Thermal deformations of the SW680 engine piston depending on the applied combustion chamber shape

The paper describes simulation model of thermal deformations of piston of Diesel engine with combustion chamber placed in piston crown. Results for different shapes of combustion chamber are presented and analyzed. For calculations assumed that thermal deformation of piston do not vary within engine 's cycle if it works in constant conditions. An hand of pressure and temperature charts of SW680 engine, heat transfer coefficient on piston crown surface was defined. Heat transfer coefficient on the rest piston surfaces was defined based on the literature. Using finite element method (FEM) code, piston shape was created, and then the piston body was meshed and loaded according to Fourier conditions. Nodes displacements let describe piston deformation. The simulation results allow to find the optimal shape of combustion chamber, in respect of piston deformation, and also can be the base to create the method of fast verify combustion chamber shape. Results simulation research of piston deformations showed that piston deformations were considerably dependent from combustion chamber shape . The biggest deformations came out for the chamber of small depth and the high diameter. Differences of thermal deformations of piston skirt reach to 50 mi m

W artykule przedstawiono model obliczeniowy odkształceń cieplnych tłoka silnika o zapłonie samoczynnym z komorą spalania umieszczoną w jego denku, oraz wyniki obliczeń dla różnych kształtów komory spalania wraz z ich analizą. Do obliczeń przyjęto, że odkształcenia cieplne tłoka są stałe w całym cyklu pracy silnika jeżeli pracuje on w ustalonych warunkach. Na podstawie wykresu indykatorowego silnika SW680 określono współczynnik przejmowania ciepła na powierzchni denka tłoka ALFA 0. Współczynniki przejmowania ciepła na pozostałych powierzchniach tłoka zostały przyjęte na podstawie zależności podanych w literaturze. Za pomocą programu komputerowego wykorzystującego metodę elementów skończonych (MES) zamodelowano tłok, a następnie dyskretyzowano jego objętość elementami przestrzennymi obciążonymi cieplnie przy wykorzystaniu warunków brzegowych trzeciego rodzaju (Fouriera). Wyznaczenie przesunięcia węzłów siatki pozwoliło na określenie odkształceń tłoka. Uzyskane wyniki obliczeń mogą stanowić punkt wyjścia do wyznaczenia optymalnego pod względem odkształceń cieplnych kształtu komory spalania a także być podstawą do stworzenia metody umożliwiającej szybką weryfikację przyjętego kształtu komory spalania. Wyniki badań symulacyjnych odkształceń tłoka, wskazały, że odkształcenia tłoka są w znacznym stopniu zależne od kształtu komory spalania. Największe odkształcenia wystąpiły dla komory o małej głębokości i dużej średnicy. Różnice odkształceń cieplnych części prowadzącej tłoka sięgają do 50mi m.