Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Повышение термостойкости

Для повышения термостойкости кромку (а иногда и всю поверхность камеры) армируют жаропрочным материалом, при-меняя напыление керамического материала или анодирование г- поверхности поршня, соприкасающейся с горячими газами. Вследствие того, что кромка камеры работает в условиях термической усталости, армирующий материал должен быть достаточно пластичным. Многие теплоизолирующие покрытия, способные выдерживать высокие температуры в условиях статического нагружения, будучи хрупкими, плохо работают в условиях циклических тепловых и механических нагрузок, проявляя склонность к растрескиванию. На уровень напряжений в кромке камеры влияет также высота жарового пояса. Эксперименты показали, что можно добиться заметного снижения растягивающих напряжений в кромке увеличением высоты этого пояса.
Увеличение амплитуды циклических напряжений может привести к появлению в напряженной зоне бобышек поршня трещин, которые возникают обычно в районе внутренней кромки, сверху от отверстия под поршневой палец, и распространяются в направлении, близком к плоскости, параллельной оси цилиндра. С увеличением расстояния Нп (см. рис. 72) от днища поршня до отверстия под палец в зоне бобышки понижается температура материала, а следовательно, повышается усталостная прочность, что в свою очередь снижает склонность к трещинообразованию. Недостатком такого решения является увеличение высоты и массы поршня. Для уменьшения напряжений в бобышках сокращают расстояние между ними, вследствие чего уменьшится удельное давление на опорную поверхность в бобышках, а также прогиб поршневого пальца. Однако в этом случае сокращается длина верхней головки шатуна и могут ухудшиться условия работы подшипниковой пары шатун-поршневой палец. Поэтому в некоторых конструкциях торцы бобышек расположены наклонно, а верхняя головка шатуна имеет клинообразную форму (рис. 75). В случае уменьшенного размера I (см. рис. 72) применяют поршневой палец увеличенного диаметра при неподвижном болтовом соединении его с шатуном. Повышению работоспособности бобышек способствует предварительная пластическая деформация опорных поверхностей в холодном состоянии. Диаметр Щ пальца следует делать по возможности большим. Кроме того, снижение локальных перегрузок на опорах может быть достигнуто применением пальца со специальной формой наружной поверхности, согласованной с его линией прогиба при нагружении в момент достижения максимального давления в цилиндре.
В поршне типа, представленного на рис. 72, охлаждение днища может быть осуществлено разбрызгиваемым маслом, подаваемым, например, через стержень и верхнюю головку шатуна. При форсировании двигателя свыше некоторого значения среднего эффективного давления репр такой способ охлаждения становится недостаточным.
В зависимости от типа и назначения двигателя предельные значения репр могут быть различными. Для быстроходных дизелей с частотой вращения вала и = 1800 Ш 2000 об/мин репр = = 1щ 1,2 МПа при удельной поршневой мощности 22-30 кВт/дм2, у тепловозных дизелей при и = 1000 об/мин радр = = 0,9 -г-1,0 МПа. В поршнях из алюминиевого сплава получила распространение конструкция с залитыми в головку поршня в виде змеевика металлическими трубками, по которым циркулирует охлаждающее масло, которое подается через систему отверстий в шатуне, поршневом пальце и бобышке поршня (рис. 76). Охлаждение с помощью змеевика обеспечивает удовлетворительную работу поршня из алюминиевого сплава даже при диаметре D = 500 мм до ре = 1,4—^—1,5 МПа. Эффективность охлаждения зависит от коэффициента теплоотдачи, площади поверхности трубки, омываемой маслом, термического сопротивления трубки и зоны контакта ее с материалом поршня. Большие значения коэффициента теплоотдачи с^ в масло соответствуют большим скоростям движения масла и повышенным температурам. Последнее связано, с уменьшением вязкости охлаждающего масла и в связи с этим наступлением турбулентного режима течения при более низких скоростях потока в змеевике. Например, для змеевика диаметром 10 мм при средней температуре масла 7^ср = 80 °С рекомендуется скорость масла в нем не ниже 6 м/с; с ростом 7^ср до 120 °С скорость потока может быть снижена до 2 м/с. К недостаткам приведенного способа охлаждения относятся технологические
Опасными зонами являются верхняя поршневая канавка, а также точки на поверхности днища, в частности, точки 1 и 3 (рис. 72) при наличии камеры в поршне.
Трудности, связанные с обеспечением качественного соединения материала трубки с материалом поршня при заливке и, главное-сохранением надежного контакта при длительной работе поршня на двигателе в условиях переменных тепловых и механических нагрузок.
Работоспособность поршня в значительной степени определяется уровнем температуры материала в ряде характерных зон поршня. Для поршней из алюминиевых сплавов максимальное значение температуры в районе верхней поршневой канавки при применении обычных масел не должно превышать 200-220 °С (240-250 °С в случае применения масел со специальными присадками). Максимальная температура на поверхности днища поршня из алюминиевого сплава должна быть ниже 350 °С. В надежно работающих двигателях температуры в указанных местах имеют более низкие значения.
Снижению температуры в зоне первого компрессионного кольца способствует увеличение высоты жарового пояса до 0,2 Ц уменьшение зазора между жаровым поясом и втулкой цилиндра, утолщение перехода к бобышкам, а также заливка вставки для верхнего кольца, контактная поверхность которой с материалом поршня является тепловым барьером. Однако поддерживать указанные температуры поршня на допустимом уровне при непрерывном форсировании двигателей по ре возможно при достаточно интенсивном его охлаждении. С этой целью на форсированных двигателях различного назначения применяют инерционное масляное охлаждение поршней.
На рис. 77 приведены значения температуры поршня форсированного дизеля типа ЧН 40/46 в районе канавки первого компрессионного кольца при различных способах охлаждения. Наибольший эффект от охлаждения взбалтываемым маслом достигается приблизительно при 50%-ном заполнении маслом полости охлаждения. Инерционное охлаждение осуществляют в поршнях различной конструкции. При умеренных уровнях форсирования и диаметрах цилиндра ориентировочно до 250 мм применяют поршни с кольцевой охлаждающей полостью как литых, так и штампованных конструкций. Штампованные поршни с охлаждаемой полостью изготовляют из кольцевой заготовки с проточенной полостью и штампованного корпуса, соединяемых электронно-лучевой сваркой в вакууме. Вставку для колец предварительно заливают в кольцевую заготовку. Следует отметить, что в действительности существует комбинация инерционного охлаждения с элементами циркуляционного.
Применяются также литые поршни из алюминиевого сплава с кольцевыми полостями охлаждения, получаемыми с помощью соляных растворимых стержней (рис. 78). Для охлаждения поршня масло подается через форсунку, установленную в картере. Этот способ подачи масла особенно целесообразен в двигателях с повышенной (ориентировочно п > 2000 об/мин) частотой вращения коленчатого вала, когда из-за сил инерции заметно ухудшается подача масла через элементы кривошипно-шатунного механизма. Форсунка должна надежно фиксироваться с целью достижения большей подачи масла в полость охлаждения поршня. Приемлемая величина подачи масла в полость охлаждения составляет приблизительно 80% общего расхода масла через форсунку.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.