The electromagnetic piston engine consist of a cylinder and a piston, each made of a magnetic material, inner wall of the cylinder made of cylinder electromagnet that can be magnetized to on…Full description
Studied various parameters that affect SI and CI engine performance. Factors- injection pressure, stroke to bore ratio, ignition timing, swirl ratio, valve timing etc.
In this project design and analysis of the crankshaft for the combustion engine. These components have a large volume component with complex geometry and need huge investment. These will be converts reciprocating or linear motion of the piston into a
"echanical Engineering $epartment% &acult' of Engineering% (ing Abdula)i) *niversit'% Rabigh% (+A $epartamento de Ingenier,a "ecánica% &acultad de Ingenier,a% *niversidad Re' Abdula)i)% Rabigh% (+A
6o- to cite this paper7 "omani% !3 .89:;2 Influence of Internal Combustion Engine Parameters on Gas Leakage through the Piston Rings Area3 "odern "echanical Engineering% Engineering% ;% 8;/<<3 https7==doi3org=:93>88% 89:? Accepted7 &ebruar' &ebruar' 8@% 89:; Published7 &ebruar' 8% 89:; Recibido7 > de diciembre de 89:? Aceptado7 8@ de de febrero de 89:; Publicado7 8 de febrero de 89:; Cop'right B 89:; b' author and +cientific Research Publishing Inc3 4his -ork is licensed under the Creative Commons Attribution International License .CC D >3923 http7==creativecommons3org=lic http7==creativec ommons3org=licenses=b'=>39= enses=b'=>39= Cop'right B 89:; por autor ' +cientific Research Publishing Publishing Inc3 Esta obra obtiene su licencia de una licencia de Creative Commons Reconocimiento Reconocimiento .CC D >3923 6ttp7==creativecommons3org=li 6ttp7==creativec ommons3org=licenses=b' censes=b'=>39= =>39=
In this -ork% the influence of internal combustion engine paramete parameters rs .c'linde .c'linder/ r/ piston piston clearanc clearance% e% piston piston head head height% the first segment position% gap of the first piston ring and gap of the second piston ring% piston rings0 a1ial a1ial cleara clearanc nce% e% intak intakee valve valve debit debit coeffi coefficie cient2 nt2 gas leaka leakage ge from from the the combu combusti stion on chamb chamber er throug throughh the piston rings0 area -as investigated3 4his influence -as studied b' making an initial forming operation over gas leakage in the anal')ed area3 En este traba5o% la influencia de los parámetros del motorr de comb moto combusti ustión ón inte interna rna .hol .holgur guraa del cil cilindr indro/ o/ pistón% altura del cabe)al del pistón% la primera posición del segmento% separación del primer anillo del pistón ' espacio del segundo anillo del pistón%2 se investigó la fuga de gas desde la cámara de combustión a travs del área de los anillos del pistón3 Esta influencia se estudió estu dió real reali)an i)ando do una oper operaci ación ón de conf conform ormació ación n inicial sobre la fuga de gas en el área anali)ada3
Piston% Clearance% Combustion Engine% C'linder/ Piston% Piston Rings% Chamber% Gas Leakage Palabras clave Pistón% $espe5e% "otor de Combustión% Cilindro/Pistón% Anillos de pistón% Cámara% &uga de gas
4he piston ring assembl' in an internal combustion engine -orks as a lab'rinth to the combustion gas chamber and to the inferior crankcase3 4he spaces bet-een the segments are used for gas e1pansion and elongating the circuit0s length of gases3 4hese reduced sections produce a higher flo-ing resistance3 4he lab'rinth effect of the piston rings assembl' is sho-n b' the variations of gas pressure over the piston ring area3 El con5unto de anillo de pistón en un motor de combustión interna funciona como un laberinto en la cámara de gas de combustión ' en el cárter inferior3 Los espacios entre los segmentos se utili)an para la e1pansión de gas ' el alargamiento de la longitud del circuito de gases3 Estas secciones reducidas producen una ma'or resistencia al flu5o3 El efecto de laberinto del con5unto de anillos de pistón se muestra por las variaciones de la presión del gas sobre el área del anillo de pistón3 +everal volumes% supposed as constant .for the anal'sis procedure2% make this lab'rinth3 4he volumes are connected through some conduits% the sections of -hich might be constituted b'7 gaps of pistons% ring radial clearances of these% piston ring a1ial clearance and c'linder/piston clearance3 arios volFmenes% supuestos como constantes .para el procedimiento de análisis2% hacen este laberinto3 Los volFmenes están conectados a travs de algunos conductos% cu'as secciones podr,an estar constituidas por7 huecos de pistones% holguras radiales de anillo de stos% 5uego a1ial del anillo de pistón ' holgura del cilindro/pistón3 It must be considered that% during a -orking c'cle% the average fle1ible pressure .radial internal pressure2 of the piston ring is sufficient to maintain the contact b et-een the lateral face of the piston ring and the c'linder surface3 4his last parameter can be neglected% as long as% behind the segment the gas pressure from the piston ring grooves -orks :H3 $ebe considerarse ue% durante un ciclo de traba5o% la presión fle1ible media .presión interna radial2 del anillo de pistón es suficiente para mantener el contacto entre la cara lateral del anillo de pistón ' la superficie del cilindro3 Este Fltimo parámetro puede ser descuidado% siempre ' cuando% detrás del segmento la presión del gas de las ranuras del anillo de pistón funcione G:H3 It is real that the flo- area of the anal')ed sections is not constant because of the segments0 a1ial movement in the grooves3 4-o opposite areas are al-a's connected through the gap of piston ring bet-een them% and then through the space created b' the momentar' piston ring position into its groove .depending on a1ial clearance a and radial clearance r23 Es real ue el área de flu5o de las secciones anali)adas no sea constante debido al movimiento a1ial de los segmentos en las ranuras3 $os )onas opuestas están siempre conectadas entre s, a travs del intersticio del anillo de pistón ' luego a travs del espacio creado por la posición momentánea del anillo del pistón en su ranura .dependiendo del 5uego a1ial a ' del 5uego radial r23 4he segment transition from the superior ring groove flank to the inferior one is not instantaneousJ it takes 89 / ?9 crankshaft revolutions3 +o% it is ver' important to establish the instantaneous piston ring position in its groove depending on the rotation angle of the crankshaft3 La transición del segmento desde el flanco superior del surco del anillo al inferior no es instantáneaJ 4oma 89 / ?9 revoluciones del cigKeal3 Por lo tanto% es mu' importante establecer la posición instantánea del anillo del pistón en su ranura dependiendo del ángulo de rotación del cigKeal3
In order to complete the anal'sis% a piston -ith t-o compression piston rings and a lubrication piston ring -as considered 8H3 4he spaces bet-een the piston% c'linder% segments and the bottom of the piston rings groove% constitute different areas of the lab'rinth% hindering gas leakage from the combustion chamber .CC2 to the crankcase .&igure :23 4he lab'rinth is sho-n as follo-s7 Para completar el análisis% se consideró un pistón con dos anillos de pistón de compresión ' un anillo de pistón de lubricación G8H3 Los espacios entre el pistón% el cilindro% los segmentos ' la parte inferior de la ranura de los anillos del pistón constitu'en diferentes áreas del laberinto% dificultando la fuga de gas de la cámara de combustión .CC2 al cárter .&igura :23 El laberinto se muestra como sigue7
Region : is defined b' the volume placed over the first piston ring bet-een the piston and the c'linder to the upper part of the piston0s head .plan A2 Region 8 is defined b' the volume bet-een the internal diameter of the first segment .$is2 and the outer diameter of the ring groove of the piston Region @ is defined b' the volume bet-een the second compression ring% the stripping ring% the piston and the c'linder .this volume is constantl' connected to the crankcase2 Plane A is a fictitious plane separating the combustion chamber from region : Plane is situated to the superior flank of the first piston ring grooveJ Plane C and plane & are situated to the inferior flank of the first and the second piston ring grooveJ Plane E is to the superior flank of the second piston ring groove3
La región : se define por el volumen colocado sobre el primer anillo de pistón entre el pistón ' el cilindro a la parte superior de la cabe)a del pistón .plan A2 La región 8 se define por el volumen entre el diámetro interno del primer segmento .$is2 ' el diámetro e1terior de la ranura anular del pistón La región @ se define por el volumen entre el segundo anillo de compresión% el anillo de e1tracción% el pistón ' el cilindro .este volumen está conectado constantemente al cárter2 El plano A es un plano ficticio ue separa la cámara de combustión de la región : El plano está situado en el flanco superior de la primera ranura del anillo del pistónJ El plano C ' el plano & están situados en el flanco inferior de la primera ' la segunda ranura del anillo de pistónJ El plano E está al flanco superior de la ranura del segundo anillo de pistón3
&igura :3 El modelo geomtrico utili)ado3
Plane E is to the superior flank of the second piston ring groove3 4he forming operation of gas escape along the piston ring area -as made using some assumptions7 the gas pressure of region : and that of the combustion chamber are eual the gas pressure of region @ is the same as the gas pressure of the crankcase3 It -as also supposed that different volumes remain constant during a -orking c'cle3 El plano E está al flanco superior de la ranura del segundo anillo de pistón3 La operación de formación de escape de gas a lo largo de la )ona del anillo de pistón se hi)o utili)ando algunas suposiciones7 la presión de gas de la región : ' la de la cámara de combustión son iguales a la presión de gas de la región @ es igual a la presión de gas del cárter3 4ambin se supone ue diferentes volFmenes permanecen constantes durante un ciclo de traba5o3
4he gas leakage .from the combustion chamber to the crankcase2 over the anal')ed area -as considered rolling and isotherm3 4he flo-ing area caused b' the piston/c'linder clearance -as supposed to be circular% even if the clearance -ould not be uniforml' distributed over the -hole circumference during the piston0s secondar' movement3 4his assumption is 5ustified on one hand b' the short time of tilting .about :@ / 89 crankshaft revolution degrees2 and on the other hand b' the fact that the flo-ing section is the same for the anal')ed cases% meaning7 H La fuga de gas .desde la cámara de combustión hasta el cárter2 sobre el área anali)ada se consideró rodante e isotrmica3 +e supon,a ue el área de flu5o causada por la holgura del pistón/
cilindro era circular% incluso si la holgura no estuviera uniformemente distribuida sobre toda la circunferencia durante el movimiento secundario del pistón3 Esta suposición se 5ustifica por un lado por el corto tiempo de inclinación .alrededor de :@ a 89 grados de revolución del cigKeal2 ' por otro lado por el hecho de ue la sección ue flu'e es la misma para los casos anali)ados% lo ue significa7 GH
4he piston/c'linder clearance reduction decreases the pistons secondar' movement .:2% improves the combustion chamber sealing and contributes to the durance of the segment b' reduced -earing3 La reducción de la holgura del pistón/cilindro disminu'e el movimiento secundario de los pistones .:2% me5ora el sellado de la cámara de combustión ' contribu'e a la duración del segmento reduciendo el desgaste3
4he piston ring secondar' motions can be divided into piston ring motion in the transverse direction% piston ring rotation% ring lift% and ring t-ist3 4hese t'pes of motion result from different loads acting on the ring3 Loads of this kind is inertia loads arising from the piston acceleration and deceleration% oil film damping loads% loads o-ing to the pressure difference across the ring% and friction loads from the sliding contact bet-een the ring and c'linder3 4he piston secondar' movement and the gas leakage section illustrated in &igure 83 Los movimientos secundarios del anillo de pistón se pueden dividir en el movimiento del anillo de pistón en la dirección transversal% la rotación del anillo del pistón% la elevación del anillo ' la torsión del anillo3 Estos tipos de movimiento resultan de diferentes cargas ue actFan sobre el anillo3 Cargas de este tipo son cargas de inercia ue surgen de la aceleración ' desaceleración del pistón% cargas de amortiguación de la pel,cula de aceite% cargas debidas a la diferencia de presión a travs del anillo ' cargas de fricción del contacto desli)ante entre el anillo ' el cilindro3 El movimiento secundario del pistón ' la sección de fugas de gas ilustrada en la &igura 83
4he flo-ing areas made b' the gaps of piston rings -ere caused b' the bond bet-een regions : / < and < / @ through the gap of the t-o first piston rings3 If -e don0t consider the c'linder ovals effect% these areas -ill remain constant7
4he flo-ing area caused b' the a1ial clearance of the piston ring can be anal')ed from the premise that the a1ial clearance is uniforml' distributed on the bottom part of the piston .&igure <23 +o% the flo-ing sections are7
El área de flu5o causada por el 5uego a1ial del anillo de pistón puede ser anali)ada desde la premisa de ue el 5uego a1ial está uniformemente distribuido en la parte inferior del pistón .&igura <23 Por lo tanto% las secciones ue flu'en son7
&igura 83 El movimiento secundario del pistón ' la sección de fuga de gas3
&igura <3 Nuego de anillos de pistones a1iales3
-here7 1 and 1 are the momentar' a1ial distances bet-een piston ring :% piston ring 8 and the superior flanks of their grooves3 4he determined flo- sections made possible the stud' of gas leakage through the piston rings area% from the combustion chamber to the crankcase3 Mne of the main calculated parameters -as the gas pressure from the combustion chamber .based upon gas state euation2 >H @H3 dónde7
O ' 1 son las distancias a1iales momentáneas entre el anillo de pistón :% el anillo de pistón 8 ' los flancos superiores de sus ranuras3 Las secciones de flu5o determinadas permitieron estudiar la fuga de gas a travs del área de los anillos de pistón% desde la cámara de combustión hasta el cárter3 *no de los principales parámetros calculados fue la presión del gas de la cámara de combustión .basada en la ecuación del estado del gas2 G>H G@H3
4he used calculation model allo-s .based upon the general characteristics of the engine2 the evaluation of gas pressure distribution along the piston rings0 area% using the general characteristics of the engine3 It also allo-s the evaluation of gas debit in these areas as -ell as the estimation of gas uantit' that reaches the crankcase through the gaps of the piston rings and the gas uantit' that comes back into the combustion chamber3 El modelo de cálculo utili)ado permite .sobre la base de las caracter,sticas generales del motor2 la evaluación de la distribución de presión de gas a lo largo de la )ona de los anillos de pistón% utili)ando las caracter,sticas generales del motor3 4ambin permite la evaluación del dbito de gas en estas áreas% as, como la estimación de la cantidad de gas ue llega al cárter a travs de los huecos de los anillos del pistón ' la cantidad de gas ue regresa a la cámara de combustión3
!e -ill sho- some of the results obtained -ith the established calculation model3 amos a mostrar algunos de los resultados obtenidos con el modelo de cálculo establecido3 A uantit' of gases -hich returns into the combustion chamber is gathered in the volume of the upper part of the first segment .piston movement from 4$C to $C23 4his uantit' of gases constitutes an important pollution source3 It is better to have this uantit' being reduced as for as possible% because these gases are flue gases and their e1istence causes an incomplete fresh air filling of the entire c'linder volumeJ thus -orsening the combustion3 Region : gas volume reduction can be reali)ed either b' reducing the pistonc'linder clearance .-ithout causing a sticking2 or b' approaching% as much as possible% the first segment to the superior part of the piston ring .this is limited b' the increase of thermal load of the piston ring23 *na cantidad de gases ue retorna a la cámara de combustión se recoge en el volumen de la parte superior del primer segmento .movimiento del pistón de 4$C a $C23 Esta cantidad de gases constitu'e una importante fuente de contaminación3 Es me5or tener esta cantidad reducida como sea posible% porue estos gases son gases de combustión ' su e1istencia causa un llenado incompleto del aire fresco de todo el volumen del cilindroJ Empeorando as, la combustión3 La reducción de volumen de gas de la región : se puede reali)ar 'a sea reduciendo la holgura del cilindro de pistón .sin provocar un enganche2 o apro1imándose% en la medida de lo posible% al primer segmento a la parte superior del anillo de pistón .esto está limitado por el aumento de la carga trmica $el anillo del pistón23
4he piston/c'linder clearance reduction has t-o effectsJ first% the decrease of flue gases returning into the combustion chamber% and second% the decease of uantit' of gases passing through the crankcase3 In this -a'% the sealing of the combustion chamber and the durance of the piston rings -ill increase% too3 4he diminution of the piston/c'linder clearance has also a beneficial influence on the thermal load of the piston3 If the piston/c'linder clearance increases% the gas leakage to-ard the crankcase -ill increase .&igure >2 .c'linder -earing could be estimated from the measurements of gas escape uantit'23 4he leaking amount of the gas is proportional to the area of the clearance3 La reducción de la holgura del pistón/cilindro tiene dos efectosJ En primer lugar% la disminución de los gases de combustión ue regresan a la cámara de combustión '% en segundo lugar% la disminución de la cantidad de gases ue pasan a travs del cárter3 $e este modo% tambin aumentará el sellado de la cámara de combustión ' la duración de los anillos de pistón3 La disminución de la holgura del pistón/cilindro tambin tiene una influencia beneficiosa sobre la carga trmica del pistón3 +i la holgura del pistón/cilindro aumenta% la fuga de gas hacia el cárter aumentará .&igura >2 .el desgaste del cilindro podr,a estimarse a partir de las mediciones de la cantidad de escape de gas23 La cantidad de escape del gas es proporcional al área de la separación3 A nominal clearance increase .to -arm2 from :99 m to 899 m causes a ?9Q increase in gas leakage to-ard the crankcase3 4he bore increase makes the uantit' of gas leakage increase% too3 4he first piston ring position has also an influence on gas leakage3 A thermal unloading of the upper part of the piston -ill take place if the height of the piston head is reduced3 *n aumento nominal de la separación .para calentar2 de :99 m a 899 m provoca un aumento del ?9Q en la fuga de gas hacia el cárter3 El aumento del diámetro aumenta la cantidad de fugas de gas3 La primera posición del anillo del pistón tambin influ'e en la fuga de gas3 +e producirá una descarga trmica de la parte superior del pistón si se reduce la altura de la cabe)a del pistón3
In this -a'% putting the first piston as high as possible% the volume of this area is reduced% too3 $e esta manera% poniendo el primer pistón lo más alto posible% tambin se reduce el volumen de esta área3 If -e reduce this height to @9Q% this -ould cause a @9Q decrease in the gas uantit' that returns into the combustion chamber .&igure @2 and -ould influence% in a minimal -a'% the gas leakage to-ard the crankcase .&igure ?23 ut -e should consider that a lo-er height of the piston head could cause the sticking of the first piston ring% so that the engine -ill break3 +i reducimos esta altura al @9Q% esto provocar,a una disminución del @9Q en la cantidad de gas ue retorna a la cámara de combustión .figura @2 e influir,a% de manera m,nima% en la fuga de gas hacia el cárter3 Pero debemos considerar ue una altura más ba5a de la cabe)a del pistón podr,a causar el pegamento del primer anillo del pistón% de modo ue el motor se rompa3
