Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.3
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pp.28-38
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2003
Finite element analysis of cylinder heat/block compound under assembly, thermal and firing condition were performed. FE model including two cylinders with gasket, head bolts, liners and valve seats was used. FE modeling method and boundary conditions were introduced. Stress distribution and deformation of cylinder head and block under each loading condition were presented. Gasket pressure distribution and bore distortion level were predicted. Measured data of bore distortion was compared with the analysis results. The analysis result showed similar trends with the experimental data. High cycle fatigue analysis on the basis of this result has been performed in order to find the critical areas of the engine assembly.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.121-128
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2000
Simple design methods were developed to control the coolant flow rates through cylinder head gasket holes. Applying the concept of flow through an obstruction the ratio of intake to exhaust side flow rates could be easily controlled while maintaining the flow rates per cylinder of the original model. Flow distribution in the coolant passage of the original model was calculated by CFD and the flow rates at the gasket holes were modified based on the calculation results. The calculated flow rated of the modified gasket holes were reasonably close to target values. For more accurate control of the flow rate distribution, a design method with iterative CFD calculations was also suggested. The final size of gasket holes for the target flow rates were obtained just after a few optimization iterations. These methods can be very useful for the optimization of heat transfer characteristics in engine cylinder head and block.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.8
no.2
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pp.73-80
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1979
This study describes the conduction of heat in the discharge head of air compressor. It also gives a base for a finite elements analysis of two dimenional steady -state heat conduction in the cylinder head of air cooled type reciprocating compressor. Using a single cylinder compressor operated at a given speed, tests were made observing outside temperature, final pressure and discharge temperature of air in cylinder head. As a result, the following were obtained : (1) The rate oi heat flow from the inner surface of discharge head to outside wall reach 46. 328 kcal /h at a speed of 796rpm under the constant temperature of inlet air. (2) The compression work of air increase in accordance with temperature rise of inlet air.
Recently, the HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a HSDI diesel engine with a 4-valve type cylinder head. The four kinds of cylinder head were manufactured to elucidate the effect of intake port geometry on the in-cylinder flow characteristics. The steady flow characteristics such as coefficient of flow rate $(C_{f})$, swirl ratio (Rs), and mass flow rate (m,) were measured by the steady flow test rig and the unsteady flow velocity within a cylinder was measured by PIV. In addition, the in-cylinder flow patterns were visualized by the visualization experiment and these results were compared with simulation results calculated by the commercial CFD code. The steady flow test results indicated that the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is $13\%$ more than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased by approximately $15\%$. As a result of in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the position of swirl center was changed with crank angle. As the piston moves to near the TDC, the swirl center corresponded to the cylinder center and the velocity distribution became uniform. In addition, the results of the calculation are in good agreement with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.5
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pp.178-187
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1997
For the experimental measurement of heat flux of DI diesel engine combustion chamber, the instantaneous temperature probes and data acquisition system were developed. By the analysis of measured temperatures at the cylinder head, the temperature at the point 3 which is located between intake and exhaust valve was higher than that of the other points. Temperatures at the point located mear the exhaust valve were higher than those of intake valve. The instantaneous and mean temperature at the cylinder head increases proportionally to the increase of the engine speed, while the temperature swing varies inversely. Temperature swings have influence on the maximum heat flux values from gas into head surface. It has been verified that these probes and data acquisition system perform well by the comparison of the trend of instantaneous temperature variation with that of measured combustion chamber pressure variation with respect to crank angle. It is presumed that these probes could be used in the measurement of other parts of combustion chamber as piston, cylinder wall etc. for the future study.
In this study we investigated the characteristics of fluid flow and heat transfer within a coolant passage in the cylinder head assembly of an internal combustion engine by using a commercial CFD code, CFX The complex coolant passage of the cylinder head assembly was modelled by suitable choice of a grid system and careful attention was paid in the construction of meshes near the walls where significant cooling occurs. To treat the simultaneous heating and cooling of the combustion walls we invented a methodology allowing a heat source within the solid wall and the convective cooling at the interface between the solid and the fluid. We managed to reproduce the experimental results by adjusting parameters appropriately. We have found that high temperature was concentrated at the surface of the cylinder jacket. It turned out that the effect of oil cooling from the piston head was unexpectedly significant. On the other hand the effect of cooling from the ambient air is almost negligible. The CFD method proposed in this study is believed to be useful in the early stage of the design of the engine-cooling system.
Flow Coefficients of intake port in an engine cylinder head were measured by a newly designed flow rig. In measuring the flow coefficient with traditional method, the valve lift was manually varied by technician with adjusting a micrometer which is directly connected to the intake valve of the cylinder head. The cam shaft of the cylinder head is directly rotated by a step motor and the valve lift was automatically varied with cam shaft profile in the newly designed flow rig. The measurement of the flow coefficient was automated by rotating the cam shaft with the step motor. Automatic measurement of the flow coefficient could be safely measured by separating a technician from the noise and vibration of the traditional flow rig. Also, the automatic measurement of the flow coefficient reduce the measurement time and provide meaningful statistical data.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.41-52
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1990
In this study are determined the unsteady temperature and thermal stress fields for a domestic 4-cylinder, 4-cycle gasoline engine cylinder head by the three-dimensional finite element method. A representative part of the cylinder head is modelled as a combination of hexahedron isoparametric elements, and the time-dependent temperature and the heat transfer coefficient of the gas are imposed as the thermal boundary conditions for the engine speeds of 500 rpm and 2000 rpm. The obtained results, which are represented graphically, indicate that the amplitudes of temperature fluctuation during a cycle are about 10.deg. C and 3.deg. C respectively on the surface of combustion chamber, and the maximum temperature fields occur at 30.deg. , 10.deg. respectively before the initiation of the exhaust stroke. Thermal stress fields due to non-uniform temperature distributions show that compressive stress is much larger than tensile stress throughout a cycle. It is also found that the compressive stress varies with substantial amplitude between the exhaust port and ignition plug hole, and the high tensile stress with small fluctuation occurs between exhaust port and the adjacent head bolt hole.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.6
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pp.133-139
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2011
Maintaining adequate sealing in engine cylinder head is a crucial factor in engine design. Failure of engine operations occurs mainly owing to the leaking by decreased sealing pressure. Reliability-robustness concept is applied to the engine cylinder head system. Deterministic way to obtain engineering solution in CAE industry may not consider the effects of noises and disturbances experienced during operation. However, analytical reliability-robustness concept may make possible to reduce the sensitivity of system with noise factors. Influences of design factors including noise factors would be predicted in analytical way. Optimized design may be obtained by shrinking variability and shifting to design target. Three-dimensional finite element analyses have been performed to apply analytical reliability-robustness concept.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.5
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pp.197-205
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1996
The flow characteristics of five different 4-valve cylinder heads were investigated in a steady flow rig using laser-Doppler velocimetry. The tumble flow of each head with pentroof combustion chamber was quantified by nondimensional tumble number using a tumble adaptor. The formation of tumbling vortex was examined in an optical single-cylinder engine which has windows for in-cylinder LDV measurements. Tumble vortex ratio was estimated from the tumble flow measurement. The four-valve cylinder heads with pent-roof combustion chamber showed the tumble vortex from the intake process, which was investigated in the steady flow test. The tumble adaptor which converts the tumble into swirl flow was found to be feasible in predicting the tumble flow in the real engine. The tumble strength in the steady flow test coincides with that in the real engine experiment within 15%. It was found that the steady flow test on the four-valve cylinder heads provides the tip for a better design of cylinder head.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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