A 3-dimensional finite element model was developed for the analysis of the automotive diesel engine piston. The model, which consists of a full piston to accomodate the eccentric bowl in the piston crown, is used to calculate steady state operating temperature, thermal stress and thermal deformation of the piston. Roundness measurement tests, which are new approaches to the analysis of piston abrasion and deformation, were done for the comparision of two states of a piston-before and after operation. Numerical prediction shows good agreement with roundness measurement test results.
This paper reports on the effects of crankshaft offset on the engine friction. The effects of crank offset are investigated through the theoretical analysis. In this study, the mathematical models are presented fer evaluationg the friction level of each engine parts. Crank offset influences on the side force acted on the piston pin and sliding speed of piston. Crank offset is very effective to reduce the piston skirt friction. With application of crank offset, total engine friction decreases at low engine speed, but that increase as engine speed increases.
The performance of a direct-injection diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, the shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is natural because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. Since the available duration to make the mixture formation of air-fuel is very short, it is difficult to make complete mixture. Therefore, an early stage of combustion is violent, which leads to the weakness of noise and vibration. In this paper, the combustion process of a common-rail diesel engine was studied by employing two kinds of pistons. One has several grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression and expansion strokes in the cylinder in order to improve the atomization of fuel. The other is a toroidal piston, generally used in high speed diesel engines. To take photographs of flame and flaming duration, a four-stroke diesel engine was remodeled into a two-stroke visible single cylinder engine and a high speed video camera was used.
For developing a two-stroke free-piston hydrogen engine with high efficiency and low emission, determination of the scavenging type is one of the most important factor. In this research, backfire characteristics for loop scavenging were analyzed with the number of piston crevice volume and piston expansion speed. Rapid Compression Expansion Machine, RCEM was used for combustion research of the free piston $H_2$ engine in the experiment. As the results, it was shown that although backfire occurring in a loop scavenging type can be partially controled by a complete exhaust of burned gas, possibility of backfire basically exist due to the structure which piston crevice volumes contact with fresh mixture in a scavenging port. However, a loop scavenging may be considered as combustion chamber of a free piston $H_2$ engine from the point of view that backfire does not occur nearby lean equivalence ratio obtained high thermal efficiency. It was also analyzed that an advances of backfire occurrence timing with increase of the fuel-air equivalence ratio were due to promotion of flame propagation into piston crevice volumes by decrease of the quenching distance.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권3호
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pp.538-550
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2004
The convection heat transfer coefficients on the top surface of a large liquid petroleum liquid injection(LPLi) engine piston with the oil gallery are analyzed by solving an inverse thermal conduction problem. The heat transfer coefficients are numerically found so that the difference between analyzed temperatures from the finite element method and measured temperatures is minimized. Using the resulting heat transfer coefficients as the boundary condition, temperature of a large LPLi engine piston is analyzed. With varying cooling water temperature, temperature, stress, and thermal expansion of the piston are analyzed and evaluated.
A hydrogen fueled 2 stroke free-piston engine with reverse uni-flow scavenging have a advantageous structure for the backfire occurrence, but it can reduce thermal efficiency by the circuit-flow to go through a exhaust-port. In this research, varied boost pressure, SVOT and exhaust pressure are used in a 2stroke free-piston engine with hydrogen fueled for studying the possibility of increasing thermal efficiency of free-piston hydrogen engine. As a result, to increase thermal efficiency of free-piston are suitable to supply the mixture after port closed the exhaust rater than to use the scanvenging. And it was increased by the exhaust pressure, to achieve it must be used the lean-mixture at SVOT aBDC $34^{\circ}$.
A radiotracer technique has been developed to monitor the rotational movement of two piston rings in one cylinder during engine operation. The rings were labeled with two different kinds of radioisotopes, i.e. $^{60}$ Co and $^{192}$ Ir, for identification of the top ring from the second ring. The radiotracers were implanted in a small hole bored on the inner side of each piston ring. The rings were installed in a single cylinder hydrogen engine and three Nal scintillation detectors were mounted around the engine block to measure the gamma radiation. The angle of ring-gap orientation was determined from the radiation counts measured with the three detectors during engine operation. Two windows (upper window for $^{60}$ Co and lower window for $^{192}$ Ir) were set on each ratemeter to count radiation from the two isotopes separately. Procedure to convert the radiation counts to the position of the ring gap was established. With the software programmed with MS-Visualbasic, radiation counts were compared with the reference responses that were measured at angular intervals of 10$^{\circ}$for each piston ring in advance of the experiment. The result was used for the evaluation of the relationship between the orientation of ring-gaps and oil consumption. It was found that an increase in the oil consumption rate of a specific operation condition was closely related to the relative phase angle of the two piston rings.
In this study, the development of an aluminum forged piston was tried to substitute the cast piston, in which there were internal defects such as blow hole and shrink pipe. A gasoline engine piston was chosen as an example for developing the forged piston. Before aluminum forging, model, material (plasticine) test was carried out to investigate the forgeability and internal flow pattern of the forged piston at room temperature. From the result of model material test, an aluminum piston to be forged was redesigned. The aluminum pistion was forged in hot process. The quality of a forged piston was compared with that of a cast piston in the point of mechanical properties, internal defect and microstructure. It was proved that the forged piston was superior to the cast piston.
The performance of a direct-injection type diesel engine often depends on the strength of swirl or squish, shape of combustion chamber, the number of nozzle holes, etc. This is of course because the combustion in the cylinder was affected by the mixture formation process. In this paper, combustion process of biodiesel fuel was studied by employing the piston which has several grooves with inclined plane on the piston crown to generate swirl during the compression stroke in the cylinder in order to improve the atomization of high viscosity fuel such as biodiesel fuel and toroidal type piston generally used in high speed diesel engine. To take a photograph of flame, single cylinder, four stroke diesel engine was remodeled into two stroke visible engine and high speed video camera was used. The results obtained are summarized as follows; (1) In the case of toroidal piston, when biodiesel fuel was supplied to plunger type injection system which has very low injection pressure as compared with common-rail injection system, the flame propagation speed was slowed and the maximum combustion pressure became lower. These phenomena became further aggravated as the fuel viscosity gets higher. (2) In the case of swirl groove piston, early stage of combustion such as rapid ignition timing and flame propagation was activated by intensifying the air flow in the cylinder. (3) Combustion process of biodiesel fuel was improved by the reason mentioned in paragraph (2) above. Consequently, the swirl grooves would also function to improve the combustion of high viscosity fuel.
For the experimental measurement of instantaneous surface temperature of the piston of the DI mono cylinder diesel engine, the instantaneous temperature proves, data acquisition system, and grass-hopper type linkage system were developed. The instantaneous temperatures on the piston bowl, crown, lands and skirt were measured and analyzed, and the following conclusions were derived ; (i) The crank angle for the maximum instantaneous temperature during one cycle varies and moves back and forth by the measuring positions and engine speeds. (ii) The engine speeds, the positions of the measuring points and the cooling water temperature had an effect on the instantaneous temperature amplitude. (iii) The instantaneous temperature suing phenomena appeared on the temperature profiles of the piston crown, top and second land of ring, but on the temperature profiles of the parts of the third land of the fing and skirt, they didn't appear, (iv) The isothermal lines in the piston were acquired through the operation of the finite elements method using the measured temperatures as the boundary conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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