Actual and modeled behavior of hydrodynamic bearings in thermal engine

Modélisation et réalité des paliers hydrodynamiques de moteurs thermiques.

Powertrain Division, RENAULT SAS, 67 rue des Bons Raisins, 92508 Rueil-Malmaison Cedex, France

Corresponding author: jean-louis.ligier@renault.com

Received: 8 January 2009
Accepted: 20 April 2009

Abstract

The first part of this analysis highlights the running condition of hydrodynamic bearings used in thermal automotive engine. To provide this overview, the various specific parameters and their values are described. To complete this panorama a synthesis of the major damages for each kind of engine bearing are set up. Dispersive factors affecting the behaviour of hydrodynamic bearing such as oil emulsion, dirt is described. The second part is dedicated to numerical simulation. An overview of the most used models with their advantages and disadvantages is used to show the state of the art in the automotive industry. Finally, in the third part, the authors match experience and using the two previous parts. A special care is taken for damages, damage modelling, and weakness of damage prediction. From this analysis, the key aspects are detailed such as contact problem in mixed lubrication, surface roughness evolution or effect on lubrication, local or global seizure. To conclude, a special emphasis is done on mixed lubrication and associated problems. From the industrial point of view, this subject is now a key point to be considered when designing reliable bearings.

Résumé

La première partie de cette analyse a pour objet de rappeler le contexte de fonctionnement des différents paliers hydrodynamiques utilisés dans les moteurs thermiques. Pour ce faire, les différents paramètres caractéristiques des paliers et leurs grandeurs spécifiques sont présentés. Un complément à ce panorama est apporté par la synthèse des principales avaries par type de paliers ainsi que les facteurs dispersifs affectant le comportement de ceux-ci, tels que l'émulsion, la pollution. La seconde partie est consacrée à la simulation numérique. Un survol des modélisations les plus courantes, ainsi que les points forts et faibles de celles-ci, est établi pour dresser un état de l'art de la simulation dans le milieu industriel automobile. Enfin, la troisième partie est consacrée à présenter un bilan entre simulation et expérience. Pour ce faire, on s'appuie sur les deux précédentes parties. L'attention est portée sur les avaries, les modélisations employées et les faiblesses de ces dernières par rapport aux prévisions des dommages les plus courantes. Vis-à-vis de ce bilan, les aspects les plus critiques sont détaillés, comme par exemple les problèmes de contact en lubrification mixte, les aspects d'états de surface et leur évolution, leur effet sur la lubrification, les aspects de grippage local ou global. Pour conclure, les problèmes de lubrification mixte et les aspects associés sont mis en avant car ils constituent, du point de vue industriel, un des domaines les plus prometteurs pour améliorer la qualité de conception des paliers.