плообмена, сопровождаемая воздействием теплового излучения, при-
водит к высоким тепловым нагрузкам в этой области камеры сгорания,
и температура на кромках поршня повышается до
T
w
= 348
. . .
381
◦
C.
Если обратить внимание на то, что значения температур в ниж-
ней части поршня (бобышки для крепления поршневого пальца, юбки
поршня) не превышают
114
◦
С, то становится очевидным, что в целом
в поршне возникают высокие градиенты температуры.
Таким образом, исследование теплового состояния базовой кон-
струкции поршня указывает на необходимость ее термической за-
щиты, т.е. на проведение таких мероприятий, которые привели бы
к уменьшению температуры и градиентов температуры в поршне. В
связи с этим были разработаны конструкции опытных поршней, в
которых в качестве теплоизоляционных материалов использована ке-
рамика или керамика с чугуном.
Тепловое состояние экспериментального составного поршня
из алюминиевого сплава с керамической накладкой из нитри-
да кремния.
При расчете теплонапряженного состояния составного
поршня контакт между частями из различных материалов считается
идеальным, т.е. без промежуточного термического сопротивления. На
рис. 5 приведено трехмерное температурное поле опытного поршня
из алюминиевого сплава с керамической накладкой из нитрида крем-
ния. Наличие керамического теплоизолятора обусловливает снижение
градиентов температуры и приводит к более равномерному распре-
делению температуры в поршне. При этом наиболее контрастные из-
менения локальных температур наблюдаются на стыке материалов с
различными теплофизическими свойствами.
По сравнению с поршнем базовой конструкции температуры всех
характерных областей данного поршня заметно уменьшаются, за ис-
ключением, конечно, тепловоспринимающей поверхности поршня.
Температура этой поверхности (максимальная температура поршня)
достигает
T
w
= 659
◦
C (см. рис. 5), что объясняется низким значением
коэффициента теплопроводности нитрида кремния по сравнению с
алюминиевым сплавом. Таким же образом температура на кромке
поршня повышается до
T
w
= 598
◦
C. Несмотря на относительно высо-
кую температуру керамического днища поршня (
T
w
= 598
. . .
659
◦
C)
градиенты температуры в днище меньше (см. рис. 5), чем в случае
базового поршня (см. рис. 4). С точки зрения теплового состояния
поршня это хорошо, так как снижаются термические напряжения. С
другой стороны, для обеспечения приемлемых эффективных и эколо-
гических показателей двигателя необходимо, чтобы параметры рабо-
чего процесса (давление и закон впрыскивания топлива, конвективный
и лучистый теплообмен, интенсивность закрутки и т.п.) оценивались,
регулировались и устанавливались с учетом температуры поверхности
камеры сгорания.
Из рис. 5 видно, что значения температуры в области поршневых
колец, особенно в области верхнего поршневого кольца, заметно сни-
жаются (до
T
w
= 173
. . .
234
◦
C). При этом максимальное значение
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2009. № 3 21
