The purpose of this paper is to investigate the effects of design parameters on the friction loss in piston skirt. An analytical model to describe the friction characteristics of piston skirt has been presented, which is based on the secondary motion of piston and mixed lubrication theory, It could be shown that the skirt friction closely depends on the side force acted on the piston pin. The side force is inf1uenced by cylinder pressure at low engine speed, but by inertia force at high engine speed. The usage of extensive skirt area and low weight piston is effective to reduce the friction loss at high speed. The low viscosity oil considerably decreases viscous friction as engine speed increases, but it increases boundary friction at low engine speed. From the parametric study, it is found that the skirt axial profile is the most important design parameter related to the reduction of skirt friction.
The friction loss between piston rings and cylinder liner is due to the tension of the piston rings. Lubricant is usually supplied to reduce the friction. However, the sliding speed of the piston varies during the reciprocating cycle and is very low near TDC(Top Dead Center)/BDC(Bottom Dead Center), where the hydrodynamic lubrication cannot be sustained. Since the lubrication regime is shifted from the hydrodynamic to the boundary lubrication near TDC/BDC, wear particles are easily generated so that the friction loss becomes bigger and bigger due to the plowing effect of wear particles. In this study, for the purpose of reducing the friction loss, an undulated surface is adopted to the cylinder liner to trap wear particles. The friction force variations, which are measured by strain gaged, show that the concept of undulated surface is one of the promising methods to effectively reduce the friction between piston rings and cylinder liner.
The design of an axial piston pump for electro-hydrostatic transmission systems requires accurate information where and how much the internal friction and flow losses are produced. This study is particularly focused on the friction losses of a bent-axis type hydraulic piston pump, aiming at finding out which design factors influence its torque efficiency most significantly. To this end, the friction coefficients of the pump parts such as piston heads, spherical joints, shaft bearings, and valve plate were experimentally identified by a specially constructed tribometer. Applying the experimental data to the equations of motion for pistons as well as to the theoretical friction models for the pump parts, the friction torques produced by them were computed. The accuracy of the computed results was confirmed by the comparison with the practical input torque of the pump. In this paper, it is shown that the viscous friction forces on the valve plate and input shaft bearing are the primary source of the friction losses of the bent-axis type pump, while the friction forces and moments on the piston are of little significance.
It is important to understand the friction characteristics between piston-ring assembly and cylinder wall for the friction loss reduction as well as the solution of problem such as scuffing wear and oil consumption. A new system was developed for the piston-ring assembly friction force measurement. This system was applied to the friction force measurement to find its functional relationship with variables such as engine speed, oil viscosity, and engine load. The friction mean effective pressure(fmep) was found to have a linear relationship with$(\vpsilon{U})^{0.42}$ under motering and with$(\vpsilon{U})^{0.45}$ under firing operations, where $\vpsilon$ is the kinematic oil viscosity and U is mean piston speed.
Using the finite element method, the film pressure, the transverse force and the firction torque which are distributed over the pad surface of low-friction piston skirt are calculated in order to investigate the dynamic characteristics of the piston. The results indicate that the frictional torque for the low-friction piston pad may increase 3% efficiency in comparison th the conventional one.
The mono steel forged piston was improved a mechanical strength of an aluminum piston and reduced the weight of a articulated piston. The mono steel forged piston was composed of forged crown part and forged skirt part and was completed by friction welding process of two forged parts. Forging process analysis and friction welding analysis was done by finite element simulation using numerical package DEFORM. The preform shape and the initial billet dimension were decided by maximum stress of the die, amount of the flash and filling of die. The upset length of friction welding variable was decided by the shape of the flash that was created by friction welding analysis. Through this research, we developed a forging process of the mono steel forged piston, and decided the design variables of friction welding.
In recently designed diesel engines, the running conditions for piston pin bearings have become very severe due to combustion pressure and temperature increase. Moreover, the lead removal from the bush material has strongly reduced the capability of the anti friction material to accept asperity contacts. In this paper, before trying to find the pressure distributions on the oil film of piston pin bearings by the unsteady two dimensional thermohydrodynamic lubrication analysis in order to do the optimum design of the bearings of piston pin, it will be investigated the tendancy of piston pin rotating motion by calculating the friction coefficient at piston pin bearings, the oil film thickness and the frictional torques induced by hydrodynamic shear stress.
Among mechanical friction losses in an engine, the piston assembly and cylinder components accounts for the majority of the losses. The movable bore technique has been developed and turned out to be the most reliable technique in measuring the instantaneous friction of piston assembly. The weakness of this system, however, was the presence of the protruded top of movable bore necessary for pressure balancing. Because of the protruded part the piston could not be taken out without disassembling the crankshaft. Present study was carried out with a system of removable top of the movable bore so that it was possible to make frequent piston removals. The effects from engine speed, oil viscosity, engine load and elastic contact pressure of piston rings on the frictional characteristics have been evaluated with the improved equipment. Also, frictions of each member of piston assembly were measured.
The bent-axis type piston pump which is driven by the piston rod works on the way that the piston rod drives the cylinder block, so the taper angle of the piston rod and the swivel angle between the cylinder block and the shaft are very important design factors. If the above factors cannot satisfy the conditions of optimum design, the friction loss between the cylinder bore and the piston increases, and the pump can even fail to work under conditions of severe friction and wear. Since the piston reciprocates in the cylinder bore with high velocity, and at the same time it rotates on its own axis and revolves on the center of the cylinder block, the decrease of the volume efficiency generated on account of the leakage between the cylinder bore and the piston. Therefore, to prevent this case, the piston ring is designed at the end of the piston, and the friction characteristics between the piston ring and the cylinder bore are in need of research due to its great influence on the performance of piston pump. Thus, in this paper, the elastic hydraulic oil's lubrication analyses of the film thickness, the pressure distribution, and the friction force, and so on, have been performed, and the lubrication characteristics between the piston ring and the cylinder bore are explored by the results of the numerical analysis, and it is contributed to realize the higher efficiency and the more advanced performance of the bent-axis type piston pump.
A Piston assembly is very important because it directly receives the energy generated during combustion process. Surely, the friction and lubrication of piston ring pack do an important role in the performance and fuel economy of an engine. in fact, the friction loss in piston ring pack is the biggest portion to the whole engine friction. Therefore, the improvement of lubrication quality and friction loss in piston ring pack will be directly related with the improvement in the performance and fuel economy of an engine. Meanwhile, the oil consumption and blow-by gas through piston-cylinder-ring crevices have to be controlled as less as possible. In these two aspects, the study on the optimized design of piston ring pack has to be carried out. In this study, for the efficient design of piston ring pack, it is focused to develop a basic computer program that predicts the inter-ring pressure, the motion of ring and the blow-by gas through a crevice volume model between adjacent rings, and the oil film thickness and the friction computed by lubrication theories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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