В документе рассматривается влияние конструкции охлаждающей камеры на температурное состояние поршня двигателя внутреннего сгорания с использованием моделирования и расчётов. Установлено, что циркуляционное охлаждение маслом эффективно снижает температуру поршня, что способствует повышению надежности и долговечности двигателя. Оптимальная конструкция и форма охлаждающей камеры, а также скорость движения масла в пределах 1,5–3 м/с, позволяют достичь значительного снижения рабочих температур.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ КАМЕРЫ НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ул. Купревича, 10, 220141 Минск, Беларусь Тел. 26 3 67 62 , +375 29 7832496 Факс: 263 76 93 e-mail: [email_address] Д.т.н. А.Т. Волочко, аспирант А.Ю.Изобелло

2. Введение Из известных в мировой практике технических решений охлаждения поршней ДВС, одним из наиболее эффективных является циркуляционное охлаждение, так как масло подается непосредственно в головку тела поршня. Организованное таким образом охлаждение поршня маслом снижает термические нагрузки, устраняет прорыв газов через кольца и повышает надежность и долговечность двигателей.

3. Цели работы моделирование и исследование температурного состояния поршня ДВС установка оптимальной конструкции и формы охлаждающей камеры

4. Постановка задачи разработка твердотельной модели поршня двигателя внутреннего сгорания с использованием инструментов ANSYS Multiphysics 11.0 расчет тепловых граничных условий работы поршня средствами программы ДИЗЕЛЬ-РК разбиение твердотельной модели на конечные элементы расчет температурных полей средствами ANSYS анализ полученных результатов

5. Задание граничных тепловых условий является важным этапом моделирования поршней На боковой поверхности поршня, коэффициент теплоотдачи рассчитывался как суммарный  =  m +  k , где  m – соответствует теплоотводу за счет теплопроводности масла;  k – соответствует теплоотводу за счет конвекции. Теплоотдача конвекцией считалась выше первого компрессионного кольца. Величина α m рассчитывалась как  m = где h – величина зазора между боковой поверхностью поршня и стенкой зеркала цилиндра. Величина  k рассчитывалась по формуле для теплоотдачи при обтекании пластины :  k = 0,64 где U =2 Rn /30 – средняя скорость поршня, м/с; n – частота вращения коленчатого вала, об/мин; l – длина участка поверхности, м.

6. Конструкции охлаждающих камер

7. Конструкции охлаждающих камер

8. Влияние формы канала на распределение температурного поля в районе первого поршневого кольца Форма сечения канала учитывается эквивалентным диаметром d = где F сеч – площадь поперечного сечения канала, м 2 ; S – смоченный периметр, м

9. Изменение температуры на боковой поверхности поршня ДВС при различных конструкциях охлаждающих камер

10. Зависимость количества отводимой теплоты от средней скорости движения масла в закрытой части канала

11. Выводы установлена оптимальная конструкция, материал и форма охлаждающей камеры, при которой происходит более интенсивный теплоотвод от днища поршня и соответственно уменьшение рабочих температур циркуляционное охлаждение маслом обеспечивает снижение температуры цилиндропоршневой группы во время эксплуатации на 55–70 ºС, что позволяет создать высокофорсированный ДВС соответствующий экологическим требованиям ЕВРО-4, ЕВРО-5 Увеличение омываемой поверхности нирезиста к объему полой камеры в пределах 1 : (1,2–3,5) дополнительно приводит к снижению температуры в опасных зонах на 5–10 град. При этом установлено, что оптимальная скорость движения масла в охлаждающей камере должна составлять порядка 1,5–3 м/с.