This paper reports on the effects of additional factors on the engine friction characteristics. The total friction loss of engine is composed of pumping and mechanical friction loss. The pumping loss was calculated from the cylinder pressure, and the mechanical friction loss was measured by strip-down method under the motoring condition. The various parameters were tested. The engine friction loss was much affected by oil and coolant temperature. The low viscosity oil was very effective to reduce the friction loss, and friction modifier was very useful to reduce the friction loss at lower engine speed. The engine friction loss was varied with engine running time because of surface roughness decreasing and oil degradation. To prevent oil-churning effect, it was very important to maintain the proper oil level. The presented results will be very useful to understand friction characteristics of engine.
Cylinder liner rotation is a new concept for reducing piston assembly friction in the internal combustion engine. The purpose of cylinder liner rotation is to reduce the occurrence of boundary and mixed lubrication friction in the piston assembly. This paper reports the results of experiments to quantify the potential of the rotating liner engine. A GM Quad-4 SI engine was converted to single cylinder operation and modified for cylinder liner rotation. The hot motoring method was used to compare the friction loss between the baseline engine and the rotating liner engine. Additionally, tear-down tests were used to measure the contribution of each engine component to the total friction torque. The cycle-averaged motoring torque of the RLE represents a $23\~31\%$ friction reduction compared to the baseline engine for hot motoring tests. Through tear down tests, it was found that the piston assembly friction of the baseline engine is reduced from $90\%$ at 1200 rpm to $71\%$ at 2000 rpm through liner rotation.
This paper reports on the effect of fuel additive friction modifier on the engine friction and fuel consumption. The test of engine friction and fuel consumption is performed for the each oils and fuels. The TFA4724 friction modifier is added in test oil and fuel. The test results show that total engine friction is a decrease of 0.7-2.0% compared with base fuel, and fuel consumption is improved by 0.3%. The amount of friction reduction corresponds to that of boundary friction loss term in ring-pack friction losses. From the results, it is thought that the additive friction modifier in the fuel is effective to reduce the boundary friction in ring-pack.
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.
Fuel consumption of a modern combustion engine is significantly influenced by the mechanical friction losses. The reduction of the engine friction losses offers a remarkable potential in emission and fuel consumption reduction. The analysis of the engine friction distribution of modern engines shows that the piston and the cylinder have a high share at total engine friction. The present study uses PISDYN(by Ricardo) software to analyze the friction losses. The design parameters such as skirt profile, center of mass of the piston are shown to have key influences on the friction losses.
The effect of oxidation in SAE 5W30 engine oils on friction and wear characteristics was investigated using reciprocating bench tester and shell 4-ball tester. Commercial engine oils were collected and oxidized using the KS M 2021 method modifying the oxidation time. Kinematic viscosity, total acid number(TAN), FT-IR spectrum and total base number(TBN) also measured to examine the chemical change of oils with oxidation. The results showed that TAN was slightly changed and Kinematic viscosity was suddenly increased during the oxidation stage. however, TBN results keep a constant slope after TBN linearly decreased with oxidation time. Spectroscopy results showed that spectrums were orderly increased at $1710cm^{-1}$ during the oxidation time. Friction test results showed that oxidation of oils formed unstable friction layers causing higher fluctuating friction. however, the wear resistance was independent of oxidized time due to the different friction characteristics by oxidation. We found several factors in relation to lubrication properties with oxidation time. This factors were Viscosity, TBN, change of FT-IR spectrum, friction coefficient using reciprocating bench tester and wear scar.
This paper reports on the theoretical analysis of mixed lubrication for the piston ring. The analytical model is presented by using the average flow and asperity contact model. The cyclic variations of the nominal minimum oil film thickness are obtained by numerical iterative method. The total friction is calculated by using the hydrodynamic and asperity contact theory. The effect of the roughness height, pattern, and engine speed on the nominal minimum film thickness, friction force, ad frictional power losses are investigated. As the roughness height increases, the nominal oil film thickness and total friction force increase. Also, the effect of the surface roughness on the boundary friction is dominant at low engine speed and high asperity height. The longitudinal roughness pattern shows lower mean oil film pressure and thinner oil film thickness compared to the case of the isotropic and transverse roughness patterns.
엔진 마찰 저감은 엔진 개발의 중요한 항목이 되어왔다. 엔진의 기계적 마찰 손실 중 피스톤계의 마찰이 40~55%에 해당하고, 피스톤 부분의 마찰을 제거할 수 있다면 투입되는 전체 에너지의 5% 정도 향상시킬 수 있다. 엔진의 마찰 손실을 감소시키기 위해서 각 요소에서의 마찰 수준, 이에 영향을 미치는 인자에 대한 분석 및 다른 엔진들과의 비교분석이 필요하다. 하지만 기존 연구에서 마찰이 발생하는 윤활막의 연구들이 유체역학 바탕의 모델링에서 수행해 왔으나, 피스톤계의 윤활막이 크게는 마이크로에서 작게는 나노단위의 영역에 해당하므로 분자들간의 상호관계를 고려할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 엔진 실린더 라이너를 따라 형성하는 유막의 운동을 미시적으로 접근하여 분자들간의 상호작용에 따른 마찰변화를 제시하고자 한다.
The output of Stirling engine is influenced by the regenerator effectiveness. The regenerator effectiveness is influenced by heat transfer and flow friction loss of the regenerator matrix. In this paper, in order to provide a basic data for the design of regenerator matrix, characteristics of heat transfer and flow friction loss were investigated by a packed method of matrix in the oscillating flow as the same condition of operation in a Stirling engine. As matrices, several kinds of combined wire screen meshes were used. The results are summarized as follows; The packed meshes with high mesh no. in the side of heater part of regenerator showed effective than the packed meshes with low mesh no. in the side of cooler part of regenerator. The temperature difference and pressure drop of the regenerator were not made by the specific surface area of wire screen meshes but by the minimum free-flow area to the total frontal area. Among the No. 150 single screen meshes, 200-60 combined meshes, the 200-150-100 combined meshes showed the highest in effectiveness.
A pin bush bearing is one of the most important element in the piston engine which is joined a piston to a connecting rod. A pin bush is suffered by heat and changeable repeat loads, which are come from the explosive gas heat and pressures during a reciprocating stroke. Therefore, a tribological behavior of pin bush bearings is very severe compared to other parts of a piston assembly. To keep a stable operation of pin bush bearings effectively, it would be satisfied with proper oil film strength for severe operating conditions and durability, which are strongly related to the oil film thickness, oil film pressure, and a friction loss power. The computed results show that the viscosity of engine oils slightly affects to the minimum oil film thickness and oil film pressure distribution, but is an influential parameter on a total friction loss power. Thus the low viscosity engine oils for an increased operation condition should select a high level of base oil and add a viscosity index improver as an oil film additive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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