• Nie Znaleziono Wyników

Obliczenia cieplne tulei cylindrowej tłokowego silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Obliczenia cieplne tulei cylindrowej tłokowego silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym"

Copied!
7
0
0

Pełen tekst

(1)

Piotr G U ST O F

OBLICZENIA CIEPLN E TU LEI CY LIN DRO W EJ TŁO K O W EG O SILNIKA SPA LIN O W EG O Z ZA PŁO NEM SAM OCZYNNYM

S treszczen ie. P o la te m p e ra tu r o k re ś la ją je d n o z n a c z n ie o b ciąż en ia cieplne, czyli stan cieplny ścianek o ta c z a ją c y c h k o m o rę sp alan ia siln ik a tło k o w eg o . L o k a ln ą o cen ę o b ciąż en ia cieplnego m o żn a u z y sk a ć w y łą c z n ie na p o d staw ie an alizy pól te m p e ra tu r części siln ik a otaczających k o m o rę spalania. W p racy w y z n a c z o n o w pływ g ru b o ści ścianki o ra z w arto ści X przew odności ciep ln ej m a te ria łó w na ro zk ład te m p e ra tu ry tulei c y lin d ro w ej siln ik a spalinowego z zap ło n e m sam o czy n n y m .

THE C A L C U L A T IO N O F T H E R M A L P A R A M E T E R S F O R T H E CYLINDER L IN E R O F D IE S E L P IS T O N E N G IN E

S um m ary. T h e th e rm a l field s strictly d efin e th erm al stress fo r w alls su rro u n d in g the com bustion c h a m b e r o f a p is to n engine. A n estim ate o f th e local h eat load can only be produced by a n a ly z in g th e th erm al field s o f en g in e c o m p o n e n ts situ a te d around the com bustion cham ber. T he p a p e r d e term in es in flu en ce o f d ep th w all and v alu es o f th erm al conductivity X o f m aterial on d istrib u tio n o f th e m p e ra tu re s o f cy lin d er liner o f D iesel p isto n engin.

1. M O D EL N U M E R Y C Z N Y T U L E I C Y L IN D R O W E J

O ro zk ład zie te m p e ra tu ry tu lei c y lin d ro w ej d e c y d u ją stru m ien ie c iep ła d o p ły w a ją c e od strony ko m o ry sp a la n ia i od ścianki g ło w ic y o raz stru m ien ie ciep ła d o p ro w a d z a n e g o do płaszcza w o d n eg o p o p rz e z ścianki k o rp u su silnika (rys. 1) [1].

D o b u d o w y m o d elu d y sk re tn e g o za sto so w a n o m oduł G E O S T A R sy stem u o b lic z e ń num erycznych C O S M O S /M , u m o ż liw ia ją c y u tw o rzen ie m o d elu g e o m e try c z n e g o opisyw anego o b iek tu , o p is stały ch te rm o fiz y c z n y c h , d y sk rety zację m o d elu o ra z z ało ż en ie w arunków b rz e g o w y c h i obciążeń.

(2)

26 P. G u s to f

R y s .l. Szkic z a b u d o w y tu lei c y lin d ro w e j[l]

F ig .l. D ra ft o f th e inside o f cy lin d er liners [1]

P o w ierzch n ie: ł-g ła d z i cylin d ro w ej p o d z ie lo n e na 15 c h arak tery sty czn y ch p o w ierzch n i w y m ian y ciepła, 2 -c zo ło w a tulei, 3 -o sad zen ia tulei, 4 -zew n ętrzn a tulei

D o o b liczeń ciep ln y ch p o w y ższeg o elem en tu p rzy jęto w arunki b rz e g o w e III rodzaju w postaci p rzeb ieg u te m p e ra tu ry i w sp ó łc z y n n ik a p rzejm o w an ia ciepła w y zn a c z o n e ja k o w artości śred n ie z p ełn eg o c y k lu pracy silnika SW 680 przy p ręd k o ści obrotow ej

n = 2 2 0 0o ń r/m in i m ocy N max = 114,6k W (ta b l.l).

T ab lica 1 W arunki b rz e g o w e w y m ian y ciep ła d la tulei cylindrow ej siln ik a SW 680

N u m e r p o w ie r z c h n i i

W s p ó łc z y n n ik p r z e j m o w a n ia c i e p ła

a t [ W l { m 2 - K ) ]

T e m p e r a t u r a T , [K ]

1.1

z g o d n i e z r y s . l . 2 2 5

z g o d n i e z ry s. 1.

1 0 7 5

1.2 200 9 7 5

1.3 17 0 8 9 0

1.4 3 0 0 7 0 0

1.5 2 5 5 7 2 0

1.6 4 8 0 6 3 0

1 1.7 5 3 0 ,5 5 8 0

1.8 8 0 2 ,5 5 5 0

1.9 3 7 5 5 7 5

1.10 3 3 5 ,5 5 3 5

1.11 3 5 0 ,5 5 2 0

1.12 3 9 0 ,5 4 9 5

1 .1 3 6 9 0 ,5 4 9 5

1 .1 4 3 5 0 ,5 4 7 5

1 .1 5 95 3 4 5

2 9 4 3 ,4 3 5 8 ,0

3 8 0 6 ,0 3 5 8 ,0

4 1 0 6 4 ,0 3 5 8 ,0

P rzy jęte w arunki b rz e g o w e w y zn aczo n e zo stały w L ab o rato riu m Z a k ła d u N a p ę d ó w Spalinow ych P o lite c h n ik i W ro cław sk iej, g d zie p rz ep ro w ad zo n o p o m iary ciśn ien ia indykow anego, a n astęp n ie o b lic z e n ia te m p e ra tu ry i w sp ó łczy n n ik a p rz e jm o w a n ia ciep ła w ko m o rze spalania.

(3)

Ż e liw a do p ro d u k cji tulei c y lin d ro w y c h o d p o w iad ają ce w a rto ś c io m p rzew o d n o ści cieplnej X = 2 6 h -4 2 [W /(m K )], d la k tó ry ch w y zn aczo n o w p ły w X na ro z k ła d te m p e ra tu r tulei cy lin d ro w ej, p rz e d s ta w io n e zo stały w tab licy 2.

T ab lica 2 M ateria ły do produkcji tulei cy lin d ro w y ch [5]

Oznaczenia

Materiały do produkcji tulei cylindrowych

W 1c W 2c | W 4c

W artość przewodności cieplnej materiału X [W /(m Kj]

42 | 34 | 26

Skład chemiczny [%]

C 3 ,2 0 - 3 ,5 0 3 ,2 0 - 3 ,5 0 3 ,2 0 - 3 ,5 0

Si 2 ,2 0 - 2 ,8 0 2 ,6 0 - 2 ,9 0 2 ,6 0 - 2 ,8 0

Mn 0 ,6 0 - 0 ,9 0 0 ,6 0 - 0 ,9 0 0 ,6 0 - 0 ,9 0

P 0 ,4 0 - 0 ,6 0 0 ,6 0 - 0 ,9 0 Max 0,10

S Max 0,10 Max 0,10 Max 0,10

Cr,Mo,Cu > 0 ,3 > 0 ,3 > 1 ,2

Własności mechaniczne

Rm [ N I m m 2} > 240 > 2 2 0 > 2 6 0

HB 200-260 230-390 220-290

gdzie: W i c - ż e liw o sto p o w e o stan d ard o w y ch w łaściw o ściach , W 2 c - że liw o sto p o w e o p odw yższonej o d p o rn o ś c i na ścieran ie, W 4c - że liw o sto p o w e o p o d w y ższo n ej w ytrzym ałości doraźnej.

2.W Y N IK I O B L IC Z E Ń

W yniki o b lic z e ń p rz e p ro w a d z o n e d la tu lei cy lin d ro w ej p rz e d sta w io n o w p o sta c i ry su n k u w arstw icow ego.

T[K]

H M ,.4«

hm : m

428: * 4 «

$Mr.m

R y s.2. R o zk ład te m p e ra tu ry d la tulei cylindrow ej F ig .2. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s fo r the cy lin d er liner

(4)

28 P. G u s to f

R ozkład te m p e ra tu ry tu lei cy lin d ro w ej o d je j w a rto śc i m ak sy m aln y ch w y n o szący ch 460[K ] w G M P tło k a do te m p e ra tu ry 355[K ] d la części tu lei u m iejsco w io n ej w skrzyni korbow ej p rz e d sta w io n y z o sta ł n a ry su n k u 2. N ajw y ższe te m p e ra tu ry p a n u ją w strefie od G M P do D M P tło k a, gdzie ro zg rz a n y do zn aczn ie w y ższy ch tem p eratu r tło k przekazuje ciepło gład zi cy lin d ro w ej.

S padek te m p e ra tu ry w z d łu ż d łu g o ści tu le i cy lin d ro w ej p rzed staw io n o n a rysu n k u 3.

y [m m ]

R y s.3. R ozkład te m p e ra tu ry Ti 1T2 w z d łu ż d łu g o ści tu lei cylindrow ej y F ig .3. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s Ti i T2 along cy lin d er lin e r’s le n g th y

gdzie: 7 j- te m p e ra tu ra g ład zi cy lin d ro w ej, T2 - te m p e ra tu ra p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tulei.

N a jw ię k sz ą ró ż n ic ę w y n o s z ą c ą 10[K ] p o m ięd zy p o w ie rz c h n ią gładzi a p o w ie rz c h n ią z e w n ę trz n ą tu lei o d stro n y p łaszcza ch ło d zą ceg o siln ik a m o żn a zao b serw o w ać w G M P tłoka.

P oniżej D M P tło k a te m p e ra tu ra tu lei n a o m aw ian y c h p o w ierzch n iach zaczy n a się ustalać, by dla części tu lei c y lin d ro w ej u m iejsco w io n ej w skrzyni ko rb o w ej sp ro w ad zić się do jed n eg o poziom u.

W p ły w g ru b o ści ścian k i tu lei w zak resie a = 2 + 4 mm n a rozkład te m p e ra tu r gładzi i p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tu le i cy lin d ro w ej p rzed staw io n o n a ry su n k ach 4 i 5.

2,0 mm 2,5 mm 3,0 mm --- 3,5 mm 4,0 mm

R ys.4. R ozkład te m p e ra tu ry g ład zi cy lin d ro w ej d la ró ż n y c h w arto ści gru b o ści a ścianki F ig.4. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s o f cy lin d er b earing su rface fo r a rangę o f v alu es o f

w ali d e p th a

D la części tu le i w p o b liż u G M P tło k a w ra z ze w zro stem g ru b o ści ścian k i spada te m p e ra tu ra gład zi cy lin d ro w e j i p o w ie rz c h n i z ew n ętrzn ej tulei. M a k sy m aln e ró żn ice tem p eratu r p om iędzy tu le ją o g ru b o ści ścianki 2 ,0 a 4 ,0 m m w y stęp u jące w p o b liż u G M P tło k a w y n o szące 10[K] d la p o w ie rz c h n i g ła d z i z w ię k sz a ją się do 20[K ] dla p o w ierzch n i zew nętrznej tu lei cylin d ro w ej. Poniżej 64 m m o d górnej kraw ędzi tu lei m o żn a zau w aży ć, że

(5)

grubość ścianki tu lei w zak resie 2 ,0 -4 ,0 m m w y w iera niew ielk i w p ły w n a rozkład temperatury w yżej o m a w ia n y c h p o w ierzch n i.

TJK

]« 5

460 455 450 445 440 435 430 425 420 415 410 405 400 395

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 1 1 2 120 128 136 144

y [mm]

Rys.5. R ozkład te m p e ra tu ry n a p o w ie rz c h n i zew n ętrzn ej tu le i cy lin d ro w ej d la ró żn y ch w a rto śc i g ru b o ś c i a ścianki

Fig.5. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s o n cy lin d er lin e r’s o u te r su rface fo r a ran g e o f values o f w all d e p th a

S padek te m p e ra tu ry g ła d z i i p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tu lei cy lin d ro w ej w ra z ze wzrostem g ru b o ści śc ia n k i zw iązan y je s t z w ię k sz ą ilo śc ią ciep ła p o b ra n ą do o g rzan ia tu lei o większej g ru b o śc i ścianki.

W d alszej czę śc i p ra c y w y zn aczo n o w p ły w w a rto śc i X p rzew o d n o ści cieplnej m ateriałów n a ro zk ład te m p e ra tu ry tu lei cy lin d ro w ej d la g ru b o ści ścian k i a = 3 mm przy w artościach w sp ó łc z y n n ik a p rz e w o d z e n ia cie p ła X w przed ziale 26 t 42 [W /(m K )].

W p ły w w a rto śc i X p rz e w o d n o śc i cieplnej m ateriału n a ro zk ład te m p e ra tu ry g ład zi i pow ierzchni zew n ętrzn ej tu lei cy lin d ro w e j p rzed staw io n o n a ry su n k a c h 6 i 7.

2 6 [W/mK]

3 4 [W/mK]

4 2 [W/mK]

0 8 16 2 4 32 4 0 4 8 5 6 6 4 7 2 80 88 96 104 11 2 12 0 12 8 136 144

y [m m ]

Rys.6. R o zk ład te m p e ra tu ry g ła d z i c y lin d ro w ej d la ró ż n y c h w arto ści

X p rz e w o d n o śc i cieplnej m a te ria łó w sto so w an y ch n a tu leje c y lin d ro w e Fig.6. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s o f c y lin d e r b earing su rface fo r a ran g e o f

values o f th e rm a l c o n d u c tiv ity X o f m aterial u sed to p ro d u ce cylin d er liner

(6)

30 P. G u sto f

D la części tu le i o d je j górnej k raw ęd zi do D M P tło k a w raz ze w zro stem p rzew o d n o ści cieplnej m ateriału sp ad a te m p e ra tu ra gładzi cy lin d ro w ej. M ak sy m aln ą ró żn icę tem p eratu ry n a p o w ie rz c h n i g ła d z i p o m ię d z y m ateriałam i o p rzew o d n o ści cieplnej X w przedziale 26 -r 4 2 [W l(m ■ A-)] m o ż n a z a o b serw o w ać w p o b liżu G M P tłoka, k tó ra w y n o si 7[K ].

- 2 6 [W/mK]

- 3 4 [W/mK]

- 4 2 [W/mK]

y [m m ]

R ys.7. R ozkład te m p e ra tu ry n a p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tulei d la ró żn y ch w a rto śc i X p rz e w o d n o śc i ciep ln ej m a te ria łó w sto so w an y ch na tu leje cy lin d ro w e Fig.7. D istrib u tio n o f te m p e ra tu re s o f cy lin d e r lin e r’s o u te r surface fo r a range o f

values o f X th erm al c o n d u c tiv ity o f m aterial u sed to p ro d u ce cylin d er liner

R ó żn ice te m p e ra tu ry n a p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tu lei p o m ięd zy m ateriałam i o p rzew o d n o ści cieplnej X w zak resie 26 - Ą2\W l ( m - K ) \ w p o b liżu G M P tło k a z m n iejszają się do w arto ści 3[K ]. P o n iżej 2 4 m m o d górnej k ra w ę d z i tu le i m o żn a zao b serw o w ać n iew ielk i w zro st tem p eratu ry n a p o w ie rz c h n i zew n ętrzn ej tu lei w raz ze w zro stem p rzew o d n o ści cieplnej m a te ria łó w sto so w a n y c h n a tu le je cy lin d ro w e.

M ateria ł o w iększej p rz e w o d n o śc i cieplnej cech u je się w ię k s z ą z d o ln o ś c ią o d p ro w ad zan ia ciepła, co p o w o d u je sp ad ek te m p e ra tu ry gład zi cylin d ro w ej. W iększa n ato m iast ilość ciep ła od p ro w ad zo n a z p o w ie rz c h n i g ła d z i p o w o d u je w z ro st tem p eratu ry na p o w ierzch n i zew n ętrzn ej tulei, d la m a te ria łu o tej sam ej p rz e w o d n o śc i cieplnej X .

3. P O D S U M O W A N IE

M e to d a e lem en tó w sk o ń czo n y ch , k tó ra z asto so w an a zo stała w pow yższej p racy d la ro zw iązan ia zad a n ia p rz e w o d n ic tw a ciep ln eg o , zn ajd u je szerokie zasto so w an ie w an alizach inżynierskich. N a p o d sta w ie p rz e p ro w a d z o n y c h o b lic z e ń stw ierd zo n o , iż w z ro st grubości ścianki o lm m p o w o d u je sp ad ek te m p e ra tu ry tu lei cy lin d ro w ej o 2 % . N a to m ia st w zro st w arto ści p rz e w o d n o śc i ciep ln ej X m a te ria łu o %[W l( m - K )] po w o d u je spadek te m p e ra tu ry tu lei o 1%.

(7)

Literatura

1. K w aśniow ski S., S ro k a Z ., Z ab ło ck i W .: M o d elo w an ie o b ciąż eń ciep ln y ch w elem en tach silników sp alin o w y ch . O ficy n a W y d a w n ic z a P o litech n ik i W ro cław sk iej, W ro c ła w 1999.

2. W iśniew ski S.: W y m ia n a ciepła. P a ń stw o w e W y d aw n ictw o N au k o w e, W arszaw a 1988.

3. Szargut J.: M o d e lo w a n ie n u m ery czn e pól tem peratury. W y d a w n ic tw o N a u k o w o - T echniczne, W a rs z a w a 1992.

4. R usiński E .: M e to d a e le m e n tó w skończonych. S y stem C osm os/M . W y d a w n ic tw o K om unikacji i Ł ączn o ści, W a rs z a w a 1994.

5. Jezierski J.: T e c h n o lo g ia tło k o w y c h siln ik ó w w y so k o p rężn y ch . W N T , W arszaw a 1999.

R ecen zen t: Prof. d r hab. inz. Jerzy Jaskolski

Abstract

The finite ele m e n ts m eth o d , w h ich has b een applied to solve th e th erm al c o n d u c tiv ity problem in th is paper, has a n u m b e r o f a p p lic a tio n s in e n g in ee rin g analyses. B y an aly sin g th e calculations it is p o sib le to ascertain th a t rise d ep t o f w all by 1 m m c au ses th e fall o f tem peratures o f c y lin d e r lin e r by 2 % . T h e rise v alu e o f th erm al co n d u c tiv ity A m aterial by

8[W l(m ■ K )] causes th e fall o f c y lin d e r liner by 1%.

Cytaty

Powiązane dokumenty

Charakterystyka strat mocy AC loss , w uzwojeniu, w funkcji prędkości obrotowej silnika dla zasilania prądem IRMS=108 A Na rysunku 12 zostały przedstawione charakte-

Przykładowe wyniki obliczeń rozkładu i wartości temperatury na wybranych elementach komory spalania doładowanego silnika z zapłonem samoczynnym przedstawiono na

W przypadku występowania zwiększonego luzu zaworowego w sygnale energii drgań obserwuje się lokalny wzrost amplitudy w zakresie zamykania uszkodzonych zaworów.

Ciągła i automatyczna zmiana długości układu, wybrana konstrukcja oraz mechanizm zmiany długości kanałów dolotowych wymagały zastosowania odpowiedniego elementu

W celu wykorzystania stworzonego modelu silnika badawczego 6CT107 do optymalizacji jego obiegu ciepl- nego dokonano weryfikacji eksperymentalnej. Weryfika- cja modelu polega

Analiza możliwości zastosowania elek- trycznych pomp cieczy chłodzącej w ukła- dach chłodzenia systemu Mild Hybrid zo- stała przeprowadzona dla silnika spalino- wego 178 B5.000

1- miska olejowa, 2- smok olejowy, 3-pompa oleju, 4- zawór zwrotny ciśnienia oleju, 5- czujnik ciśnienia oleju, 6- filtr oleju, 7- zawór chłodnicy oleju, 8-chłodnica oleju, 9- wałki

a complex assessment of the influence of fuels made from plants and animals at a temperature where the kinematic viscosity would be com- parable to that of diesel at 40°C on