Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Тепловая напряженность

Современная тенденция развития быстроходных автотракторных двигателей характерна стремлением их форсирования по скоростному режиму и среднему эффективному давлению. Такое направление развития приводит к росту механических и тепловых нагрузок. Последние главным образом и определяют предел форсирования двигателя.

Тепловая напряженность двигателя характеризует уровень температуры его основных деталей и определяет допускаемую из условий прочности применяемых материалов термическую нагрузку для них. Тепловая напряженность характеризует также условия работы трущихся пар.

В наиболее сложных условиях по тепловой напряженности находятся огневые днища головки блока цилиндров и поршня, температурные поля которых характеризуются значительной неравномерностью в различных зонах. Температура поверхности этих деталей и особенно поршня существенно влияет на условия эксплуатации двигателя и его надежность. Перегрев поршня, если при этом недостаточно хорошо смазываются сопряженные детали, вызывает закоксовывание колец, задиры рабочей поверхности поршня и гильзы и другие дефекты. Вследствие неравномерного поля температур в днище поршня и головке они деформируются, а степень тепловой напряженности их в зонах с разными температурами неодинакова, в результате чего возникают трещины и прогар в отдельных местах.

Достижения оптимальных условий по тепловому состоянию форсированного двигателя определяются рациональной конструкцией тепловоспринимающих деталей, полостей охлаждения и параметрами агрегатов системы охлаждения. Большое значение имеет также правильное соотношение между количеством теплоты, отдаваемой в охлаждающую двигатель среду и удаляемой из цилиндра с отработавшими газами. Особенно в случае газотурбинного наддува рациональное распределение отвода теплоты способствует повышению теплоиспользования и, следовательно, форсированию двигателя. При этом путем ввода в цилиндр большего массового количества воздуха и соответственно (для дизеля) работы на больших нагрузках с более высоким значением а можно существенно снизить тепловую напряженность двигателя.

Таким образом, изучение факторов, влияющих на тепловую напряженность ответственных деталей двигателя имеет большое значение для обеспечения надежной его эксплуатации.

В двигателе внутреннего сгорания тепловая напряженность основных деталей определяется величиной и характером протекания тепловых потоков. Конструктивная сложность деталей, различие условий охлаждения по поверхности деталей, неоднородность термодинамических параметров рабочего тела по объему камеры сгорания приводят к тому, что условия теплоотдачи по поверхности деталей, ограничивающих внутрицилиндровый объем, неодинаковы. Вследствие этого тепловые потоки, проходящие через отдельные участки теплопередающей поверхности, различны. В процессе осуществления цикла теплопередающая поверхность меняется. Указанные и другие факторы, сопутствующие протеканию отдельных стадий цикла (вихревое течение газов, гидродинамические процессы при впуске и выпуске, изменение состояния рабочего тела при сгорании и т. д.) существенно влияют на характер тепловых потоков.

Удельный тепловой поток в Вт/м2

рассматриваемый участок поверхности, м2.

Тепловые потоки в двигателе имеют ярко выраженный нестационарный характер.

На рис. 141 в качестве примера показан для одного из участков поверхности огневого днища головки характер удельного теплового потока от рабочего тела, находящегося в цилиндре, к стенке

в зависимости от времени (угла поворота коленчатого вала четырехтактного автомобильного двигателя типа ЯМЗ).

При впуске вследствие того, что температура поступающего воздуха ниже температуры поверхности, ограничивающей внутри-цилиндровый объем, теплота от стенок передается воздуху (см. гл. IV). Затем в процессе сжатия по мере повышения температуры свежего заряда (см. гл. V) начинается отвод теплоты от него в стенки. Количество передаваемой теплоты в стенки значительно возрастает в период сгорания. При расширении вплоть до выпуска отработавших газов отвод теплоты в стенки продолжается.

На рис. 141 приведены также значения средней температуры газа в цилиндре, подсчитанной по характеристическому уравнению по индикаторной диаграмме, средней температуры стенки в рассматриваемой зоне tw, измеренной термопарой. На графике показана зависимость коэффициента теплоотдачи от газа к стенке от угла поворота коленчатого вала, подсчитанная по уравнению

Распределение отдачи теплоты в стенки по стадиям цикла приведено в табл. 21.

Относительное количество теплоты от всей введенной с топливом и воспринимаемой головкой блока в зависимости от нагрузки меняется от 11 до 19%. Из общего количества теплоты, переданной головке блока, от 10 до 37 % отводится в стенки выпускного канала. Это заметно уменьшает энергию отработавших газов, возможную для использования при газотурбинном наддуве.

Наиболее напряженными деталями в тепловом отношении в четырехтактном двигателе являются выпускные клапаны. Продувка цилиндра воздухом в период перекрытия клапанов, которая применяется, например, при наддуве, эффективный способ охлаждения клапанов.

деталей исследованного днзеля в зависимости от нагрузки, коэффициента а при различных рк, скоростных режимах и давлении наддува. Значения tw в различных зонах поверхности одной и той же детали разные. Это определяет сложный характер степени тепловой напряженности днища поршня и головки, что должно учитываться при их конструировании для получения необходимой равнопрочности и обеспе-

> об/мин,

(на периферии

меняется практически

эквидистантно (см. рис. 142).

,

в отдельных зонах головки возрастает линейно примерно на 70°, а поршня на 60е.

оставляет 150° С, а бобышек для болтов крепления головки к блоку 170° С. При наличии большого количества накипи температура по сравнению с головкой, не имеющей накипи, по бобышкам возрастает до 50° С.

Повышенные тепловые напряжения в днище поршня карбюраторных двигателей возникают при ненормальном детонационном сгорании или калильном зажигании.

В дизеле из-за относительно большей длительности протекания процесса сгорания теплота частично передается излучением. В этом случае теплота в меньшей степени передается в стенки гильзы цилиндра, в большей в днище поршня и головки. По сравнению с карбюраторным двигателем больший тепловой поток проходит через указанные поверхности и особенно через днище поршня. Этому способствует также большая плотность заряда в дизеле вследствие более высокой степени сжатия и наддува.

Исследования показали, что на тепловую напряженность отдельных зон тепловоспринимающих поверхностей двигателя значительно влияет передача теплоты излучением. Это особенно относится к условиям передачи теплоты в центральной зоне днища головки дизеля, а также к передаче теплоты кромками его поршня.

Реклама