Enhancement of evaluation method of journal bearings’ performance in heavy-duty diesel engines

• Main Author: Nataraj, Sateesh
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) 2021
• Subjects: Asperity contact pressure; elastohydrodynamic lubrication; friction; flow factors; run-in wear profile; Asperitetskontakttryck; elastohydrodynamik; friktion; flödesfaktorer; slitageprofil efter inkörning; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-299513

Journal bearings are being used in various locations of an internal combustion engine. They contribute to a large portion of total engine friction and lowering it means a significant contribution to CO2 reduction. Operating under heavy loads, journal bearings are often subject to mixed regime of lubrication where a part of bearing load is carried by asperities. This necessitates accurate modelling of asperities contact in order to get more realistic predication of friction losses in journal bearings contact. The evaluation method at Scania couples 3D confocal measurement of bearings’ surface roughness to a Multi-body Dynamic Analysis of journal bearings lubrication utilizing AVL EXCITE. During running-in, asperity peaks are reduced due to wear caused by metal-to-metal contact resulting in change of bearing surface profile and different contact zones in axial and circumferential direction. The aim of this thesis is to include these different contact zones and run-in wear profile of the bearing to the existing evaluation method at Scania to simulate run-in effects more precisely. Surface measurements were made on a run-in big end bearing surface at edges, center and region after oil hole. From these measurements, using the existing Local Scale Model at Scania, asperity pressure curve and flow factors were obtained, which were used to perform AVL EXCITE big end bearing simulations with multiple surface contact patches. The results show that the inclusion of multiple surface patches and run-in wear profile lead to a significant change in distribution and also magnitude of bearing performance parameters e.g. pressure, friction losses, clearance height. === Glidlager är en av de mest använda komponenterna i motorer. De bidrar till en stor del av motorns totala friktion och en minskning av denna bidrar i hög grad till minskade utsläpp av CO2. Glidlager som arbetar under hög last utsätts ofta för blandfilmssmörjning där en del av lasten bärs av mekanisk kontakt mellan ytornas asperiteter. Detta kräver en noggrann modellering av asperitetskontakter för att få en realistisk prediktion av friktionsförluster i glidlager.Utvärderingsmetoden på Scania kopplar ihop 3D-mätning av lagrets ytfinhet i ett konfokalmikroskåp med en dynamisk tribologiberäkning i MBS-programvaran (Multi Body Simulation) AVL Excite.Under inkörning nöts asperiteterna ner på grund av metallkontakten mellan ytorna vilket påverkar lagerytans profil och ger olika kontaktzoner i axiell och periferiell riktning.Syftet med examensarbetet är att inkludera de olika kontaktzonerna och lagrets profil efter inkörning i Scanias befintliga utvärderingsmetod i syfte att noggrannare kunna simulera inkörning av lagren.Ytfinhetsmätningar utfördes med ett konfoklamikroskop på ett inkört vevlager vid kanterna, i mitten och i närheten av oljehålet.Med hjälp av dessa mätningar och en av Scanias befintliga kontaktmodeller beräknades asperitetstryck och flödesfaktorer vilka användes för att utföra vevlagerberäkningar i AVL Excite med olika kontaktegenskaper i olika regioner.Resultaten visar att införandet av regioner på lagerytan med olika lokala kontaktegenskaper och lagerprofil efter inkörning ger en signifikant förändring av såväl storleken som fördelningen av olika lagerresultat såsom till exempel lagertryck, friktionsförluster och oljefilmstjocklek.