X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Как показывают результаты экспериментальных исследований различных авторов [1, 2], при увеличении температуры охлаждающей воды мощность, расходуемая на трение в сопряжении поршень — втулка, значительно уменьшается.

Так, например, с ростом температуры охлаждающей воды до 70 … 90°С резко падает мощность, расходуемая на трение (рис. 1). Снижение мощности трения выражается величиной, примерно равной 3,5%; 10% на каждые 10⁰С увеличения температуры охлаждающей воды. Таким образом, тенденция к уменьшению мощности трения с ростом температуры охлаждающей воды характерна для всех подвергавшихся исследованиям двигателей, а степень уменьшения различна и зависит от конструктивных особенностей двигателя и качества смазочного масла.

На основании анализа известной формулы Петрова для жидкостного трения двух сопряженных деталей следует, что сила трения между поршнем и втулкой цилиндра может быть определена

P_тр=,

где η - абсолютная вязкость масла, кГ*сек/м²;F - величина трущейся поверхности, м²; с_п - средняя скорость поршня, м/сек; δ— радиальный зазор между поршнем и втулкой, м

Таким образом, силу трения между поршнем и втулкой определяют вязкость смазочного масла и радиальный зазор.

Рисунок 1 – Зависимость потери на трение от температуры охлаждающей воды: 1 - двигатель М-5 (n = 800 об/мин); 2 - двигатель «Хол-Скотт»; 3 -двигатель М-5 (n= 700 об мин)

Определяющим фактором для величины мощности механических потерь при возрастании температуры охлаждающей воды (при прочих равных условиях) является вязкость смазочного масла. Известные оценки влияния радиального зазора на мощность механических потерь противоречивы, так как увеличение δ под воздействием повышающихся температур охлаждающей воды зависит от материалов деталей сопряжения поршень — втулка и от охлаждения поршней.

Известно, что вязкость смазочного масла при возрастании его температуры резко падает. Особенно заметно падение вязкости масла в пределах изменения температур от 20 до 100° С (рис. 2).

Вязкость масла при этих температурах достигает минимальных значений и практически стабилизируется.

По данным ряда исследований можно считать, что средняя температура масляного слоя между втулкой и поршнем выше температуры втулки примерно на 10…20° С, причем верхний предел относится к тихоходным двигателям. При температурах охлаждающей воды 80 … 90° С температура стенок втулки цилиндра равна 110 … 115° С, а средняя температура масляного слоя между поршнем и втулкой 120 …125° С. Таким образом, даже при температуре охлаждающей воды 75… 90° С, которую легко можно поддерживать в эксплуатации в случае применения циркуляционной (замкнутой) системы охлаждения, резко уменьшается вязкость смазочного масла между втулкой и поршнем, что приводит к значительному уменьшению потерь на трение. Следовательно, эффективная мощность дизеля будет возрастать.

Рисунок 2 - Зависимость вязкости различных смазочных масел от температуры: 1 —МК: 2 —автол 10

Величина возрастания эффективной мощности N_e в зависимости от увеличения температуры охлаждающей воды определяется для каждого конкретного двигателя. Она зависит от конструктивных особенностей двигателя, сорта применяемого смазочного масла и ряда других факторов, учет которых затруднителен. Однако можно приближенно считать, что при увеличении температуры выходящей охлаждающей воды на 10° С в диапазоне 50 … 90° С и при температурном перепаде воды н входе и выходе в пределах 10 … 15° С эффективная мощность двигателя возрастет на 0,8 …. 1,2%. Меньшее значение увеличения эффективной мощности относится к более высоким температурам охлаждающей воды.

Повышение температуры стенок цилиндра, газа на входе в цилиндр Т_а и сжатия Т_сприводит также к тому, что период задержки самовоспламенения топлива, максимальное давление сгорания и скорость нарастания давления, следовательно, «жесткость» работы двигателя уменьшаются.

Список использованных источников

1 Боткин П. П. Результаты испытаний сернистых топлив с присадками на судах морского флота //Сб. «Борьба с коррозией ДВС и газотурбинных установок». М.: Машгиз. - 2000

2 Григорьев В. А. Исследование влияния технического состояния деталей кривошипно-шатунного механизма и нагнетателя на показатели работы двигателей ЯАЗ-204А. Автореферат. Л.: ВТА. - 2005

Код для цитирования: Скопировать