Thermal deformation of the SW680 engine piston depending on the position of combustion chamber

The paper describes simulation model of thermal deformations of piston of Diesel engine with combustion chamber placed in piston crown. Results for different position of combustion chamber are presented and analyzed. For calculations assumed, that thermal deformation of piston does 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 results of initial simulation research of piston deformations shows that these deformations to a considerable degree will depend from the position of the combustion chamber. The largest deformations stepped out for piston with the chamber farther displaced from the piston axis, the smallest for piston with the symmetrically situated combustion chamber. The largest differences in the deformations steps out in the areas of piston crown. Results from the performed earlier simulations show, that the position of combustion chamber has comparable influence on the deformation of piston leading parts (so essential for the engine exploitation with accordance to the rules), how the combustion chamber shape. Obtained results encourage to the performing of further research works.

W artykule przedstawiono model obliczeniowy odkształceń cieplnych tłoka silnika o zapłonie samoczynnym z komorą spalania umieszczoną w jego denku, oraz wyniki obliczeń dla różnie położonych komór 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 a0. Współczynniki przejmowania ciepła na pozostałych powierzchniach tłoka zostały przyjęte na podstawie zależności podanych w literaturze[6]. Przy pomocy 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. Wyniki wstępnych badań symulacyjnych odkształceń tłoka wskazują, że odkształcenia te w znacznym stopniu zależą od położenia komory spalania. Największe odkształcenia wystąpiły dla tłoka z komorą najdalej odsuniętą od osi tłoka, a najmniejsze dla tłoka z symetrycznie umieszczoną komorą spalania. Największe różnice w odkształceniach występują w okolicach korony tłoka. Z przeprowadzonych wcześniej symulacji wynika, że położenie komory spalania ma porównywalny wpływ na odkształcenie części prowadzącej tłoka (tak istotne dla prawidłowej eksploatacji silnika), jak kształt komory spalania. Otrzymane wyniki zachęcają do prowadzenia dalszych prac badawczych.