Снижение механических потерь совершенствованием конструкции поршня быстроходного дизеля

• Автор: Пронин, Михаил Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ДВС АВТОТРАКТОРНОГО ТИПА
1.1. Режимы трения и распределение механических потерь в поршневом ДВС
1.2. Принципы и способы снижения механических потерь в ДВС
1.3. Профилирование образующей поршня как способ снижения механических потерь в ЦПГ
1.4. Технологические способы снижения граничной составляющей силы трения поршня
1.5. Влияние свойств моторного масла и смазываемых материалов
на механические потери в ЦПГ
1.6. Выводы, постановка цели и задач исследования
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ
И МОДИФИКАЦИИ БОКОВОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ ЮБКИ ПОРШНЯ
2.1. Постановка задачи
2.2. Разработка принципа минимизации силы граничного трения юбки поршня
2.3. Обоснование подходов к снижению интенсивности соударений
при движении поршня в пределах зазора с цилиндром
2.4. Анализ гидродинамической несущей способности юбки поршня
в продольном и поперечном сечениях
2.5. Выводы

3. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОФИЛЯ И ПОВЕРХНОСТИ ЮБКИ ПОРШНЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ
3.1. Описание расчетной модели и программы
3.2. Цель, задачи и объекты численного эксперимента
3.3. Анализ результатов расчета
3.3.1. Влияние параметров профиля
3.3.2. Влияние антифрикционного покрытия поверхности юбки поршня
ф 3.3.3. Влияние упрочнения поверхности юбки
3.3.4. Выбор и формирование рационального профиля
3.4. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
4.1. Цель и задачи экспериментов
4.2. Объекты исследования и средства испытаний
4.3. Концепция и выбор методик проведения испытаний
4.4. Результаты экспериментов на различных средствах испытаний
ф 4.4.1. Машина трения
4.4.2. Поршневой ДВС
4.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Несмотря на значительный прогресс двигателестроения, вызвавший в последние 10-15 лет существенное повышение технического уровня конструкций, механические потери до сих пор занимают значительную долю в тепловом балансе двигателя. Даже сегодня механический КПД у большинства серийно выпускаемых отечественных ДВС автотракторного типа (без наддува) редко превышает значение 0,75 на номинальном режиме работы. То есть до 25% располагаемой мощности этих двигателей теряется безвозвратно на преодоление трения и других типов сопротивления движению и перемещению твердых тел и вязкой среды.
В доле этих потерь от 40 до 60% приходится на механические потери в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ) двигателя. Таким образом, сосредоточение усилий на снижении трения в сопряжении «поршень-цилиндр» и получение здесь положительного результата может дать наибольший эффект.
Анализ выполненных конструкций показывает, что поршни современных ДВС (особенно лучших мировых производителей) представляют собой весьма сложные наукоемкие изделия, в которых реализуются самые передовые достижения техники и технологии. В частности, это относится к профилю и технологическому сопровождению трущейся поверхности поршней. В то же время, методы профилирования и технология (включая составы покрытий) остаются предметом коммерческой тайны или know-how производителей. Известные на сегодня методы профилирования боковых поверхностей поршня направлены, в основном, на обеспечение самоустановки поршня при его движении в цилиндре и поэтому мало связаны с решением задачи снижения механических потерь. Вопрос обоснованного выбора метода модификации (обработки, нанесения покрытия, лазерного переплава и т.п.), практически не рассмотрен в теории и практике конструирования поршней.
ваемых профилей равны (сопоставимы). Падение значений функции <р ниже единицы указывает на то, что гидродинамическая эффективность наклонной плоскости выше, чем комбинированного профиля.
Перед выполнением анализа отметим, что, как указывалось выше, диапазон значений относительного перепада высот 8 в принципе может принимать и нулевое значение, поэтому следует признать, что функция у/ неопределена при значении <5=0. Раскрытие неопределенности этой функции путем нахождения предела у/ при 8 -» 0 и принятии условия, что в области малых значений 8 функция Р6 может быть представлена как Р$=8/2 (линеаризирована) [65], дает величину:

Ж +
8ч>0
В то же время, как можно видеть из (2.20), при значении параметра 2=0 функция (р=.
После этого можно считать, что функция у/, а вместе с ней и <р, определена при всех значениях аргументов (8, %) и открыта к исследованию.
Оценим влияние на функцию ср согласно (2.21) коэффициента соотношения длин участков х и относительного перепада высот профиля 8. Для чего, используя зависимость (2.21), определим значения функции (р в диапазоне характерных значений ^ от 2=0 до 2=1,0 для трех малых значений относительного перепада высот 8 (0,02; 0,06 и 0,1) и представим результат в виде графиков.
Как следует из рис.2.9, независимо от значения параметра 8, гидродинамическая эффективность комбинированного профиля при увеличении значений коэффициента соотношения длин от 0 до 0,25 возрастает, достигая максимума в окрестности значений 2=0,25, а затем падает до единицы (нулевая эффективность) и ниже (отрицательная эффективность) в окрестностях значений 2 от 2=0,85 до 2=1,0. В точке 2=0 участок горизонтального удлинения отсутствует, а весь профиль представлен наклонной плоскостью, поэтому гидродинамические способности сравниваемых профилей равны (<р=1).