Contribución al estudio experimental de la fricción pistón-camisa en un motor de combustión interna

Resumen

Esta tesis centra su contenido en el estudio de la fuerza de fricción entre el pistón, los segmentos y la camisa del cilindro (Sistema PSBC) producida en un motor de combustión interna real cuando funciona a baja velocidad, analizando los principales factores que la afectan, y en particular, estudiando la influencia del material del pistón (aluminio y grafito). Para llevar a cabo este estudio, el trabajo se ha sustentado en la medida experimental de la fuerza de fricción entre el pistón y la camisa utilizando el Método de la Presión Media Indicada (Instantaneous IMEP) en condiciones operativas del motor, con componentes reales y sin modificaciones significativas de la máquina. Los ensayos experimentales se han planificado con rigor estadístico utilizando técnicas de diseño de experimentos. Los diseños factoriales planteados se han realizado en su totalidad utilizando el banco de ensayos desarrollado. Se ha obtenido la información necesaria para sacar conclusiones estadísticamente correctas sobre la influencia de los parámetros y de sus interacciones en el comportamiento de la fricción en el Sistema PSBC. Se ha estudiado el efecto del material del pistón en el rozamiento, para lo cual se ha comparado la respuesta de la fricción con el uso de un pistón convencional de aluminio con la obtenida utilizando un pistón de nuevo desarrollo de grafito. Se ha encontrado que durante la combustión el grafito produce menores pérdidas en todos los regímenes de giro y grados de carga analizados. Los resultados generados muestran que el efecto de los factores en la fricción en el Sistema PSBC está condicionado al modo de operación del motor y a su interacción con las otras variables involucradas. Abstract The main focus of this thesis is to study piston assembly friction force in a real engine at low speed, analysing several factors that affect it in which the piston material is included (aluminium and graphite). A thorough experimental research has been carried out in order to measure the piston assembly friction on a real gasoline engine using the IMEP Method (Indicated Mean Effective Pressure) at realistic engine conditions and elements without any major machine modifications. The experiments were planned using the design of experiments methodology. The conclusions obtained are statistically correct and describe the effect of factors and their interactions on piston assembly friction. The effect of piston material was also studied. Friction obtained using aluminium piston was compared with friction obtained using graphite piston. It is found that overall friction losses are reduced using graphite piston under fired conditions. The effect of factors on piston assembly friction depends on both the engine operation and the interaction between variables.