터보과급 대형 CNG기관 피스톤의 온도분포와 열응력 해석

Numerical Analysis for Temperature Distribution and Thermal Stresses in a Turbocharged Large CNG Engine Piston

본 연구에서는 직렬 6기통 압축천연가스 엔진의 피스톤에 대한 3차원 모델링을 수행하여 정상상태에서의 온도분포 및 그에 따른 열응력과 변형을 예측하고, 이를 기존의 해석결과와 비교 검토를 통하여 피스톤의 유한요소해석의 기준을 구축하고자 한다. 또한 냉각시스템의 성능이 피스톤의 열부하에 미치는 영향을 평가하기 위하여 냉각수 온도의 변화에 따른 피스톤의 온도분포 및 열응력 분포 그리고 그에 따른 변형을 분석하였다. 분석결과 피스톤의 최고 온도는 크라운부의 중앙에서 나타났고, 피스톤의 크라운 하부에서 최대 열응력이 발생하였다.

The purpose of this paper is to establish a standard finite element analysis model of a piston by carrying out three dimensional modeling of a series six-cylindered CNG engine's piston to forecast temperature distribution at stationary state and the following thermal stress and variation, and cross checking it with existing analysis. Also, in order to evaluate the affects of the cooling system to the piston's heat load, the paper analyzed piston's temperature and thermal stress distribution according to the cooling water temperature changes and the following variations. As a result, the maximum temperature was found at the center of the crown in the piston and the maximum thermal stress occurred from the lower part of the piston.