Охлаждение поршней форсированного двигателя

Для того чтобы выполнить снижение термонапряжённости поршня, следует применять следующие методы:

• Нужно отводить тепло от днища поршня, а сделать это можно при помощи дырок в стенках цилиндра.
• Можно отводить тепло при помощи жидкости, которая подводится к поршню, а точнее к его днищу.
• Следует применять накладки на днище, выполненные из жароупорного чугуна, а также из стали с крайне низкой оценкой теплопроводности.
• В некоторых случаях возможно применение комбинаций из методов, которые были указаны выше.

У форсированного двигателя внутреннего сгорания с наддувом применяется первый способ, но только для поршней, выполненных из алюминия, способ начинает свое действие за счет увеличения сечений корпусов. При использовании второго способа, в качестве жидкости, следует использовать масло, намного реже допускается применение воды. Также известно, что многие судовые двухтактные дизельные двигатели имеют специальную систему для охлаждения поршней. Но что касается легких и быстроходных двигателей, то их такой системой обделили. Но напряженность двигателя растет, а из-за турбонаддува появилась реальная необходимость в том, чтобы использовать подобные системы охлаждения. Теперь для того, чтобы понять о чем идет речь, нужно будет рассмотреть принципиальные схемы выполнения подобных систем. Всего может быть около трех схем. Классификация идет следующим образом. Буквой А обозначены те системы, которые используют разбрызгивание в качестве охладителя. Б системы пользуются масляным форсунком, а также есть система В, которая использует масляное охлаждение за счет вращения масла или же путем взбалтывания его в поршнях.

Описание систем

Первая система, А, известна крайне давно, и применялась она еще тогда, когда не было необходимости в смазке при помощи подкачивающего масляного насоса. В данном случае, на шатуне размещается некоторое приспособление, которое напоминает ложку, но размещено оно так, что при вращении шатуна ложка зачерпывает масло из картера, а позже разбрызгивает его по днищу поршня. Подобная система часто применяется в ДВС с высокими оборотами и малыми диаметрами цилиндров, но вот возможности охлаждения подобной системы несколько ограничены.

Именно по этой причине в быстроходных двигателях с наддувом, а также с небольшим диаметром цилиндра используется система Б, в ней используется специализированная масляная форсунка. Именно она установлена под цилиндром или, наоборот, в верхней головке шатуна, но главное преимущество ее заключается в том, что она связана с подачей масла и непрерывно подает струя масла вверх, тем самым заставляю поршень охлаждаться. Для того, чтобы системе смазки не был нанесен вред, данная система связана с каналом подвода масла напрямую, давление в которой будет повышаться лишь после того, как давление в основной системе превысит давление в подшипниках, и случится это только после того, как двигатель начнет свою работу. Стоит сказать о том, что эффективность такой системы зависит лишь от того, насколько точно будет направлен факел, а также от охвата факелом всей поверхности днища, именно этот фактор следует соблюдать при диагностике и монтаже. Но эффективность данного метода все равно несколько мала, так как масло находится в непосредственной близости с поршнем, а случается это лишь на короткое время.

Третья схема заключается в том, что масло будет подводиться к каждому коренному истинному подшипнику, принадлежащему коленчатому валу, и затем будет поступать к шатунным шейкам, а уже после этого происходит сверление в теле шатуна, а затем в подшипник через специальные устройства подается в полости, занимающейся охлаждением головки поршня. При такой схеме может обеспечиваться постоянная циркуляция масла в поршнях либо это производится за счет взбалтывания масла в поршне. Во время того, как силы инерции устремлены вверх, слой масла прилегает к днищу, тем самым забирает у него тепло. Если обратное направление будет соблюдено, то в таком случае часть масла просто вытекает через специализированные каналы, а после часть масла вытеснится в карманы через полости охлаждения. Применение подобного способа позволяеточень сильно снизить температуру поршня практически на семьдесят градусов, если сравнивать с температурой при обычном проточном охлаждении.

Масляная форсунка размещается в нижней части цилиндра, а ее связь с масляным каналом, содержащимся в блоке двигателя обеспечена полностью. На юбке поршня находится специальная выемка, именно туда входит масляная форсунка, во время того, как поршень приближается к мертвой точке. Наличие подобной выемки позволяет приблизить днище подобного поршня к форсунке в положении очень близкому к НМТ. Масло после совершения отвода тепла сбрасывается в кратер двигателя. Но при таком раскладе общий уровень температуры масла будет существенно повышен, а за счет этого будет требоваться охлаждение в масляном холодильнике. Подобное охлаждение за счет взбалтывания постоянно применяется в двигателях с противоположно двигающимися поршнями.

Но стоит сказать о том, что поршень должен иметь большую длину, чтобы скорость масла за счет удара о днище была довольно высокой, именно за счет этого охлаждение будет увеличено в несколько раз.

Преимущества охлаждения

Также стоит знать устройство шатуна с каналами, для того чтобы масло прошло под давлением, в данном шатуне содержаться зоны шатунного подшипника, которые намного меньше нагружены во время начатой работы двигателя, и в них должны содержаться канавки для того, чтобы совершался проход масла. В конечном итоге масло будет практически постоянно подаваться из поршневой головки шатуна в полости головки поршня. Подобная подача может происходить двумя способами.

Первый способ применяется для среднеразмерных двигателей, а вторая схема для двигателей с высокими оборотами. Согласно первой схеме масло будет проходить из сверления в теле шатуна и головку для того, чтобы осуществить смазку поршневого подшипника. После этого масло должно будет поступить в полости охлаждения поршня, которые выполнены в виде спирального канала, а также образованного приливами на днище поршня.

За счет этого можно достигнуть отвода тепла от поршня примерно в двести градусов, а в зоне факелов горящей смеси, которая вытекает из камеры сгорания, будет достигаться разница температур до четырехсот градусов. Но температура головки цилиндра около места посадки выпускного клапана и вовсе может быть до семисот градусов. Такая разница температур достигается и в двигателях с естественным всасыванием, и в двигателях с наддувом температуры.