Abstract
Problem. The patterns of a conrod stem deformation during compression of air with a liquid in the internal combustion engine cylinder are considered, and the stem deformation when liquid enters the cylinder (hydrolock) is calculated. It is noted that despite the well-known nature of this damage, no quantitative data are available, which often makes it difficult to determine the damage causes in the practice of ICE operation. Goal of the work is to study the connecting rod deformation mechanism during the loss of stem stability due to hydrolock in the cylinder to obtain quantitative characteristics of this phenomenon, suitable for use in practice to determine the failure causes. Methodology includes simulation of the compression process with a liquid, as well as simulation of the deformation and the buckling of the conrod stem under axial compression. A numerical integration of a system of differential equations describing the change in pressure and air temperature with a liquid in a cylinder by the crankshaft rotation angle is carried out with the initial conditions that were obtained using the standard ICE cycle calculation program. Then the dependence of maximum pressure in the cylinder and the conrod buckling from the combustion chamber filling ratio was determined. Results. For the found strains, the axial deformation of the conrod stem was simulated using the finite element method, the buckling shape of the stem and the stress were determined, and the dependence of the longitudinal bending on the axial deformation of the stem was determined. The simulation results were compared with experimental data on the conrods damages in the ICE operation, as well as with the results of stress calculations using classical methods. Originality. For the first time, a quantitative link was determined between the liquid amount that fell into the internal combustion engine cylinder during hydrolock, the shape of the conrod stem, its axial deformation, and longitudinal bending in case of loss of stability. Practical value. The results can be used in practice when searching for the causes of the internal combustion engines faults, including simulation the ICE damages, in order to clarify the symptoms and causes of the faults associated with hydrolock. Based on the results of the study, the feasibility of the practical application of the damage simulation in studying the fault causes is substantiated. Keywords: internal combustion engine, connecting rod, hydrolock, buckling, simulation.
Highlights
Вступление Практика эксплуатации двигателей внутреннего сгорания различных типов транспортных средств показывает, что при определенных условиях в цилиндр ДВС могут попадать различные жидкости – вода, моторное масло, топливо, охлаждающая жидкость [1,2]
Однако несмотря на достаточно многочисленные упоминания гидроудара в источниках информации [5,6], описание гидроудара часто ограничивается только кратким упоминанием некоторых его признаков, да и то, в большинстве случаев, неполным, в то время как никаких количественных оценок или характеристик этого явления не приводится
В соответствии с этим были сделаны следующие упрощающие допущения: 1) жидкость в цилиндре несжимаема, 2) температура и свойства жидкости принимаются неизменными и одинаковыми по всему ее объему и не зависят от температуры и давления воздуха, 3) жидкость не подвергается испарению, конденсации, химическим реакциям и иным видам преобразования, 4) воспламенение и горение топлива исключаются
Summary
Рассмотрены закономерности деформации стержня шатуна в процессе сжатия воздуха с жидкостью в цилиндре ДВС. Выполнено моделирование процесса сжатия с жидкостью, получена зависимость давления в цилиндре и деформации шатуна от степени заполнения камеры сгорания жидкостью. Получившее название "гидроудар", при котором в цилиндре на такте сжатия за счет замещения части воздуха несжимаемой жидкостью резко возрастает давление, что нередко вызывает повреждения деталей шатунно-поршневой группы (рис.). Анализ публикаций Поскольку гидроудар одного из перечисленных видов не является редкостью в эксплуатации транспортных средств, исследования признаков, причин и причинно-следственнных связей данного явления оказываются достаточно актуальными для практики [3,4]. Изложение основного материала Исследование гидроудара целесообразно начинать с определения влияния жидкости на параметры воздуха в цилиндре, для чего следует описать процесс сжатия при условии замещения части объема воздуха жидкостью
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
