, které mají podstatný vliv na dynamiku pístové skupiny. Bohužel to vede k dlouhým výpočtovým časům, zvláště když je zahrnuta deformace. Tento problém řeší navržený paralelní výpočet. To je založeno na paralelizaci podprogramu během vyčíslování citlivostní analýzy. Tímto způsobem je řádově redukován výpočtový čas.
The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.
The ultimate goal of this work is to develop an advanced computational model of piston assembly dynamics. The piston and the liner are interacting through the lubricant film or the surface asperities. This leads to different lubrication regimes and consequently different forces acting on the surfaces of the contact pair. During the solution to hydrodynamics and asperity contact forces, deformation of the piston and the liner has to be taken into account—the process is necessarily iterative in nature. Since the requirements for computational grid of the contact forces and of deformation differ, robust mapping algorithms are proposed. The results of the developed computational tool are experimentally verified. For this purpose, the measurement of the piston secondary motion by laser displacement sensors is conducted. The measurement is done on the experimental sidevalve engine with transparent cylinder head in order to generate compression pressure in the combustion chamber. Measured piston lateral motion is corrupted. Therefore, only measurement of the piston tilt angle is further used. The agreement of the measured and computed results varies during the operation cycle. Good agreement is achieved for compression and expansion strokes. Oppositely, significant differences occur when the side force is small: intake and exhaust strokes. Major contribution of this work is development of computational tool which implements the above mentioned effects that have a major impact on the piston assembly dynamics. Unfortunately, this leads to long computational times, especially when deformation is considered. For this reason, the parallel solution is developed. It is based on the parallelization of the subroutine during the evaluation of the sensibility analysis. This way, the solution time is reduced in order of magnitude.
Description
Citation
DLUGOŠ, J. Advanced Solution to Piston Assembly Dynamics [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
pplk. prof. Ing. Jan Furch, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Děrgl (člen)
Date of acceptance
2019-01-16
Defence
Komise se zhodla na vysoké úrovni DP a jejímu přínosu pro praxi. Celkově ocenila její kvalitu a zpracování v anglickém jazyce. Doktorand odpověděl na všechny dotazy a vysvětlil nejasnosti. Źádné závažné nedostatky práce neobsahuje.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení