Удосконалення методів профілювання бічної поверхні поршнів двигунів внутрішнього згоряння

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – двигуни та енергетичні установки. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. – Харків, 2016. Дисертація присвячена розробці методів профілювання бічної поверхні поршня, які базуються на математичних моделях процесів, що відбуваються в трибоз'єднанні "поршень-мастильний шар-циліндр" ДВЗ. Розроблено новий розрахунково-експериментальний метод визначення динамічних параметрів руху поршня. В основу методу покладено математичну модель, яка враховує механічні, гідродинамічні та теплові процеси в ЦПГ. Розроблено новий метод експериментального дослідження динаміки поршня в умовах роботи дослідного ДВЗ. Створено та інтегровано до складу двигуна оригінальний зразок безконтактної вимірювальної системи малих переміщень. Виконано співставлення теоретичних розрахунків динаміки поршня із результатами експериментальних досліджень. Встановлені основні чинники, що обумовлюють характер радіальних та кутових переміщень поршня в циліндрі. Розроблено новий метод профілювання бічної поверхні, який засновано на уточненні моделі напружено-деформованого стану поршня шляхом врахування силових і гідродинамічних чинників та термонапруженного стану деталей ЦПГ. Виконано оцінку енергоефективності запропонованого профілю за допомогою модифікованого числа Зоммерфельда та зведеного коефіцієнту тертя. На прикладі двигуна ВАЗ 11194 розрахунковим шляхом показано, що за рахунок застосування розробленого методу профілювання досягнуто зниження механічних втрат тертя на 3,36%.Thesis for the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences by specialty 05.05.03 – engines and power plants. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of Ministry of Education and Science of Ukraine. – Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to the development of methods for profiling side surface of the piston. The review and systematization of the existing approaches to piston profiling are performed. Perspective directions for investigation is formulated. The new computational and experimental method of determining piston's dynamics and the value of mechanical losses depending on the geometric parameters of cylinder and piston assemblies was developed. The method is based on the mathematical model of mechanical, thermal and hydrodynamic processes in cylinder. The new experimental method for piston dynamic research was developed for the engine operation process. The original model of contactless measurement system for small displacements was created and integrated into the engine. The comparison of theoretical calculations and experimental results was performed. The main factors which determine the character of radial and angular displacement of piston in cylinder were determined. The new method of profile design based on the refinement of piston's stress-strain state was developed. The refinement of stress-strain state was performed considering the hydrodynamic forces and moments in lubricating layer. The suggestion to use the modified Sommerfeld number and average coefficient of friction was made to estimate the bearing capacity of lubricating layer and friction mode. The reduction of mechanical friction losses to 3,36% for piston engine VAZ 11194 by developed method of profiling was shown.