Lubomír Drápal

Efficient approach for solution of the mechanical losses of the piston ring pack

Piston rings play an important role in the lubricant system of reciprocating engines with consequences for engine wear, power losses and oil consumption. The computational solution of piston ring dynamics is a very complex problem which requires multiple numerical approaches supplemented by suitable inputs. This paper demonstrates the principles of the numerical solution of piston ring dynamics in mixed-lubrication conditions incorporating a virtual engine and experimental inputs. A simulation algorithm is integrated into the user-guided interface and it is available for industry usage. The solution results are presented for a passenger car petrol engine with a three-piston-ring configuration.

Crankshaft development of a two-stroke compression-ignition engine with contra-running pistons

SHRNUTI Tento članek se zabyva navrhem, porovnanim různych variant a vyběrem vhodneho řešeni klikovych hřidelů pro dvoudoby vznětovy přeplňovany letecky motor s protiběžnymi pisty a souproudym vyplachovanim. Navrh variant klikovych hřidelů je proveden na zakladě analyzy vyvaženi celeho hnaciho ustroji a zahrnuje v sobě různe kombinace požadavků na pevnost, hmotnost a pravě i vyvaženi. Všechny varianty jsou s využitim postupů MKP a MBS podrobeny dynamickym simulacim pro cele spektrum provoznich otaček a vhodne řešeni je zvoleno na zakladě kriteria minimalizace torsniho kmitani, unavove životnosti časti motoru a zatiženi hlavnich ložisek. ABSTRACT The paper is focused on designing and comparing different options, and then selecting the most suitable crankshaft design for a two -stroke CI engine with contra -running pistons and through -flow scavenging. The crankshaft variants are based on analysis performed with the powertrain balance and include various combinations of requirements for strength, weight and balance. Applying FEM and MBS procedures, all variants undergo dynamic simulations across the whole spectrum of operation speeds. A suitable design is selected with reference to the criteria of minimizing torsional vibrations, fatigue life of individual engine parts, and the main bearing load.

Dynamic Simulation of Progressive Crank Train

This paper presents computational approaches for verification of conceptual study of low-friction-losses crank train design and its vibration analysis. The decrease of friction losses is realized by reduction of crankshaft main bearings number while the influence of a crankshaft pulley torsional vibration and main bearings load are investigated. The computational model is assembled as well as numerically solved in a Multi-Body System whereas the modally reduced bodies are incorporated into it and hydrodynamic problem is also taken into account.

Improvements in Computational Modelling of Slide Bearings

Shrnutí Zaměrem tohoto članku je představit inovace v oblasti vypočtoveho modelovani kluznych ložisek pohonnych jednotek. Tyto inovace spočivaji, mimo jine, v rozšiřeni modelu o podminky smišeneho mazani. Vstupni data pro detailni vypočty jednotlivych kluznych ložisek jsou poskytovana vypočtovym modelem pohonne jednotky vyšši urovně, tzv. virtualnim motorem. Vysledky těchto vypočtů slouži jako teměř nezbytne informace pro spravny navrh parametrů různych typů kluznych ložisek. Prezentovane metody jsou založeny na novych programovych nastrojich, vyvinutych autory během vyzkumu, a take na komerčně dostupnych aplikacich typu ANSYS nebo ADAMS. Vypočtove modely pohonnych jednotek vyšši urovně zahrnuji pružna tělesa na zakladě redukovanych MKP modelů. Nově vyvinute vysoce specializovane programove nastroje jsou sestaveny v programovacich jazycich Fortran a Matlab. Abstract The intent of this paper is to present new improvements in the modelling of a powertrain slide bearing incorporating mixed lubrication conditions. The Virtual Engine as a model of the powertrain provides input data for detailed calculations of individual slide bearings. The results of these calculations serve as essential information for the correct parameter design of various types of slide bearings. The presented methods are based on new software tools developed by the authors during the research and also on commercial tools such as ANSYS or ADAMS. The computational models of the target powertrains incorporate flexible bodies (based on conversed FE models). The newly developed and highly specialized software tools are written in Fortran and Matlab.

Overview of Computational Models Used for Mixed Lubrication

The ability to describe a mixed lubrication regime correctly has higher and higher importance along with the continued downsizing trend. Therefore, this paper deals with the application of different methods for determining the contact pressure in slide bearings, as well as the description of several strategies of 3D rough surfaces computer modelling. Furthermore, in this paper are shown result example of surface roughness generation and analysis results of slide bearing operated under different lubrication regimes.

Aircraft Engine Crankshaft Optimisation

Shrnutí Tento článek popisuje část návrhového procesu klikové hřídele vznětového dvoudobého motoru s protiběžnými písty, při níž je pro zadané průměry a délky čepů hledán optimální tvar ramen hřídele. Je zde popsán postup vzniku několika variant, které jsou následně podrobeny kritickému zhodnocení, a dále mechanismus výběru výsledného nejlepšího možného návrhu. Výsledný tvar klikové hřídele je v poslední fázi podroben výpočtu únavové životnosti, jakožto finálního kroku návrhového procesu. Abstract This article presents part of the crankshaft development of a two-stroke compression-ignition engine with contra-running pistons where, for invariably specified diameters and pin lengths, the optimal crankshaft shape is searched for. The process of creating several options which are then subjected to critical evaluation followed by the selection mechanism for the final best possible design is described. As the final step of the design process the resulting crankshaft shape is examined by calculation of fatigue life.

A conceptual study of a cranktrain with low friction losses

Shrnutí Tento článek popisuje výpočtový přístup pro ověření koncepční studie klikového mechanismu s nízkými třecími ztrátami a analysu jeho vibrací. Snížení třecích ztrát je dosaženo snížením počtu hlavních ložisek klikového hřídele, přičemž se sleduje torsní kmitání řemenice klikového hřídele a zatížení hlavních ložisek. Výpočtový model zahrnuje modálně redukovaná pružná tělesa, hydrodynamická ložiska a je sestaven i numericky řešen v prostředí Multi-Body System. ABSTRACT This article presents computational approaches for verification of a conceptual study of a low-friction-loss cranktrain design and its vibration analysis. A decrease in friction losses is achieved by reduction of the number of crankshaft main bearings whilst the influence of a crankshaft pulley torsional vibration and main bearing loads are investigated. The computational model is assembled and numerically solved in a Multi-Body System into which are incorporated modally reduced bodies, whilst the hydrodynamic aspect is also taken into account.

Simulation Approaches for the Solution of Cranktrain Vibrations

Shrnutí Vývoj moderních pohonných jednotek vyžaduje využívání pokročilých výpočtových metod, nutných k požadovanému zkrácení času tohoto vývoje společně s minimalizací nákladů na něj. Moderní výpočtové modely jsou stále složitější a umožnují řešit mnoho různých fyzikálních problémů. V případě dynamiky pohonných jednotek a životnosti jejich komponent lze využít několik různých přístupů. Prvním z nich je přístup zahrnující samostatné řešení každého subsystému pohonné jednotky. Druhý přístup využívá model pohonné jednotky obsahující všechny hlavní subsystémy, jako klikový mechanismus, ventilový rozvod, pohon rozvodů nebo vstřikovací čerpadlo, a řeší všechny tyto subsystémy současně i s jejich vzájemným ovlivněním. Cílem článku je pomocí vybraných výsledků prezentovat silné a slabé stránky obou přístupů. Výpočty a experimenty jsou prováděny na traktorovém vznětovém šestiválcovém motoru. Abstract The development of modern powertrains requires the use of advanced CAE tools enabling a reduction in engine development times and costs. Modern computational models are becoming ever more complicated and enable integration of many physical problems. Concentrating on powertrain dynamics and component fatigue, a few basic approaches can be used to arrive at a solution. The first approach incorporates a separate dynamics solution of the powertrain parts. The second one solves a complete powertrain model including all significant parts, such as cranktrain, valvetrain, gear timing drive and injection pump. The paper deals with dynamics and fatigue analyses solved using different approaches. Computed and measured results relate to a tractor compression-ignition in-line six-cylinder engine.

Virtual Prototyping as Tool for Powertrain Development

The paper presents a use of virtual prototyping in designing, different variants comparing, and selecting of the most suitable design of crankshafts for two-stroke compressed-ignition engine with contra-running pistons and through-flow scavenging. Applying CAE methods enable a solution of different problems like torsional vibrations or loads of main bearings.

Dynamic Model of Piston Rings for Virtual Engine

Piston rings play important roles in the lubricant characteristic of reciprocating engines with the consequences on engine wear and a vast amount of lubricating oil consumption. Piston ring dynamics is a very complex problem and it is solved numerically using the virtual engine. This paper shows a work describing a simulation algorithm of the piston ring dynamics.