Интенсификация масляного охлаждения поршней быстроходных двигателей

• Автор: Михайлов, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИЯ ПОРШНЕЙ И РАСЧЕТ МАСЛЯНОГО

ОХЛАЖДЕНИЯ
1.1. Типовые конструкции поршней и способы их охлаждения
1.2. Особенности систем масляного охлаждения поршней
1.3. Методы расчета масляного охлаждения поршней
1.4. Способы повышения эффективности охлаждения
1.4.1. Повышение эффективности галерейного охлаждения
1.4.2. Повышение эффективности струйного охлаждения
1.5. Обзор методов расчета гидродинамики и теплообмена при взаимодействии струй с преградами
1.6. Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА СТРУЙ-

НОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОРШНЕЙ
2.1. Система уравнений математической модели
2.2. Методы определения границы раздела фаз при моделировании те-чений со свободной поверхностью
2.3. Алгоритмы определения температурного поля поршня
2.3.1. Моделирование температурного поля с учетом граничных

условий со стороны охлаждающего масла
2.3.2. Алгоритм решения сопряженной задачи теплообмена
ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1. Оценка погрешности расчетов при численном моделировании
3.2. Верификация математической модели взаимодействия струи с

преградой на основе тестовых задач

3.2.1. Взаимодействие струи с преградой перпендикулярной потоку
3.2.2. Моделирования торможения потока масла в открытом канале
3.3. Верификация математической модели струи, набегающей на криволинейную перемещающуюся преграду
3.3.1. Разработка расчетной модели взаимодействии струи с

подвижной криволинейной поверхностью
3.3.2. Качественная оценка точности модели
3.3.3. Количественная оценка точности модели
3.3.4. Решение сопряженной задачи теплообмена
3.3.5. Повышение точности численного моделирования взаимо-

действия струи с внутренней поверхностью поршня
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СТРУЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ПОРШНЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ГОНОЧНОГО МОТОЦИКЛА
4.1. Разработка системы струйного охлаждения поршня ,ГАУА Г>Т
500 при помощи методики численного моделирования
4.1.1. Исходные данные для разработки расчетной модели и по-

становка задачи исследования
4.1.2. Определение граничных условий по поверхностям поршня
4.2. Анализ результатов расчетов гидродинамики
4.3. Моделирование температурного поля поршня
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ № і
ПРИЛОЖЕНИЕ №2
ПРИЛОЖЕНИЕ №3

ВВЕДЕНИЕ
К наиболее важным направлениям совершенствования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в настоящее время можно отнести: снижение вредных выбросов отработавших газов, что обуславливается постоянным ужесточением соответствующих норм, повышение удельной мощности и улучшение топливной экономичности. Применение систем впрыска топлива в цилиндр двигателя под высоким давлением и высокого уровня наддува, являющихся неотъемлемой частью концепции современных дизелей, а также высокофорсированных двигателей с искровым зажиганием, способствует улучшению показателей двигателя по всем перечисленным направлениям. Однако использование этих технологий сопровождается интенсификацией рабочего процесса в цилиндре и приводит к увеличению тепловых и механических нагрузок на детали двигателя.
Наиболее сильно подвержены воздействию тепловых нагрузок детали, образующие камеру сгорания, т.к. они воспринимают теплоту, которая выделяется при сгорании топлива, при этом поршень является одной из самых нагруженных деталей. Повышенный уровень температур поршня приводит к ухудшению к ухудшению качества смазочного масла и прочностных свойств материала поршня, в особенности это касается алюминиевых сплавов. Последствиями длительной работы поршня при термических нагрузках, превышающих расчетные, могут быть необратимые тепловые деформации, образование трещин, коксование масла, чрезмерный износ, зависание компрессионного кольца, микросваривание контактирующих поверхностей, влекущее за собой заедание поршня и выход из строя всего двигателя. Для обеспечения безотказной работы двигателя в течение заданного ресурса необходимо, чтобы максимальные температуры поршней были гарантированно ниже допустимых пределов. Эта задача решается путем воздействия на тепловой режим работы поршня, для чего требуется использование системы принудительного масляного охлаждения.
В настоящее время для охлаждения поршней дизелей с умеренной степенью форсирования, а также для высокофорсированных бензиновых двигателей

ратур по кромке КС поршня для двух вариантов охлаждения, измеренное термопарами на режиме номинальной мощности.
Система охлаждения с двумя Форсунши
ВХОД і
; струи СЛИВ ВХОД Т
Система охлаждения с одной форсункой

•іпсункі
Угловая координата по окружности полости охлаждения,
Рис. 1.15. Коэффициент теплоотдачи при различных вариантах охлаждения [34]

к*'»

Система охлаждения с одной форсункой
I Система охлаждения с двумя форсунками
вход 1 вход
струм 'СЛИВ струи Г ” ”

вход
струи

слив слив
слив слив
Положение I Положение
1 двух форсунок ! одной форсунки

Угловая координата по окружности полости охлаждения,0 Рис, 1.16. Сравнение температур кромки КС при использование одной и двух
маслоподающих форсунок [34]