Применение масляного охлаждения поршня с целью снижения его температур, страница 7

          Анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

          - Циркуляционное охлаждение поршня при практически одинаковом расходе масла по сравнению со струйным охлаждением позволяет снизить температуру кромки камеры сгорания в среднем на 70 °С и 50 С° в зоне канавке первого компрессионного кольца. При этом вдвое уменьшается радиальный перепад температур на огневой поверхности днища поршня.

          - Подвод масла через форсунку снижает температуру днища поршня в среднем на 10 °С, а в зоне первого компрессионного кольца на 20 °С больше чем при подводе масла через шатун. Несмотря на увеличенный расход масла, по сравнению с двумя рассмотренными выше способами, можно сказать что данный способ является самым эффективным, так как качество теплообмена между стенками поршня и охлаждающим маслом зависит от количества подаваемого масла.

6.3 Расчётный анализ влияния  масляного охлаждения на температурное состояние поршня

В решении задач расчёта тепловых физико-механических полей структурным методом нашла применение разработанная в ИПМаш НАН Украины программирующая система «ПОЛЕ». Данная система является комплексом программ, рассчитанным на решение двумерных (плоских и осесимметричных) краевых задач для дифференциальных уравнений в частных производных без ограничения на характер краевых условий, форму области и участков её границы.

Математический аппарат соответствует методу R-функций, который позволяет учитывать любой сложности граничную и геометрическую информацию на аналитическом уровне [9].

С помощью системы «ПОЛЕ» по методике кафедры «Двигатели внутреннего сгорания»  были рассчитаны тепловые поля поршня проектируемого двигателя. Значения температур для трёх характерных точек поршня без масляного охлаждения поршня и с масляным охлаждением приведены ниже.

В случае отсутствия масляного охлаждения температура поршня на кромке камеры сгорания равна t₁ = 300 ºС (рис. 6.11); температура на периферии поршня – t₂ = 274 ºС; температура поршня в зоне первого компрессионного кольца – t₃ = 244 ºС. Разности температур: Δ₁₂ = t₁ – t₂ = 300 – 274 = 26 ºС; Δ₂₃ = t₂ – t₃ = 274 – 244 = 30 ºС.

  Рисунок 6.11 - Схема расположения         При введении масляного охлаждения все               

точек измерения температуры поршня   эти температуры снижаются: t₁ = 292 ºС; t₂ =

                                                                     = 267 ºС;   t₃ = 239 ºС.  Разности  температур              

также снижаются: Δ₁₂ = t₁ – t₂ = 292 – 267 = 25 ºС; Δ₂₃ = t₂ – t₃ = 267 – 239 = 28 ºС.

Температуру поршня в зоне первого компрессионного кольца необходимо ограничивать, чтобы не происходило лакообразования. При использовании современных масел с присадками, снижающими лакообразование, есть возможность доводить температуру поршня в зоне первого компрессионного кольца до значений      [t₃] = 230 – 240 ºС. Если не использовать масляного охлаждение поршня в данном двигателе, значение t₃ = 244 ºС будет превышать предельно допустимое [t₃] = 240 ºС. А в случае применения охлаждения наддувочного воздуха, температура поршня в зоне первого компрессионного кольца будет приемлемой.

Кроме того, результаты расчётов иллюстрируют не только снижение абсолютных значений температур характерных точек поршня при введении масляного охлаждения поршня, но и снижение перепада температур между этими точками. Это необходимо учитывать, так как именно перепад температур приводит к возникновению тепловых напряжений.

То есть, применение масляного охлаждения позволило снизить не только температуру поршня, тем самым увеличивая срок службы поршня, колец и других деталей, но и уменьшить тепловую напряжённость поршня, увеличивая надёжность всего двигателя.