Порядок компоновки двигателя

 

Компоновка является первым этапом разработки конструкции двигателя. Уточнение и детализацию компоновки двигателя производят на последующих этапах проектирования.

В процессе компоновки получают наиболее рациональный вариант относительного расположения механизмов, агрегатов и отдельных деталей двигателя с одновременной увязкой их основных размеров.

Однорядные двигатели могут быть с вертикальным, горизонтальным или наклонным расположением продольных осей цилиндров. Их характерной особенностью является последовательное расположение цилиндров в одной плоскости. В той же плоскости находится и продольная ось коленчатого вала. Когда указанные плоскости параллельны, двигатель называется однорядным дезаксиальным.

Однорядные двигатели наиболее просты с конструктивной и технологической точек зрения. Техническое обслуживание таких двигателей также достаточно просто. На автомобилях используются двигатели с числом цилиндров не более шести в одном ряду. При большем числе цилиндров начинает сказываться основной недостаток такой компоновки - большие габариты двигателя, особенно его длина.

Однорядные двигатели с наклонным расположением цилиндров обеспечивают доступ к узлам и деталям при техническом обслуживании. Например, наклон оси цилиндров двигателя АЗЛК-2140 на 20° способствует существенному упрощению процесса регулирования механизма газораспределения, улучшению условий доступа к свечам накаливания, а также расширению компоновочных возможностей моторного отсека в целом.

Компоновку поршневой группы начинают с определения высоты поршня h_П. Затем находят расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h₁. Далее с учетом размещения предварительно выбранного числа колец в соответствии с рисунком 4.1 прорисовывают элементы поршневой группы по размерам.

 

Рисунок 4.1 – Схема поршня

 

Таблица 4.1 - Размеры элементов поршневой группы

 

Элементы поршневой группы	Значения размеров в мм
	дизельные двигатели
Высота поршня hП	179,2
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h1	102,4
Толщина днища поршня δ	20,48
Высота юбки поршня hю	102,4
Диаметр бобышки dб	51,2
Расстояние между торцами бобышек b	51,2
Толщина стенки юбки поршня δю	3
Толщина стенки головки поршня s	8,96
Расстояние до первой поршневой канавки е	19,2
Толщина первой кольцевой перемычки hп	6,4
Радиальная толщина кольца t	5,76
Высота кольца а	4
Продолжение таблицы 4.1
Радиальный зазор кольца в канавке поршня ∆t	0,9
Внутренний диаметр поршня di	96,7
диаметр масляного канала dм	1,6
Наружный диаметр пальца dп	43,52
Внутренний диаметр пальца dв	26,11
Длина пальца lп	108,8
Длина втулки шатуна lш	49,92

 

Для окончательной проверки длины зеркала цилиндра следует определить минимальный зазор между стержнем шатуна и нижней кромкой цилиндра (при больших значениях R/L_ш возможно задевание им нижней кромки цилиндра). Минимальный зазор δ₁ в соответствии с рисунком 4.1 должен составлять 3...5 мм.

Затем необходимо изготовить шаблон из картона или плотной бумаги, соответствующий внешнему контуру шатуна. В шаблоне делаются небольшие отверстия в точках А и В (центрах верхней и нижней головок). Перемещая точку А по продольной оси цилиндра, а точку В - по окружности движения центра шатунной шейки, находят ряд положений шатуна. Обводя карандашом ряд близких точек контура шатуна при перемещении точки В на полный оборот, получают смещенные контуры. Замерив минимальный зазор между контуром шатуна и нижней кромкой цилиндра, определяют правильность выбора длины шатуна.

 

 

Рисунок 4.2 – Схема шатунной группы

Таблица 4.2 – Размеры элементов шатуна

 

Элементы шатуна	Значения размеров в мм
	дизельные двигатели
Внутренний диаметр поршневой головки d: - с втулкой	50,91
Наружный диаметр головки dг	65,28
Минимальная радиальная толщина стенки головки hг	9,14
Радиальная толщина стенки втулки sв	3,35
Диаметр шатунной шейки dшш	88,32
Толщина стенки вкладыша tв	3,53
Расстояние между шатунными болтами Сб	134,24
Длина кривошипной головки lк	61,82
Размеры среднего сечения В – В шатуна: - hш min - hш - bш - tш = аш	33,94 44,13 32,44 5,75

 

Проектирование механизма газораспределения начинают с определения диаметра горловины проходного сечения d_гор клапана в мм по формуле:

 

                                         (6.1)

 

мм.

 

В современных двигателях длина клапана l в мм определяется по формуле:

 

                                            (6.2)

 

мм.

 

 

Диаметр стержня клапана d_кл в мм определяется по формуле:

 

                                          (6.3)

 

мм.

 

Основные конструктивные размеры гильз выбираются с учетом обеспечения необходимой их прочности и жесткости, исключающего появление овализации цилиндра при сборке двигателя и во время его эксплуатации. Толщину стенки гильзы   в мм в первом приближении можно определить по формуле:

 

,               (6.4)

 

мм.

 

где - допускаемое напряжение растяжения, которое для чугунных гильз равно (  = 50...60 МПа), для стальных - (  = 80...100 МПа); 

- давление газов в цилиндре двигателя в конце процесса сгорания топлива, МПа.

Толщина нижней опорной стенки головки блока _гол в мм и толщина стенок водяной рубашки _р в мм определяются по следующим формулам:

- для дизельных двигателей

 

                                           (6.5)

 

мм.

 

                                              (6.6)

 

мм.

 

Заключение

 

В процессе расчета и проектирования двигателя было изучено и должным образом усвоено следующее:

1) сущность и значение процессов, происходящих в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла, закономерности и наиболее эффективные методы превращения химической энергии топлива в работу ДВС;

2) влияние основных конструктивных, эксплуатационных и атмосферно-климатических факторов на протекание процессов в ДВС и на формирование внешних показателей работы двигателя, современные методы улучшения технико-экономических показателей и характеристик двигателя, основные критерии работы ДВС и общепринятые характеристики;

3) тенденции и направления развития ДВС, диктуемые современными требованиями к подвижному составу автотранспорта.

Спроектированный двигатель обладает повышенной надежностью (критерий Гинцбурга N'_П= 1,52 кВт/см), соответствует экологическим требованиям (по массовым долям СО и СО₂), удовлетворяет требованиям экономичности (эффективный удельный расход топлива g_е= 257 г/ (кВт ч), с учетом использования дизельного топлива марки ДТЛ.), имеет опрятный внешний вид (Лист 2), удовлетворяя тем самым требованию эстетичности.

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать прогноз о достойной конкурентоспособности спроектированного двигателя.

Показатели рассчитанного двигателя и прототипа приведены в приложении А, техническая характеристика двигателя приведена в приложении Б.