7 проектировочный расчет
МЕХАНИЗМОВ И систем ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО
поршневого двигателя
7.1 Расчет механизма газораспределения
Общие положения
Проектирование механизма газораспределения начинают с определения площади проходных сечений в седле клапана «Fкл» и в горловине «Fгор» (рисунок 7.1):
,
где
n.ср
– средняя скорость поршня, м/с; Fn
– площадь поршня, м2;
iкл – число одноименных клапанов; вп – скорость газа в проходном сечении клапана (для карбюраторных и газовых двигателей вп = 90–150 м/с, а для дизелей – вп = 80–120м/с) .
Средняя скорость поршня равна
м/с;
;
.
Учитывая, что через горловину проходит стержень клапана, ее площадь обычно принимают Fгор = (1,1…1,2) Fкл.
Диаметр горловины
,
м.
Из условия возможного размещения клапанов в головке цилиндров при верхнем их расположении
dгор = (0,35…0,52) D,
где D – диаметр цилиндра, м.
Максимальная высота подъема клапана при угле фаски клапана = 45°
,
мм.
Максимальная высота подъема клапана в автомобильных двигателях изменяется в пределах
hкл max = (0,18…0,30) dгор, мм.
Основные размеры впускного кулачка на распределительном валу:
радиус начальной окружности (рисунок 7.1)
r0 = (1,5…2,5)hкл. max,
для двигателей с наддувом r0 = (3…4) hкл. max;
величину угла кулачка «ро» определяют в соответствии с выбранными фазами газораспределения:
ро = (пр + 180 + зп)/4,
где пр – угол предварительного открытия клапана; зп – угол запаздывания закрытия клапана, град.
|
Рисунок 7.1 – Расчетная схема проходного сечения в клапане |
Точки «А» и «
»
являются точками начала открытия и
конца закрытия клапана.
Максимальный подъем толкателя
hт max = hкл.max·lт/lкл.,
где lт и lкл – длина плеч коромысла, прилегающих соответственно к толкателю и клапану (рисунок 7.2). Отношение (lт/lкл) выбирается по конструктивным соображениям и изменяется в пределах 0,50…0,96.
Проектирование выпускного кулачка с плоским толкателем
Радиус дуг выпускного профиля кулачка r2 5 принимается между значениями hкл.max и hт.max , тогда
мм,
где а = r 0 + hт.max – r 2, мм.
Рисунок 7.2 – Схемы приводов клапанов:
А) одноплечий рычаг, б) двуплечий рычаг
Максимальный угол при подъеме толкателя по дуге радиусом r1 составляет:
Максимальный угол подъема толкателя по дуге радиусом r 2
р2max = po – p1max.
Подъем толкателя по углу поворота распределительного вала
h т1 = (r 1 – r 0) (1 – cos pl ) , мм;
h т2 = cos p2 + r 2 – r 0 , мм.
После построения профиля кулачка производится расчет клапанной пружины и распределительного вала. По полученным расчетным данным приводится рабочая схема механизма газораспределения и рабочие чертежи рассчитанных деталей со всеми размерами.
7.2 Расчет системы питания
Приводится обоснование выбранной схемы питания и ее элементов.
Для карбюраторного двигателя определяются размеры диффузора и жиклеров карбюратора, рассчитывается и строится расчетная кривая изменения состава смеси ( ) в зависимости от разрежения в диффузоре. На чертежный лист наносится схема питания и схемы рассчитанных диффузоров и жиклеров карбюратора.
Для дизеля определяются основные размеры топливного насоса высокого давления и форсунки с последующим их вычерчиванием с указанием основных размеров и изображением общей схемы питания дизеля.
Воздухоочиститель двигателя должен удовлетворять следующим требованиям:
Обладать высокой степенью очистки воздуха (
)
,
где
–
количество пыли, поступающее в очиститель,
г;
– количество пыли, задержанное
очистителем, г;
– количество воздуха, прошедшее через
очиститель,
;
– время очистки, ч;
– допустимое пылесодержание (
).
Обладать малым гидравлическим сопротивлением
,
%,
где
–
атмосферное давление, МПа;
–
давление воздуха в очистителе
(сопротивление воздухоочистителя), МПа.
Обладать способностью шумопоглощения и иметь небольшие размеры и массу.
Обеспечивать длительную работу и простоту технического обслуживания.
Емкость топливного бака определяется из расчета 10 часов работы двигателя на номинальном режиме. Для двигателей, работающих на жидком топливе, емкость бака
,
л,
где
–
коэффициент использования емкости бака
(бензиновые двигатели
);
–
удельный эффективный расход топлива,
;
–
эффективная мощность двигателя
(расчетная), кВт;
–
плотность топлива,
.
Для двигателей, работающих на газовом топливе, принимаются стандартные баллоны.
Карбюратор
характеризуется следующими основными
параметрами: количеством воздуха,
проходящего через диффузор
;
диаметром диффузора
;
расходом топлива через жиклер
;
диаметром жиклера
.
Диаметр диффузора
определяется из условия равенства
количества воздуха (
),
проходящего через него в единицу времени
и количества воздуха (
),
засасываемого цилиндрами двигателя:
,
кг/с,
,
кг/с,
,
м,
где
– коэффициент наполнения цилиндров
свежим зарядом;
и
– диаметр цилиндра и ход поршня, м;
– частота вращения коленчатого
вала,
;
– число цилиндров;
– плотность воздуха,
;
– тактность двигателя;
– действительная скорость воздуха в
диффузоре, необходимая для распыливания
топлива, м/с (
м/с
при малом открытии дроссельной заслонки,
м/с
при полном открытии дроссельной заслонки
карбюратора).
Диаметр топливного
жиклера определяется из условия расхода
топлива через жиклер (
)
в единицу времени и действительного
расхода топлива двигателем на номинальном
режиме (
):
,
кг/с,
,
кг/с,
,
м,
где
–
часовой расход топлива двигателем на
номинальном режиме, кг/ч;
–
действительная скорость топлива при
истечении из главного жиклера, м/с (
м/с
в зависимости от режима работы двигателя);
–
плотность топлива,
.
Расчет параметров дополнительных и эмульсионных жиклеров проводится с учетом конструктивных особенностей карбюраторов.
Основными элементами систем питания с впрыском топлива являются топливный насос и форсунки.
Топливный насос
высокого давления дизельного двигателя
характеризуется следующими основными
параметрами: цикловой подачей топлива
;
полной производительностью секции
насоса
;
диаметром плунжера
;
полным ходом плунжера
;
активным ходом плунжера
.
Расход топлива за цикл (цикловая подача) в объемных единицах
,
.
Коэффициент подачи насосной секции (учитывает сжатие и утечки топлива, деформации топливопроводов и др.)
,
где
–
теоретическая подача секции топливного
насоса,
.
Полная подача –
цикловая производительность секции
насоса (
)
с учетом перепуска топлива, надежного
пуска зимой и перегрузочных режимов
работы двигателя принимается равной
.
Диаметр плунжера
,
мм,
где
–
отношение хода плунжера к его диаметру
(
1,0…1,7
и зависит от характеристики впрыска
топлива – закона топливоподачи).
Полный и активный ход плунжера
,
мм;
,
мм,
где
–
площадь сечения плунжера,
.
Форсунка
характеризуется диаметром сопловых
отверстий (
),
определяемым по результатам теплового
расчета двигателя и параметров топливного
насоса.
Время истечения топлива в объеме цикловой подачи
,
с,
где
–
продолжительность впрыска по углу
поворота коленчатого вала, град (
град
п.к.в. при объемном смесеобразовании,
град
п.к.в. при пленочном смесеобразовании);
–
частота вращения коленчатого вала,
.
Средняя скорость
истечения топлива через сопла форсунки
(
)
зависит от среднего давления впрыска
(15…40 МПа), среднего давления газов в
цилиндре в период впрыска (3…6 МПа в
дизелях без наддува, 7…10 МПа в дизелях
с наддувом) и изменяется в широких
пределах
м/с.
Суммарная площадь сопловых отверстий форсунки
,
,
где
–
коэффициент расхода топлива (
).
Диаметр соплового отверстия форсунки
,
мм,
где
–
число сопловых отверстий.
Число и расположение сопловых отверстий выбирается с учетом формы камеры сгорания и способа смесеобразования.