close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Улучшение температурного состояния поршня за счет интенсификации теплообмена между внутренним днищем и смазочным маслом..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 629.3
УЛУЧШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ
ЗА СЧЕТ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА
МЕЖДУ ВНУТРЕННИМ ДНИЩЕМ И СМАЗОЧНЫМ МАСЛОМ
К.В. Новицкий
TEMPERATURE OF THE PISTON IMPROVEMENTS
BY HEAT TRANSFER INTENSIFICATION BETWEEN
THE INTERNAL BOTTOM AND LUBRICATING OIL
K.V. Novitsky
Интенсивность выгорания топлива в периодах процесса сгорания оказывает заметное влияние на теплообмен между рабочим телом и стенками
внутрицилиндрового пространства. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о возможности снижения тепловой нагруженности поршня и головки цилиндра.
Ключевые слова: поршень, охлаждение поршня, масляные форсунки, интенсификация теплообмена.
Intensity of burning out of fuel in the periods of a combustion procedure
makes appreciable impact on heat exchange between a working body and walls of
intra cylinder space. Results of pilot studies testify to possibility of drop of thermal loading of the piston and a cylinder head.
Keywords: piston, piston cooling, oil spray jets, heat exchange intensification.
Наряду со снижением тепловых потерь в процессе сгорания большое влияние на тепловую
нагруженность элементов двигателя оказывает их перераспределение между теплоотводящими
системами, в частности, увеличение теплоотдачи в смазочное масло. Последнее наблюдается с
системах принудительного охлаждения. Эффективность принудительного охлаждения таких
элементов двигателя как поршень и головка цилиндра очень высока при достижении оптимальных конструктивных решений и параметров.
Решение проблемы тепловой нагруженности элементов двигателя при повышении удельной
мощности следует искать в реализации комплекса мероприятий по обеспечению надлежащих
интенсивности выгорания топлива и тепловых потерь в процессе сгорания, рационального перераспределения тепловых потерь между теплоотводящими системами и совершенствовании конструкции теплонагруженных элементов.
Сгорание топлива рассматривается как совокупность физико-химических явлений, характеризующаяся интенсивным выделением теплоты и световым излучением. Температура рабочего
тела достигает максимальных значений в процессе сгорания и изменяется при переменном объеме цилиндра в зависимости от продолжительности и характера выгорания топлива. Разность
температур рабочего тела и поверхностей внутрицилиндрового пространства обуславливает возникновение теплового потока-теплообмена. Особенности теплообмена между рабочим телом и
окружающими поверхностями состоит в том, что потери тепла, с одной стороны, определяют
эффективность теплоиспользования в цикле, а с другой стороны, поступая к деталям двигателя,
повышают их тепловую нагруженность. Высокие тепловые потери в цикле обуславливают двойной ущерб: снижение мощностных и экономических показателей и повышение тепловой нагруженности, требующие затрат энергии на функционирование систем охлаждения. Наибольшие
тепловые потери имеют место в процессе сгорания топлива.
Повышение удельной мощности современных бензиновых двигателей требуют существенного увеличение эффективности способов принудительного охлаждения. Одним из наиболее расСерия «Машиностроение», выпуск 20
157
Кратккие сооб
бщения
прострааненным споособов прин
нудительногго охлаждения являетсся струйноее охлаждени
ие смазочным масслом его вн
нутреннего днища.
д
В бензиновом двигателе ВАЗ-2112
В
воо 2, 3, 4 и 5-й
5 опорах
коренны
ых подшипн
ников выполлнены дополлнительныее каналы дляя масла, в ккоторые запрессованы
специалльные масляяные форсун
нки. Во врем
мя работы двигателя
д
чеерез эти массляные форссунки масло под давлением
д
о
омывает
дни
ища поршнеей. Это знач
чительно сни
ижает терми
ическую деф
формацию
поршней
й и улучшаает их смазкку, особенн
но в моментт запуска дввигателя. Однако эффеективность
такого способа
с
зави
исит от поллноты исполльзования охлаждающе
о
его масла для теплообм
мена с поверхносстью внутрееннего днищ
ща поршня. Свободная струя охлаж
ждающего м
масла, удар
ряясь о поверхноссть внутренн
него днища,, в значителььной степен
ни отражается и не учасствует в про
оцессе теплообмен
на. Неорганизованное движение
д
оставшейся части
ч
охлаж
ждающего м
масла сопро
овождается
неравноомерным ее распределеением по поверхности внутреннего
в
о днища и, ккак следстви
ие, снижением эф
ффективностти охлажден
ния.
Поввышение эф
ффективностти струйногго охлажден
ния поршняя можно об
беспечить снижением
с
потерь охлаждающ
о
щего масла, участвующеего в процеессе теплооб
бмена, и раввномерным распределением его по внуттреннему дн
нищу с цельью увеличен
ния омываем
мой поверхн
ности [1] (ри
ис. 1). Для
этого поод внутренн
ним днищем
м 2 устанавлливается всттавка 1, поввторяющая ф
форму днищ
ща 2 и стенок 3 и образующаая с днищем
м 2 полость охлаждения
о
я 4, сечение которой вы
ыполнено по
остоянным
по длин
не вставки и равным 1//2 внутренн
него диаметр
ра неподвиж
жного сопла 5. Концы 6 вставки
отогнуты в сторонуу сопла, обрразуя со стен
нками порш
шня входной
й (подводящ
щий) 7 конфузорный и
выходноой (отводящ
щий) диффуззорный канаалы. Ограни
ичение высооты сеченияя полости ох
хлаждения
вызваноо также необходимостьью обеспечеения максим
мально возм
можного, прри заданном
м давлении
масла, его
е расхода через полоссть охлаждения. Уменьш
шение высооты сопровоождается увееличением
гидравллического соопротивлени
ия за счет рооста профил
льных потеррь трения, а чрезмерное увеличение пом
мимо снижен
ния омываемой поверххности вызы
ывает дополн
нительное ссопротивлен
ние за счет
необход
димости прееодоления потоком
п
масла его части
иц, совершаающих возврратно-посту
упательное
движени
ие под дей
йствием инеерционных сил, вызваанных перем
мещением поршня. При
П
работе
поршня масло из соопла 5 череез подводящ
щий канал 7,, отражаясь от вставки 1 и стенок 6, направляется в рабочую зону
з
полости
и охлаждения 4, откудаа через отвоодящий канал сливаетсся в картер
двигателля.
Ри
ис. 1. Поршен
нь повышенн
ной эффектив
вности струйного охлажде
ения
фективностьь снижения тепловой нагруженнос
н
сти поршняя со вставкоой проверял
лась экспеЭфф
риментаально на диззеле 1ЧН 155/16 при раб
боте его с дввумя типами
и камер сгоррания по наагрузочной
характерристике при
и частоте врращения кооленчатого вала 1700 мин
м –1 [2]. Результаты испытаний
и
показали, что испоользование вставки
в
сни
ижает (за сч
чет организаации движения масла в полости)
158
Вестник ЮУрГУ, № 33, 2012
Новицкий
й К.В.
температууру кромки
и горловины
ы камер сгоорания ЦН
НИДИ и открытой
о
к
камеры
соответственн
но на 20–25 °С и темпеературы в об
бласти веррхнего комп
прессионногго кольца на
н
16–17 °С.
т
наЭффеективность снижения тепловой
груженности поршняя со вставккой проверяяновом двигалась расчетным путеем на бензин
З-2112 по нагрузочной
н
й характери
ителе ВАЗ
стике при частоте вращения коленчатогго
вала 50000 мин–1 (рисс. 2). Резулььтаты расчетта
показали, что использзование вставки снижаеет
в
часстью днищ
ща
температууру под верхней
поршня на 17–20 °С и температууру в областти
верхнего компрессион
к
нного кольцаа на 10–12 °С
С.
Снижаютсся температтуры и в других
д
харакктерных тоочках исслеедуемых пооршней. При
именение вставки
в
с принудитель
п
ьным охлаж
ждением струйным маслом
м
из неподвижно
н
ой
и дополняетт систему охлаждени
ия
форсунки
внутреннеего днища, что способ
бствует улуч
чшению теемпературного состоян
нию поршн
ня,
снижая егго температууру на 12–200 °С.
Улучш
шение темп
пературного
о состояния
я поршня
за счет ин
нтенсифика
ации теплоо
обмена…
Рис. 2. Тепловое сос
стояние порш
шня: верхняя
я линия –
уйное охлажд
дение поршня
я, нижняя линия –
стру
сттруйное охла
аждение порш
шня со вставк
кой
Л
Литература
а
1. А.сс. 979679 СС
ССР, М.Кл3. F02F 3/20. Поршень / Е.А.
Е Лазареев, В.С. Кукиис, Л.В. Кри
ивошеина
(СССР). – № 32545844/25–06; заяявл. 04.03.81; опубл. 18.0
02.81, Бюл. № 45. – 3 с.: ил.
2. Лаззарев, Е.А. Основные
О
прринципы, меетоды и эфф
фективност
ть средств совершенст
твования
процесса сгорания топлива для повышения техническо
ого уровня тракторных
т
х дизелей: моногр.
м
/
Е.А. Лазаррев. – Челяб
бинск: Издат
т. центр ЮУрГУ,
Ю
2010
0. – 289 с.
Поступ
пила в редак
кцию 25 июл
ля 2012 г.
Новицкий Константин
К
Васильевич
ч. Аспирант кафедры «Д
Двигатели вн
нутреннего сггорания»,
Юж
жно-Уральски
ий государстввенный университет. Обл
ласть научныхх интересов – двигателесттроение и
форсирование беензиновых дввигателей внуутреннего сго
орания. E-maail: Usorv@mail.ru
Konstantin V. Novitsky. Postgraduatee student of th
he Internal Coombustion Enggine departmeent, South
Urall State Univerrsity. Area of scientific inteerests – enginee-building andd speeding upp of gasoline engines
e
of
interrnal combustioon. E-mail: Usorv@mail.ru
U
u
Серия «М
Машиностро
оение», вып
пуск 20
159
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа