The influence of cylinder disengaging on the friction resistance in the piston-cylinder assembly

On the combustion engine specific fuel consumption characteristic the high efficiency area is limited to the high engine loads. But most of the time the necessary engine power used for driving is between 20 to 50 % of the nominal engine power, which means that the engine works beyond the high efficiency range. This situation can be changed with disengaging part of the cylinders by cutting off the air and fuel supply to these cylinders, which means that the other cylinders will work with higher load to compensate power loss of disengaged cylinders. Such idea is known for long time but its practical realization meats series of problems. The long lasting idle running of piston-rings-cylinder group may have impact on engine durability and friction losses generated by switched off cylinders. In the paper friction losses of the piston-cylinder assembly of four cylinder in-line engine are presented. Three cases are considered: maximum efficiency working range, idle run and 50 % of the engine rated power within maximum efficiency range. The simulations were made for the classic three piston rings packet and piston with carbon nanotubes layer on its skirt. On the basis of carried out simulations conclusions about purposefulness of cylinder disengaging were formulated.

Z charakterystyki ogólnej silnika spalinowego wynika, że pole pracy charakteryzujące się dużą sprawnością cieplną jest bardzo ograniczone. Najczęściej jednak moc wykorzystywana na jazdę stanowi 20 do 50% mocy nominalnej silnika a to oznacza, że silnik pracuje poza obszarem najwyższych sprawności. Sytuację można zmienić wyłączając z zasilania w paliwo część cylindrów silnika wielocylindrowego. O ile koncepcja taka znana jest od dziesięcioleci to jej praktyczna realizacja napotyka na szereg trudności. Długotrwała praca zespołu tłok–pierścienie–cylinder na biegu jałowym może wpłynąć na trwałość silnika a straty tarcia generowane w wyłączonych cylindrach obniżają sprawność ogólną tak użytkowanego silnika. W artykule przedstawiono straty tarcia w grupie tłokowo – cylindrowej silnika czterocylindrowego dla trzech przypadków: silnika pracującego w polu maksymalnej sprawności ogólnej, silnika na biegu jałowym oraz silnika generującego połowę mocy odpowiadającej pracy w polu maksymalnej sprawności. Symulacje przeprowadzono z uwzględnieniem pakietu trzech pierścieni na tłoku oraz powierzchni bocznej tłoka uszlachetnionej warstwą propoślizgową wykonaną z nanorurek węglowych. Na podstawie przeprowadzonych symulacji sformułowano wnioski określające celowość stosowania systemu wyłączania zasilania paliwem części cylindrów, przez co pracujące cylindry generują moc w obszarze maksymalnej sprawności ogólnej.