21

Конструирование элементов кшм двс

1. Основные конструктивные элементы поршневого ДВС. Классификация поршневых двигателей. Компоновочные схемы поршневых двигателей. Комбинированные ДВС.

   Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала. Он состоит из двух групп деталей: неподвижных и подвижных. К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, головки блока цилиндров, гильзы, крышка и картер маховика. К подвижным – поршни с кольцами и пальцами, шатуны, коленвал и маховик. Кривошипно-шатунный механизм может быть центральным, когда оси коленвала и цилиндров лежат в одной плоскости, или смещенным, когда оси коленвала и цилиндров лежат в разных плоскостях.

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. Выполняются по двум конструктивным схемам: с верхним и нижним расположением коленвалов. Основные детали механизма газораспределения: впускные и выпускные клапана, коромысло, штанга, толкатель, распредвал.

Классификация поршневых двигателей.

1. По способу преобразования энергии давления газов во вращательное движение

   1. поршневые двигатели с КШМ

   2. РПД

   3. кулисные

2. По роду применяемого топлива:

   1. на жидком топливе

   2. газовые

   3. комбинированные

3. По способу осуществления рабочего цикла

   1. 2-х тактные

   2. 4-х тактные

4. По способу воспламенения рабочей смеси:

   1. с воспламенением от сжатия

   2. с принудительным воспламенением

5. По способу охлаждения цилиндра

   1. жидкостного охл.

   2. воздушного

6. По способу смесеобразования:

   1. с внешним смесеобразованием

   2. с внутренним смесеобразованием

7. По способу наполнения рабочего цилиндра:

   1. без наддува

   2. с наддувом

Наддув – увеличение наполнения цилиндра двигателя воздухом путем увеличения давления на впуске.

Комбинированные двигатели – это двигатели, состоящие из поршневой части и нескольких компрессионных машин, а также из устройств подвода и отвода тепла, объединенных общим рабочим телом.

Комбинированные двигатели бывают:

- с механической связью (рисунок а )

- с газовой связью (рисунок б )

Для схемы а) «+» мощность турбины и компрессора могут быть различны.

2. Поршневая группа. Состав функции. Основные требования к конструкции поршня. Конструктивная реализация указанных требований. Обоснование формы поршня.

Состав поршневой группы:

1. поршень

2. уплотнительные, маслосъемные кольца

3. палец (поршневой)

4. ограничитель осевого перемещения поршневого пальца.

Функции поршневой группы:

1. воспринимать усилия от давления газов и сил инерции и передает их на шатун.

2. передает боковое давление от нормальной силы на стенку цилиндра.

3. обеспечивает герметичность внутри цилиндра.

4. выполняет роль золотникового устройства.

Основные требования к конструкции поршня:

1. Обеспечение герметичности от пропуска газов.

2. Эффективный отвод тепла от днища поршня в стенку цилиндра.

3. Минимальная тепловосприимчивость во внешней поверхности днища.

4. Повышенная износостойкость.

5. Обеспечение минимального расхода масла.

6. Минимальная масса при достаточной жёсткости и прочности.

7. Макс. Срок работы до первой переборки.

Поршни бывают:

- цельные

- составные

по охлаждению:

- с охлаждающей головкой

- без охлаждающей головки

В составных поршнях отъёмная головка изготовлена из жаропрочного материала. Форма поршня и его основные размеры определяются в 1-ю очередь условиями отвода воспринимаемого им тепла. Часть тепла отводится на подогревание рабочей смеси.

Форма поршня.

Поршень должен иметь наиболее простую (цилиндрическую) форму и по возможности симметричную относительно оси.

Форма днища определяется способом смесеобразования:

1. Плоское днище – наиболее распространено в двигателях с внешнем смесеобразованием.

«+» простота изготовления (min площадь соприкосновения с горячими газами)

2. Вогнутое – имеет благоприятную форму камеры сгорания, приближенную к сферической, при

непосредственном впрыске.

3. Выпуклое днище – придает повышенную жесткость, менее склонен к образованию масленого нагара (используют в 2-х тактных двигателях) придает необходимое направление течения газов при продувке.

4. Клиновое днище – на ДВС с верхними клапанами

5. Фигурное днище – с внутреннем смесеобразованием и центральным расположением форсунки; эта форма согласована с конфигурацией топливных факелов. Топливо не попадает на стенку цилиндра:  расход,  разжижение масла в цил.

6. Камера сгорания выполнена в поршне – это обеспечивает

пленочное и объемно-пленочное смесеобразование.

7. Камера сгорания прикрытого типа – теплонапряженность самая высокая

1 2 3 3а 4 5

6 7

R_MAX необходим для:  теплоотвода, напряжений

3. Распределение температуры в поршне. Анализ распределения температуры. Доли отвода тепла отдельными элементами поршня. Материалы поршней. Дефекты поршней. Конструктивные мероприятия по предотвращению указанных дефектов.

Т епловое состояние.

1. Участок с мах Т в центре днища представляет собой эллипс, вытянутый перпендикулярно оси поршневого пальца.

2. Основной теплоперепад имеет место между днищем и нижнем поршневым кольцом.

3. Падение Т в днище относительно невелико.

4. Юбка поршня имеет одинаковую температуру.

Алюминиевый поршень имеет меньшую температуру, чем чугунный при прочих равных условиях. Температура поршня с воздушным охлаждением на 30 -50% выше чем с водным.

Для изготовления поршней используют следующие материалы:

1. Серый ковкий чугун СЧ 24-44; СЧ28-48

для напряженных конструкций – ВЧ45 – высокопрочный чугун, обладает высокой износостойкостью и прочностью, низкий коэффициент линейного расширения.

2. Легкие литейные сплавы: Al 1, Al 10, Al 19 – хорошие литейные свойства, низкий коэффициент линейного расширения.

Деформируемые алюминиевые сплавы (ковкие сплавы) – АК2, АК4 (уменьшенная масса, высокая теплопроводность, высокая степень сжатия)

«+» алюминиевые сплавы менее склонны к нагарообразованию

«–» плохая работа на холодном двигателе, плохие механические качества, низкая теплостойкость, высокая стоимость.

3. Стали. Используются жаропрочные сплавы.

4. Титан. Сложно обрабатывать.

Дефекты поршней:

• перегрев поршня, сопровождается отпуском материала,  механических свойств,  твердости. Развиваются микротрещины, приводящие к выкрашиванию материала.

Выход: использовать материалы с высокой теплостойкостью.

• эрозия и коррозия поршня (днища) под действием горячих газов.

Выход: механическая обработка днища поршня, оксидирование, хромирование, никелирование.

• износ боковой поверхности (зависит от качества масла)