Анализ мировых тенденций в проектировании современных бензиновых двигателей, страница 39

Целью данного расчета является определение распределения температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания и максимального значения температуры, а также распределения термических напряжений. Задача решается для модели поршня в плоской осесимметричной постановке. Расчет проводится по методу конечных элементов при помощи программы COSMOS.

Для проведения данного расчета была подготовлена плоская двумерная конечно-элементная модель поршня. Модель воспроизводит конструкцию поршня и содержит 372 и 342 конечных элементов с 1261 и 1165 узловыми точками. В модели используются плоские четырехугольные восьмиузловые конечные элементы. Для них задаются свойства материала (алюминий).

Таблица 13 «Свойства материалов поршня»

На основании расчетов поршневых колец, теплообмена по огневой поверхности поршня и рабочего процесса двигателя для данного расчета ставят граничные условия, тепловую нагрузку на поршень со стороны рабочего тела и теплоотвод через поршневые кольца и зону поднутрения (рис. 42.). Также задается условие отсутствия вертикального перемещения в одной из точек нижней части поршня и горизонтального – в зоне осевой симметрии. Задаются значения коэффициента теплоотдачи  и температуры Т в этих зонах. В зоне огневого днища необходимо адаптировать результаты расчета теплообмена по огневой поверхности поршня для задания граничных условий (рис.43). Адаптация производится графическим методом.

Рис. 42. «Граничные условия модели поршня»

Рис. 43. «Аппроксимация теплообмена по огневой поверхности поршня»

Полученное в результате расчета распределение температуры в поршне двигателя внутреннего сгорания показано на рисунке 44 и 45, распределение термических напряжений – на рисунке 46 и 47. На рисунке 48 и 49 показано деформированное состояние поршня. По результатам исследования максимальная температура поршня 490 ⁰С что допустимо для составных поршней с головкой из жаропрочной стали.

Рис. 44. «Распределение температур в поршне»

Рис. 45. «Распределение температур в поршне»

Рис. 46. «Распределение термических напряжений в поршне»

Рис. 47. «Распределение термических напряжений в поршне»

Рис. 48. «Деформированное состояние поршня»

Рис. 49. «Деформированное состояние поршня»

7. Обеспечение безопасности при эксплуатации двигателя

7.1 Анализ вредных и опасных факторов

Темой данного раздела является обеспечение безопасности при эксплуатации автомобильного бензинового поршневого двигателя. Двигатель пятицилиндровый четырехтактный эффективной мощностью Ne=140кВт, n=6000 об/мин, давлении выпуска 1.44 бар при температуре 1100 К  и впуска 1.6 бар при 331 К. Для работы двигателя необходимы легковоспламеняющиеся жидкости: бензин (АИ-95 ГОСТ Р 51105-97) и моторное масло ( SAE 5 w30). Анализ производится для автомобиля, оснащенного проектируемым двигателем. Двигатель расположен в моторном отсеке автомобиля. Сигнальные лампы и приборы для контроля за состоянием двигателя, органы управления вынесены на приборные панели в салоне автомобиля. Салон автомобиля, изолирован от моторного отсека и имеет шумоизолирующую перегородку. Моторный отсек проветривается воздухом, подаваемым с улицы. Двигатель изготовлен в едином исполнении для умеренного и тропического климата и рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от -40 до 45°С, относительной влажности 90% при +27°С. Конструктивно обеспечен надежный пуск двигателя без пускового подогревателя при температуре воздуха до -27°С. Рабочими телами являются: охлаждающая жидкость, моторное масло, топливо.

При эксплуатации двигателя, с точки зрения техники безопасности, представляют опасность для здоровья людей следующие факторы:

- вращающиеся части двигателя;

- наличие зон с высоким давлением;

-  перемещение узлов и деталей, обладающих большой массой при сборке и проведении ремонтных работ;

-  образование взрывоопасной концентрации паров масла в картере двигателя;